Rezultate
Rezultate etapa a IV-a (decembrie 2015): perioada acoperita 01.01.2015-31.12.2015.
Obiectivul etapei:
Demonstrarea utilitatii si functionalitatii biocipului integrat.
Activitățile etapei:
4.1 Evaluarea si selectarea optiunilor tehnologice, experimente preliminarii sistem microfluidic
4.2 Experimentare tehnologii microfluidice
4.3 Experimentarea microtehnologiilor pentru realizarea platformei magnetoforetice
4.4 Dezvoltarea metodelor de sintetizare a nanoparticulelor superparamagnetice cu aplicatii in biologia moleculara
4.5 Dezvoltarea metodelor de sintetizare a nanoparticulelor superparamagnetice cu aplicatii in biologia moleculara (II)
4.6 Studii si experimentari preliminarii privind apoptoza celulara
4.7 Caracterizarea biosenzorului electrochimic prin spectroscopie de impedanta electrochimica
4.8 Caracterizarea electrica si magnetica a platformei magnetoforetice (I)
4.9 Tehnici de sudare si incapsulare a modulelor (I)
Rezumatul etapei
În acest proiect se doreşte implementarea unei noi metode pentru detecţia reacţiilor imunochimice prin măsurători făcute pe un senzor electrochimic cu microelectrozi interdigitaţi și un microsenzor magnetic, ambii senzori fiind integraţi pe o platformă microfluidică. Dispozitivul integrat este un sistem microfluidic aşa numit lab-on-a-chip (LOAC). Reacţia imunochimică a perechilor antigen – anticorp marcate cu nanoparticule superparamagnetice, prezintă atât schimbări ale relaxării lor magnetice datorate reducerii mobilităţii și magnetizaţiei de saturaţie, în funcție de cantitatea de antigen sau anticorpi ataşată cât și schimbări ale concentrației speciilor electrochimice, capacităţii stratului dublu electric, a impedanţei transferului de sarcină și impedanţei Warburg a transferului de masă la suprafața nanoparticulelor superparamagnetice. Suprafața particulelor poate fi funcționalizată cu diverse specii biochimice, acizi nucleici, proteine, (anticorpi specifici) sau alte celule, ce sunt ataşate suprafeței particulei magnetice. Altă opţiune este de a transporta nanoparticulele în interiorul celulelor tumorale prin endocitoză, iar acolo să fie declanșată apoptoza prin aplicarea unui câmp magnetic de intensitate și frecvență medie.
Scopul final al acestui proiect este dezvoltarea (design, fabricație și caracterizare) unui sistem integrat de tipul lab-on-a-chip, care este compus dintr-o platformă microfluidică, un biosenzor electrochimic cu micro/nano-electrozi interdigitați și o matrice cu valve de spin pentru teste imunochimice bazate pe nanoparticule superparamagnetice, și aplicarea la studiul apoptozei celulare și detecția antigenilor specifici. Principalul avantaj al acestui sistem este reutilizarea lui. De asemenea, configurația lui poate fi schimbată ușor datorită construcției modulare. Tehnica de detecție electrochimică este foarte potrivită pentru biosenzorul integrat, tehnică bazată pe reacțiile chimice de recunoaștere biologică. Pașii de proces ai testării imunochimice bazată pe nanoparticule magnetice sunt următorii: (a) Injectarea nanoparticulelor superparamagnetice acoperite cu anticorpii primari; (b) Separarea nanoparticulelor superparamagnetice; (c) Injectarea soluției de analizat; (d) Incubarea antigenilor specifici; (e) Spălarea cu soluții tampon; (f) Curgerea și incubarea enzimelor marcate cu anticorpi secundari specifici; (g) Spălarea enzimelor neatașate anticorpilor secundari; (h) Injectarea enzimelor substrat pentru detecție electrochimică.
Detecția apoptozei celulare în microfluidică se poate clasifica în șapte grupe: (1) alterarea integrității și funcțiilor mitocondriei; (2) modificări ale membranei celulare; (3) modificări ale stării redox celulare; (4) activarea caspazelor; (5) fragmentarea internucleosomală a ADN-ului; (6) eliberarea anumitor proteine din celule; (7) modificări în concentrația Ca2+ intracelular.
Scopul etapei a IV-a este evaluarea și selectarea opțiunilor tehnologice, experimentarea microtehnologiilor în vederea realizării componentelor laboratorului de analiză pe un cip: biosenzorul electrochimic cu microelectrozi interdigitați (CO), platforma magnetoforetică cu microsenzori Hall planari (CO și P1) și platforma microfluidică (CO și P2). De asemenea au fost dezvoltate metode de sinteză a nanoparticulelor superparamagnetice cu aplicații în biologia moleculară (CO) și caracterizarea electrică și magnetică a platformei magnetoforetice (CO și P1).
În această etapă, activităţile au fost centrate pe:
(1) microfabricaţia şi caracterizarea biosenzorului electrochimic cu cei doi microelectrozi de lucru interdigitaţi, un electrod de lucru şi un electrod auxiliar. Testarea biosenzorului a fost realizată pe proba martor, ferocianură de potasiu, şi pe suspensie de celule melanom;
(2) microfabricaţia şi caracterizarea platformei magnetoforetice constituită din microsenzori cu efect Hall planar deoarece, prin structura lor si setup-ul de măsură, asigură o foarte bună stabilitate termică a semnalului de ieşire şi un raport S/N mai bun decât în cazul senzorilor cu efect GMR. Aceşti senzori sunt realizaţi din straturi subtiri feromagnetice (uzual Permalloy – Ni80Fe20) sau din sisteme multistrat de tip FM1/NM/FM2, AF/FM sau AF/FM1/NM/FM2 unde FM semnifică strat feromagnetic, NM strat nemagnetic, iar AF strat antiferomagnetic (uzual Fe50Mn50 sau IrMn). Efectul Hall planar se datorează efectului de magnetorezistenţă anizotropă (AMR) care se manifestă în sisteme magnetice şi poate fi pus în evidenţă într-un setup asemănător cu cel utilizat pentru efectul Hall clasic însă, în acest caz, câmpul magnetic este aplicat în planul filmului;
(3) simulări numerice a curgerii în microgeometriile implementate în platforma microfluidică. Soluţiile numerice au fost calibrate cu viyualiyări experimentale prin microscopie directă şi confocală, dar şi prin măsurători cantitative cu sistemul µPIV. De asemenea a fost proiectat şi realizat un set de microcanale prevăzut cu un cilindru centrat. Această geometrie se va folosi în viitoarea platformă microfluidică pentru studiul comportării particulelor/ celulelor transportate într-o curgere cu hidrodinamică complexă, însă controlată;
(4) realizarea unor studii și experimentări preliminarii privind apoptoza celulelor tumorale.
Rezultatele etapei:
- 2 articole publicate in reviste indexate ISI
- 2 articole in evaluare in reviste indexate ISI.
- 2 cereri de brevet publicate;
- 1 brevet national emis;
- 15 lucrari la conferinte
