MEMS-based systems for biological applications

1. MEMS-basedsystemsforbiologicalapplications Irene Allegranti e Laura Viola Tutors : Lara Odorizzi Cristina Ress 20 SETTEMBRE 2010 PRESENTAZIONE FINE STAGE FONDAZIONE BRUNO KESSLER, POVO

2. BioMEMS I BioMEMS sono sistemi elettro-meccanici fabbricati su micro scala e applicati a diversi settori biotecnologici: agroalimentare, ambientale, farmaceutico e biomedicale. CLEAN ROOM di FBK: Laboratorio di microfabbricazione

3. Perché è importante miniaturizzare? • Riduce il volume del reagente utilizzato ed i relativi costi; • Riduce i tempi di analisi; • Permette di ottenere sistemi portatili (es. point of care diagnostics); • Potenziale utilizzo sia in-vitro che in-vivo; • Permette al sensore di godere di una maggiore sensibilità verso specifiche biomolecole di interesse;

4. STAGE ACTIVITIES Piattaforma integrata per elettroporazione cellulare; Sensore di impedenza per la valutazione della biomassa; PDMS: materiale polimerico per sistemi Lab On a Chip (LOC ).

5. 1. Piattaforma integrata per elettroporazione cellulare Metodo tradizionale con cellule in sospensione Dispositivo Bio-MEMS per cellule in adesione • Possibilitá di : • seguire l’evento di EP nel tempo e nello spazio; • transfettare soluzioni diverse in aree specifiche del chip.

6. Elettroporazione di cellule hela 1ª test: Luciferyellow 2ª test: plasmide (--->GFP) ESPRESSIONE della PROTEINA

7. 2. Sensore di impedenza per LA VALUTAZIONE DELLA BIOMASSA Il Saccharomyces cerevisiae è il lievito più comunemente utilizzato per la fermentazione del pane, del vino e della birra. Si riproduce per gemmazione e tale processo avviene in tempi molto rapidi. Colture di lievito sono state fatte crescere in provetta, in terreno ricco YPD, ed incubate a 28°C. Il microsistema e’ dotato di una cameretta di contenimento per il campione da analizzare. Multi-Parametric Monitoring System (MPMS) for agrofood applications.

8. L’IMPEDENZA • È una misura elettrica e rappresenta l’opposizione al passaggio di corrente. • Viene ottenuta collegando il chip ad un analizzatore di impedenza (4192A IMPEDANCE ANALYZER) . Questo registra il passaggio di corrente e grazie ad un’equazione fisica il computer estrapola una curva. • Campioni analizzati: - microbeads in polistirene da 5 e 10 µm di diametro per eliminare la variabile replicazione.

9. ELABORAZIONE &ANALISI DEI DATI Stabilizzazione Esempio: beads da 10 µm La resistivita’ dipende sensibilmente dalla concentrazione del campione Stabilizzazione del segnale dopo circa 1.5 h

10. 3. PDMS: materiale polimerico per sistemi Lab On a Chip (LOC ). • Miscela soluzione semiliquida (PREPOLIMERO : INDURENTE) • Degassaggio sotto vuoto • Deposizione del PDMS su 2 supporti: fetta di silicio semplice e fetta master (FOTOLITOGRAFATA) • Prepolimerizzazione (80°C, 10’ca.) • Adesione dello strato-membrana sullo strato strutturato dal master • Termine polimerizzazione (100°C, 20’ca.) • Pratica fori d’entrata e uscita fluidi • Cutting singole strutture • Integrazione nel sistema appropriato (fissaggio con gocce del polimero)

11. GRAZIE PER L’ATTENZIONE! Irene Allegranti e Laura Viola