BioMEMS for Diagnostics

1. BioMEMS for Diagnostics

2. Εισαγωγή MEMS: Oποιoδήποτε σύστημα περιλαμβάνει εξαρτήματα των οποίων οι διαστάσεις κυμαίνονται από 1μm εώς 100μm Εμβιομηχανική και βιοιατρική τεχνολογία ΜΕΜS: Διάγνωση Θεραπεία

3. Εισαγωγή Βασικά στοιχεία ΒιοMEMS • Αισθητήρες (βιο-αισθητήρες) • Επενεργητές (επεξεργασία microfluidics) • Μετατροπείς (άμεσα συνδεδεμένους με τους βιοαισθητήρες ) • Συστήματα επικοινωνίας με άλλες συσκευές (κυρίως για in-vitro BioMEMS

4. Αισθητήρες Βιουποδοχέας Μετατροπέας

5. Αισθητήρες • Βιουποδοχείς • Αντισώματα (γρήγορη αντίδραση με αντιγόνα-ανίχνευση) • Ένζυμα (Καταλυτική δράση για ανίχνευση ουσιών) • Ακολουθίες DNA (για ανίχνευση DNA) • Μικροοργανισμοί (για έλεγχο τοξικότητας)

6. Αισθητήρες Ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες: Μετράνε είτε το ρεύμα (αμπερόμετρο) είτε την τάση (ποτενσιόμετρο) που παράγεται από ηλεκτροχημικές αντιδράσεις Οπτικοί βιοαισθητήρες: Ανιχνεύουν αλλαγές στην οπτική πυκνότητα (από χρωστικές και φθορίζουσες ουσίες ή αλλαγή ανακλαστικότητας εξαιτίας συγκέντρωσης αντιγόνου) που παράγεται από οπτική πηγή. Διαχωρισμός βιοαισθητήρων ανάλογα με τους μετατροπείς τους Ακουστικοί Βιοαισθητήρες: Μέσω του υπολογισμού της συχνότητας ή των απωλειών διάδοσης ενός κυματος πάνω σε επιφάνεια ανιχνεύεται αλλαγή στη μάζα Θερμιδομετρικοί Βιοαισθητήρες: Μετρούν τη θερμότητα μιας βιοχημικής αντίδρασης είτε διατηρόντας τη θερμοκρασία σταθερή είτε μετρώντας αλλαγή στη θερμοκρασία

7. Αισθητήρες Μικροδοκοί • Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες • Έχουν τις ρίζες τουσ στη μικροσκοπία σάρωσης (SFM) • Ταξινομούνται ανάλογα με την ιδιοτητα της μικροδοκού που χρησιμοποιούν

8. Αισθητήρες -Αισθητήρες με μικροδοκούς σε ταλάντωση • Πιεζοηλεκτρικά στρώματα δημιουργούν εξαναγκασμένες ταλαντώσεις • Αλλαγές στη μάζα που βρίσκεται πανω στις μικροδοκούς οδηγούν σε αλλαγές στα χαρακτηριστικά της ταλάντωσης

9. Αισθητήρες -Αισθητήρες με μικροδοκούς σε κάμψη Ειδική επίστρωση στις μικροδοκούς προσροφά συγκεκριμένα μόρια παραμορφώνοντας τες. Μετρωντας αυ΄τη την παραμόρφωση μπορούμε να ανιχνεύσουμε την παρουσία ορισμένων ουσιών.

10. Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-ανάκλαση ακτίνων laser • Κυρίως σε μικροδοκούς σε κάμψη • Δέσμη laser προσπίπτει επάνω σε ανακλαστική επιφάνεια της μικροδοκού • Αλλαγή στη γωνία της μικροδοκού αλλάζει το σημείο πρόσπτωσης της ανακλώμενης ακτίνας • Το ίδιο μπορεί να γίνει σε πολλαπλές δοκούς με πολλαπλές ακτίνες και σύστημα διαίρεσης χρόνου στον αισθητήρα

11. Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-κυματοδηγοί • Κυρίως σε μικροδοκούς σε ταλάντωση • Διέλευση φωτός μέσα από τη μικροδοκό-με την απώλεια ευθυγράμισης μειώνεται η φωτεινή ενέργεια • Κατάλληλος αισθητήρας μετράει ενέργεια που προσπίπτει σε αυτόν

12. Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-Πιεζοαντιστάσεις • Υλικά που μεταβάλουν την εσωτερική τους αντίσταση ανάλογα με την επιφανειακή τάση που δέχονται • Είτε ως επίστρωση πάνω στη μικροδοκό είτε μέσα σε αυτήν • Υπολογίζεται τάση ΄των υλικών με γέφυρα Wheatstone

13. Επεξεργασία microfluidics microfluidics Ανάλυση δειγμάτων Απαιτείται προεργασία και επεξεργασία • Απαραίτητες διεργασίες • Παράδοση δειγμάτων σε κατάλληλες ποσότητες και θέσεις • Θερμική επεξεργασία δειγμάτων • Μίξη αντιδραστηρίων • Φιλτράρισμα

14. Επεξεργασίαmicrofluidics Μικροαντλίες • πιεζοηλεκτρική παραµόρφωση • µονάδες πεπιεσµένου αέρα • ηλεκτροστατικά επαγόµενα φορτία • ροές από ηλεκτρο-όσµωση

15. Επεξεργασίαmicrofluidics Μικροκανάλια • Υψηλός λόγος επιφάνειας ως προς το µαζικό όγκο-αντιδραστήρια στα τοιχώµατα του καναλιούαντιδρούν πολύ αποτελεσµατικά • Ηλεκτροφορετικός διαχωρισµός στα τοιχώματα

16. Επεξεργασία microfluidics • Παράλληλες ροές χωρίς ανάμειξη- διαχωρισμός μακρομορίων –Η filter

17. Bio-chips • Συνδυάζουν microfluidicΜΕΜS και MEMs βιοαισθητήρων • Χωρίζονται σε: -Genechips (πρωτεινικά Chips) -Lab on a chip (μΤΑS) • Εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες • “Δοκιμαστικοί σωλήνες”

18. Bio-chips Genechips • Πρόβολοι μονόκλωνων ακολουθιών νουκλεοτιδίων τοποθετούνται πάνω σε πλάκες (plate-based DNA arrays) ή gel(gel-based DNA arrays) • Οι πρόβολοι έχουν επιλεγεί με μέγιστη αλληλοεπικάλυψη για έλεγχο ενός γονιδιώματος αλλά και παραλλαγών του. • διερεύνηση των σχήματωvτης γονιδιακής έκφρασης (RNA)-ελέγχος ενεργού γονιδίου-αναγνώριση ανώμαλων κυτταρικών μηχανισμών • Ανανώριση ενεργής ακολουθίας με κατάλληλους αισθητήρες

19. Bio-chips Genechips

20. Bio-chips Lab on a chip • Μικρορευστομηχανικά κυκλώματα πραγματοποιούν οποιαδήποτεβιοχημική επεξεργασία • Ενεργούν σαν δοκιμαστικοί σωλήνες χωρίς τοιχώματα • Περιέχουν ειδικά μόρια ‘ανίχνευσης’- αισθητήρες

21. Εφαρμογές Mικροφασματόμετρο • Πηγή φωτός διεγείρει τύπους ενώσεων • Οι ενώσεις εκπέμπουν υπέρυθρο φώς • Τα εκπεμπόμενα μήκη κυματος τροφοδοτούνται σε μικροτσίπ • Αναγνωρίζονται οι ενώσεις από το φάσμα

22. Εφαρμογές Ανίχνευση ιού • Δείγμα αίματος τοποθετείται στο chip και αναμειγνύεται μαγνητικά σταγονίδια προ-επιστρωμένα με κατάλληλο αντίσωμα που συνενώνεται με αντισώματα της συγκεκριμένης νόσου • Καθιζάνουν και πραγματοποιείται μαγνητική πλύση • Η ηλεκτρική αντίσταση της διάταξης αντιστοιχεί στον αριθμό των σταγονιδίων τα οποία είναι ακινητοποιημένα στους αισθητήρες χάρη στο δεσμό αντισώματος- αντιγόνου

23. Εφαρμογές Χαρακτηρισμός Κυττάρων Χωρίς Επισήμανση • Οι ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες ενός δείγματος μπορούν να προσδιοριστούν με φασματοσκοπία αντίστασης-τα φυσιολογικά γεγονότα και οι μορφολογικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών είναι προσδιορίσιμες από τη φαματοσκοπία ηλεκτρικής αντίστασης • Τα παραπανω μπορουν να υλοποιηθούν με τριχοειδικό κύτταρο μέτρησης • Διαθέτει χοανοειδής εισόδους στις οποίες τοποθετείται το δείγμα • Κατάλληλα ηλεκτρόδια μετρούν την πτώση τάσης και πραγματοποιείται χαρακτηρισμος των κυττάρων • διάμετρος του τριχοειδούς θα πρέπει να ταιριάζει με το βιολογικό δείγμα

24. Εφαρμογές Polymerase Chain Reaction • Προκειμένου να γίνει ανάλυση μιας νουκλεοτιδικής αλυσίδας πρέπει να γίνει διαχωρισμός των κλώνων DNA και ενίσχυση του με PCR • Με κατάλληλα μικρο-κανάλια και διαδοχικές θερμάνσεις και ψύξεις σε κατάλληλες θερμοκρασίες η διαδικασία αυτή μπορει να επιτευχθεί σε ένα τσιπ μικρορευστομηχανικής

25. Σας Ευχαριστώ