On-Chip Biosensor unter Nutzung der Bewegung magnetischer Partikel

Magnetische Mikro-oder Nanopartikel (MAPs) sind mit einem Ligand (z.B. Antikörper) beschichtet. Der Ligand hat spezifische Affinität zu dem Bioanalyt (Biomoleküle, Zellen oder Viren) welcher detektiert werden muss. Die MAPs werden mit der untersuchten Flüssigkeit (z.B. Blut) gemischt. Sollte der Bioanalyt vorhanden sein, wird er sich an die Oberfläche der MAPs binden. Danach, wird die entstandene Flüssigkeit in einen mikrofluidischen Kanal gelenkt. Wenn der Bioanalyt an die Oberfläche der MAPs gebunden ist, entstehen neue Körper (LMAPs) und das Gesamtvolumen der MAPs erhöht; das entstandene Volumen der LMAPs ist größer als das Volumen der MAPs. Die MAPs werden von einem externen Magnetfeld in dem Flüssigkeit enthaltenden mikrofluidischen Kanal vom Einlass zum Auslass beschleunigt. Die Geschwindigkeit der MAPs oder die Zeit die sie benötigen um eine gewisse Distanz zurückzulegen ist abhängig von (i) der magnetischen Kraft welche durch das Magnetfeld an die MAPs angewandt wird (ii) der Zugkraft welche durch die Bewegung der MAPs in Flüssigkeit entsteht und (iii) der Gravitationskraft falls sie vorhanden ist. Die magnetische Kraft für die unbeschichtete MAPs und die LMAPs mit gebundenem Bioanalyt ist dieselbe, weil beide denselben magnetischen Moment haben. Anderseits, ist die Zugkraft abhängig von dem Quadrat des Radius der MAPs. Daher, ist die Zugkraft unterschiedlich für die unbeschichteten MAPs und die LMAPs mit gebundenem Bioanalyt. Deswegen, werden die unbeschichteten MAPs eine höhere Geschwindkeit erreichen oder werden eine gewisse Distanz schneller zurücklegen als die LMAPs mit gebundenem Bioanalyt. Die Zeit die sie benötigen um die Distanz vom Einlass zum Auslass zurückzulegen wird duch magnetische Feldmikrosensoren detektiert. Die magnetischen Feldmikrosensoren sind am Einlass und am Auslass des mikrofluidischen Kanals platziert. Sobald diese Zeitdifferenz gemessen wird, kann die Geschwindigkeit der MAPs und LMAPs berechnet werden. Letztendlich, nutzt die vorgeschlagene Methode die Volumenänderung magnetischer Partikel (MAPs), die sich ergibt wenn ein Bioanalyt an die Oberfläche der Partikel (LMAPs) gebunden ist, und dadurch die drastische Verringerung der Geschwindigkeit der Partikel wenn sie von einem externen Magnetfeld beschleunigt werden. Die entstandenen LMAPs verbrauchen mehr Zeit um dieselbe Strecke als die unbeschichtete MAPs zurückzulegen. Diese Änderung in der Geschwindigkeit zwischen MAPs und LMAPs wird berechnet. Sobald eine Geschwindigkeitsänderung stattfindet, ist diese der Nachweis der Anwesenheit von Bioanalyt in der untersuchten Flüssigkeit.

Magnetische Mikro-oder Nanopartikel (MPs) sind mit einem Ligand (z.B. Antikörper) beschichtet. Der Ligand hat spezifische Affinität zu dem Bioanalyt (Biomoleküle, Zellen oder Viren) welcher detektiert werden muss. Die MPs werden mit der untersuchten Flüssigkeit (z.B. Wasser) gemischt. Sollte der Bioanalyt vorhanden sein, wird er sich an die Oberfläche der MPs binden. Danach, wird die entstandene Flüssigkeit in einen mikrofluidischen Kanal gelenkt. Wenn der Bioanalyt an die Oberfläche der MPs gebunden ist, entstehen neue Körper (LMPs) und das Gesamtvolumen der MPs erhöht; das entstandene Volumen der LMPs ist größer als das Volumen der MPs. Die MPs werden von einem externen Magnetfeld in dem Flüssigkeit enthaltenden mikrofluidischen Kanal vom Einlass zum Auslass beschleunigt. Die Geschwindigkeit der MPs oder die Zeit die sie benötigen um eine gewisse Distanz zurückzulegen ist abhängig von (i) der magnetischen Kraft welche durch das Magnetfeld an die MPs angewandt wird (ii) der Zugkraft welche durch die Bewegung der MPs in Flüssigkeit entsteht und (iii) der Gravitationskraft falls sie vorhanden ist. Die magnetische Kraft für die unbeschichtete MPs und die LMPs mit gebundenem Bioanalyt ist dieselbe, weil beide denselben magnetischen Moment haben. Anderseits, ist die Zugkraft abhängig von dem Quadrat des Radius der MPs. Daher, ist die Zugkraft unterschiedlich für die unbeschichteten MPs und die LMPs mit gebundenem Bioanalyt. Deswegen, werden die unbeschichteten MPs eine höhere Geschwindkeit erreichen oder werden eine gewisse Distanz schneller zurücklegen als die LMPs mit gebundenem Bioanalyt. Die Zeit die sie benötigen um die Distanz vom Einlass zum Auslass zurückzulegen wird duch magnetische Feldmikrosensoren detektiert. Die magnetischen Feldmikrosensoren sind am Einlass und am Auslass des mikrofluidischen Kanals platziert. Sobald diese Zeitdifferenz gemessen wird, kann die Geschwindigkeit der MPs und LMPs berechnet werden. Letztendlich, nutzt die vorgeschlagene Methode die Volumenänderung magnetischer Partikel (MPs), die sich ergibt wenn ein Bioanalyt an die Oberfläche der Partikel (LMPs) gebunden ist, und dadurch die drastische Verringerung der Geschwindigkeit der Partikel wenn sie von einem externen Magnetfeld beschleunigt werden. Die entstandenen LMPs verbrauchen mehr Zeit um dieselbe Strecke als die unbeschichtete MPs zurückzulegen. Diese Änderung in der Geschwindigkeit zwischen MPs und LMPs wird berechnet. Sobald eine Geschwindigkeitsänderung stattfindet, ist diese der Nachweis der Anwesenheit von Bioanalyt in der untersuchten Flüssigkeit.