Nízkonákladové mikrofluidické systémy pro analýzu biologicky aktivních látek.

Mgr. Lenka HÁRENDARČÍKOVÁ

Doctoral thesis

Low-cost microfluidic systems for analysis of biologically compounds.

Abstract:

Dizertační práce je zaměřená na vývoj a testování mikrofluidních zařízení z různých nízkonákladových materiálů. První část práce je věnována seznámením se s mikrofluidikou a její historií, materiálům, ze kterých se mikrofluidní zařízení vyrábí. Dále popisuje možnosti výroby těchto zařízení a metody detekce, které se v mikrofluidice používají. Poslední část je věnovaná lab-in-a-syringe ("laboratoř ve stříkačce") analýzám. Následuje experimentální část prezentující výsledky tří prací. První část popisuje vývoj a testování waferu z laminovací fólie, jakožto levnou alternative běžně užívané fotolitgrafie, pro výrobu PDMS zařízení jehož fukčnost byla otestována izotachoforetickou separací dvou organických barviv - bromfenolová modř a amarantová červeň. Následující část popisuje vývoj nízkonákladového zařízení pro multiparametrovou chemickou analýzu vody. Toto zařízení využívá kombinace filtračního papíru s voskovým tiskem pro tvorbu definovaných kanálků a rezervoárů pro jednotlivé reakce a hydrofilní membráni pro rychlé nasávání vzorku, nosnou část systému tvoří laminovací fólie. Selektivní činidla poskytující s analyzovanými ionty charakteristické zbarvení jsou rychle vyhodnocovány pomocí softwarové aplikace chytrého telefonu na základě HSV (Hue - barevný tón, Saturation - sytost barvy a Value - hodnota jasu). Aplikace vyhodnocuje množství analyzovaných iontů ve vzorku (NH4+, NO3-, NO2-, Fe2+, Fe3+, Ca2+ a PO43-) a pH pomocí porovnání s předem nastavenými kalibračními hodnotami jednotlivých činidel při různých koncentracích analytů a různém pH vzorku. Poslední část popisuje vývoj lab-in-a-syringe testu. V tomto výzkumu jsme využili zkušenosti získané při výrobě předešlých zařízení a zároveň umožnili detekci prováděné reakce přímo v zařízení, což bylo hlavní nevýhodou v dříve publikovaných pracích. Zařízení se skládá z injekční stříkačky naplněné vrstvami hydrofilní celulózové membrány různých tvarů, které slouží jako filtrační, konjugační a reakční část (detekční část). Vlastnosti jednotlivých částí zařízení byly otestovány na reakcích Ni2+ s dimethylglyoximem a Fe2+ s 1,10-fenantrolinem.

Abstract:

This doctoral thesis is devoted to development and testing of microfluidic devices from various low-cost materials. The first part of the thesis is dedicated to introduction of microfluidic devices, its history and materials, which are used for their production. Further this part describes production possibilities and detection used in microfluidics. The last part is dedicated to lab-in-a-syringe analysis. The experimental part presents the results of three works. The first part describes the development and testing of laminating film wafer, as an inexpensive alternative to commonly used photolithography, for the production of PDMS devices whose functionality was tested by isotachophoretic separation of two organic dyes - bromophenol blue and amaranth red. The following section describes the development of a low-cost device for multi-parameter chemical analysis of water. This device uses a combination of filter paper with wax printing to create defined channels and reservoirs for individual reactions and a hydrophilic membrane for rapid suction of the sample, the carrier part of the system consists of laminating foils. Selective reagents providing characteristic coloration with the analysed ions are quickly evaluated by the smartphone software application based on HSV (Hue, Saturation, and Value). The application evaluates the amount of analysed ions in the sample (NH4+, NO3-, NO2-, Fe2+, Fe3+, Ca2+ and PO43-) and pH by comparison with preset calibration values of individual reagents at different analyte concentrations and different sample pH. The last part describes the development of the lab-in-a-syringe test. In this research, we used the experience gained in the manufacture of the previous devices and at the same time enabled detection of the reaction performed directly in the device, which was a major drawback in previously published works. The device consists of a syringe filled with layers of hydrophilic cellulose membrane of various shapes, which serve as a filtration, conjugation and reaction part (detection part). Properties of individual parts of the device were tested on reactions of Ni2+ with dimethylglyoxime and Fe2+ with 1,10-phenanthroline.

Keywords

mikrofluidika, PDMS, nízkonákladové, analýza vody, lab-in-a-syringe, izotachoforéza, PDMS wafer, laminování, smartphone

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 3. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D., doc. RNDr. Jan Petr, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry