Centrifugal microfluidic-based platforms for in vitro diagnostics

Abstract

İn vitro tanı (IVD) yöntemleri, tanı koymak için kullanılan tüm araçları kapsarlar ve erken teşhis sağladıkları için büyük önem taşırlar. IVD'lerin gelişimi, hücreler arası iletişimi sağlayan eksozomların, özellikle hastalıkların erken teşhisinde biyomarker olarak kullanılmasına olanak tanımıştır. Geleneksel IVD'ler altın standart olarak kabul edilmesine rağmen, genellikle yüksek maliyetli ve zaman alıcıdır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için IVD'lerin mikroakışkan sistemler kullanılarak hasta başı sistemlerine uyarlanması gerekmektedir. Bu bağlamda, polimetil metakrilat (PMMA) bazlı bir mikroakışkan çip üzerinde eksozomları izole etmek ve zenginleştirmek için yeni bir mikroakışkan üretim yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemde, saf aseton hem yüzey iyileştirici hem de yapıştırıcı olarak kullanılmış, PMMA kanallarındaki yüzey pürüzlülüğü ve opaklık sorunlarını ortadan kaldırarak yüzeyin kendini onarmasını ve şeffaf hale gelmesini sağlamıştır. Elde edilen çipler, yalnızca daha dayanıklı olmakla kalmayıp, aynı zamanda uygun maliyetli ve kolay üretilebilir niteliktedir. Bu yöntem, nanoparçacık ve eksozom izolasyonu için kapalı bir kanal içeren santrifüjlü mikroakışkan bir çip üretmek için başarıyla uygulanmıştır. Çip, 9000 rpm (9418 g) hızında standart bir masaüstü santrifüjde 200 nm parçacıkları 20 dakikada, 100 nm parçacıkları 30 dakikada ve 50 nm parçacıkları 60 dakikada izole etmeyi başarmıştır. Özellikle, eksozomlar, belirteç kullanmadan, hücre ortamından bir saat içinde izole edilmiştir. Bu yenilikçi santrifüj tabanlı mikroakışkan platform, farklı IVD uygulamaları için umut vaat etmektedir.

In vitro diagnostics (IVDs) encompass all tools used in medical diagnosis and play a critical role in enabling early disease detection. The advancement of IVDs has led to the use of exosomes, which facilitate intercellular communication, as biomarkers for early diagnosis. Although traditional IVDs are considered the gold standard, they often come with high costs and lengthy processing times. To address these challenges, IVDs are being adapted to point-of-care systems using microfluidic technologies. In this context, a novel microfluidic fabrication method was developed to isolate and enrich exosomes on a poly(methyl methacrylate) (PMMA)-based microfluidic chip. This method leverages pure acetone as both a surface enhancer and adhesive, overcoming issues of surface roughness and opacity by promoting self-healing and transparency in the PMMA channels. The resulting chips are not only more durable but also cost-effective and easy to fabricate. This method was successfully applied to create a centrifugal microfluidic chip with a dead-end channel designed for nanoparticle and exosome isolation. The chip efficiently isolated particles of various sizes—200 nm in 20 minutes, 100 nm in 30 minutes, and 50 nm in 60 minutes—using a standard bench-top centrifuge at 9000 rpm (9418 g). Notably, exosomes were isolated from the cell medium within an hour without the need for markers. This innovative centrifugal-based microfluidic platform holds promise for diverse IVD applications.