Fluorescence detection is commonly used in analytical chemistry as an optical sensing method. Well known fluorescencebased methodologies developed for “large-scale" analytical devices are transferred to micro-world of microfluidical chips dedicated for chemical and biochemical analyzes. These chips are commonly called lab-on-a-chips (LOC). LOC utilizing fluorescence detection are successfully applied at laboratory level in many fields of life-sciences - for example in separation of biological material by electrophoresis [1] or amplification of genetic material by polymerase chain reaction (PCR) with realtime analyze of amplification kinetics (real-time PCR) [2]. However, the detection issues arise while analytical systems are miniaturized. Reduction of analyzed volume means reduction in detection volume, decrease of analyte available for detection and making it more difficult to detect [3]. Therefore, only high sensitivity and expensive photodetectors co-working with sophisticated electronics are applied to ensure proper optical signal detection from nano- and picoliter volumes of analyte being detected in LOC. On the other hand, it is obvious that “conventional" laboratory fluorescence detection systems are too bulky and expensive to be applied in portable devices utilizing LOC. Therefore, new methodologies and technical solutions must be used to fulfill requirements of LOC - based portable devices. In this paper a brief review of the state-of-the-art of systems for fluorescence detection in LOC is presented. Following, description of a novel image sensor-based fluorescence detection unit co-working with LOC is presented. Finally, example of miniaturized device utilizing described here sensing system co-working with LOC is shown. Fluorescence detection in LOC Scheme of the typical optical path for fluorescence induction and detection from LOC is shown on Figure 1. Commonly used integrated apparatus for fluoresce[...]

  The decrease of world microsystem (MEMS) market observed in years 2008 and 2009 and caused by world crisis has been minimized due to rapid growth of microfluidical devices market for in vitro diagnostic (IVD). Microfluidical IVD is usually realized by application of lab-on-chips (LOCs) and point-of-care devices. According to Yole Developement’s recent roadmap of world LOC market for medical and life sciences applications, IVD LOC market was estimated to reach about 1 B$ in 2010, whereas in 2012 it will be doubled to the level of 2 B$ [1]. Total number of soled units of LOC in year 2010 was estimated to be about 177 millions whereas in 2015 it will be over 780 millions units. This 4-times increase of number of the fabricated and soled LOC units, as well as almost 20% of average annual growth rate of the market, cause that LOC IVD market is one of the leading application fields of global MEMS market. Value of IVD LOC world market in 2015 will be comparable to “killer" products of MEMS industry - miniaturized pressure sensors, gyroscopes or ink jet heads. It is predicted that IVD LOC will be a driving force of analytical microsystem market in the next two decades. Deeper analyze of this market leads to the conclusion that three main fields of applications dominate - human point-of-care devices, labs-on-chip dedicated for PCR and capillary electrophoresis for both - medical and veterinary - applications. One of the important issues involved in successful application of LOC in IVD is detection method and instrumentation compatible in dimensions and costs with LOC. In this paper a brief review on miniaturized fluorometric instrumentation co-working with LOC will be discussed. An idea and technical realization of novel fluorometric readout instrumentation will be presented. Finally, brief review of complex LOC-based instruments developed under 6. FP OPTOALBCARD, 7. FP LABONFOIL as well as Polish MNS-DIAG/ APOZAR projec[...]

  Rozwój nowoczesnych metod i instrumentarium do wykrywania zagrożeń biologicznych związany jest z wykorzystaniem wysokoczułych i specyficznych metod diagnostyki genetycznej oraz laboratoriów chipowych wykorzystujących bardzo małe objętości próbek i reagentów. Ważną rolę w identyfikacji zagrożeń biologicznych odgrywają zagadnienia techniczno-technologiczne związane z konstrukcją i materiałem lab-chipa oraz uniwersalnością, selektywnością, czułością i łatwością stosowania współpracującej z lab-chipem metody detekcji analitu. Spośród wielu metod detekcji stosowanych w laboratoriach chipowych, dominującą rolę odgrywa detekcja fluorymetryczna. W pracach własnych przeprowadzono kompleksowe badania nad nowatorskim układem detekcji fluorymetrycznej wykorzystującej niskomocowe moduły laserowe do wzbudzania fluorescencji oraz miniaturowy niechłodzony przetwornik obrazu (CCD), a także[...]

W artykule przedstawiono wyniki dozowania i separacji barwników śledzących w szklanym chipie do kapilarnej elektroforezy żelowej. Barwniki o różnych kolorach oraz masach cząsteczkowych i objętości rzędu pojedynczych nanolitrów zostały rozdzielone w ciągu kilku minut z wykorzystaniem elektrohydrodynamicznego mechanizmu zarządzania przepływem. Łatwość obserwacji tak małych objętości za pomocą prostego systemu monitoringu pozwala wykorzystać barwniki śledzące do optymalizacji mikroprzepływów oraz konstrukcji chipów mikrofluidycznych. (Dozowanie i separacja barwników śledzących w szklanym chipie do kapilarnej elektroforezy żelowej). Abstract. In this paper, results of dosing and separation of tracking dyes in a glass chip for capillary gel electrophoresis are presented. Dyes of various colors, molecular mass and volume range of single nanolitres were separated in a few minutes, utilizing electrohydrodynamic mechanism of flow management. Easy observation of such small volumes using simple monitoring system allows for tracking dyes application in optimization of microfluidic chips construction and management of microfluidic flow. Słowa kluczowe: elektroforeza, lab-on-a-chip, CGE, separacja, barwniki śledzące. Keywords: electrophoresis, lab-on-a-chip, CGE, separation, tracking dyes. Introduction Capillary gel electrophoresis (CGE) is a high performance separation method, especially useful for genetic and proteomic analysis. In this method, electric field is used to force migration of particles in a gel-filled capillary. Due to sieving mechanism of the gel, particles are sizeseparated to fractions (bands) and identified. As standard CGE apparatus are bulky and maintenance-expensive, a new generation of miniature CGE devices utilizing lab-on-a-chip (LOC) technique are recently investigated. LOC technique provides integration of electric-controlled microfluidic injectors and separators in a single CGE chip, resulting in high separation efficie[...]

  W pracy przedstawiono istniejące rozwiązania metodologiczno- techniczne wykorzystujące technikę mikrosystemów, a także zaproponowano nowatorską koncepcję rozwiązania własnego, służącego do badania właściwości mechanicznych oocytów zwierzęcych w celu powiązania ich z potencjałem rozrodczym komórek. Stwierdzono, że istnieje zapotrzebowanie badawcze na nowe rozwiązania techniczne i metodologiczne pozwalające na określanie cech mechanicystycznych komórek o wymiarach od kilku do kilkunastu mikrometrów z uwagi na możliwe powiązanie tych właściwości z potencjałem biologicznym komórek. Słowa kluczowe: mikrocytometria odkształceniowa, właściwości mechaniczne komórek, oocyty, mikroinżynieria, mikrosystemy.Rola i znaczenie właściwości mechanicznych komórki przez długi czas nie były badane z uwagi na ograniczenia klasycznych metod badawczych takich jak np. kontrolowane zasysanie komórki pipetą [1, 2] lub ściskanie między dwiema płytkami [3, 4]. Wraz z rozwojem nowoczesnych metod badawczych wykorzystujących technikę mikrosystemów [5] - w tym między innymi mikroskopii sił atomowych (AFM) i mikrocytometrii przepływowej typu lab-on-a-chip (LOC) - możliwe stało się określanie właściwości mechanicznych pojedynczej komórki oraz wpływ tych właściwości na komórki i organizmy żywe. Tematyka ta stała się przedmiotem wielu publikacji naukowych, w tym w najlepszych czasopismach - Nature i Science [6, 7]. Wiadomo jest, że właściwości mechaniczne komórki pełnią kluczową rolę w prawidłowym funkcjonowaniu komórek i organizmów [8]. Przykładem jest tutaj stwierdzenie, że komórki nowotworowe są bardziej elastyczne od komórek zdrowych, co ułatwia ich migrację (przerzuty) [7, 9]. Badano również między innymi komórki macierzyste, limfocyty i krwinki czerwone [10-12]. W ostatnim czasie zainteresowanie naukowe zwrócone jest w kierunku badania właściwości mechanicznych oocytów z uwagi na możliwe powiązanie tych właściwości z potencjałem rozrodczym, np. dojrzałe [...]

  Poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcji stropowych zazwyczaj sprowadzało się do prób realizacji przęseł o coraz większej rozpiętości, co umożliwia wykorzystywanie technologii sprężania oraz stosowanie coraz lepszych materiałów, np. betonów specjalnych [2]. Przegląd najnowszych światowych osiągnięć w dziedzinie stropów pokazuje, że obecnie motorem innowacji są rozwiązania pozwalające na rozmieszczenie różnego typu instalacji w grubości stropu, zmniejszających jego ciężar własny, a także wykorzystanie konstrukcji stropowej do poprawy komfortu termicznego w pomieszczeniach. Wbudownictwie zazwyczaj mówimy o innowacjach produktowych, czyli wprowadzaniu wyrobów, które są nowe lub udoskonalone pod względem właściwości bądź zastosowania lub o innowacjach procesowych, oznaczających wdrażanie znacznie ulepszonych metod produkcji. Warto jednak podkreślić, iż rozróżnia się różne skale wdrażania innowacji: międzynarodową (np. europejską); krajową lub zaledwie regionalną. Tak więc innowacjami nie są wyłącznie nowe, wcześniej nigdzie na świecie niestosowane rozwiązania, ale mogą być także lokalne wdrożenia ulepszonych produktów lub technologii. Zmniejszenie ciężaru konstrukcji Wwielu obiektach, już na etapie projektowania, wskazane jest odciążenie konstrukcji w celu redukcji obciążenia przekazywanego przez fundament na podłoże gruntowe. W przypadku konstrukcji stropowych pozwala to na zwiększenie rozpiętości przęsła, zmniejszenie liczby lub zastosowanie smuklejszych podpór, eliminację żeber czy podciągów wysuniętych poniżej dolnej powierzchni płyty stropowej, a także skutkuje zmniejszeniem zużycia materiałów (wbudowanego betonu oraz stali zbrojeniowej). To wszystko przyczynia się z kolei do rozwoju budownictwa zrównoważonego przez redukcję zużycia zasobów naturalnych oraz zmniejszenie emisji dwutlenku węgla. Odciążenie stropów można uzyskać np. przez stosowanie płyt otworowych lub wbudowanie wkładów odciążających. [...]

W pracy przedstawiono wyniki badań nad miniaturowym systemem do elektroforetycznej separacji DNA, wykorzystującym układ detekcji fluorescencyjnej. Opisano technologię całkowicie szklanego biochipa z krzyżową konfiguracją kanałów mikrofluidycznych. W opracowanym stanowisku laboratoryjnym przeprowadzono elektroforezę żelową DNA znakowanego barwnikami "czerwonymi" (Cy5, TO-PRO-3) z detekcją fluorymetryczną w czasie rzeczywistym. Sygnał detektora przetworzono cyfrowo, uzyskując charakterystyki intensywności fluorescencji w funkcji czasu. Abstract. In the paper, miniature system with fluorometric detection for electrophoretic separation of DNA is reviewed. Technology of all-glass biochip with cross-shaped microfluidic channels is described. Gel electrophoresis of DNA labeled with red-line markers (Cy5, TO-PRO-3) was conducted in laboratory set-up with real-time fluorometric detection. Detection signal was processed into time-graphs of fluorescence intensity. (Miniature system for capillary gel electrophoresis of DNA with fluorescence detection). Słowa kluczowe: biochip, elektroforeza żelowa, DNA, fluorescencja. Keywords: biochip, gel electrophoresis, DNA, fluorescence. Wstęp Elektroforeza żelowa jest powszechnie stosowaną, niezwykle czułą techniką analizy materiału genetycznego, umożliwiającą m.in. sekwencjonowanie DNA, analizę produktu amplifikacji metodą PCR lub wykrywanie potencjalnie onkogennych mutacji genetycznych. Zasada działania elektroforezy żelowej opiera się na rozdzieleniu cząsteczek różniących się wielkością/masą podczas ich migracji przez żel w polu elektrycznym. Ze względu na sitową strukturę żelu, cząstki DNA ulegają separacji na "frakcje" o różnej szybkości migracji elektroforetycznej. W powszechnie stosowanych urządzeniach do elektroforezy płytowej (slab-gel) separację przeprowadza się w warstwie żelu, otrzymując - po wybarwieniu - obraz prążków DNA. Badany materiał genetyczny charakteryzuje się na podstawie szerokoś[...]

Choroby człowieka wywołane obecnością patogenów bakteryjnych w złej jakości lub źle przechowywanej żywności są powszechnym i kosztownym problemem. Efektywne zapobieganie skażeniom możliwe jest tylko wtedy, gdy testy bakteriologiczne będą tanie i prowadzone na masową skalę u producentów i dystrybutorów żywności, czyli w miejscach, w których wystąpienia skażenia jest najbardziej prawdopodobne.[...]

Uważa się powszechnie, że mikrozegar atomowy jest kluczowym podzespołem elektronicznym w skali globalnej (tak zwany killing component), którego roczna produkcja w perspektywie najbliższych 10-15 lat wyniesie około 50 mln sztuk. Według szacunków europejskich, tylko w powszechnie użytkowanym sprzęcie, na przykład karty bankomatowe, transmisje pomiędzy bankami, karty kodowe, etc.), w 2015 roku będzie się stosować mikrozegary atomowe w liczbie kilku milionów sztuk. Zbudowanie takiego zegara o milimetrowych wymiarach, konsumpcji mocy w zakresie kilkuset miliwatów i dokładności około 1 μs/rok jest możliwe tylko w formie mikrosystemu, metodami mikroinżynieryjnymi. Pierwszą wersję prototypu "przedprodukcyjnego" [4, 5] cezowego mikrozegara atomowego, wykorzystującego zjawisko koherentnego pochłaniania (CPT) w parach cezu dla zmodulowanego częstotliwościowo (~4,6 GHz) światła podczerwonego o długości odpowiadającej linii absorpcji D1 (D2), przedstawiła firma Symmetricom (USA) w końcu 2009 roku. Zaprezentowany prototyp to efekt prac badawczych rozpoczętych w grupie profesora Kitchinga [2, 3] w NIST (Boulder, Colorado, USA) na przełomie XX i XXI wieku, w ramach wielomilionowego finansowania zapewnionego przez DARPA. Prace nad europejskim cezowym mikrozegarem atomowym rozpoczęto równolegle we Francji i Szwajcarii około 2004 r. [7]. W 2008 r. powołano konsorcjum [6], którego celem jest opracowanie i wdrożenie produkcyjne cezowego mikrozegara atomowego. W niniejszym artykule przedstawiono wycinek prac nad europejskim zegarem atomowym, dotyczący sposobu wytwarzania komórki cezowej MEMS, która jest jednym z czterech podstawowych elementów zegara atomowego (rys. 1). Komórkę cezową MEMS muszą charakteryzować: - małe wymiary (< 1 cm3), - absolutna próżnioszczelność (szczelność helowa), - czysta atmosfera wewnętrzna z gazem buforującym o znanych i kontrolowanych parametrach (skład, ciśnienie), Komórka cezowa MEMS dla mikrozegara atomowe[...]

Jakość komórek rozrodczych decyduje o jakości rozrodu w hodowli zwierząt. Stosowana obecnie metoda oceny komórek rozrodczych zwierząt hodowlanych (np. świń, krów) jest niejednoznaczna. Polega ona na ocenie jakości i dojrzałości pęcherzyka jajnikowego oraz obserwacji pod mikroskopem optycznym cech morfologicznych komórek rozrodczych tj.: ilości komórek cumulusa otaczających pojedynczy oocyt oraz jego kolor i jednorodność. Tak przeprowadzona klasyfikacja doprowadza w normalnej hodowli nawet do pogorszenia jej wyniku i strat finansowych hodowcy. Dlatego też, ocena jakości komórek rozrodczych (oocytów) jest istotnym zagadnieniem weterynaryjnym i ekonomicznym. Idealna metoda do badania jakości komórek rozrodczych powinna być nieniszcząca i dawać wynik analizy w czasie kilku minut, a urządzenie dla takiej metody - tanie, łatwe w transporcie i obsłudze. Istotny jest również fakt, iż ocena jakości powinna dotyczyć pojedynczej komórki. Możliwe jest to tylko w przypadku, gdy wymiary celi pomiarowej są zbliżone do wymiarów komórki. W przypadku komórek rozrodczych krów i świń, średnica komórki (oocytu lub zarodka) mieści się w zakresie 80…150 μm. Są to wymiary charakterystyczne dla lab-chipów. Znane z literatury rozwiązania techniczne lab-chipów umożliwiające ocenę jakości komórek rozrodczych ssaków wykorzystują metody mechaniczne [1], biochemiczne [2] lub optyczne [3]. Metoda mechaniczna, za pomocą której wyznaczana jest elastyczność, komórki może być metodą niszczącą. W metodzie biochemicznej analizowane są produkty metabolizmu komórek, a więc jest to metoda pośrednia i wymagająca skomplikowanego osprzętu analitycznego. Metoda optyczna, polegająca na pom[...]