Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation

Lab-on-a-Chip (LOC) integrated microfluidics has been a powerful tool for new developments in analytical chemistry. These microfluidic systems enable the miniaturization, integration and automation of complex biochemical assays through the reduction of reagent use and enabling portability.Cell and p...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Mohammadi, Mahdi
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2015
País:España
Institución:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Repositorio:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:upcommons.upc.edu:2117/95698
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2117/95698
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-95698
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Dispositius microfluidics
Plasma sanguini -- Purificació
Partícules (Matèria)
Separació (Tecnologia)
Condensadors elèctrics
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica
id ES_3ca6fea3bda0fa6ebccad77b67451f34
oai_identifier_str oai:upcommons.upc.edu:2117/95698
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
title Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
spellingShingle Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
Mohammadi, Mahdi
Dispositius microfluidics
Plasma sanguini -- Purificació
Partícules (Matèria)
Separació (Tecnologia)
Condensadors elèctrics
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica
title_short Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
title_full Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
title_fullStr Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
title_full_unstemmed Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
title_sort Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separation
dc.creator.none.fl_str_mv Mohammadi, Mahdi
author Mohammadi, Mahdi
author_facet Mohammadi, Mahdi
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Casals Terré, Jasmina
Sellarès González, Jordi
dc.subject.none.fl_str_mv Dispositius microfluidics
Plasma sanguini -- Purificació
Partícules (Matèria)
Separació (Tecnologia)
Condensadors elèctrics
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica
topic Dispositius microfluidics
Plasma sanguini -- Purificació
Partícules (Matèria)
Separació (Tecnologia)
Condensadors elèctrics
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica
description Lab-on-a-Chip (LOC) integrated microfluidics has been a powerful tool for new developments in analytical chemistry. These microfluidic systems enable the miniaturization, integration and automation of complex biochemical assays through the reduction of reagent use and enabling portability.Cell and particle separation in microfluidic systems has recently gained significant attention in many sample preparations for clinical procedures. Direct-current insulator-based dielectrophoresis (DC-iDEP) is a well-known technique that benefits from the electric field gradients generated by an array of posts for separating, moving and trapping biological particle samples. In this thesis a parametric optimization is used to determine the optimum radius of the post for particle separation. Results that are used to design a microfluidic device that with a novel combination of hydrodynamic and di-electrophoretic techniques can achieve plasma separation in a microfluidic channel from fresh blood and for the first time allows optical real-time monitoring of the components of plasma without pre or post processing. Finally, all the results are integrated to create a novel microfluidic chip for blood plasma separation, which combines microfluidics with conventional lateral flow immune chromatography to extract enough plasma to perform a blood panel. The microfluidic chip design is a combination of cross-flow filtration with a reversible electroosmotic flow that prevents clogging at the filter entrance and maximizes the amount of separated plasma. The main advantage of this design is its efficiency, since with a small amount of sample (a single droplet ~10µL) a considerable amount of plasma (more than 1µL) is extracted and collected with high purity (more than 99%) in a reasonable time (5 to 8 minutes). To validate the quality and quantity of the separated plasma and to show its potential as clinical tool, the microfluidic chip has been combined with lateral flow immune chromatography technology to perform a qualitative detection of the TSH (thyroid-stimulating hormone) and a blood panel for measuring cardiac Troponin and Creatine Kinase MB. The results obtained from the microfluidic system are comparable to previous commercial lateral flow assays that required more sample for implementing less tests.
publishDate 2015
dc.date.none.fl_str_mv 2015
2015-04-10
2015
2015-07-14
dc.type.none.fl_str_mv doctoral thesis
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
VoR
http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv https://hdl.handle.net/2117/95698
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-95698
url https://hdl.handle.net/2117/95698
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-95698
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
eng
language_invalid_str_mv Inglés
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
dc.source.none.fl_str_mv reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
instname_str Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
reponame_str UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
collection UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869406389482291200
spelling Direct current insulator based dielectrophoresis (DC-iDEP) microfluidic chip for blood plasma separationMohammadi, MahdiDispositius microfluidicsPlasma sanguini -- PurificacióPartícules (Matèria)Separació (Tecnologia)Condensadors elèctricsÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànicaLab-on-a-Chip (LOC) integrated microfluidics has been a powerful tool for new developments in analytical chemistry. These microfluidic systems enable the miniaturization, integration and automation of complex biochemical assays through the reduction of reagent use and enabling portability.Cell and particle separation in microfluidic systems has recently gained significant attention in many sample preparations for clinical procedures. Direct-current insulator-based dielectrophoresis (DC-iDEP) is a well-known technique that benefits from the electric field gradients generated by an array of posts for separating, moving and trapping biological particle samples. In this thesis a parametric optimization is used to determine the optimum radius of the post for particle separation. Results that are used to design a microfluidic device that with a novel combination of hydrodynamic and di-electrophoretic techniques can achieve plasma separation in a microfluidic channel from fresh blood and for the first time allows optical real-time monitoring of the components of plasma without pre or post processing. Finally, all the results are integrated to create a novel microfluidic chip for blood plasma separation, which combines microfluidics with conventional lateral flow immune chromatography to extract enough plasma to perform a blood panel. The microfluidic chip design is a combination of cross-flow filtration with a reversible electroosmotic flow that prevents clogging at the filter entrance and maximizes the amount of separated plasma. The main advantage of this design is its efficiency, since with a small amount of sample (a single droplet ~10µL) a considerable amount of plasma (more than 1µL) is extracted and collected with high purity (more than 99%) in a reasonable time (5 to 8 minutes). To validate the quality and quantity of the separated plasma and to show its potential as clinical tool, the microfluidic chip has been combined with lateral flow immune chromatography technology to perform a qualitative detection of the TSH (thyroid-stimulating hormone) and a blood panel for measuring cardiac Troponin and Creatine Kinase MB. The results obtained from the microfluidic system are comparable to previous commercial lateral flow assays that required more sample for implementing less tests.Els dispositius Lab-on-a-Chip (LOC) són una eina de gran abast per als nous desenvolupaments de química analítica. Aquests sistemes de microfluids permeten la miniaturització, la integració i automatització d'assajos bioquímics complexos a través de la reducció del consum de reactiu i són portables. La separació de partícules i cél.lules mitjançant sistemes de microfluids ha guanyat recentment una atenció significativa en la preparació de mostres per als procediments clínics. La dielectroforesis amb corrent continu basada amb aïllants (DC-IDEP) és una tècnica ben coneguda que es beneficia dels gradients de camp elèctric generats per una sèrie de columnes d'aïllants que permeten la separació, el moviment i la captura de mostres de partícules biològiques. En aquesta tesis una optimització paramètrica s'utilitza per determinar el radi òptim de la columna necessària per a la separació de partícules. Resultats que s'utilitzen per dissenyar un dispositiu de microfluids que amb una nova combinació de tècniques hidrodinàmiques i di-electroforètiques pot aconseguir la separació de plasma en un microcanal a partir de sang fresca que per primera vegada permet la monitorització en temps real òptica dels components del plasma sense pre o post processament. Finalment, tots els resultats s'integren per crear un nou microxip per a la separació de plasma de la sang, que combina la microfluídica amb cromatografia de flux lateral convencional per extreure suficient plasma per dur a terme un panell de sang. El disseny del microxip és una combinació de filtració de flux creuat amb un flux electroosmòtic reversible que evita l'obstrucció a l'entrada del filtre i maximitza la quantitat de plasma separat. El principal avantatge d'aquest disseny és la seva eficiència, ja que amb una petita quantitat de mostra (una sola gota ~ 10µL) s'extreu una quantitat considerable de plasma (més de 1µL) i es recull amb gran puresa (més de 99%) en temps raonable (de 5 a 8 minuts). Per validar la qualitat i quantitat del plasma separat i per mostrar el seu potencial com a eina clínica, el xip de microfluids s'ha combinat amb la tecnologia de cromatografia de flux lateral per a realitzar una detecció qualitativa de la TSH (hormona estimulant de la tiroide) i un panell de sang per mesura la troponina cardíaca i la creatina quinasa MB. Els resultats obtinguts del sistema de microfluids són comparables als assajos de flux lateral comercials anteriors que requerien més mostra per a la realització de menys proves.Universitat Politècnica de CatalunyaCasals Terré, JasminaSellarès González, Jordi20152015-04-1020152015-07-14doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/95698https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-95698reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/956982026-05-27T15:37:01Z
score 15,301603

Similares en LA Referencia