"Laboratorium w chipie" - miniaturyzacja w analityce

Kłodzińska, E.; Filipiak, W.A.; Szumski, M.; Buszewski, B.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

"Laboratorium w chipie" - miniaturyzacja w analityce

Autorzy

Kłodzińska E. , Filipiak W.A. , Szumski M. , Buszewski B.

Identyfikatory

Warianty tytułu

"LAB-ON-A-CHIP" - miniaturizatlon in analytics

Języki publikacji

Abstrakty

Obecnie w rozwoju technik analitycznych kładzie się ogromny nacisk na ich miniaturyzację. Prowadzone od początku lat 90 badania rozpowszechniły stosowanie płaskich urządzeń o bardzo małych rozmiarach, tzw. chipów, mających zastąpić konwencjonalne kapiłary (elektroforeza) lub kolumny (chromatografia). Dzięki temu stało się możliwe przeprowadzenie kompletnej analizy (pobieranie próbki, derywatyzacja, separacja, detekcja) na jednym urządzeniu w myśl koncepcji μ-TAS (μ-Total chemical Allalysis System). Układy takie charakteryzują się m.in. małym zużyciem reagentów, zwiększeniem czułości i skróceniem czasu analizy. Chipy umożliwiają użycie różnych technik analitycznych, m.in. elektroforezy, w wielu obszarach nauki, np. do analiz genetycznych czy sekwencjonowania DNA. Małe rozmiary chipów wymagały między innymi znalezienia nowych rodzajów dozowników próbki i detektorów. W niniejszym artykule przedstawiono podstawowe informacje dotyczące wykorzystywania chipów w nowych metodach analitycznych. Zaprezentowano kilka powszechnie stosowanych metod wytwarzania chipów, detekcji oraz ich wykorzystania w różnych technikach separacyjnych. Opisano także kilka konkretnych urządzeń, które istotnie przyczyniły się do rozwoju technologii chipowych.

Recently, much effort bas been made on miniaturization of analytical techniques. Since the early 90's the research bas been conducted toward the introduction of small planar devices (chips) in order to replace conventional electrophoretic capillaries and chromatographic columns. It became possible to perform complete analysis (sampling, derivatization, separation, detection) on a single device, according to μ-TAS (μ-Total chemical Analysis System) concept. Such separation systems are characterized by law chemicals consumption, increase sensitivity and fast analysis. Chip devices allow utilization of electrophoresis in numerous branches of science, for example: genomics, DNA sequencing and proteomics. Small dimension of such systems required construction of new injectors and detectors. In this contribution basic information regarding utilization of chip technology in chemical analysis as well as different methods of chip fabrication and applications were presented.

Słowa kluczowe

miniaturyzacja techniki separacyjne mikrokolumny technologia chipowa proteomika metabolityka

miniaturization separation sciences microcolumn chip technology proteomics metabonomics

Wydawca

Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej

Czasopismo

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

Rocznik

2004

Tom

Vol. 11, nr S4

Strony

423--462

Opis fizyczny

Bibliogr. 101 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kłodzińska E.

Zakład Chemii Środowiska i Ekoanalityki, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń, tel. (056) 6114308, fax (056) 611 4837

autor

Filipiak W.A.

bbusz@chem.uni.torun.pl

Zakład Chemii Środowiska i Ekoanalityki, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń, tel. (056) 6114308, fax (056) 611 4837

autor

Szumski M.

Zakład Chemii Środowiska i Ekoanalityki, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń, tel. (056) 6114308, fax (056) 611 4837

autor

Buszewski B.

Zakład Chemii Środowiska i Ekoanalityki, Wydział Chemii, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. J. Gagarina 7, 87-100 Toruń, tel. (056) 6114308, fax (056) 611 4837

Bibliografia

[1] Golay M.: Gas Chromatography, ed. D. Desty, Academic Press 1958, 36.
[2] Szumski M. i Buszewski B.: Critical Reviews in Analylical Chemistry, 2002,32(1), 1.
[3] Horvath C.G. i Preiss B.A., Lipsky R.: Anal. Chem., 1967, 39, 1422.
[4] Horvath C.G., Preiss B.A. i Lipsky R.; Anal. Chem., 1969,41, 1227.
[51 Ishii D., Asai K., Hibi K., Yonokuchi T. i Nagaya M.: J. Chromatogr., 1977,144, 157.
[6] Terry, S.C.: A gas chromatography system fabricated on a Silicon wafer using integrated Circuit technology. Ph.D. Dissertation, Stanford University, 1975.
[7] Terry S.C., Jerman J.H. i Angell J.B.: IEEE Trans. Electron Devices, 1979, ED - 26, 1880.
[8] Manz A., Miyahara Y., Miura J., Watanabe V., Miyagi H. i Sato K.: Sens. Actuators, 1990, BI, 249.
[9] Freemantle M.: Science/Technology, 1999, 77, 27.
[10] Baker D.R.: Capillary Electrophoresis. John Wiley & Sons, Inc., New York 1995
[11] Bartle K.D., Meyers P.; J. Chromatogr. A., 2001,916, 3.
[12] Knox J.H.: J. Chromatogr., 1994, 680, 3.
[13] Zhonghui H. i Harrison D.J.: Anal. Chem., 1994, 66, 177.
[14] Jacobson S.C., Hargenroder R., Koutny L.B., Warmack, R.J. i Ramsey J.M.: Anal. Chem.. 1994, 66, 1107.
[15] Effenhauser C.S., Bruin G.J.M., Paulus A. i Ehrat M.: Anal. Chem.. 1997, 69. 3451.
[16] Runyan, W.R. i Bean K.E.: Semiconductor Integrated Circuit Processing Technology. Addison-Wesley, Reading, MA, 1990.
[17] McCormick R.M., Nelson R.J.. Alonso-Amigo M.G.. Bcnvegnu J. i Hooper H.H.: Anal Chem.. 1997, 69, 2626.
[18] Raoberts, M.A., Rossier J.S., BercierP. i Girault H.: Anal. Chem., 1997, 69. 2035.
[19] Muller T. i in.: Biosensors & Bioelectronics, 1999,14, 247.
[20] Martynova L., Locascio L.E., Gaitman M., Kramer G.W., Christensen R.G. i MacCrehan W.A.: Anal. Chem., 1997, 69,4783.
[21] Jacobson S.C., Culbertson C.T., Daler J.E. i Ramsey J.M.: Anal. Chem.. 1998, 70. 3476.
[22] Haab B.B. i Mathies R.A.: Anal. Chem., 1999, 71. 5137.
[23] Jacobson S.C. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1996, 68, 720.
[24] Kovacs G.T.A., Petersen K. i Albin M.: Anal. Chem., 1996, 407A-4I2A.
[25] Sayah A., Solignac D., Cueni T. i Gijs M.A.M.: Sensors and Actuators. 2000. 84, 103.
[26] Jacobson S.C., Moore A. W. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1995, 67. 2059.
[27] Brzózka Z.: Materiały z kursu Miniaturowe systemy analityczne. Warszawa 19-21.1 1.2003.
[28] Harrison D.J., Manz A., Fan Z., Ludi H. i Widmer H.M.: Anal. Chem., 1992, 64. 1926.
[29] Burggraf N., Manz A., Effenahauser C.S., Yerpoorte E.. de Rooij N.F. i Widmer H.M.: J. Hihg Res. Chromatogr., 1993,16, 594.
[30] Effenhuser CS., Manz A. i Widmer H.M.: Anal. Chem., 1993, 65. 2637.
[31] Effenhauser C.S., Manz A i Widmer H.M.: Anal. Chem., 1995, 67, 2284.
[32] Koutny L.B., Schmalzing D., Taylor T.A. i Fuchs M.: Anal. Chem., 1996, 68. 18.
[33] Jacobson S.C., Koutny L.B., Hergenroder R., Moore A.W. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1994, 66. 3472
[34] Wooley A.T. i Mathies R.A., Anal. Chem., 1995, 67, 3676.
[35] Shi Y.N., Simpson P.C., Scherer J.R., Wexler D., Skibola C., Shmith M.T. i Mathies R.A.: Anal. Chem 1999,71,5354.
[36] Ueda M., Nakanishi H., Tabata O. i Baba Y.: Mater. Sci. Eng. C: Biomimet. Supramol. Syst., 2000, 12, 33.
[37] Ueda M., Kiba Y., Abe H., Arai A., Nakanishi H. i Baba Y.: Electrophoresis. 2000. 21. 176.
[38] Simpson J.W., Ruiz-Martinez M.C., Mulhem G.T., Berka J., Latimer D.R.. Bali J.A.. Rothberg J.M. i Went G.T.: Electrophoresis. 2000,21, 135.
[39] Waters L.C., Jacobson S.C., Kroutchimina N., Khandurina J., Foote R.S. i Ramsey J.M.: Anal. Chem 1998.70,158.
[40] Lagally E.T.. Medintz I. i Mathies R.A.: Anal. Chem., 2001, 73. 565.
[41] Giordano B.C., Ferrance J., Swedberg S., Huhmer A.F.R. i Landers J.P.: Anal. Biochem.. 2001.291, 124.
[42] Salas-Solano O., Schmalzing D., Koutny L., Buonocore S., Adourian A. i Matsudaira P.: Ehrlich d. Anal. Chem., 2000, 72, 3129.
[43] Liu S., Ren H., Gao Q., Roach D.J., Loder R.T.J., Armstrong T.H.. Mao Q.. Blaga I., Barker D.L. i Jovanovich B.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2000, 97, 5369.
[44] Mesaros J.M., Luo G., Roeraade J. i Ewing A.G.: Anal. Chem., 1993, 65, 3313.
[45] Raymond D.E., Manz A. i Widmer H.M.: Anal. Chem.. 1994, 66. 2858.
[46] Jacobson S.C., Hergenróder R., Moore A.W. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1994, 66. 4127.
[47] Fluri K., Fitzpatrick G., Chiem N. i Harrison D.J.: Anal. Chem., 1996, 68. 4285.
[48] Wooley A.T., Sensabaugh G.F. i Mathies R.A.: Anal. Chem., 1997, 69, 2181.
[49] Shi Y., Simpson P.C., Scherer J.R., Wexler D., Skibola C.. Shmith M.T. i Mathies R.A.: Anal. Chem., 1999. 71.5354.
[50] Hilmi A. i Luong J.H.T.: Anal. Chem., 2000, 72, 4677.
[51] Huang Z.. Munro N.M. i Landers J.P.: Anal. Chem., 1999, 71, 5309.
[52] Wooley A.T., Lao K.Q., Glazer A.N. i Mathies R.A.,: Anal. Chem., 1998, 70, 684.
[53] Xue Q., Foret F., Dunayevskiy Y.M., Zavracky P.M., McGruer N.E. i Karger B.L.: Anal. Chem., 1997, 69.426.
[54] Walker P.A., Morris M.D., Buras M.A. i Johnson B.N.: Anal. Chem., 1998,70, 3766.
[55] Burggraf N., Krattiger B., dcMello A.J., deRooji N.F. i Manz A.: Analyst, 1998,123, 1443.
[56] Jacobson S.C., Hergenroder R., Koutny L.B. i Ramsey J.M.: Anal. Chem. 1994, 66, 2369.
[57] Kutter J.P., Jacobson S.C., Matsubara N. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1998, 70, 3291.
[58] Moore A.W., Jacobson S.C. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1995, 67, 4184.
[59] Kutter J.P., Jacobson S.C. i Ramsey J.M.; Anal. Chem., 1997, 69, 5165.
[60] Sera Y., Matsubara N., Otsuka K. i Terabe S.; Electrophoresis, 2001, 22, 3509.
[61] Jacobson S.C. i Ramsey J.M.: Electrophoresis, 1995,16, 481.
[62] Ericson C., Holm J., Ericson T. i Hjerten S.: Anal. Chem., 2000, 72, 81.
[63] Wooley A.T. i Mathies R.A., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1994, 91,11348.
[64] Liu S., Shi Y., Ja W.W. i Mathies R.A.: Anal. Chem. 1999,71, 566.
[65] Khandurina J. i Guttman A.: J. Chromatogr., 2002,943,159.
[66] Auroux D.A., Tossifldis D., Reyes D.R. i Manz A.: Anal. Chem., 2002,74, 2637.
[67] Harrison D.J., Ruri K., Seiler K., Fan Z., Effenhauser C.S. i Manz A.; Science (Washington, D C.) 1993, 261, 895.
[68] Jacobson S.C., Hergenroeder R., Moore A. W. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1994, 66, 4127.
[69] Zuborova M., Demianova Z., Kaniansky D., Masar M. i Stanisławski B.: J. Chromatogr., 2001, 990, 179.
[70] Effenhauser C.S., Paulus A., Manz A. i Widmer H.M.: Anal. Chem., 1994, 66, 2949.
[71] Hoffman O., Che D., Cruickshank K.A. i Muller U.R.: Anal. Chem., 1999, 71, 678.
[72] Henr A.E., Molho J.I., Drouvalakis K.A., Mikkelsen J.C., Utz P.J., Santiago J.G. i Kenny T.W.: Anal. Chem., 2003,75, 1180.
[73] Bodor R., Madajova V., Kaniansky D., Masar M., Johnck M. i Stanisławski B.: J. Chromatogr A., 2001,916, 155.
[74] Walker P.A., Morris M.D., Burns M.A. i Johnson B.N.; Anal. Chem., 1998,70, 3766.
[75] Dziuban J., Górecka-Drzazga A., Nieradko L. i Małecki K.: J. Cap. Elec. Microchip Tech., 1999, 6, 37.
[76] Eijkel J.C.T., Stoeri H. i Manz A.: Anal. Chem., 2000,72, 2547.
[77] Suljak S.W., Thompson L.A. i Ewing A.G.: J. Sep. Sci. 2003,27, 13.
[78] Weinberger R.: Practical Capillary Electrophoresis, Academic Press, New York 1993.
[79] Lin S., Fischl A.S., Bi X. i Parce W.L.: Analytical Biochemistry, 2003, 314,97.
[80] Welsch T. i Michalke D.: J. Chromatogr. A, 2003,1000,935.
[81] He B., Ji J. i Regnier F.E.: J. Chromatogr. A, 1999, 853, 257.
[82] Jacobson S.C., Hergenroder R., Koutny L.B. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 1994, 66, 1114.
[83] Gottschlich N., Jacobson S.C., Culbertson C.T. i Ramsey J.M.: Anal. Chem., 2001,73, 2669.
[84] Broyles B.S., Jacobson S.C. i Ramsey M.J.: Anal. Chem., 2003,75, 2761.
[85] Zhukav A., Buijs J. i Suckau D.: The Biochemist 2002, June, 21.
[86] Nelson R.W., Nedelkov D. i Tubbs K.A.: Electrophoresis, 2000, 21, 1155.
[87] Pusch W., Wurmbach J.M., Thiele H. i Kostrzewa M.: Pharmacogenomics, 2002, 4, 537.
[88] Amexis G., Oeth P., Abel K., lvshina A., Pelleoquin F., Cantor C.R., Braun A. i Chumakov K.; Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2001, 98(21), 12097.
[89] Gascoyne et al.. Acta Tropica, 2004, 89, 357.
[90] Mazereeuw M., de Best C.M., Tjaden U.R., Irth H. i van der Greef J.; Anal. Chem., 2000,72, 3881.
[91] Ogata S., Yasukawa T. i Matsue T.: Bioelectrochemistry, 2001,54, 33.
[92] Li H. i Bashir R.: Sensors and Actuators, 2002, B86, 215.
[93] Schnelle T., Muller, Hagedom R., Voigt A. i Fuhr G.: Biochimica et Biophysica Acta, 1999,1428,99.
[94] Brown A.P., Betts N.B., Harrison A.B. i 0’Neil J.G.; Biosensors & Bioelectronics, 1999,14,341.
[95] Frenfea M., Faure S.P., Le Pioufle B., Coquet Ph. i Fujita H.: Mater. Sci. Eng., 2003, C23, 597.
[96] Suehiro J., Hamada R., Nautomi D., Shutau M. i Hara M.: J. Electrost., 2003,57, 157.
[97] Green N.G., Morgan H. i Milner J.J.: J. Biochem. Biophys. Methods, 1997,35, 89.
[98] Hughes M.P., Morgan H., Rixon F.J., Burt J.P.H. i Pething R.: Biochimica et Biophysica Acta, 1998, 1425,119.
[99] Betts W.B.: Trends in Food Science & Technology 1995, February, 6.
[100] Wang X.-P., Yang J., Huang Y., Yykoukal J., Becker F.F. i Gascoyne P.R.: Anal. Chem., 2000, 72, 832.
[101] Felton M.J.: Anal. Chem., 2003, XX, 505 A.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPG4-0004-0054