The sensitive and specific detection of proteins is at the center of many routine analyses in fundamental research, medical diagnosis, food quality control and environmental safety. The current gold standard for these applications remains the laborious and costly microwell plate ELISA. Over the last decade, new miniaturized devices have emerged: microfluidic systems that can drastically reduce the costs and the time of analysis. Many approaches and designs have been proposed. However, some recurrent difficulties remain that prevent the achievement of a system with the necessary balance between scientific performance, cost-effectiveness and user friendliness. These limitations include the complexity to maintain a constant flow rate in a simple and repeatable fashion, to mix solutions in a laminar flow regime, to control undesired surface effects, and to connect the chip to external pumping instruments. This thesis describes a novel microfluidic immunoassay platform that addresses the aforementioned issues while also achieving highly sensitive parallel measurements for the rapid quantification of protein biomarkers. The development of this platform followed three consecutive stages: (i) the establishment of an initial design for the simple manipulation of solutions in stop-flow mode, and the elaboration of strategies for mixing and for the simultaneous detection of parallel reactions, (ii) the introduction of the concept of Dual Network system, which removes the need for channel passivation against the non-specific adsorption of proteins, and (iii) the optimization of the critical assay parameters for the quantification of the cytokine TNF-alpha. The main attributes of the developed platform are also presented: the straightforward fabrication process, the simplified flow control, the enzymatically generated fluorescent signal, and the multi-purpose use of magnetic beads. These microbeads were utilized as functionalized substrate to capture the analyte, but also to / La détection sensible et spécifique de protéines se trouve au cœur d'analyses de routine dans la recherche fondamentale, le diagnostique médical, le contrôle qualité de la nourriture et la sûreté environnementale. Le standard actuel pour ces applications est toujours le coûteux et laborieux test ELISA en micropuits. Au cours de la dernière décennie, de nouveaux dispositifs miniaturisés ont fait leur apparition : des systèmes microfluidiques pouvant réduire de manière drastique les coûts et les temps d'analyse. Plusieurs approches et designs ont été proposés. Cependant, certaines difficultés récurrentes entravent toujours l'avènement d'un système possédant l'équilibre nécessaire entre la performance scientifique, le maintient de coûts bas, et la facilité d'utilisation. Ces limitations incluent la complixité de fixer une vitesse de flot constante de façon simple et reproductible, de mixer des solutions en régime laminaire, de contrôler les effets de surfaces indésireux, et de connecter la puce à des instruments de pompage externes. Cette thèse décrit une nouvelle plateforme d'immunoessais microfluidiques, qui adresse les problèmes mentionnés tout en réalisant des mesures hautement sensibles et en parallèle pour la quantification de biomarqueurs protéiques. Son développement a suivi trois étapes consécutives : (i) l'établissement d'un design initial pour la manipulation aisée de solutions en mode stop-flow, l'élaboration de stratégies de mixage et de détection simultanée de réactions parallèles, (ii) l'introduction du concept de système Dual Network, qui supprime la nécessité de passiver les canaux contre l'adsorption non-spécifique de protéines, et (iii) l'optimisation des paramètres critiques de l'essai pour la quantification de la cytokine TNF-alpha. Les attribues principaux de la plateforme sont également présentés : le procédé de fabrication rapide, le contrôle du flot simplifié, le signal$
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.21988 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Herrmann, Marc |
| Contributors | Maryam Tabrizian (Internal/Supervisor), Teodor Veres (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biomedical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0019 seconds