Magnetic Flow Cytometry

Helou, Michael

In der in-vitro Diagnostik ist Vollblut eine wichtige Informationsquelle für die Therapieentscheidung des Klinikers. Über die Funktionalität und Konzentration der Blutzellen können beispielsweise die Hämostase oder der Immunstatus bewertet werden. Goldstandard für die Einzelzelldetektion ist die Fluoreszenzdurchfluss-zytometrie, die aufgrund der aufwendigen Probenvorbereitung des optisch opaken Bluts nicht in der Routinediagnostik einsetzbar ist. Miniaturisierte Durchflusszytometer, die auf mikrofluidischen Technologien basieren, versprechen eine einfachere Bedienbarkeit. Jedoch erfordern auch diese Systeme eine aufwendige Probenvorbereitung. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur nicht-optischen Durchflusszytometrie, direkt in Vollblut, unter Verwendung eines mikrofluidischen Kanalsystems und GMR-Sensoren präsentiert. Das neuartige Konzept eines Durchflusszytometers basiert auf einem rein magnetischen Arbeitsablauf, mit einfachen Lösungen für Zellanreicherung, hintergrundfreie, magnetische Einzelzelldetektion sowie Quantifizierung der Zellepitope. Die GMR-Sensoren werden mit einem 70 nm dicken, Pinhole-freien ALD-Layer passiviert, der vor hochkorrosiven Bedingungen in Vollblut schützt und höchste Sensitivität bei minimalem Abstand von magnetischem Analyt zu Sensor garantiert. Für hohe Wiederfindungsraten der Zellen mit >95% werden eine in-situ magnetische Anreicherung und eine in-situ magnetophoretische Führung implementiert. Das ferromagnetische Chevron-Pattern zur Analytfokussierung durch Magnetophorese erlaubt zusätzlich eine in-situ Filtration der ungebundenen, magnetischen Marker auf Grund des kleinen hydrodynamischen Durchmessers gegenüber markierten Zellen. Die mikrostrukturierten GMR-Sensorelemente sind in einer Wheatstone Brücke angeordnet, wodurch ein charakteristisches Signalmuster für jeden Zellevent generiert wird...

For in-vitro diagnostics a highly important source is blood which comprises for instance the functionality and concentration of cells for hemostasis or immune status. Gold standard for clinical single cell analysis is fluorescence flow cytometry, though this method still requires extensive sample preparation of optically opaque blood and thus is not applicable for routine diagnostics. Next generation cytometers based on microfluidic technologies promise to be more cost-effective and simpler to operate, which would allow broad applications of optical flow cytometry for medical diagnostics. However, extensive sample preparation for such miniaturized optical systems is still required. This thesis addresses an approach to non-optical flow cytometry directly in whole blood, using a simple microfluidic system and low-cost GMR sensors. The envisioned magnetic flow cytometry system addresses a number of key issues for a novel all magnetic workflow solution, such as clogging, cell enrichment, background-free magnetic cell detection, and quantification of immunomagnetic labeling. The GMR sensors are passivated with pinhole-free 70 nm Al2O3 deposited by atomic layer deposition to withstand highly corrosive conditions in blood and ensure highest sensitivity with a minimum sensor to analyte distance. In-situ magnetic enrichment and in-situ magnetophoretic focusing is applied to ensure ~96% recovery rate for potential absolute cell concentration measurements...

Cite

Citation style:

Helou, Michael: Magnetic Flow Cytometry. 2015.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export