Manufacture and Assembly of Thermoplastic, Modular, Integrated Fluidic Systems

热塑性、模块化、集成流体系统的制造和组装

基本信息

  • 批准号:
    10172703
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.07万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-09-16 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

TITLE: Biotechnology Resource Center of BioModular Multi-scale Systems (CBM2) for Precision Medicine TR&D 3: Manufacture and Assembly of Thermoplastic, Modular, Integrated Fluidic Systems Abstract/Summary One of the primary limitations in the application of liquid biopsy markers to a diverse set of clinical problems, such as cancer, stroke, and drug-resistant bacterial infections, is the mass-limits they impose on the associated molecular assays. Mass limits are particularly problematic when using benchtop instruments and the associated sample handling. Most liquid biopsy-based molecular assays require multiple steps, each with a complex workflow, and the added problem of transferring small quantities of targets, such as DNA, RNA, or proteins, from one instrument to the next. Mixed-scale fluidic systems offer the potential to compress the entire set of assays into a single, integrated platform reducing sample loss, operator expertise, and simpler workflows. The goal of CBM2 is to develop technologies to make modular, integrated systems available for routine clinical use, even for mass-limited samples. Technologies evolving from this project will reduce the complexity of building and operating integrated and modular fluidic systems specifically designed to analyze liquid biopsy markers. In order to reduce the complexity of building such systems, the platforms should be conducive to high-scale production, which points to the use of injection molded thermoplastics. The modular concept facilitates this by using the same or similar modules for different assays, ability to use the modules as standalone units, and a motherboard containing standardized interconnects to host the modules. The focus of TR&D 3 is to develop technologies for manufacturing and assembly of injection molded motherboards and modules. High thermal expansion metals will enable robust mixed-scale mold inserts and reduce demolding stresses. A novel, scalable, repeatable and rapid method of thermally bonding cover plates to polymer substrates containing fluid networks (pressure assisted, boiling point thermal fusion bonding (PABP TFB)) will be used that delivers high process yield rates. Another challenge for building modular systems is to ensure that the small quantities of target DNA, RNA, or proteins can pass reliably between modules and the motherboard without loss and eliminating the need for O-rings or gaskets. To eliminate the need for gaskets, the modular systems will use gasketless superhydrophobic fluid interconnects that combine precision alignment of components to set gaps <10 µm, with superhydrophobic films on the surfaces around a fluid passage. The seal is a function of capillary forces, has a predictable failure pressure, and can transport biofluids, such as plasma and blood, and reagents from module to motherboard. The gasketless interconnect is tolerant of misalignment, which occurs in normal manufacturing processes; efforts in the renewal application will establish what the range is and the maximum failure pressure. To demonstrate the power of the modular fluidic systems, TR&D 3 will manufacture and assemble a complete modular system that will enrich circulating tumor cells (CTCs) and sequence certain genes in their genome. The system will have five modules connected to a universal motherboard and process a blood sample to an electronic readout of selected genes of the CTCs, providing actionable information for clinicians.
标题:生物技术资源中心生物模块化多尺度系统(CBM2)精密医学 TR&D 3:热塑性,模块化,集成流体系统的制造和组装 摘要/摘要 将液体活检标记物应用于潜水员的一组临床问题的主要局限性之一, 例如癌症,中风和耐药细菌感染,是他们对 相关的分子测定。使用台式仪器和 相关样品处理。大多数基于液体活检的分子测定都需要多个步骤,每个步骤 具有复杂的工作流程,以及转移少量目标(例如DNA)的附加问题 RNA或蛋白质,从一种仪器到另一种仪器。混合尺度流体系统提供了压缩的潜力 整个测定集成一个单一集成平台,以减少样本损失,操作员专业知识和 更简单的工作流程。 CBM2的目的是开发技术以使模块化,集成系统可用 用于常规临床使用,即使用于质量有限的样品。从这个项目中发展的技术将减少 专门设计的建筑和操作集成和模块化流体系统的复杂性 分析液体活检标记。 为了降低构建此类系统的复杂性,平台应导电到高规模 生产,指出了注射模制热塑性塑料的使用。模块化概念促进了这一点 通过使用相同或相似的模块进行不同的测定,将模块用作独立单元的能力, 和一个包含标准化互连的主板以托管模块。 TR&D 3的重点是 开发用于制造和组装注射模制主板和模块的技术。 高热膨胀金属将实现强大的混合尺度模具插入物并减少脱塑料应力。一个 热键覆盖板的新型,可扩展,可重复和快速的方法与聚合物底物 将使用包含流体网络(压力辅助,沸点热融合键合(PABP TFB)) 这可以提供高过程收益率。建立模块化系统的另一个挑战是确保 少量的靶DNA,RNA或蛋白质可以在模块和主板之间可靠地传递 不损失并消除对O形圈或垫圈的需求。为了消除对垫圈的需求, 模块化系统将使用无垫圈的超疏水液互连来结合精度 组件的比对设置差距<10 µm,在液体周围的表面上与超疏水膜 通道。密封是毛细管的函数,具有可预测的故障压力,可以运输 生物流体,例如血浆和血液,以及从模块到主板的试剂。无垫圈无互连 在正常制造过程中耐受不对对准的耐受。续签申请的努力 将确定范围是什么和最大故障压力。 为了展示模块化流体系统的功能,TR&D 3将制造和组装 完整的模块化系统,该系统将富含循环肿瘤细胞(CTC)并在其中序列某些基因序列 基因组。该系统将有五个模块连接到通用主板并处理血液样本 进行CTC选定基因的电子读数,为临床医生提供可行的信息。

项目成果

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