stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
BioMEMS
Lähestymistavat > Materiaalit > Paperi

Paperimikrofluidiikka (joskus kutsutaan myös nimellä lab on paper) tarkoittaa paperisubstraattien käyttöä mikrovalmistuksessa nestevirtauksen manipuloimiseksi eri sovelluksissa. Paperimikrofluidiikkaa on sovellettu paperielektroforeesissa ja immunomäärityksissä, joista merkittävin on kaupallistettu raskaustesti ClearBlue. Paperin käytön etuihin mikrofluidiikassa ja elektroforeesissa bio-MEMS:ssä kuuluvat sen alhaiset kustannukset, biologinen hajoavuus ja luonnollinen imukyky. Paperipohjaisen mikrofluidiikan vakava haittapuoli on se, että paperin imeytymisnopeus riippuu ympäristöolosuhteista, kuten lämpötilasta ja suhteellisesta kosteudesta. Paperipohjaiset analyysilaitteet ovat erityisen houkuttelevia kehitysmaiden hoitopistediagnostiikassa, koska niiden materiaalikustannukset ovat alhaiset ja koska niissä painotetaan kolorimetrisiä määrityksiä, joiden avulla terveydenhuollon ammattilaiset voivat helposti tulkita tuloksia silmämääräisesti. Perinteisiin mikrofluidisiin kanaviin verrattuna paperin mikrokanaviin pääsee käsiksi näytteiden (erityisesti rikosteknisten näytteiden, kuten ruumiinnesteiden ja maaperän) syöttämisessä, ja sen luonnolliset suodatusominaisuudet sulkevat pois näytteiden solujätteet, lian ja muut epäpuhtaudet. Paperipohjaiset jäljennökset ovat osoittaneet saman tehokkuuden tavanomaisten mikrofluidisten toimintojen suorittamisessa, kuten hydrodynaamisessa fokusoinnissa, kokopohjaisessa molekyylien uuttamisessa, mikrosekoittamisessa ja laimentamisessa. Yleiset 96- ja 384-kuoppaiset mikrolevyt automaattiseen nesteenkäsittelyyn ja analyysiin on jäljennetty paperille fotolitografian avulla, jotta saavutetaan ohuempi profiili ja alhaisemmat materiaalikustannukset säilyttäen yhteensopivuus tavanomaisten mikrolevyjen lukijoiden kanssa. Paperin mikrokuviointitekniikoihin kuuluvat fotolitografia, laserleikkaus, mustesuihkutulostus, plasmakäsittely ja vahakuviointi.
Lähestymistavat > Sähkökinetiikka

Esimerkki elektroforeesikokeesta: Kaksi kartiokantaista elektrodia asetetaan mikrokanavan sisään- ja ulostuloon, ja soluja siirretään mikrokanavaa pitkin tasasähkökentän avulla.
Elektrokinetiikkaa on hyödynnetty bio-MEMS:issä molekyylien ja solujen seosten erottamiseen sähkökenttien avulla. Elektroforeesissa nesteessä oleva varattu laji liikkuu sähkökentän vaikutuksesta. Elektroforeesia on käytetty pienten ionien, varattujen orgaanisten molekyylien, proteiinien ja DNA:n fraktiointiin. Elektroforeesi ja mikrofluidiikka ovat hyvin synergistisiä, koska mikrokanavissa voidaan käyttää suurempia jännitteitä nopeamman lämmönpoiston ansiosta. Isoelektrinen fokusointi on sellaisten proteiinien, organellien ja solujen erottelua, joilla on erilaiset isoelektriset pisteet. Isosähköinen fokusointi edellyttää pH-gradienttia (joka yleensä tuotetaan elektrodeilla) kohtisuoraan virtaussuuntaan nähden. Kiinnostavien lajien lajittelu ja fokusointi saavutetaan, koska elektroforeettinen voima aiheuttaa kohtisuoran siirtymisen, kunnes ne virtaavat pitkin vastaavia isoelektrisiä pisteitä. Dielektroforeesi on varauksettomien hiukkasten liikettä, joka johtuu epäyhtenäisten sähkökenttien indusoimasta polarisaatiosta. Dielektroforeesia voidaan käyttää bio-MEMS:issä dielektroforeesiloukkuihin, tiettyjen hiukkasten keskittämiseen tiettyihin pisteisiin pinnoilla ja hiukkasten ohjaamiseen virtauksesta toiseen dynaamista keskittämistä varten.
Lähestymistavat > Mikrofluidiikka

Mikrofluidiikalla tarkoitetaan järjestelmiä, joissa käsitellään pieniä (µL, nL, pL, fL) nestemääriä mikrovalmisteisilla alustoilla. Mikrofluidiset lähestymistavat bio-MEMS:iin tuovat useita etuja:
Kun samaan mikrokanavaan lisätään useita liuoksia, ne virtaavat laminaaristen virtausominaisuuksien ansiosta erillisillä virtauskaistoilla (ei sekoittumista).
Virtaus mikrokanavissa on laminaarista, mikä mahdollistaa solujen valikoivan käsittelyn mikrokanavissa, virtauskuvioiden ja pitoisuuksien matemaattisen mallintamisen sekä solujen biologisen ympäristön ja biokemiallisten reaktioiden kvantitatiiviset ennusteet.
Mikrofluidiset ominaisuudet voidaan valmistaa solutasolla tai sitä pienemmässä mittakaavassa, mikä mahdollistaa (sub)soluilmiöiden tutkimisen, yksittäisten solujen kylvämisen ja lajittelun sekä fysiologisten parametrien toistamisen.
Mikroelektroniikan, mikromekaniikan ja mikrooptiikan integrointi samalle alustalle mahdollistaa laitteen automaattisen ohjauksen, mikä vähentää inhimillisiä virheitä ja käyttökustannuksia.
Mikrofluiditekniikka on suhteellisen edullista eräkohtaisen valmistuksen ja korkean läpimenon (rinnakkaistaminen ja redundanssi) ansiosta. Tämä mahdollistaa kertakäyttöisten tai kertakäyttöisten sirujen valmistuksen, mikä parantaa käyttömukavuutta ja vähentää biologisen ristikontaminaation todennäköisyyttä sekä nopeaa prototyyppien valmistusta.
Mikrofluidiset laitteet kuluttavat paljon pienempiä määriä reagensseja, ne voidaan valmistaa siten, että ne vaativat vain pienen määrän analyyttejä kemiallista havaitsemista varten, ne vaativat vähemmän aikaa prosessien ja reaktioiden suorittamiseen ja tuottavat vähemmän jätettä kuin perinteiset makrofluidiset laitteet ja kokeet.
Mikrofluidisten laitteiden asianmukainen pakkaaminen voi tehdä niistä sopivia puettaviin sovelluksiin, implantteihin ja kannettaviin sovelluksiin kehitysmaissa.
Kiinnostava lähestymistapa, jossa yhdistyvät sähkökineettiset ilmiöt ja mikrofluidiikka, on digitaalinen mikrofluidiikka. Digitaalisessa mikrofluidiikassa substraatin pintaan on mikromuotoiltu elektrodeja ja se aktivoidaan valikoivasti. Pienten nestepisaroiden manipulointi tapahtuu elektrokostutuksen avulla. Se on ilmiö, jossa sähkökenttä muuttaa elektrolyyttipisaran kostutuskykyä pinnalla.
Bio-MEMS miniatyrisoituina biosensoreina

Biosensorit ovat laitteita, jotka koostuvat biologisesta tunnistusjärjestelmästä, jota kutsutaan bioreseptoriksi, ja muuntimesta. Analyytin ja bioreseptorin vuorovaikutus aiheuttaa vaikutuksen, jonka transduktori voi muuntaa mittaukseksi, kuten sähköiseksi signaaliksi. Yleisimmät biosensoinnissa käytetyt bioreseptorit perustuvat vasta-aineen ja antigeenin vuorovaikutukseen, nukleiinihapon vuorovaikutukseen, entsymaattiseen vuorovaikutukseen, soluvuorovaikutukseen ja vuorovaikutukseen, jossa käytetään biomimeettisiä materiaaleja. Yleisiä anturitekniikoita ovat mekaaninen havaitseminen, sähköinen havaitseminen ja optinen havaitseminen.
Bio-MEMS miniatyrisoituina biosensoreina > Mikromekaaniset anturit

Mekaaninen havaitseminen bio-MEMS:issä toteutetaan mikro- ja nanomittakaavan kannattimilla jännityksen ja massan havaitsemista varten tai mikro- ja nanomittakaavan levyillä tai kalvoilla. Jännityksen tunnistamisessa biokemiallinen reaktio suoritetaan valikoivasti kantilevyn toisella puolella, jolloin pinnan vapaa energia muuttuu. Tämä johtaa cantileverin taipumiseen, joka on mitattavissa joko optisesti (laserheijastus nelipaikkaiseen ilmaisimeen) tai sähköisesti (pietsoresistori cantileverin kiinteässä reunassa) pintajännityksen muutoksen vuoksi. Massan mittauksessa cantileveri värähtelee resonanssitaajuudellaan, joka mitataan sähköisesti tai optisesti. Kun biokemiallinen reaktio tapahtuu ja se tarttuu cantileveriin, cantileverin massa muuttuu, samoin kuin resonanssitaajuus. Näiden tietojen analysointi voi kuitenkin olla hieman vaikeampaa, sillä näytteen adsorption cantileveriin on havaittu muuttavan myös cantileverin Youngin moduulia. Cantileverin jäykkyyden muuttuminen muuttaa myös sen resonanssitaajuutta, joten värähtelysignaalin kohinaa on analysoitava sen määrittämiseksi, onko resonanssitaajuus myös kimmoisuuden muuttumisen funktio. Tätä tekniikkaa käytetään yleisesti DNA:n nukleotidivirheiden havaitsemisessa, koska virheellisen emäksen aiheuttama massan vaihtelu riittää muuttamaan kantokappaleen resonanssitaajuutta ja rekisteröimään signaalin. Massan havaitseminen ei ole yhtä tehokasta nesteissä, koska pienin havaittava massa on paljon suurempi vaimennetuissa väliaineissa. Ripustetut mikrokanavavastukset ovat erityyppinen kanttikannattajamalli, joka pystyy kiertämään tämän rajoituksen käyttämällä kanttikannattajan sisällä olevia mikrofluidisia kanavia. Näillä kanavilla voidaan siirtää näytteitä "in situ" kanttilavalla upottamatta kanttilautaa, mikä vaikuttaa mahdollisimman vähän sen värähtelyyn. Tämä tekniikka on kuitenkin vasta lapsenkengissä, eikä sitä voida vielä käyttää muutamaa rajoitettua sovellusta laajemmin. Cantilever-antureiden käytön etuna on se, että analyyttiin tai bioreseptoreihin ei tarvita optisesti havaittavaa leimaa.
Bio-MEMS miniatyrisoituina biosensoreina > Sähköiset ja sähkökemialliset anturit

Sähköinen ja sähkökemiallinen havaitseminen on helppo mukauttaa siirrettävyyden ja pienuuden vuoksi, erityisesti verrattuna optiseen havaitsemiseen. Amperometrisissä biosensoreissa entsyymin katalysoima redox-reaktio aiheuttaa redox-elektronivirran, joka mitataan työskentelyelektrodilla. Amperometrisiä biosensoreita on käytetty bio-MEMS:issä glukoosin, galaktoosin, laktoosin, urean ja kolesterolin havaitsemiseen sekä kaasun havaitsemiseen ja DNA:n hybridisointiin. Potentiometrisissä biosensoreissa yhden elektrodin sähköpotentiaalin mittaukset tehdään suhteessa toiseen elektrodiin. Esimerkkejä potentiometrisistä biosensoreista ovat ionisensitiiviset kenttäefektitransistorit (ISFET), kemialliset kenttäefektitransistorit (chem-FET) ja valo-osoitettavat potentiometriset sensorit (LAPS). Konduktometrisissä biosensoreissa mitataan kahden elektrodin välisen sähköisen impedanssin muutoksia biomolekyylireaktion seurauksena. Konduktiiviset mittaukset ovat yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä, koska niihin ei tarvita erityistä vertailuelektrodia, ja niitä on käytetty biokemikaalien, toksiinien, nukleiinihappojen ja bakteerisolujen havaitsemiseen.
Bio-MEMS miniatyrisoituina biosensoreina > Optiset anturit

Optisen havaitsemisen haasteena on tarve integroida detektorit ja fotodiodit miniatyrisoituun kannettavaan muotoon bio-MEMS:iin. Optiseen havaitsemiseen kuuluvat fluoresenssiin perustuvat tekniikat, kemiluminesenssiin perustuvat tekniikat ja pintaplasmoniresonanssi (SPR). Fluoresenssiin perustuvissa optisissa tekniikoissa käytetään merkkiaineita, jotka säteilevät valoa tietyillä aallonpituuksilla, ja optisen signaalin esiintyminen tai voimistuminen/väheneminen (esim. fluoresenssi-resonanssin energiansiirto) osoittaa, että reaktio on tapahtunut. Fluoresenssiin perustuvaa detektiota on käytetty mikrosarjoissa ja PCR on a chip -laitteissa. Kemiluminesenssi on valon tuottamista kemiallisesta reaktiosta vapautuvan energian avulla. Bioluminesenssi ja elektrokemiluminesenssi ovat kemiluminesenssin alatyyppejä. Pintaplasmoniresonanssisensorit voivat olla ohutkalvorefraktometrejä tai ritilöitä, jotka mittaavat pintaplasmonien resonanssikäyttäytymistä metalli- tai dielektrisillä pinnoilla. Resonanssi muuttuu, kun biomolekyylejä tarttuu tai adsorboituu anturin pinnalle, ja se riippuu analyytin pitoisuudesta sekä sen ominaisuuksista. Pintaplasmoniresonanssia on käytetty elintarvikkeiden laadun ja turvallisuuden analysoinnissa, lääketieteellisessä diagnostiikassa ja ympäristön seurannassa.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Genomi- ja proteomimikrosirut

Affymetrix GeneChip on esimerkki genomisesta mikrosirusta.
Genomisten ja proteomisten mikrosarjojen tavoitteena on nopeuttaa ja halventaa genomianalyysiä suurella läpimenolla sekä tunnistaa aktivoituneita geenejä ja niiden sekvenssejä. Mikrosarjoissa käytettäviä biologisia kokonaisuuksia on monenlaisia, mutta yleisesti ottaen mikrosarja koostuu järjestetystä kokoelmasta mikropisteitä, joista kukin sisältää yhden määritellyn molekyylilajin, joka on vuorovaikutuksessa analyytin kanssa, jotta tuhansia parametreja voidaan testata samanaikaisesti yhdessä kokeessa. Eräitä genomisten ja proteomisten mikrosarjojen sovelluksia ovat vastasyntyneiden seulonta, tautiriskin tunnistaminen ja hoidon tehokkuuden ennustaminen yksilöllistä lääketiedettä varten.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Genomi- ja proteomimikrosirut > Oligonukleotidisirut

Oligonukleotidisirut ovat oligonukleotidien mikrosarjoja. Niitä voidaan käyttää mutaatioiden havaitsemiseen ja ekspression seurantaan sekä geenien löytämiseen ja kartoittamiseen. Tärkeimmät menetelmät oligonukleotidimikrosirujen luomiseksi ovat geelityynyt (Motorola), mikroelektrodit (Nanogen), fotolitografia (Affymetrix) ja mustesuihkutekniikka (Agilent).
Geelityynyjen avulla esivalmistetut oligonukleotidit kiinnitetään aktivoidun polyakryyliamidin laikkuihin.
Mikroelektrodien avulla negatiivisesti varautuneet DNA- ja molekyylianturit voidaan keskittää jännitteisille elektrodeille vuorovaikutusta varten.
Fotolitografian avulla substraatille luodaan valonvalotuskuvio digitaalisen mikropeililaitteen heijastaman valomaskin tai virtuaalisen valomaskin avulla. Valo poistaa valoa läpäisevät suojaryhmät valituilta valotusalueilta. Suojauksen poistamisen jälkeen valoherkän suojaryhmän omaavat nukleotidit altistuvat koko pinnalle, ja kemiallinen kytkentäprosessi tapahtuu vain siellä, missä valoa oli valotettu edellisessä vaiheessa. Prosessi voidaan toistaa suhteellisen lyhyiden oligonukleotidien syntetisoimiseksi pinnalla nukleotidi nukleotidilta.
Mustesuihkutekniikkaa käyttäen nukleotidit tulostetaan pinnalle pisara pisaralta, jolloin muodostuu oligonukleotideja.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Genomi- ja proteomimikrosirut > cDNA-mikrosarja

cDNA-mikrosarjoja käytetään usein laajamittaiseen seulontaan ja ekspressiotutkimuksiin. cDNA-mikrosarjoissa solujen mRNA kerätään ja muunnetaan cDNA:ksi käänteisellä transkriptiolla. Tämän jälkeen cDNA-molekyylit (kukin vastaa yhtä geeniä) immobilisoidaan metallitapeilla halkaisijaltaan ~100 µm:n kokoisiksi pisteiksi kalvolle, lasille tai piisirulle. Detektointia varten soluista peräisin oleva fluoresenssilla leimattu yksisäikeinen cDNA hybridisoituu mikrosirulla oleviin molekyyleihin, ja analyysissä käytetään käsitellyn näytteen (leimattu esimerkiksi punaisella) ja käsittelemättömän näytteen (leimattu muulla värillä, kuten vihreällä) välistä erotusvertailua. Punaiset pisteet tarkoittavat, että vastaava geeni ilmentyi korkeammalla tasolla käsitellyssä näytteessä. Vastaavasti vihreät pisteet tarkoittavat, että vastaava geeni ilmentyi korkeammalla tasolla käsittelemättömässä näytteessä. Keltaiset pisteet, jotka ovat seurausta punaisten ja vihreiden pisteiden päällekkäisyydestä, tarkoittavat, että vastaava geeni ilmentyi suhteellisen samalla tasolla molemmissa näytteissä, kun taas tummat pisteet osoittavat, että geenin ilmentymistä ei tapahtunut lainkaan tai se oli vähäistä kummassakaan näytteessä.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Genomi- ja proteomimikrosirut > Peptidi- ja proteiinimikrosarjat

Peptidi- ja proteiinimikrosarjojen käyttöä perustellaan ensinnäkin sillä, että mRNA-transkriptiot korreloivat usein huonosti syntetisoitujen proteiinien todellisen määrän kanssa. Toiseksi DNA-mikrosarjoilla ei voida tunnistaa proteiinien translaation jälkeisiä modifikaatioita, jotka vaikuttavat suoraan proteiinien toimintaan. Kolmanneksi joistakin kehon nesteistä, kuten virtsasta, puuttuu mRNA. Proteiinimikrosarja koostuu proteiinikirjastosta, joka on immobilisoitu substraattisirulle, joka on yleensä lasia, piitä, polystyreeniä, PVDF:ää tai nitroselluloosaa. Proteiinimikrosarjoja on yleensä kolmea tyyppiä: funktionaaliset, analyyttiset tai kaappaus- ja käänteisfaasiproteiinimikrosarjat.
Toiminnalliset proteiinirakenteet näyttävät taitettuja ja aktiivisia proteiineja, ja niitä käytetään molekyylien vuorovaikutusten seulontaan, proteiinireittien tutkimiseen, translaation jälkeisen modifioinnin kohteiden tunnistamiseen ja entsymaattisen toiminnan analysointiin.
Analyyttiset tai kaappausproteiinirakenteet esittävät antigeenejä ja vasta-aineita proteiinien tai vasta-aineiden ilmentymisen profiloimiseksi seerumissa. Näitä matriiseja voidaan käyttää biomarkkereiden löytämiseen, proteiinien määrien seurantaan, signaalireittien aktiivisuustilojen seurantaan ja sairauksien vasta-ainerepertuaarien profilointiin.
Käänteisfaasiproteiiniryhmissä testataan solulysaattien ja seeruminäytteiden toistoja eri vasta-aineilla, jotta voidaan tutkia tiettyjen proteiinien ja proteiinimodifikaatioiden ilmentymisen muutoksia sairauden etenemisen aikana sekä biomarkkerien löytämistä.
Proteiinimikrosarjoilla on tiukat tuotanto-, varastointi- ja koeolosuhteet, koska ne ovat vähän stabiileja ja koska immobilisoitujen proteiinien natiivin taittumisen on otettava huomioon. Peptidit sen sijaan ovat kemiallisesti kestävämpiä ja voivat säilyttää proteiinien toiminnan osatekijät. Näin ollen peptidimikrosarjat ovat täydentäneet proteiinimikrosarjoja proteomiikan tutkimuksessa ja diagnostiikassa. Proteiinimikrosarjoissa käytetään yleensä Escherichia coli -bakteeria kiinnostavien proteiinien tuottamiseen, kun taas peptidimikrosarjoissa käytetään SPOT-tekniikkaa (peptidien vaiheittainen synteesi selluloosalle) tai fotolitografiaa peptidien valmistamiseen.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Point-of-care-diagnostiikkalaitteet

Kätilö ottaa Ugandassa verta mitatakseen potilaiden CD4-määrän 20 minuutissa Pima point-of-care CD4-analysaattorilla.
Kyky tehdä lääketieteellinen diagnoosi vuodeosastolla tai hoitopisteessä on tärkeää terveydenhuollossa, erityisesti kehitysmaissa, joissa keskussairaaloiden käyttömahdollisuudet ovat rajalliset ja kohtuuttoman kalliit. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty hoitopaikkadiagnostiikkaan tarkoitettuja bio-MEMS-laitteita, jotka ottavat sylki-, veri- tai virtsanäytteitä ja suorittavat integroidussa lähestymistavassa näytteen esikäsittelyn, näytteen fraktioinnin, signaalin vahvistamisen, analyyttien havaitsemisen, tietojen analysoinnin ja tulosten näyttämisen. Erityisesti veri on hyvin yleinen biologinen näyte, koska se kiertää kehossa muutaman minuutin välein ja sen sisältö voi osoittaa monia terveyteen liittyviä seikkoja.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Point-of-care-diagnostiikkalaitteet > Näytteen käsittely

Verianalyysissä valkosolut, verihiutaleet, bakteerit ja plasma on erotettava toisistaan. Seuloja, siivilöitä, inertiatekniikkaa ja virtausohjauslaitteita käytetään veriplasman valmisteluun soluttomia analyysejä varten. Seuloja voidaan valmistaa mikrovalmisteisina, ja niihin voidaan liittää suuren kuvasuhteen pylväitä tai pylväitä, mutta ne soveltuvat vain pienelle kuormitukselle, jotta vältetään solujen tukkeutuminen. Siiviläputket ovat matalia pylväitä muistuttavia poikkileikkauksia, joita käytetään rajoittamaan virtaus kapeisiin rakoihin kerrosten välillä ilman pylväitä. Eräs pylväiden käytön etu on se, että pylväiden puuttuminen mahdollistaa tehokkaamman retenaatin kierrätyksen suodattimen läpi kulkevaa virtausta varten, jotta tukkeutuneet solut voidaan pestä pois. Magneettihelmiä käytetään apuna analyyttien erottamisessa. Nämä mikroskooppiset helmet on funktionalisoitu kohdemolekyyleillä ja niitä liikutetaan mikrofluidikanavien läpi vaihtelevan magneettikentän avulla. Tämä toimii nopeana menetelmänä kohteiden keräämiseksi analyysiä varten. Prosessin päätyttyä voimakkaaseen, paikallaan pysyvään magneettikenttään kytketään kohderyhmään sidotut helmet ja pestään sitoutumattomat helmet pois. H-suodatin on mikrofluidinen laite, jossa on kaksi sisääntuloaukkoa ja kaksi ulostuloa ja joka hyödyntää laminaarista virtausta ja diffuusiota erottaakseen komponentit, jotka diffundoituvat kahden sisääntulovirran välisen rajapinnan yli. Säätämällä virtausnopeutta, diffuusioetäisyyttä ja nesteen viipymäaikaa suodattimessa solut suljetaan suodoksen ulkopuolelle niiden hitaamman diffuusionopeuden ansiosta. H-suodatin ei tukkeudu, ja sitä voidaan käyttää loputtomiin, mutta analyytit laimennetaan kaksinkertaisesti. Soluanalyysejä varten soluja voidaan tutkia ehjinä tai lyysinselvennä jälkeen. Soluja sisältävän virtauksen rinnalle voidaan syöttää lyysipuskurivirta, joka diffuusion avulla saa aikaan lyysiä ennen jatkoanalyysiä. Soluanalyysi tehdään tyypillisesti virtaussytometrialla, ja se voidaan toteuttaa mikrofluidiikkaan, jossa nesteen nopeus ja läpimeno ovat alhaisemmat kuin perinteisissä makroskooppisissa vastaavissa laitteissa.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Point-of-care-diagnostiikkalaitteet > Näytteen fraktiointi

Näytteiden erottelu mikrofluidiikassa voidaan toteuttaa kapillaarielektroforeesilla tai jatkuvan virtauksen erottelulla. Kapillaarielektroforeesissa pitkä ohut putki erottaa analyytit jännitteen perusteella, kun ne siirtyvät sähköosmoottisen virtauksen avulla. Jatkuvan virtauksen erottelussa yleisenä ideana on soveltaa kenttää, joka on kulmassa virtaussuuntaan nähden, jotta näytteen virtausreitti ohjautuisi eri kanaviin. Esimerkkejä jatkuvan virtauksen erottelutekniikoista ovat jatkuvan virtauksen elektroforeesi, isoelektrinen fokusointi, jatkuvan virtauksen magneettinen erottelu ja molekyyliseulonta.
Bio-MEMS diagnostiikassa > Point-of-care-diagnostiikkalaitteet > Avoimet haasteet

Useimmat markkinoilla olevat diagnostiset laitteet voivat testata vain yhtä sairautta. Lisäksi useimmat laitteet antavat binäärituloksen (kyllä/ei) ilman vivahteikasta tietoa potilaan tilasta. Sen lisäksi, että tutkijat kehittävät testejä useampia sairauksia varten, he työskentelevät tällä hetkellä myös näiden laitteiden monimutkaisuuden lisäämiseksi, jotta ne olisivat käyttökelpoisempia.
MEMS-diagnostiikkalaitteita on vaikea valmistaa laboratorioympäristön ulkopuolella. Suuri osa näitä laitteita koskevasta tutkimuksesta tapahtuu ilmastoidussa laboratoriossa, jossa laitteet voidaan testata pian niiden valmistuksen jälkeen. Koska monia näistä laitteista käytetään kuitenkin trooppisten sairauksien seulontaan, niiden on oltava riittävän kestäviä selviytyäkseen kuumissa ja kosteissa olosuhteissa. Niitä on myös varastoitava pitkiä aikoja valmistusajankohdasta käyttöajankohtaan.
Trooppisten tautien tutkimukseen on niukasti rahoitusta. Lisäksi ennen lääkinnällisen laitteen hyväksymistä on läpäistävä monia lainsäädännöllisiä esteitä, jotka voivat maksaa kymmeniä miljoonia dollareita. Näin ollen trooppisiin sairauksiin keskittyvien yritysten on usein yhdistettävä trooppisia sairauksia koskevat tutkimustavoitteensa muiden, paremmin rahoitettujen lääketieteellisen tutkimuksen alojen tutkimukseen.
Bio-MEMS kudosteknologiassa > Kantasolutekniikka

Integroitu mikrofluidinen laite, jossa on konsentraatiogradientin generaattori ja yksittäisiä solukammioita erilaistumista indusoivien tekijöiden annosriippuvaisten vaikutusten tutkimiseen.
Kantasolutekniikan tavoitteena on pystyä hallitsemaan pluripotenttisten kantasolujen erilaistumista ja itseuudistumista soluhoitoa varten. Kantasolujen erilaistuminen on riippuvainen monista tekijöistä, kuten liukoisista ja biokemiallisista tekijöistä, nesteen leikkausstressistä, solun ja EKM:n välisistä vuorovaikutuksista, solujen ja solujen välisistä vuorovaikutuksista sekä alkionkappaleiden muodostumisesta ja organisoitumisesta. Bio-MEMS:ien avulla on tutkittu, miten kantasolujen viljely- ja kasvuolosuhteita voidaan optimoida näitä tekijöitä säätelemällä. Kantasoluja ja niiden erilaistuneita jälkeläisiä tutkitaan mikrosirujen avulla sen selvittämiseksi, miten transkriptiotekijät ja miRNA:t määrittävät solun kohtalon, miten epigeneettiset muutokset kantasolujen ja niiden tytärsolujen välillä vaikuttavat fenotyyppeihin sekä kantasolujen mittaamiseksi ja lajittelemiseksi niiden proteiiniekspression perusteella.