On-Chip Biosensors Based on Microwave Detection for Cell Scale Investigations

Dalmay, Claire; Pothier, Arnaud; Cheray, Mathilde; Lalloué, Fabrice; Jauberteau, Marie-Odile; Blondy, Pierre

doi:10.1007/978-3-642-11721-3_3

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“…Previous studies [1][2][3][4] demonstrated that healthy cells can be differentiated from cancerous cells by measuring their mechanical and electrical properties. Due to the size of the cells microelectromechanical systems (MEMS) have been intensely used for this purpose.…”

Section: Introductionmentioning

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“…Some of these mechanical techniques potentially provide erroneous results due to the presence of artefacts created by the external loads exerted onto the cells. Therefore, non-contact methods [2,[5][6][7][8][9][10][11] such as chemical, electrical and optical means are used. Optical methods are preferred because chemical methods may affect the cell chemistry while electrical methods need to work under specific conditions [2].…”

Section: Introductionmentioning

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“…Therefore, non-contact methods [2,[5][6][7][8][9][10][11] such as chemical, electrical and optical means are used. Optical methods are preferred because chemical methods may affect the cell chemistry while electrical methods need to work under specific conditions [2]. Previously reported studies using optical methods look at the cell migration response via mechanical cues, known as mechanotransduction, and measure rigidity [14][15][16][17][18][19][20], topography [9,13] and geometry [6-8, 12, 21-23].…”

Section: Introductionmentioning

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Design of a Mems device for studying cell migration and differentiation

et al. 2017

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The aim of this project is to develop a novel device, using a micro force sensing array, which can be used to study forces involved in cell migration and the cellular responses to drugs that may inhibit migration or induce differentiation. The system was modelled with an optimum geometry of 1 µm diameter and 10 µm length for forces down to 1 nanometre. Devices were fabricated using conventional photolithography and reactive ion etching techniques. To demonstrate proof of principle cells were successfully grown on the devices.

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Section: Introductionmentioning

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Design of a Mems device for studying cell migration and differentiation

et al. 2017

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“…Another label-free biosensor was developed by Delamy et al to identify glioblastoma cell (U87) cells based on their electrical properties (DALMAY et al, 2010a). This biosensor comprises a meandered inductor and an interdigital capacitor fabricated on a fused silica substrate that behaves as a band-stop resonator.…”

Section: Chapter 2 Background and State-of-the-artmentioning

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Microwave-based microfluidic biosensors: from the design and implementation to real-time sensing.

Shahri

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Observar materiais biológicos é um passo crucial em aplicações médicas. As técnicas convencionais de estudo celular são muito bem estabelecidas e eficazes. No entanto, os métodos de detecção são baseados em técnicas de imagem de fluorescência e coloração que podem ser invasivas para as células. A espectroscopia dielétrica em frequências de micro-ondas é uma metodologia analítica nova e não destrutiva para investigar matérias biológicas sem ligação química ou preparação e manipulação prévias que eliminam a modificação do conteúdo. Além disso, oferece a vantagem atraente de monitoramento em tempo real. Esta tese teve como objetivo desenvolver biossensores microfluídicos integrados baseados em micro-ondas capazes de medir as propriedades dielétricas de matérias biológicas como glicose e suspensões celulares para caracterização celular. Depois de revisar os métodos atuais de análise do estado da arte, focamos no desenvolvimento de biossensores de micro-ondas de alta sensibilidade para investigar questões biológicas. Durante o desenvolvimento, a concepção das estruturas dos circuitos em micro-ondas juntamente com a parte fluídica, bem como seus processos de fabricação foram otimizados para melhorar o desempenho dos biossensores em relação à sensibilidade e repetibilidade. Primeiro, a evolução do desempenho do biossensor foi avaliada medindo-se as mudanças de amplitude, fase e frequência nas frequências ressonantes em função das concentrações de glicose em soluções aquosas. O sensor proposto distingue variação de concentrações de glicose em torno de 5,2 GHz e é considerado simples, fácil de operar e bastante sensível (0,32 MHz/(mg/dL). Em seguida, a pesquisa seguiu investigando estruturas biológicas mais complexas, e células vivas foram individualmente detectadas em seu meio de cultura num fluxo em tempo real para fins de quantificação de células. As variações nos parâmetros de espalhamento foram medidas ao longo do tempo na frequência ressonante para conduzir a medição dielétrica de suspensões de células, resultando em sensores com alto desempenho sensibilidade e repetibilidade. O dispositivo proposto neste trabalho distinguiu as células de seu meio medindo uma diferença de aproximadamente 23º na fase do sinal transmitido. Este biossensor pode detectar as células em seu meio de cultura mesmo em fluxo rápido em tempo real e, portanto, pode ser usado como uma ferramenta de diagnóstico precoce e monitoramento de doenças.

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On-Chip Biosensors Based on Microwave Detection for Cell Scale Investigations

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Microwave-based microfluidic biosensors: from the design and implementation to real-time sensing.

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