A microwell-based impedance sensor on an insertable microneedle for real-time in vivo cytokine detection

体内 微加工 生物医学工程 稳健性(进化) 材料科学 化学 医学 生物 病理 生物化学 替代医学 生物技术 制作 基因
作者
Naixin Song,Pengfei Xie,Wen Shen,Hanju Oh,Yejia Zhang,Flavia Vitale,Mehdi Javanmard,Mark G. Allen
出处
期刊:Microsystems & Nanoengineering [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41378-021-00297-4
摘要

Impedance-based protein detection sensors for point-of-care diagnostics require quantitative specificity, as well as rapid or real-time operation. Furthermore, microfabrication of these sensors can lead to the formation of factors suitable for in vivo operation. Herein, we present microfabricated needle-shaped microwell impedance sensors for rapid-sample-to-answer, label-free detection of cytokines, and other biomarkers. The microneedle form factor allows sensors to be utilized in transcutaneous or transvascular sensing applications. In vitro, experimental characterization confirmed sensor specificity and sensitivity to multiple proteins of interest. Mechanical characterization demonstrated sufficient microneedle robustness for transcutaneous insertion, as well as preserved sensor function postinsertion. We further utilized these sensors to carry out real-time in vivo quantification of human interleukin 8 (hIL8) concentration levels in the blood of transgenic mice that endogenously express hIL8. To assess sensor functionality, hIL8 concentration levels in serum samples from the same mice were quantified by ELISA. Excellent agreement between real-time in vivo sensor readings in blood and subsequent ELISA serum assays was observed over multiple transgenic mice expressing hIL8 concentrations from 62 pg/mL to 539 ng/mL.

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