Download
1 / 13
130 likes | 208 Views
Multiphysics Simulation of Isoelectric Point Separation of Proteins Using Non-Gel Microfluidic System. RENDI YUNIARDHI 3333071261 rendi_yuniardhi@yahoo.co.id. Pendahuluan. Ukuran perubahan biokimia dalam tubuh manusia dapat menjadi indikator terhadap kesehatan fisiologis seseorang
E N D
Multiphysics Simulation of Isoelectric Point Separation of Proteins Using Non-Gel Microfluidic System RENDI YUNIARDHI 3333071261 rendi_yuniardhi@yahoo.co.id
Pendahuluan • Ukuranperubahanbiokimiadalamtubuhmanusiadapatmenjadiindikatorterhadapkesehatanfisiologisseseorang • Kemampuanuntukmendeteksidanmengukur protein indikasipenyakit, infeksiataustresmenggunakansampeltunggalcairantubuh yang memilikipotensiuntukmenghasilkananalisis yang lebihakurattentangkeadaanfisiologisdanmemungkinkan prognosis yang lebihbaikdanpengobatanlebihcepat. • tantanganutamadengananalisis protein dalamcairantubuhsepertidarahadalahjumlah protein danberagamrentangkonsentrasi yang ada (Anderson dan Anderson 2002 [5]). Kompleksitasinimenetapkankebutuhanuntukmencapaipemisahan protein resolusitinggisebelumanalisis.
Pendahuluan (lanjutan) • Kemampuanuntukmendeteksidengancepatindikasi biomarker dapatdilakukandenganmenggunakanEnzim-linked immunosorbent assays (ELISA) • KelemahandarimenggunakanELISA adalahbiayamenjadipengahalanguntukskalabesar, diagnosa multiplexing diperlukanuntukpenyakit yang kompleks. Selanjutnya, kemampuanuntukbidang unit portabelberdasarkan ELISA merupakantantangankarenaberbagaisensitifreagen (antibodiyaituenzim) yang diperlukanuntukanalisis
Pendahuluan (lanjutan) • Lynntechmerancangsebuahmicrofluidic, pemisahan protein nongelmicrofluidic yang efektifdapatmemisahkan protein daricairantubuh. Untukmembuatsistembiaya yang efektif, Lynntechmenggunakanpolydimethylsiloxane (PDMS) material sebagaisubstrat, yang memilikiteksturmicrofluidicdidalamnyauntukmenghasilkanjaluraliran. • PembahasanberikutmenjelaskanteknikkamimengoptimalkandesainditunjukkanpadaGambar 1 denganmemanfaatkan COMSOL danDisainPercobaan.
Figure 1: Schematic of single isoelectric focusing chip with three inlets and multiple outlets. This figure shows oneof the designs with three outlets.
Design of Experiment • Tujuandari DOE adalahuntukmemaksimalkandistribusi pH widthwise di outlet saluranmicrofuidicdengankeseragamantertinggidicapaisehingga protein yang terkaitdengannilai-nilai pi dapatdipisahkansecaraefektif • Sepuluh parameter individumengendalikandistribusi pH dalamsalurandiidentifikasi. Nilai minimum danmaksimumuntuk parameter iniberdasarkanpersyaratan chip pemisahan protein didefinisikan. Untukpertimbanganpraktisdankesederhanaan, L / W diambilsebagai parameter independen. Dengancara yang sama, elektrodategangan (V) adalah linear tergantungpadalebarsaluran; maka W / V diambilsebagai parameter independen.
Table 1:Plackett-Burman Design with twelve runs of experiments or models can be an effective way to screen most important parameters. Min and Max correspond to the minimum and maximum value of that particular parameter based on physical space constraints and other practical limitations identified during this work.
Design of Experiment (lanjutan) • Jenis-BurmanPlackett DOE analisisdilakukanmenggunakanperangkatlunak JMP untukmengidentifikasibagaimanamasing-masing parameter diatasmempengaruhidistribusi pH dankeseragamandi outlet saluran. Duabelaskombinasi parameter diatas (Tabel 1) diidentifikasiberdasarkan DOE dengantanggapanindividuuntuksetiapkombinasidalamtesmatriks yang berasaldarisimulasi COMSOL Multiphysics • Terdapatduakriteria yang terpisah yang digunakanuntukevaluasirespon; distribusi pH maksimumdanseragamdi outlet saluran. Inidijelaskandenganmenggunakankendalasebagaiberikut: Maksimumdistribusi pH = Max (PHA-PHB) danseragam pH gradien = Max (| Rerata DPH / dy | -σdpH/dy). Hal iniskematisditunjukkanpadaGambar 2.
Figure 2: Schematic representation of the response was evaluated using COMSOL Multiphysics. The goal of DOE was to maximize pHA-PHB and |Mean of dpH/dy|- σdpH/dy; where σ is the standard deviation.
Result and Discussion • Analisistanggapandiperolehdari COMSOL dilakukandenganmenggunakanperangkatlunak JMP. JMP memberikanhubunganantara parameter individu, danvariabel yang sedangdioptimalkan (nilaimaksimum PHA-PHB dan | Rerata DPH / dy | -σdpH/dy). • Parameter yang diperolehdarioptimasi DOE berbedadarikasussebelumnya. HasilanalisisiniditunjukkandalamGambar 7 danGambar 9. Karenaefekmedanlistrikeksternal, ion hidrogenbermigrasimenujuelektrodanegatifdibagianbawahsaluranmicrofluidic, danmembentukzona pH rendah. PH terendahtercatat 1,549, sedangkan pH maksimumterbentukdibagianatassebagianbesarwilayahsaluranmicrofluidicdannilainyaadalah 13,178.
Kesimpulan • Dari optimasi yang didasarkanpadasimulasinumerik, itudiamatibahwa pH gradientinkisaran 3,7-9,01 dapatdicapaidengansatu chip tunggalisoelektrikfokusdalamkasusnoltegangan yang diberikankeelektrodadangradien pH dalamkisaran 1,549 untuk 13,178 dapatdicapaidenganpotensiditerapkanpadaelektroda. • HasilinipentingkarenamerekamengijinkanLynntechfleksibilitasuntukmemisahkan protein hampirdiseluruhrentangnilaipH.Iajugamenemukanbahwapenerapanteganganeksternalditingkatkan pH dalamsalurandistribusimicrofluidic. • Memanfaatkanteknik DOE denganhasil yang didapatdari COMSOL telahterbuktisangatefektifdalammengoptimalkandesain chip microfluidic. Teknikinijugadapatterbuktisangatefektifdalammengoptimalkanberbagaimacamprodukpadatahapawalperkembanganmerekaatauimprovisasidari yang sudahada. Initelahmeningkatkankecepatandanefisiensi prototyping bersamadengansignifikanmengurangibiaya.
