Microfluidic devices for biological sample collection and processing
Tid: Må 2026-06-15 kl 10.00
Plats: D3 Lindstedtsvägen 5, Campus
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/67299148551
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Ellinor Hedberg , Mikro- och nanosystem
Opponent: Professor Ashleigh Theberge, Department of Chemistry, University of Washington, Seattle, WA, USA
Handledare: Professor Niclas Roxhed, Mikro- och nanosystem; Professor Göran Stemme, Mikro- och nanosystem; Assistant Professor Daniel Hagey, Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
QC 20260519
Abstract
Insamling av prover och bearbetning utav dessa är fundamentala steg när man studerar biologiska system. Pålitligheten i de efterföljande processerna är starkt beroende av kvalitén i det insamlade materialet och hur väl det återspeglar originalprovet. Följaktligen har ansträngningar riktats mot att förfina provtagningsstrategier för att samla in prover och samtidigt bibehålla kvalitén, reducera invasivitet, tillåta longitudinella och frekventa mätningar samt möjliggöra decentraliserade provtagningar och genom detta förenkla det övergripande arbetsflödet. Tekniker som reducerar den logistiska bördan möjliggör för mer decentraliserad och fältbaserad provinsamling som kan bredda kontexten i vilken biologisk data kan samlas in.
Denna avhandling presenterar nya mikrofluidiska system, designade för att förenkla provtagning och processering, för både växter och människor, med målet att möjliggöra detektion av stressfaktorer och biomarkörer för sjukdom. Genom minskning av processens komplexitet ämnar detta arbete att skapa mer tillgängliga och enklare provtagnings- och provhanteringsmetoder som kan appliceras i olika biologiska och kliniska miljöer.
Detta har gjorts dels genom utvecklingen av en teknik för provtagning av växtsav, designad för att möjliggöra låg-invasiv provtagning ute på fält. Provtagningen fungerar genom insamling av sav i ett disponibelt system med integrerad torkning, inspirerat av torkade blodfläckar utvecklat för mänsklig diagnostik. Detta möjliggör provtagning och lagring av ett savprov utan krav på kylkedja. Mikrofluidiksystemet har även integrerats med en biosensor för detektion av abskisinsyra, ett växthormon som signalerar stress. Således skapas en möjlighet för detektion av stressfaktorer direkt på plats. Systemet har även använts för longitudinella mätningar av växter i en ozonmiljö där den insamlade hormondatan sedan via maskininlärning analyserats för att möjliggöra identifiering av prediktorer för ozonexponering i det hormonella fingeravtrycket.
Arbetet inkluderar också ett mikrofluidiksystem utvecklat för ett annat biologiskt prov, blod. Här presenteras ett autonomt kapillärt mikrofluidiskt filtreringssystem för extrahering av nanopartiklar och extracellulära vesiklar från helblod. Systemet är baserat på en dubbelfiltreringsmetod för att direkt processa blodprovet och generera ett nanofiltrat. Mikrofluidiksystemet har karaktäriserats med mikropärlor av polystyren, syntetiska extracellulära vesiklar samt liposomer för att verifiera funktionalitet. Vidare har det använts för att utvärdera prover från cancerpatienter för att detektera biomarkörer för sjukdomen.
Sammantaget har detta bidragit till teknologisk utveckling och framsteg för provtagning på plats för växtvetenskap och ett nytt sätt att filtrera och processa helblod för analys och detektion av biomarkörer. Således tillhandahåller dessa bidrag låg-invasiva, patient- och växt-centrerade provtagnings och provhanteringsmöjligheter, för tillämpning inom miljöövervakning, näringsanalys, sjukdoms och behandlings övervakning samt för möjlighet till screening för sjukdomar.