Cancer biomarkers have significant potential as reliable tools for the early detection of the disease and for monitoring its recurrence. However, most current methods for biomarker detection have technical difficulties (such as sample preparation and specific detector requirements) which limit their application in point of care diagnostics. We developed an extremely simple, power-free microfluidic system for direct detection of cancer biomarkers in microliter volumes of whole blood. CEA and CYFRA21-1 were chosen as model cancer biomarkers. The system automatically extracted blood plasma from less than 3 μl of whole blood and performed a multiplex sample-to-answer assay (nano-ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) technique) without the use of external power or extra components. By taking advantage of the nano-ELISA technique, this microfluidic system detected CEA at a concentration of 50 pg/ml and CYFRA21-1 at a concentration of 60 pg/ml within 60 min. The combination of PnP polydimethylsiloxane (PDMS) pump and nano-ELISA technique in a single microchip system shows great promise for the detection of cancer biomarkers in a drop of blood.

1.
E. P.
Diamandis
,
H. A.
Fritche
,
H.
Lilja
,
D. W.
Chan
,
and M. K.
Schwartz
,
Tumor Markers: Physiology, Pathobiology, Technology, and Clinical Applications
(
Amer. Assoc. for Clinical Chemistry Press
,
Washington, DC
,
2002
), pp.
9
17
.
2.
K.
Hoshino
,
Y. Y.
Huang
,
N.
Lane
,
M.
Huebschman
,
J. W.
Uhr
,
E. P.
Frenkel
, and
X.
Zhang
,
Lab Chip
11
,
3449
(
2011
).
3.
Y. H.
Lin
,
Y. J.
Chen
,
C. S.
Lai
,
Y. T.
Chen
,
C. L.
Chen
,
J. S.
Yu
, and
Y. S.
Chang
,
Biomicrofluidics
7
,
024103
(
2013
).
4.
S.
Nagrath
,
L. V.
Sequist
,
S.
Maheswaran
,
D. W.
Bell
,
D.
Irimia
,
L.
Ulkus
,
M. R.
Smith
,
E. L.
Kwak
,
S.
Digumarthy
,
A.
Muzikansky
,
P.
Ryan
,
U. J.
Balis
,
R. G.
Tompkins
,
D. A.
Haber
, and
M.
Toner
,
Nature
450
,
1235
(
2007
).
5.
S. L.
Stott
,
C. H.
Hsu
,
D. I.
Tsukrov
,
M.
Yu
,
D. T.
Miyamoto
,
B. A.
Waltman
,
S. M.
Rothenberg
,
A. M.
Shah
,
M. E.
Smas
,
G. K.
Korir
,
F. P.
Floyd
, Jr.
,
A. J.
Gilman
,
J. B.
Lord
,
D.
Winokur
,
S.
Springer
,
D.
Irimia
,
S.
Nagrath
,
L. V.
Sequist
,
R. J.
Lee
,
K. J.
Isselbacher
,
S.
Maheswaran
,
D. A.
Haber
, and
M.
Toner
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
18392
(
2010
).
6.
I.
Cima
,
C. W.
Yee
,
F. S.
Iliescu
,
W. M.
Phyo
,
K. H.
Lim
,
C.
Iliescu
, and
M. H.
Tan
,
Biomicrofluidics
7
,
011810
(
2013
).
7.
M.
Hosokawa
,
T.
Hayata
,
Y.
Fukuda
,
A.
Arakaki
,
T.
Yoshino
,
T.
Tanaka
, and
T.
Matsunaga
,
Anal. Chem.
82
(
15
),
6629
(
2010
).
8.
V.
Gupta
,
I.
Jafferji
,
M.
Garza
,
V. O.
Melnikova
,
D. K.
Hasegawa
,
R.
Pethig
, and
D. W.
Davis
,
Biomicrofluidics
6
,
024133
(
2012
).
9.
M.
Alshareef
,
N.
Metrakos
,
E. J.
Perez
,
F.
Azer
,
F.
Yang
,
X. M.
Yang
, and
G. R.
Wang
,
Biomicrofluidics
7
,
011803
(
2013
).
10.
S.
Shim
,
K.
Stemke-Hale
,
J.
Noshari
,
F. F.
Becker
, and
P. R. C.
Gascoyne
,
Biomicrofluidics
7
,
011808
(
2013
).
11.
H. S.
Moon
,
K.
Kwon
,
K. A.
Hyun
,
T. S.
Sim
,
J. C.
Park
,
J. G.
Lee
, and
H. I.
Jung
,
Biomicrofluidics
7
,
014105
(
2013
).
12.
Z. B.
Liu
,
F.
Huang
,
J. H.
Du
,
W. L.
Shu
,
H. T.
Feng
,
X. P.
Xu
, and
Y.
Chen
,
Biomicrofluidics
7
,
011801
(
2013
).
13.
A.
Hedin
,
L.
Carlsson
,
A.
Berglund
, and
S.
Hammarstrom
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
80
,
3470
(
1983
).
14.
I.
Nishizono
,
S.
Iida
,
N.
Suzuki
,
H.
Kawada
,
H.
Murakami
,
Y.
Ashihara
, and
M.
Okada
,
Clin. Chem.
37
(
9
),
1639
(
1991
).
15.
F.
Martin
and
M. S.
Martin
,
Int. J. Cancer
9
(
3
),
641
(
1972
).
16.
Z.
Cao
,
H.
Li
,
C.
Lau
, and
Y.
Zhang
,
Anal. Chim. Acta
698
(
1–2
),
44
(
2011
).
17.
T.
Raivio
,
I. R.
Korponay-Szabó
,
T.
Paajanen
,
M.
Ashorn
,
S.
Iltanen
,
P.
Collin
, and
K.
Laurila
,
J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr.
47
(
5
),
562
(
2008
).
18.
A.
Chakravarti
,
D.
Rawat
, and
S.
Yadav
,
Diagn. Microbiol. Infect. Dis.
47
(
4
),
563
(
2003
).
19.
S. Q.
Wang
,
D.
Sarenac
,
M. H.
Chen
,
S. H.
Huang
,
F. F.
Giguel
,
D. R.
Kuritzkes
, and
U.
Demirci
,
Int. J. Nanomedicine
7
,
5019
(
2012
).
20.
T.
Tachi
,
N.
Kaji
,
M.
Tokeshi
, and
Y.
Baba
,
Anal. Chem.
81
(
8
),
3194
(
2009
).
21.
C. C.
Wu
,
L. Z.
Hong
, and
C. T.
Ou
,
J. Med. Biol. Eng.
32
(
3
),
163
(
2012
).
22.
J.
El-Ali
,
P. K.
Sorger
, and
K. F.
Jensen
,
Nature
442
,
403
(
2006
).
23.
P. S.
Dittrich
and
A.
Manz
,
Nat. Rev. Drug. Discovery
5
(
3
),
210
(
2006
).
24.
D.
Erickson
and
D.
Li
,
Anal. Chim. Acta
507
,
11
(
2004
).
25.
S.
Haeberle
,
T.
Brenner
,
R.
Zengerle
, and
J.
Ducrée
,
Lab Chip
6
,
776
(
2006
).
26.
T. A.
Crowley
and
V.
Pizziconi
,
Lab Chip
5
,
922
(
2005
).
27.
J. S.
Shim
,
A. W.
Browne
and
C. H.
Ahn
,
Biomed. Microdevices
12
(
5
),
949
(
2010
).
28.
K. H.
Han
and
A. B.
Frazier
,
Lab Chip
6
,
265
(
2006
).
29.
R.
Fan
,
O.
Vermesh
,
A.
Srivastava
,
B. K.
Yen
,
L.
Qin
,
H.
Ahmad
, and
G. A.
Kwong
,
Nat. Biotechnol.
26
(
12
),
1373
(
2008
).
30.
S.
Thorslund
,
O.
Klett
,
F.
Nikolajeff
,
K.
Markides
, and
J.
Bergquist
,
Biomed. Microdevices
8
(
1
),
73
(
2006
).
31.
K.
Taizo
and
K.
Satoshi
,
Sens. Actuators B
161
(
1
),
1176
(
2012
).
32.
I. K.
Dimov
,
L.
Basabe-Desmonts
,
J. L.
Garcia-Cordero
,
B. M.
Ross
,
A. J.
Ricco
, and
L. P.
Lee
,
Lab Chip
11
(
5
),
845
(
2011
).
33.
K.
Hotta
,
Y.
Segawa
,
N.
Takigawa
,
D.
Kishino
,
H.
Saeki
,
M.
Nakata
,
K.
Mandai
, and
K.
Eguchi
,
Anticancer Res.
20
(
3B
),
2177
(
2000
).
34.
Z.
Vukobrat-Bijedic
,
A.
Husic-Selimovic
,
A.
Sofic
,
N.
Bijedic
,
B.
Gogov
,
A.
Djuran
,
A.
Redzepovic
,
A.
Saray
, and
I.
Bjelogrlic
,
Acta. Inform. Med.
20
(
4
),
238
(
2012
).
35.
E. R.
Petersen
,
P. D.
Sørensen
,
E. H.
Jacobsen
,
J. S.
Madsen
, and
I.
Brandslund
,
Clin. Chem. Lab. Med.
18
,
1
(
2013
).
36.
L.
Yang
,
X.
Chen
,
Y.
Li
,
J.
Yang
, and
L.
Tang
,
Exp. Theor. Med.
4
(
2
),
243
(
2010
).
37.
J. H.
Yoon
,
K. H.
Han
,
E. K.
Kim
,
H. J.
Moon
,
M. J.
Kim
,
Y. J.
Suh
,
J. S.
Choi
, and
B. W.
Park
,
PLoS One
8
(
2
),
57248
(
2013
).
38.
S.
Jeong
,
Y.
Park
,
Y.
Cho
,
Y. R.
Kim
, and
H. S.
Kim
,
Clin. Chim. Acta
414
,
93
(
2012
).
39.
K.
Hosokawa
,
K.
Sato
,
N.
Ichikawa
, and
M.
Maeda
,
Lab Chip
4
(
3
),
181
(
2004
).
40.
G.
Li
,
Y.
Luo
,
Q.
Chen
,
L.
Liao
, and
J.
Zhao
,
Biomicrofluidics
6
(
1
),
14118
(
2012
).
41.
K. C.
Grabar
,
R. G.
Freeman
,
M. B.
Hommer
, and
M. J.
Natan
,
Anal. Chem.
67
,
735
(
1995
).
42.
M.
Liu
,
C.
Jia
,
Q.
Jin
,
X.
Lou
,
S.
Yao
,
J.
Xiang
, and
J.
Zhao
,
Talanta
81
(
4–5
),
1625
(
2010
).
43.
G.
Reynoso
,
T. M.
Chu
,
D.
Holyoke
,
E.
Cohen
,
T.
Nemoto
,
J. J.
Wang
, and
J.
Chuang
,
JAMA, J. Am. Med. Assoc.
220
(
3
),
361
(
1972
).
44.
H.
Denk
,
G.
Tappeiner
,
R.
Eckerstorfer
, and
J. H.
Holzner
,
Int. J. Cancer
10
(
2
),
262
(
1972
).
45.
K.
Matsuoka
,
S.
Sumitomo
,
N.
Nakashima
,
D.
Nakajima
, and
N.
Misaki
,
Eur. J. Cardiothorac. Surg.
32
(
3
),
435
(
2007
).
46.
M. J.
Edelman
,
L.
Hodgson
,
P. Y.
Rosenblatt
,
R. H.
Christenson
,
E. E.
Vokes
,
X.
Wang
, and
R.
Kratzke
,
J. Thorac. Oncol.
7
(
4
),
649
(
2012
).
47.
C. D.
Chin
,
T.
Laksanasopin
,
Y. K.
Cheung
,
D.
Steinmiller
,
V.
Linder
,
H.
Parsa
,
J.
Wang
,
H.
Moore
,
R.
Rouse
,
G.
Umviligihozo
,
E.
Karita
,
L.
Mwambarangwe
,
S. L.
Braunstein
,
J.
Wijgert
,
R.
Sahabo
,
J. E.
Justman
,
W.
El-Sadr
, and
S. K.
Sia
,
Nat. Med.
17
(
8
),
1015
(
2011
).
You do not currently have access to this content.