Summary
우리는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS) 미국 이산 액적 샘플 도입 시스템을 제시한다. 그것은 90 내지 7000 Hz의 주파수로 40-60 ㎛의 크기 범위 고도로 단 분산 액 적을 생성 저렴하고 일회용 미세 유체 칩에 기초한다.
Abstract
이 프로토콜은 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 대한 샘플 도입 시스템과 같은 저가의 일회용 미세 유체 칩의 제조 및 사용을 설명한다. 이 칩은 퍼플 (PFH)에서 단 분산시킨 수용액 방울을 생성합니다. 크기 및 수성 액적 주파수는 각각 40~60 μm의 범위 및 90 내지 7000 Hz로 변화 될 수있다. 액 PFH의 제 2 유동로 칩으로부터 토출 분사시 그대로 유지된다. 맞춤형 탈 시스템은 PFH를 제거하고 ICPMS에 방울을 전송합니다. 여기서, 좁은 강도 분포와 매우 안정적인 신호는 방울의 단분 산성을 나타내는 측정 할 수있다. 우리는 도입 시스템 정량적 단일 소 적혈구 철을 결정하는데 이용 될 수 있음을 보여준다. 향후 도입 장치의 기능을 용이하게 부가적인 마이크로 유체 모듈의 적분에 의해 확장 될 수있다.
Introduction
유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 의한 액체 시료의 원소 분석은 일반적으로 도입 시스템 (1)으로 분사 챔버와 조합 분무기를 사용하여 수행된다. 이 샘플 도입 시스템에서는 샘플은 다 분산 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 생성기에 의해 분무된다. 스프레이 하류 챔버는 큰 방울을 필터링하는 데 사용된다. 이 방법은 높은 샘플링 소비 (> 0.3 ml의 분 -1) 및이 불완전한 샘플 운송과 관련된다. 따라서, 그것은 단지 ㎕의 샘플 볼륨, 생물학적 법의학, 독성 및 임상 시험 3에서와 같이 사용 가능한 애플리케이션에 비실용적. 샘플 소비를 줄이기 위해 작은 노즐 치수 분무기 3을 개발 하였다. 그러나, 감소 된 노즐 크기는 소화되지 않은 생물학적 유체 또는 농축 염 용액의 시료 3을 분석 할 때 막힘의 위험을 증가시킨다.
등. (4)에 의해 제안되었다. 저자는 피에조 전기 구동 마이크로 펌프에 의해 생성 된 단 분산 이산 미세 방울의 형태 ICPMS 내로 액체를 주입. 바로이 시스템은 다양한 응용 프로그램을 발견하지 못했지만, 그것은 ICPMS 이산 방울 도입의 개념의 발전을 시작했다. 오늘날, 피에조 전기 30, 50, 70 및 100 ㎛의 크기와 100-2,000 Hz에서의 주파수에 방울을 생성 할 수있는 시스템을 분배 구동, 구입하실 수 있습니다. 방울은 100 %에 가까운 효율 5와 ICPMS로 반송 될 수있다. 이 microdroplet 디스펜서 정량적으로 단일 나노 입자 5,6 측정뿐만 아니라 개인의 생물학적 세포 (7)의 특성을 적용하고있다. 열 잉크젯 기술에 기초하여도 8과 유사한 시스템은 생물학적 시료 (9)의 분석을 위해 시험 하였다. 호 텔 있지만lable가 단일 액적 도입 시스템은 적은 양의 샘플을 위해 사용될 수 있고, 매우 효율적이며, 나노 입자 및 세포 분석을 위해 유망한, 이들은 몇 가지 제한이있다. (사용자 설정이 열을 이용하지 않는) 고정 된 노즐의 크기, 액적 크기는 약간 변할 수있다. 액체 (PH, 염 함량)의 물리적 특성의 변화는 액적 특성 (크기, 사출 속도)를 변경할 수있다. 또한, 이들 디바이스는 다소 비싼 폐색되기 쉽다 세척이 어렵다.
물방울을 생성하는 또 다른 방법은 액적 (11)의 마이크로 유체 분야에 공지되어있다. 최근 몇 년 동안 액적 미세 유체는 (바이오) 화학 반응 12-15 및 단일 세포 연구 16, 17에 대한 관심을 얻고있다. 또한,이 기술은 전기 분무 이온화 질량 분광법 18,19 내의 샘플을 유입시키고, 매트릭스 보조 레이저 탈착 / ionizatio의 샘플을 제조 하였다인가N 질량 분광법 (20, 21).
최근에, 우리는 ICPMS 22 샘플 도입을위한 미세 유체 기반 시스템을 도입했다. 우리의 도입 시스템의 주요 구성 요소는 액체를 이용한 액적 토출 (짐을 싣다) 칩이다. 이 칩은 완전히 폴리 (디메틸 실록산) (PDMS)로 구성된다. 제 1 채널 접합에서 수성 시료 용액 (도 1)의 단 분산 액적들을 생성하는데 사용된다 포커싱 흐른다. 이러한 목적과 혼화 반송파 위상 퍼플 루오로 헥산 (PFH) 높은 휘발성 (58-60 °의 C (23)의 비점) (도 1)를 사용한다. PFH 이러한 특성은 안정된 액적 생성 및 반송파 위상의 빠른 제거를 가능하게한다. 이 생성 방법 작은 샘플 액체 영향의 특성의 변화는, 다른 방울 발생기에 비해. 액적 크기는 수 성상 및 PFH의 유량을 변경함으로써 넓은 범위에 걸쳐 조정 가능하다. 다운 스트림 secondar에서Y 접합은 더 PFH 적어도 1m 초에 유속을 증가시키기 위해 첨가된다 -1. 이 속도에서, 액체 방울 파괴 (도 1 인셋)없이 안정된 직선 분출물 칩 (도 1)로부터 배출 될 수있다. 이러한 이중 접합 디자인은 물방울 세대의 독립적 인 제트 안정성을 제어 할 수 있습니다. 소적 맞춤형 송계와 ICPMS로 이송된다. 이 시스템은 튜브 및 하강 PFH을 제거하는 막 desolvator를 포함한다. 수성 액 적의 건조 잔기는이어서 ICPMS의 플라즈마 질량 검출기 측정 이온으로 이온화된다. 칩의 앞 부분은 통 형상의 액적 송계와 긴밀한 연결을 보장하는 것이다. 노즐과의 접촉을 피 때문에 PFH에 방울과 수성 샘플의 배출이 유리하다. 이것은 상당히 세포 현탁액 또는 CO로 작업 할 때 문제가 될 수있는 노즐 막힘의 위험을 낮춘다ncentrated 소금 솔루션을 제공합니다. 소프트 리소그래피 PDMS에 의해 제조 된 짐을 싣다 칩은,,, (칩 당 재료 비용 약 $ 2) 저렴한 일회용과 쉽게 수정할 수 있습니다. 수동 작업의 소량 만이 필요 제조와 조합하여 각 실험은 새로운 칩으로 수행 될 수있다. 따라서, 번잡 세정이 필요하지 않으므로 교차 오염이 최소화된다.
여기에, 짐을 싣다의 소프트 리소그래피에 의해 칩과 ICPMS에 대한 응용 프로그램의 제작이 설명되어 있습니다. 수용액 및 세포 현탁액과 측정의 예를 제시한다.
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Protocol
1. SU-8 마스터 제작 (그림 2)
주 : 먼지 입자에 의한 결함을 방지하기 위해 클린 룸에서 SU-8 마스터 몰드의 제조를 수행한다. 두 웨이퍼 제조, 마이크로 유체 기능과없이 하나 하나의 웨이퍼 필요합니다.
- 마이크로 유체 칩의 마스터 몰드를 준비합니다. 먼저 실리콘 웨이퍼에 접착층을 적용한다.
- 200 ℃에서 10 분 동안 실리콘 웨이퍼 탈수. RT까지 웨이퍼 쿨 다음과 같은 프로토콜을 사용하여 SU-8 스핀 코터, 스핀 코트 여기에 2002을에로드합니다.
- 약 3 ml의 분배는 웨이퍼 상에 레지스트.
- 이 웨이퍼 전체에 걸쳐 확산 레지스트 10 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀.
- 약 2 ㎛의 레지스트 높이를 달성하기 위해 30 초 동안 2000 rpm에서 스핀 웨이퍼.
- 아세톤을 적신 면봉으로 웨이퍼의 가장자리에서 초과 저항 제거를 방지하기 위해다음 단계에서 핫 플레이트로 웨이퍼의 고집. 핫 플레이트에 95 ° C에서 60 초 동안 웨이퍼를 굽는다.
- 자외선 (80 엠제이 / 365 nm에서 cm 2)와 웨이퍼 전체를 노출. 포스트 베이크 120 초에 95 ° C에서의 웨이퍼.
- 아래로 웨이퍼를 쿨 즉시 다시 SU-8 2050 다음과 같은 프로토콜을 사용하여 코트를 웨이퍼를 회전 :
- 20 초 동안 100 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀 (약 3 ml의 SU-8이 단계 동안 레지스트 분배).
- 이 웨이퍼 전체에 걸쳐 확산 레지스트 10 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀.
- 약 40 ㎛의 두께 저항의 결과로 30 초 동안 3,250 rpm에서 웨이퍼 스핀.
- 다시 말하지만, 초과는 65 ° C에서 아세톤을 적신 면봉과 부드러운 빵을 180 초 동안 핫 플레이트에 웨이퍼와 웨이퍼의 가장자리에서 95 ° C에서 360 초 동안 저항 제거합니다.
- STI로 포토 마스크를 준비소다 석회 유리로 요리하는. 마스크 디자인 그림 3을 참조하십시오. 제조 된 마스크를 통해 (365 nm에서 160 mJ을 측정 / cm 2) 자외선 노출하는 레지스트 마스크를 사용하여 노광 장치. 65 ° C에서 60 초 동안 핫 플레이트에 다시 노출 된 웨이퍼를 구워 95 ° C에서 360 초.
- RT로 웨이퍼를 냉각 한 후, 레지스트를 개발하기 위해 5 분 동안 현상액으로 채워진 유리 페트리 접시에 젖어. 조심스럽게 노출되지 않은 SU-8 제거 할 수있는 배양 접시를 선동. 이소프로판올로 웨이퍼를 씻어 질소 총을 가진이 건조한다.
- 현미경으로 웨이퍼를 검사합니다. 경우 미개발, 기능에 남아 저항 단계 1.7에 설명 된대로, 몇 분 동안 다시 웨이퍼를 개발한다.
- 200 ℃에서 2 시간 동안 웨이퍼를 소성하여 잔류 용매를 제거합니다. 단계 프로파일과 기능의 높이를 확인하십시오. 측정 된 높이가 원하는 높이와 다른 경우이 프로토 시작다시 내지 컬럼 단계 1.1.4의 회전 속도에 적응.
- 웨이퍼 PDMS의 부착을 방지하기 위해 작은 도자기 접시 1 H, 1 H, H 2, H 2의 -perfluorodecyltrichlorosilane 50 μL와 함께 건조기에 배치하여 silanization합니다. 100 밀리바로 데시 케이 터에서 압력을 감소하고 12 시간 동안 배양 한 웨이퍼.
- 빈 PDMS 부품 단계 1.10의 방법을 사용하여 또 다른 실리콘 웨이퍼를 silanization합니다. 하나의 데시 케이 터에서 동시에 시간 silanization합니다 둘 웨이퍼를 저장합니다.
2. 짐을 싣다 칩 제작
참고 : 짐을 싣다 칩 접착 (24)에 의해 함께 결합 된 두 개의 PDMS의 조각을 만든됩니다. 첫 번째 부분은 마이크로 유체 기능이 포함되어 있습니다. 다른 부분은 평평하고 채널을 밀봉하기 위해 사용된다. 접합들은 액적 이송 시스템과 인터페이스하는 칩을 필요한 둥근 모양을 형성한다. 여기서의 제조두 부분 및 접합을 설명한다. 모든 공정 단계는 그림 4에 표시됩니다.
- 경화제 PDMS의 4g과 예비 중합체의 40g을 혼합하여 PDMS의 44g을 준비한다 (이 최대 6 칩을 발생합니다). 이 무료 거품 (이 약 20 분 소요됩니다) 될 때까지 데시 케이 터에 PDMS를 탈기.
- 구조화 된 반쪽의 복제 성형.
- 웨이퍼 위에 주조 형태를두고 디자인 주위 안내 구조를 사용하여 제자리에 고정 (도 5 참조). 평면 PDMS의 반감 장소에 스냅을 건너 뜁니다.
- 주조 형태로 약 3 탈기 PDMS의 4g에 붓고 150 ℃에서 핫 플레이트에 6 분 동안 놓습니다. 주조 형태로 경화 된 PDMS를 냉각 조심스럽게 주걱을 사용하여 주조 형태의 웨이퍼를 들어 올립니다.
- 미세 유체 채널의 오염을 방지하기 위해 접촉 WI 이전과 칩의 측면을 덮테이프로 웨이퍼를 토륨. 조심스럽게 과량 PDMS를 제거 PDMS 부의 가장자리를 따라 테이프를 잘랐다.
- 평면 PDMS 절반이 빈 실란 화 된 웨이퍼 2.2.3 상기 단계 2.2.1를 반복 제작합니다.
- 테이프의 껍질과 생검 구멍을 뚫는와 구조화 된 반으로 유체 연결 구멍을 펀치. 보관시 테이프로 구조를 보호합니다.
- 에이전트 (24)를 경화 PDMS를 사용하는 접착에 의해 함께 PDMS 부품 접합.
- 처리되지 않은 실리콘 웨이퍼를 타고 PDMS는 6,000 rpm에서 30 초 동안 경화제와 코트를 회전. 스핀 코터에서 웨이퍼를 가져 가라.
- 구조화 된 반쪽에서 테이프를 제거하고 웨이퍼에 아래로 향 구조로 배치합니다. 조심스럽게 기포를 제거하기 위해 PDMS의 상단에 밀어 넣습니다.
- 빈 PDMS 반쪽에서 테이프를 제거합니다. 웨이퍼에서 구조화 반감을 가지고 수동으로 평면 PDMS의 반감의 상단에 맞 춥니 다. 부드럽게 짜내공기 방울을 제거하고 실온에서 24 시간 동안 조립 칩 치료를 수 있도록 함께 부분. 이 채널이 붕괴의 원인이 될 수 있습니다 힘과 함께 부분을 밀어하지 마십시오.
- 출구 노즐을 열 수있는 유틸리티 나이프와 노즐 채널 직교하는 표시 라인을 따라 칩의 끝을 잘라. 직선 액체 분사에 필요한 직선 절단을 보장하기 위해 정렬 장치를 사용하십시오. 미세 유체 채널과 먼지 입자의 결함에 대한 현미경으로 칩을 검사합니다. 저장 동안 칩을 보호하기 위해 유입 구멍 위에 테이프를 넣어.
- 건조 질소 소스와 짐을 싣다 칩의 모든 입구에 튜브와 Woulff 병을 연결합니다. 보증금 50 Woulff 병의 바닥에서 1 시간, 1 시간, 2 H, 2 H의 -perfluorodecyltrichlorosilane ㎕의 닫습니다.
- 1 H, H를 담지 한 질소 스트림으로 20 분 동안 모든 채널을 플러싱에 의해 미세 유체 채널을 silanization합니다 H, 대략 1 ㎖ / sec의 유량으로 2 H의 -perfluorodecyltrichlorosilane. 이 칩들은 실험 준비 및 실온에서 적어도 몇 주 동안 저장할 수 있습니다.
측정 / 물방울 전송 시스템 3. 준비
주 : 셋업 안정된지지 구조를 구성 할 필요가 있기 때문에, 광학 테이블 위에 액적 전체 전송 시스템을 구축. 전체 액적 교통 시스템의 방식은도 6에 도시되어있다.
- 수직 스테인레스 스틸 튜브를 부착 50cm로 맞춤 사이클론 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) 어댑터를 설치한다. 질량 유량 제어기와 헬륨 소스에 어댑터를 연결. 방울 시각화를위한 반대 사이트에서 어댑터에 초고속 카메라와 램프를 연결합니다.
- 스틸 튜브의 중간에 카트리지 히터를 배치하고, 폴리 염화 비닐 (PVC) LEGRIS 배관 및 튜브를 사용커넥터 멤브레인 desolvator의 유입구 강관의 단부를 연결한다.
- 직접 ICPMS 입구에 접속되어 층류 어댑터, 또 다른 PVC 튜빙 desolvator의 출구를 연결한다. 질량 유량 제어기와 아르곤 소스 층류 어댑터를 연결하고 나중에 안정된 작동 조건을 달성하기 위해 아르곤 혼합되다 그것을 사용.
- 어댑터뿐만 아니라 정신 수준 수직 강철 튜브를 맞 춥니 다. 정렬이 정확하지 않으면, 그 방울의 상당한 손실을 초래할 수있다. 가스 시스템 워밍업 시간 동안 누출 방지하기 위해 어댑터에 플러그를 삽입합니다.
- . 모든 상기 가스 흐름과 표 1의 설정을 사용하여 장치를 시작 시스템이 15 분 동안 예열합니다. 카트리지 히터, 온도를 안정 사전에 그것을 전환하는 2 시간을 필요로한다.
- 사이클론 헬륨 어댑터의 높이에 선반에 주사기 펌프를 놓습니다. 사이의 거리를 유지주사기 펌프 및 가능한 짧게 어댑터.
4. 측정
참고 : 다음 프로토콜 때문에 사용할 수있는 솔루션 및 현탁액의 다양한 일반적인 용어로 작성되었습니다. 그러나, 세포 현탁액은 방울의 대부분이 단 하나의 셀을 수행되도록하여 단일 세포 분석이 수행되는 <1 × 10 7 세포 / ㎖ 농도의 농도로 희석한다. 주사기의 출구 포인트 아래 그들이 포인트 아래 이러한 방식으로 튜브를 설치할 수 있도록 셀 측정 각도 주사기 펌프 장소.
- 주사기에 튜브를 연결합니다. 로드 퍼플 두을 5 ml 주사기 및 샘플 용액 또는 현탁액으로 한 1 ML의 주사기. 주사기와 튜브에 갇혀 모든 거품을 제거합니다.
- 주사기 펌프에 주사기를 설치하고 칩의 입구에 연결합니다. 시작부터 설정을 사용하여 주사기 펌프를 가동표 1 (또는 높은 유속). 흐름을 안정화하기 위해 3 ~ 5 분을 준다.
- 조직과 칩의 끝에서 물기를 제거합니다. 액체는 지금 바로 제트 칩에서 배출해야한다. 직선 토출가 휴지로 닦아내 의해 달성 될 수없는 경우 칩을 교체하고,이 단계를 반복.
- 어댑터에서 플러그를 제거하고 조심스럽게 어댑터에 칩을 삽입합니다. FC-40 필요한 경우와 칩을 윤활합니다. 칩은 실험의 적어도 2 시간 동안 사용할 수있다.
- 표 1에서 권장 측정 내에 있도록 설정 유량을 변경한다. PFH 낮은 유량 PFH 등압 저장뿐만 아니라 간섭 신호로 인한 배경을 줄일뿐만 아니라.
- (선택 유속에 따라) 안정화 시스템 2-5 분을 준다. 관심있는 분석의 가장 높은 신호 강도에 대한 ICPMS을 최적화합니다.
- 이어서 모든 g의 흐름을 조정관심 분석 물질의 최대 신호 강도까지 질량 흐름 제어기에 ASE를 (표 1의 주장 범위를 참조)이 달성된다. 플라즈마 전력과 같은 방법에 ICPMS (제조자의 권고에 따른 범위) 포커싱 렌즈 전압 조정.
- 10 밀리의 체류 시간에 ICPMS를 설정 (사용 매우 ICPMS 적용하지만, 시간이 해결 획득을 위해 다른 악기로 조정할 수 있습니다). 제조자의 프로토콜을 사용하여 특정 m / z의 신호 기록을 시작.
- 측정 후, 평가를 위해 데이터 분석 프로그램 원시 데이터를 전송. 빈 카운트 대해 빈의 중심 값을 생성 내장 기능 및 플롯 10 밀리 초 당 카운트에서 주어진 데이터. 가우스 함수로 플롯 도수 분포 히스토그램의 각 피크를 장착한다. 평균 및 시그마 착용감 각각 평균 신호 강도 및 그 표준 편차를 나타낸다.
- 요소 또는 샘플과 동일한 유속의 관심 요소를 포함하는 단일 또는 다중 - 요소 표준 용액을 측정한다.
- 현미경에 페트리 접시에 짐을 싣다 칩을 놓습니다. 더 나은 이미지 품질을 위해 비 원형 칩을 사용합니다. 단계 2에서 설명하지만, 부분적으로 원형 모양의 하나 대신 간단한 직사각형 주조 형태로 사용이 칩을 제조.
- 액적 생성을 시작하는 단계 4.2.1 4.1을 따릅니다. 단계 5.1에서 사용 된 유속으로 유량을 설정한다.
- 현미경 (20X 대물 렌즈)에 연결된 고속 카메라 수성 액 적의 이미지를 기록. 녹화의 평균 액적 직경을 구하는 Basu는 25만큼 액적 형태 학적 및 유속계 소프트웨어와 같은 영상 분석 소프트웨어를 사용한다.
- 액적 가정 할 구면 목적은 액적 부피를 계산하는 평균 액적 직경을 사용한다.
- 이 볼륨과 KN에서액적에서 피검 물의 농도는 자신의 대응하는 원자의 수를 계산한다. 검출 효율을 얻을 원자의 수에 의해 측정 한 방울 당 이온의 수를 나눈다. 미지 시료의 원자의 수를 계산하기 위해 이러한 검출 효율을 사용한다.
주 : 개별 칩 간의 편차가 22 작기 때문에, 그 유량은 동일하게 유지하는 경우 각 칩 또는 솔루션 액적 크기의 측정을 반복 할 필요는 없다. 특정 유량에 따른 액적 크기와 주파수의 목록 Verboket 외. (22)에 의해 간행된다.
- 이 볼륨과 KN에서액적에서 피검 물의 농도는 자신의 대응하는 원자의 수를 계산한다. 검출 효율을 얻을 원자의 수에 의해 측정 한 방울 당 이온의 수를 나눈다. 미지 시료의 원자의 수를 계산하기 위해 이러한 검출 효율을 사용한다.
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Representative Results
제시된 시스템은 세포 또는 용액 또는 나노 입자를 함유하는 현탁액의 소량을 측정하는 데 사용될 수있다. 단 전지의 표준 용액 및 특성의 측정의 예는 여기에 도시되어있다. 더 많은 예제는 Verboket 등. (22)에서 찾을 수 있습니다.
통상적으로 용액의 단일 방울의 신호는 매우 짧은 경우이다. 보통 몇 백 26 마이크로 초 동안 지속된다. 여기에 사용 ICPMS으로. 이런 짧은 신호가 일시적으로 해결 될 수없는 (시간이 10 밀리 초를 거)도 7a 및 그림은 나 표준 용액의 신호 주파수 분포 히스토그램을 보여 7b는. 소적 시간적 지터> 10 밀리와 플라즈마에 도착한다. 검출은 비동기이다. 하나 (201 ± 24), 두 (381 ± 34) 또는 세 (560 ± 45)의 신호는 물방울 하나 드웰 시간 내에 감지됩니다. 신호 강도의 낮은 변화는 높은 데서 제안plet 단 분산. 제 테일링 피크 가능성 액적 단편의 결과이고; 이 분열의 원인은 아직 조사 중입니다.
FE (에게 표준 용액을 사용하여) 5에 기재된 교정 방법은 인산염 완충 식염수 (PBS)에 현탁 한 소 / 송아지 적혈구의 Fe 함량의 결정 (직경 6-7 μm의)에 대해 시험 하였다. 1 × 107 세포 -1 ml의 현탁액을 방울의 대부분이 휴대하는 것이 단지 하나의 셀.도 8은 주파수 분포 히스토그램 등 셀로부터 신호들을 도시하기 위해 사용되었다. 평균적으로 모든 세포는 (참조 Verboket 등. 22)를 5.3 ± 1.2 × 10 8 철 원자를 포함.
액적 생성, 가속 및 배출 그림 1. 현미경 사진. 흐름 초점 junct에서이온은, 단 분산 수성 액 PFH의 흐름 생성됩니다. 추가 PFH 두 번째 교차점에 추가됩니다. 이어서, 상기 액체 스트림은 노즐을 통해 짐을 싣다 칩으로부터 토출된다. 화살표는 흐름의 방향을 나타낸다. 스케일 바는 500 μm의입니다. 삽입 된 페이지 : 짐을 싣다 칩에서 방출 후 PFH 쉘 수성 방울의 현미경 사진. 스케일 바 100 μm의. (22)의 허가를 적응. 저작권 2014 미국 화학 학회. 이 그림은 PS 디트 리치의 실험실에서 게시 한 이후에 수행 연구의 데이터로 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
SU-8의 처리도 2 회로도. 먼저 밀착 층을 도포한다. 실리콘 웨이퍼는 스핀, SU-8 2002 코팅 부드러운 구운, 홍수 자외선 및 사후 구운 노출. 이 계층의 상단에있는 마이크로 유체 구조가 생성된다. 웨이퍼는 구운 SU-8 2050 부드러운 스핀 코팅입니다. 미세 구조의 설계는 포토 마스크를 통해 자외선을 노광함으로써 웨이퍼에 전사된다. 노출 후 베이크 후, 포토 레지스트 개발 및 편도를 넣은 설탕 과자가 수행된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
다음과 같은 기능이 포함 된 짐을 싣다 칩의 포토 마스크의 그림 3. 디자인 : 주조 양식) 안내 구조를, b)의 방울 가속 PFH위한 입구, C) 액적 생성 및 d) 입구에 대한 PFH위한 입구 수성 샘플.칩의 끝을 절단 전자) 표시 라인. 채널 폭 F) 40 μm의, g) = 20 μm의 시간) = 25 μm의 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 짐을 싣다 칩 제조의 프로세스 차트. 먼저 구조와 평면 PDMS이 부분이 복제 성형에 의해 제조된다. 두 조각을 접착제 접합에 의해 함께 결합된다. 마지막으로, 칩의 선단이 차단되고, 미세 유체 채널은 실란 화된다. (22)의 허가를 적응. 저작권 2014 미국 화학 학회. 이 그림은 출판 이후 수정 된에게. 의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림.
그림 5. 짐을 싣다 칩의 알루미늄 주조 형태의 기술 도면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
설정 (축척되지 않은) 그림 6. 개략도.이 시스템은 짐을 싣다 칩, 사이클론 어댑터, 가열 된 스틸 튜브, 막 desolvator 및 ICPMS로 구성되어있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
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이들 신호는도 7 (A) -1 kg 나트륨 표준 용액 (1)의 Mg에서 만든 액적 신호. (B) 빈도 분포 히스토그램. 10 밀리 초에서 하나 (노란색)의 시간 신호, 두 (빨간색) 또는 세 (파란색) 방울을 거하는 기록 하였다. 평균 및 표준 편차 신호는 피팅 가우스 함수에 의해 결정 하였다. 사용 유량이 0.5, 50, 60 μL 분이었다 - 방울 가속 방울 세대 1 수성 샘플, PFH, 그리고 PFH, 각각. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
56의 Fe +도 8의 도수 분포 히스토그램 GE 신호적혈구 의해 nerated. 평균과 표준 편차 신호는 가우스 함수 피팅에 의해 결정 하였다. 각각 액적 가속 액적 생성 세포 현탁액, 1 PFH 및 PFH - 사용 유량 2, 80, 80 μL 분이었다.
| 그는 가스 유량 | 0.6-0.8 L 분 -1 | |
| 카트리지 히터 | 30 W | |
| Desolvator 막 온도 | 160 ° C | |
| Desolvator 스윕 가스 유량 | 3-4 L 분 -1 | |
| 아르곤 가스 유량 | 0.1 L 분 -1 | |
| ICP 플라즈마 전력 | 1300 W | |
| 샘플 유속 | 시작 | 1 μL 분 -1 |
| 측량 | 0.3-15 μL 분 -1 | |
| PFH 액적 생성 유량 | 시작 | 60 μL 분 -1 |
| 측량 | 35-80 μL 분 -1 | |
| PFH 방울 가속의 유량 | 시작 | 60 μL 분 -1 |
| 측량 | 35-80 μL 분 -1 |
표 1. 설정 ICPMS 및 주사기 펌프 측정 설정을 추천.
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Discussion
칩의 제조가 매우 안정 있지만 특별한주의를 필요로하는 제조시 몇 가지 중요한 포인트가 있습니다. 먼저, 조립시에는 먼지 청결도 칩의 오염을 방지하는 것이 매우 중요하다. 먼지는 채널을 차단하고 안정적인 액적 발생을 방지 할 수있다. 둘째, 노즐 팁은 직교 채널 잘려진 특히 중요하다. 절삭 각도 강하게 분사 각도에 영향을 미친다. 액체 토출 각도 경우는 액 적이 토출 손실이 발생할 수있다.
설치를 구축 할 때이 안정적인지 확인합니다. 금속 튜브와 어댑터의 수직 정렬이 중요하다. 또한 측정시 특별한주의가 필요한 몇 가지 포인트가있다. 어댑터에 칩의 삽입은 신중하게 수행되어야한다. 그것은 삽입시 제트가 중단 정지되는 경우가 발생할 수 있습니다. 세포 위치와 오리에와 측정을 위해주사기 펌프와 튜브의 ntation 중요하다. 이들의 적절한 배치는 주사기 튜브에 세포를 침전 줄일 수있다.
여기에 제시된 짐을 싣다 칩은 기존의 상업 방울 발생기에 비해 몇 가지 장점을 가지고있다. 시스템은 더 강력 상기 채널 형상의 변형에 의해 확장 될 수 액적 크기보다 넓은 범위를 제공하며, 일회용이다. 단일 사용 장치는 초소형 채널을 방해 할 수 있고, 항상 용이하게 세정 할 수없는 경우 나노 입자 또는 세포 현탁액 용으로, 염 또는 고체 잔기의 높은 함량을 가진 샘플의 분석을 위해 특히 중요하다. MS에 짐을 싣다에 의해 생성 된 하나의 미세 방울의 전송은 여전히 우리의 시스템에서 제한 단계이며, 더 최적화 할 수 있습니다. 현재 액적 수송 조립 달리 추가적인 스펙트럼 및 비 스펙트럼 간섭을 생성하고, 플라즈마 불안정성을 야기하지만, STI 것이다 PFH 증기를 제거하더라도MS에서 방울 도착과 불완전한 방울 전송의 높은 시간적 지터 LL 결과. 상용 가능한 액적 도입 시스템과 비교하여이 설정을위한 전송 시스템 장비가 더 필요하다. 현재 칩은 시료 주입으로 만 설계되었습니다. 그러나, 약간의 디자인 고급 도입의 변화와 샘플 준비와 구름 예를 들어, 희석 27-29, 초고속 (30)를 혼합, 화학 반응 (31), 분리 32-34, 또는 셀 (35, 36)를 정렬, 온 - 칩으로 구현 될 단계를 반복합니다. 고급 도입 장치에서 우리는 예를 들어 하나의 칩으로 순차적으로 시료와 표준 방울의 도입 또는 병렬을 이해합니다. 이는 처리량을 증가 및 정량 분석의 정확성을 향상시킬 것이다.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silicon wafer 100 mm | Si-Mat (Kaufering, Germany) | ||
| SU-8 2002 | Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | ||
| SU-8 2050 | Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | ||
| Acetone | Merk VWR (Darmstadt, Germany) | 100014 | |
| MR-developer 600 | Microresist Technology GmbH (Berlin, Germany) | ||
| Isopropanol | Merk VWR (Darmstadt, Germany) | 109634 | |
| 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane | ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany) | AB111155 | |
| Sylgard 184 silicone elastomer kit (PDMS) | Dow Corning (Michigan, U.S.A.) | 39100000 | |
| Perfluorohexane 99% | Sigma-Aldrich (Missouri, U.S.A.) | 281042 | |
| FC-40 | ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany) | AB103511 | |
| Phosphate-buffered saline | Life Technologies (Paisley, U.K.) | 10010-015 | |
| Red blood cells in phosphate-buffered saline | Rockland Immunochemicals Inc. (Pennsylvania, U.S.A.) | R400-0100 | |
| Single-element standard solutions Na, Fe | Inorganic Ventures (Virginia, U.S.A.) | ||
| Multielement standard solution | Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.) | IV | |
| Nitric acid | Sub-boiled | ||
| Ultrahigh-purity water | Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.) | ||
| Hot plate HP 160 III BM | Sawatec (Sax, Switzerland) | used for wafer preparation | |
| Spin modules SM 180 BM | Sawatec (Sax, Switzerland) | used for wafer preparation | |
| High resolution film photomask | Microlitho (Essex, U.K.) | ||
| Step profiler Dektak XT advanced | Bruker (Massachusetts, U.S.A.) | ||
| Hot plate MR 3002 | Heidolph (Schwabach, Germany) | used for replica molding | |
| 1.5 mm biopsy puncher | Miltex (Pennsylvania, U.S.A.) | 33-31AA/33-31A | |
| Spin coater WS-400 BZ-6NPP/LITE | Laurell (Pennsylvania, U.S.A.) | used for adhesive bonding | |
| Syringe pump neMESYS | Cetoni (Korbussen, Germany) | ||
| 1 ml syringe | Codan (Lensahn, Germany) | 62.1002 | |
| 5 ml syringe | B. Braun (Melsungen, Germany) | 4606051V | |
| PTFE tubing | PKM SA (Lyss, Switzerland) | PTFE-AWG-TFT20.N | |
| Quadrupole-based ICPMS ELAN6000 | PerkinElmer (Massachusetts, U.S.A.) | ||
| Membrane desolvator CETAC6000AT+ | CETAC Technologies (Nebraska, U.S.A.) | only the desolvator unit is used | |
| High speed camera Miro M110 | Vision Research (New Jersey, U.S.A.) | ||
| Data analysis program Origin pro | OriginLab Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | version 8.6 | |
| Microscope | Olympus (Tokyo, Japan) | IX71 |
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