Method Article

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

DOI:

10.3791/52525

⸱

March 5th, 2015

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Applied Biosciences, ETH Zurich

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم نظام إدخال العينة قطيرة منفصلة عن بالحث البلازما الطيفي (ICPMS). لأنه يقوم على رقاقة ميكروفلويديك رخيصة ويمكن التخلص منها الذي يولد قطرات monodisperse غاية في نطاق حجم 40-60 ميكرومتر على ترددات من 90 إلى 7،000 هرتز.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويناقش هذا البروتوكول تصنيع واستخدام منخفضة التكلفة رقاقة ميكروفلويديك المتاح كنظام عينة مقدمة لبالحث البلازما الطيفي (ICPMS). رقاقة تنتج monodisperse قطرات العينة المائية في perfluorohexane (PFH). يمكن أن تختلف حجم وتواتر قطرات مائية في حدود 40 إلى 60 ميكرون ومن 90 إلى 7،000 هرتز، على التوالي. وطرد قطرات من رقاقة مع تدفق الثاني من PFH وتبقى على حالها خلال طرد. نظام desolvation مبنية خصيصا يزيل PFH وينقل قطرات في ICPMS. هنا، وإشارات مستقرة جدا مع توزيع كثافة ضيق يمكن قياسها، والتي تبين monodispersity من قطرات. وتبين لنا أن نظام إدخال يمكن استخدامها لتحديد الكمية الحديد في خلايا الدم الحمراء البقري واحدة. في المستقبل، وقدرات الجهاز مقدمة يمكن تمديدها بسهولة بالغة من خلال تكامل وحدات ميكروفلويديك إضافية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويتم تحليل العناصر العينات السائلة بنسبة بالحث البلازما الطيفي (ICPMS) عادة خارج باستخدام الغمامات في تركيبة مع الغرف رذاذ كنظام مقدمة 1. في هذا النظام إدخال عينة يتم رش عينة من البخاخات لتوليد الهباء الجوي polydisperse. ويستخدم غرفة رذاذ المصب لتصفية قطرات كبيرة. ويرتبط هذا الأسلوب مع ارتفاع استهلاك العينة (> 0.3 مل دقيقة -1) 2 ونقل العينات غير مكتملة. وهكذا، يصبح غير عملي للتطبيقات حيث تتوفر أحجام عينة ميكروليتر الوحيد، كما هو الحال في الدراسات البيولوجية، الطب الشرعي، والسمية والسريرية 3. للحد من استهلاك عينة، تم تطوير الغمامات مع أبعاد أصغر فوهة 3. ومع ذلك، فإن تخفيض حجم فوهة يزيد من خطر انسداد عند عينات من السوائل البيولوجية عسر الهضم أو حلول الملح تتركز يجب أن يتم تحليلها 3.

واقترح "jove_content"> وهناك نهج مختلف لعينة مقدمة من قبل Olesik وآخرون. 4. حقن المؤلفين السائل إلى ICPMS في شكل microdroplets منفصلة monodisperse، التي أنتجت من قبل micropump مدفوعة بيزو-كهربائيا. على الرغم من أن هذا النظام ذاته لم يجد تطبيق واسع، أنه قد شرع في مزيد من مفهوم مقدمة قطرات منفصلة في ICPMS التنمية. اليوم، مدفوعة بيزو-كهربائيا النظم، والذي يمكن أن تولد قطرات في حجم 30، 50، 70 و 100 ميكرون وعلى ترددات من 100-2،000 هرتز الاستغناء، ويمكن شراؤها. ويمكن نقل قطرات في ICPMS مع ما يقرب من كفاءة 100٪ 5. وقد طبقت هذه موزعات microdroplet لقياس كميا النانوية واحدة 5،6 فضلا عن تميز الخلايا البيولوجية الفردية (7). تم اختبار نظام مماثل يقوم على تقنية نفث الحبر الحرارية 8 لتحليل العينات البيولوجية 9. على الرغم من أن افاعيأنظمة قطرة مقدمة واحدة علامة مميزة هي فعالة جدا، ويمكن استخدامها لأحجام عينة صغيرة واعدة لتحليل النانوية والخلايا، لديهم العديد من القيود. لحجم فوهة ثابت، حجم القطيرات يمكن أن تختلف إلا قليلا (ما لم يتم استخدام إعدادات مخصصة 10). التغيرات في الخصائص الفيزيائية للسائل (درجة الحموضة ومحتوى الملح) يمكن أن يغير خصائص الحبرية (الحجم، وسرعة الحقن). أيضا، وهذه الأجهزة غالية الثمن نوعا ما، عرضة للانسداد وصعبة التنظيف.

طريقة أخرى لتوليد قطرات من المعروف في مجال قطيرة على microfluidics 11. في السنوات الأخيرة اكتسبت قطيرة على microfluidics الفائدة ل(الحيوي) التفاعلات الكيميائية 12-15 وللدراسات وحيدة الخلية 16،17. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق هذه التقنية لإدخال العينات في التأين electrospray الطيف الكتلي 18،19 وإعداد العينات في مصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز / ionizatioن مطياف الكتلة 20،21.

في الآونة الأخيرة، قدمنا ​​نظام يقوم ميكروفلويديك لإدخال عينة في ICPMS 22. المكون الرئيسي للنظام مقدمة لدينا هو السائل بمساعدة قطرات طرد (LADE) رقاقة. يتكون هذه الشريحة تماما من بولي (dimethylsiloxane) (PDMS). في أول قناة تقاطع تدفق يستخدم مع التركيز على توليد قطرات monodisperse من محلول العينة مائي (الشكل 1). لهذا الغرض يتم استخدام (نقطة الغليان من 58-60 ° C 23) شديدة التقلب والناقل إمتزاج المرحلة perfluorohexane (PFH) (الشكل 1). هذه الخصائص PFH تمكن جيل قطرة مستقر وإزالة سريعة للمرحلة الناقل. التغييرات في خصائص تأثير السائل عينة هذه الطريقة جيل أقل، مقارنة مولدات قطرة أخرى. حجم القطيرات هو قابل للتعديل على نطاق واسع عن طريق تغيير معدلات التدفق من المرحلة المائية وPFH. في secondar المصبذ تقاطع، يضاف المزيد من PFH لزيادة سرعة تدفق إلى 1 متر على الأقل ثانية -1. في هذه السرعة يمكن إخراج السائل من رقاقة في طائرة مستقرة ومستقيمة (الشكل 1) دون تدمير الحبرية (الشكل 1 الشكل). هذا التصميم المزدوج تقاطع يسمح السيطرة على الاستقرار طائرة مستقلة عن الجيل الحبرية. ويتم نقل قطرات إلى ICPMS مع نظام النقل المخصصة. ويتألف هذا النظام أنبوب هبوط وdesolvator غشاء لإزالة PFH. والمتأينة بقايا المجففة من قطرات مائية في وقت لاحق في البلازما من ICPMS والتدابير للكشف عن كتلة أيونات. الجزء الأمامي من الشريحة هو ضمان اتصال ضيق مع نظام النقل قطيرة على شكل برميل. طرد من العينة المائية كما قطرات في PFH هو مفيد، لأن الاتصال مع فوهة وتجنبها. هذا يقلل بشكل كبير من خطر انسداد فوهة، والتي يمكن أن يكون مشكلة عند العمل مع تعليق خلية أو زملاءحلول الملح ncentrated. رقائق LADE، ملفقة من قبل PDMS الطباعة الحجرية الناعمة، رخيصة (2 تكلفة المواد دولار تقريبا في رقاقة)، ​​يمكن التخلص منها وسهلة لتعديل. في تركيبة مع تلفيق يتطلب سوى كمية صغيرة من العمل اليدوي لا يمكن أن يؤديها كل تجربة مع شريحة جديدة. لذلك، ليست هناك حاجة لتنظيف شاقة ويتم التقليل من التلوث عبر.

هنا، يتم وصف تلفيق رقاقة LADE بواسطة الطباعة الحجرية الناعمة وتطبيقه لICPMS. وتعرض نماذج من القياسات مع محلول مائي وتعليق خلية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. SU-8 تلفيق ماستر (الشكل 2)

ملاحظة: إجراء تصنيع القوالب سيد SU-8 في غرفة نظيفة لمنع العيوب التي تسببها جزيئات الغبار. وهناك حاجة إلى اثنين من رقائق لتصنيع، رقاقة واحدة مع ميزات ميكروفلويديك واحد دون.

  1. إعداد قوالب رئيسية للرقاقة ميكروفلويديك. أولا تطبيق طبقة التصاق إلى رقاقة السيليكون.
    1. يذوى رقاقة السيليكون لمدة 10 دقيقة على حرارة 200 درجة مئوية. تبريد رقاقة وصولا الى RT وتحميله على أن تدور المغطي وتدور معطف مع SU-8 2002 مع بروتوكول التالية.
    2. الاستغناء عن 3 مل تقاوم على الرقاقة.
    3. تدور الرقاقة عند 500 دورة في الدقيقة لمدة 10 ثانية لنشر مقاومة على رقاقة كله.
    4. تدور الرقاقة عند 2،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية لتحقيق مقاومة ارتفاع ما يقرب من 2 ميكرون.
  2. إزالة الزائدة مقاومة من على حافة الرقاقة مع مسحة غارقة الأسيتون، لمنعالشائكة من الرقاقة إلى لوحة الساخنة في الخطوة التالية. خبز الرقاقة لمدة 60 ثانية في 95 درجة مئوية على طبق ساخن.
  3. فضح الرقاقة كله مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية (80 ميغا جول / سم 2 في 365 نانومتر). بعد خبز الرقاقة لمدة 120 ثانية إلى 95 ° C.
  4. تبريد الرقاقة إلى أسفل وتدور على الفور معطف الرقاقة مرة أخرى باستخدام بروتوكول التالية لSU-8 عام 2050:
    1. تدور الرقاقة عند 100 دورة في الدقيقة لمدة 20 ثانية (الاستغناء عن 3 مل SU-8 مقاومة خلال هذه الخطوة).
    2. تدور الرقاقة عند 500 دورة في الدقيقة لمدة 10 ثانية لنشر مقاومة على رقاقة كله.
    3. تدور الرقاقة عند 3،250 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية مما أدى إلى مقاومة سمك حوالي 40 ميكرون.
  5. مرة أخرى، وإزالة فائض مقاومة من على حافة الرقاقة مع مسحة غارقة الأسيتون وتخبز لينة الرقاقة على طبق ساخن لمدة 180 ثانية عند 65 درجة مئوية ول 360 ثانية في 95 ° C.
  6. إعداد الضوئية التي كتبها الأمراض المنقولة جنسياCKING ذلك إلى زجاج الصودا والجير. انظر الشكل 3 لتصميم قناع. استخدام اليجنر قناع لفضح مقاومة مع الأشعة فوق البنفسجية (160 ميغا جول / سم 2، وتقاس في 365 نانومتر) من خلال قناع استعداد. خبز الرقاقة يتعرض مرة أخرى على طبق ساخن لمدة 60 ثانية عند 65 درجة مئوية ول 360 ثانية في 95 ° C.
  7. بعد تهدئة الرقاقة إلى RT، تزج به في طبق بتري زجاجية مملوءة المطور لمدة 5 دقائق لتطوير المقاومة. تستنهض الهمم بلطف طبق بتري لإزالة لم يتعرضوا SU-8. شطف الرقاقة مع الأيزوبروبانول وضربة لتجف بمسدس النيتروجين.
  8. دراسة الرقاقة تحت المجهر. في حالة متخلفة مقاومة بقايا على ميزات وتطوير الرقاقة مرة أخرى لبضع دقائق، كما هو موضح في الخطوة 1.7.
  9. إزالة أي مذيب المتبقية من رقائق الخبز لمدة 2 ساعة على حرارة 200 درجة مئوية. تحقق ذروة الميزات مع خطوة التعريف. في حال يختلف ارتفاع يقاس من الارتفاع المطلوب تبدأ مع هذا بروتوالعقيد مرارا والتكيف مع سرعة الدوران في الخطوة 1.1.4.
  10. لمنع الالتصاق من PDMS إلى الرقاقة silanize ذلك عن طريق وضعها في مجفف جنبا إلى جنب مع 50 ميكرولتر من 1 H، H 1، 2 H، H 2 -perfluorodecyltrichlorosilane في صحن الخزف صغير. تخفيف الضغط في المجفف إلى 100 م بار واحتضان الرقاقة لمدة 12 ساعة.
    1. لPDMS فارغة أجزاء silanize رقاقة السيليكون آخر باستخدام أسلوب الخطوة 1.10. لتوفير الوقت silanize كل من رقائق في نفس الوقت في مجفف واحد.

2. LADE رقاقة تلفيق

ملاحظة: يتم إجراء رقاقة LADE من كل اثنين من PDMS القطع التي مستعبدين معا عن طريق الرابطة لاصقة 24. الجزء الأول يحتوي على الميزات ميكروفلويديك. الجزء الآخر مسطح وتستخدم لاغلاق القنوات. المستعبدين معا، وأنها تشكل شكل دائري الضروري اجهة رقاقة مع نظام النقل الحبرية. هنا، وتلفيقيوصف اثنين من أجزاء وروابطها. وتظهر جميع الخطوات العملية في الشكل (4).

  1. إعداد 44 غرام من PDMS عن طريق خلط 40 جم من prepolymer مع 4 غرام من PDMS علاج وكيل (وهذا سوف يؤدي إلى ما يصل إلى 6 رقائق). ديغا في PDMS في مجفف حتى يتم فقاعة حرة (وهذا سوف يستغرق حوالي 20 دقيقة).
  2. صب متماثلة نصفي تنظيما.
    1. وضع شكل صب على رأس رقاقة وثبتها في مكانها باستخدام الهياكل توجيه حول تصميم (انظر الشكل 5). تخطي العض في مكانه لPDMS الخفض إلى النصف مسطح.
    2. صب حوالي 3 إلى 4 غرام من PDMS degased في شكل الصب ووضعه لمدة 6 دقائق على طبق ساخن عند 150 درجة مئوية. تهدئة PDMS الشفاء في شكل الصب ورفع بعناية الرقاقة شكل الصب باستخدام ملعقة.
    3. من أجل منع أي تلوث من القنوات ميكروفلويديك تغطية جانب من الشريحة التي كانت في السابق في اتصال وايث الرقاقة مع الشريط. قطع بعناية الشريط على طول حافة الجزء PDMS لإزالة PDMS الزائدة.
  3. لافتعال PDMS نصفين مسطحة تكرر 2.2.1 الخطوات المذكورة أعلاه إلى 2.2.3 مع رقاقة silanized فارغة.
  4. قشر من الشريط ولكمة ثقوب اتصال السوائل إلى نصفين منظمة مع الناخس الخزعة. حماية الهياكل مع الشريط أثناء التخزين.
  5. السندات الأجزاء PDMS معا من قبل الرابطة لاصقة باستخدام PDMS وكيل علاج 24.
    1. خذ رقاقة السيليكون غير المعالجة وتدور معطف مع PDMS وكيل علاج لمدة 30 ثانية عند 6،000 دورة في الدقيقة. خذ رقاقة من المغطي تدور.
    2. إزالة الشريط من نصفين المهيكلة ووضعها مع الهياكل التي تواجه هبوطا على الرقاقة. دفع بلطف على أعلى من PDMS لإزالة فقاعات الهواء.
    3. إزالة الشريط من PDMS نصفين فارغة. اتخاذ الخفض إلى النصف منظم من رقاقة ويدويا محاذاته على رأس PDMS الخفض إلى النصف مسطح. بلطف ضغط علىجزء معا لإزالة فقاعات الهواء، والسماح للعلاج رقاقة تجميعها لمدة 24 ساعة على RT. لا تدفع الأجزاء معا مع القوة لأن هذا يمكن أن يسبب القنوات للانهيار.
  6. قطع غيض من رقاقة على طول خط مؤشر متعامد إلى القناة فوهة بسكين فائدة لفتح فوهة مخرج. استخدام جهاز المواءمة لضمان وجود قطع على التوالي، وهو أمر ضروري لطرد السائل على التوالي. تفقد رقاقة تحت المجهر لعيوب في قنوات ميكروفلويديك وجسيمات الغبار. وضع الشريط على ثقوب مدخل لحماية رقائق أثناء التخزين.
  7. ربط زجاجة Woulff مع أنابيب إلى مصدر النيتروجين الجاف وإلى جميع مداخل للرقاقة LADE. إيداع 50 ميكرولتر من 1 H، H 1، 2 H، H 2 -perfluorodecyltrichlorosilane في أسفل الزجاجة Woulff وإغلاقه.
  8. Silanize القنوات ميكروفلويديك من قبل بيغ جميع القنوات لمدة 20 دقيقة مع تيار النيتروجين تحمل H 1، 1 H (2)، H، H 2 -perfluorodecyltrichlorosilane بمعدل تدفق ما يقرب من 1 مل / ثانية. رقائق جاهزة للتجارب ويمكن تخزينها لمدة لا تقل عدة أسابيع في RT.

3. الاستعدادات لنظام القياس / القطرة النقل

ملاحظة: بناء نظام النقل قطرة كله على رأس جدول البصري، لأنه من الضروري لبناء هيكل مستقر لدعم الإعداد. وصفت وهناك مخطط لنظام النقل قطرة كله في الشكل (6).

  1. تثبيت بولي الأعاصير حسب الطلب (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) محول مع 50 سم المرفقة غير القابل للصدأ أنابيب الصلب عموديا. إرفاق محول إلى مصدر الهليوم مع وحدة تحكم تدفق الكتلة. إرفاق (عالية السرعة) وكاميرا ومصباح إلى محول على مواقع المعاكس لقطيرة التصور.
  2. وضع سخان خرطوشة في منتصف الأنبوب الصلب واستخدام بولي (كلوريد الفينيل) (PVC) وأنابيب أنبوب LEGRISالموصل لتوصيل نهاية الأنبوب الصلب مع مدخل للdesolvator الغشاء.
  3. قم بتوصيل منفذ للdesolvator مع أنابيب PVC أخرى إلى محول تدفق الصفحي، وهذا مرتبط مباشرة إلى مدخل ICPMS. قم بتوصيل محول تدفق الصفحي إلى مصدر الأرجون مع وحدة تحكم تدفق الكتلة وبعد ذلك استخدامه لخلط الأرجون لتحقيق حالة عملية مستقرة.
  4. محاذاة محول فضلا عن أنابيب الصلب الرأسي مع مستوى الروح. إذا محاذاة ليست دقيقة، فإنه قد يؤدي إلى خسائر كبيرة من قطرات. إدراج المكونات في محول لمنع تسرب الغازات خلال نظام الاحماء الوقت.
  5. بدء تدفق الغاز عن المذكورة أعلاه والأجهزة التي تستخدم الإعدادات من الجدول 1. السماح للنظام في عملية الاحماء لمدة 15 دقيقة. سخان خرطوشة يحتاج 2 ساعة لتحقيق الاستقرار في درجة الحرارة، وتشغيله في وقت مبكر.
  6. وضع مضخات حقنة على رف في ذروة محول الهليوم الأعاصير. الحفاظ على المسافة بينمضخات حقنة ومحول قصيرة قدر الإمكان.

4. القياسات

ملاحظة: يتم كتابة بروتوكول التالية بصفة عامة بسبب مجموعة متنوعة من الحلول والايقاف التي يمكن استخدامها. ومع ذلك، ينبغي أن تضعف تعليق خلية إلى تركيز <1 × 10 7 خلية / مل، وعند إجراء تحليل خلية واحدة، للتأكد من أن الغالبية العظمى من قطرات تحمل خلية واحدة فقط. لقياسات مع الخلايا تضع مضخات الحقنة في زاوية بحيث مخرج المحاقن يشير إلى أسفل وتثبيت أنابيب في مثل هذه الطريقة التي يشيرون إلى أسفل.

  1. إرفاق أنابيب إلى الحقن. تحميل اثنين من 5 مل المحاقن مع perfluorohexane واحد حقنة 1 مل مع حل عينة أو تعليق. إزالة جميع فقاعات المحاصرين في الحقن والأنابيب.
  2. تثبيت الحقن في ضخ حقنة وربطها مداخل للرقاقة. بدء تشغيل مضخات الحقن باستخدام إعدادات بداية منالجدول 1 (أو أعلى معدلات التدفق). إعطاء التدفقات 3 إلى 5 دقائق لتحقيق الاستقرار.
    1. إزالة السائل الزائد من غيض من رقاقة بمنديل ورقي. يجب السوائل الآن إخراج من رقاقة في طائرة على التوالي. إذا لا يمكن أن يتحقق اللفظ على التوالي عن طريق المسح بمنديل استبدال رقاقة والبدء من جديد مع هذه الخطوة.
  3. إزالة المكونات من محول وإدراج بعناية رقاقة في محول. تليين رقاقة مع FC-40 إذا لزم الأمر. رقاقة يمكن أن تستخدم لمدة 2 ساعة على الأقل من التجارب.
  4. تغيير معدل تدفق لتكون ضمن إعدادات قياس الموصى بها من الجدول 1. انخفاض معدل تدفق PFH ليس فقط يوفر PFH ولكن أيضا يقلل خلفية إشارة، والناجمة عن التدخلات إسوي الضغط.
  5. منح النظام 2-5 دقيقة لتحقيق الاستقرار (اعتمادا على معدلات تدفق المختار). تحسين ICPMS لأعلى كثافة إشارة من التحاليل من الفائدة.
    1. ضبط تباعا تدفقات كافة زويتحقق ASES على وحدات تحكم تدفق كتلة (انظر النطاقات الموصى بها في الجدول 1) حتى الحد الأقصى للكثافة إشارة من التحاليل من الفائدة. ضبط السلطة البلازما والتركيز الفولتية عدسة (وفقا لنطاقات الموصى بها من المصنع) على ICPMS بنفس الطريقة.
  6. تعيين ICPMS لمدة انتظار 10 مللي ثانية (بطلب للحصول على ICPMS جدا تستخدم ولكن يمكن تعديلها مع غيرها من الصكوك لضمان الحيازة حلها الوقت). بدء تسجيل إشارة لم خاص / ض باستخدام بروتوكول الشركة الصانعة.
  7. بعد القياس، نقل البيانات الخام إلى برنامج تحليل البيانات للتقييم. بن البيانات، بالنظر في التهم الموجهة إليه في 10 ميللي ثانية، مع المدمج في وظيفة، ومؤامرة الناتجة القيم مركز بن ضد التهم الموجهة إليه. تناسب كل الذروة في الرسم البياني توزيع الترددات تآمر مع وظيفة غاوس. المتوسط ​​وسيغما للتناسب تمثل كثافة إشارة المتوسط ​​والانحراف المعياري، على التوالي.
<ص الطبقة = "jove_title"> 5. معايرة مفهوم

  1. قياس حل واحد أو متعددة العناصر القياسية التي تحتوي على عنصر أو عناصر من الفائدة على نفس معدلات تدفق كما العينة.
  2. وضع رقاقة LADE في طبق بتري على المجهر. لجودة الصورة أفضل استخدام شريحة غير النواحي. افتعال هذه الشريحة كما هو موضح في الخطوة 2 ولكن باستخدام نموذج الصب مستطيل بسيط بدلا من واحد جزئيا على شكل الجولة.
  3. اتبع الخطوات 4.1 إلى 4.2.1 لبدء الجيل الحبرية. ضبط معدلات التدفق إلى معدلات تدفق المستخدمة في الخطوة 5.1.
  4. تسجيل صور من قطرات مائية مع كاميرا عالية السرعة تعلق على المجهر (الهدف 20X). استخدام برنامج تحليل الصور مثل قياس الأشكال قطرة والبرمجيات velocimetry بواسطة باسو 25 للحصول على متوسط ​​قطرها قطرة من التسجيلات.
  5. استخدام متوسط ​​قطرها قطرة لحساب حجم القطيرات، على افتراض الحبرية هو كائن كروية.
    1. من هذا الحجم وKNتركيز الخاصة لتحليلها في الحبرية حساب عدد الذرات المقابلة. تقسيم عدد من أيونات قياس لكل قطرة من قبل عدد من الذرات للحصول على كفاءة الكشف. استخدام هذه الكفاءة كشف لحساب عدد الذرات في عينة مجهولة.
      ملاحظة: بما أن الاختلافات بين رقائق الفردية صغيرة 22، فإنه ليس من الضروري تكرار قياس حجم القطيرات لكل رقاقة أو الحل إذا بقيت معدلات تدفق نفسها. يتم نشر قائمة أحجام قطرات والترددات وفقا لمعدلات تدفق محددة من قبل Verboket وآخرون. 22.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نظام عرض يمكن استخدامها لقياس كميات صغيرة من الحلول أو تعليق يحتوي على الخلايا أو الجسيمات النانوية. وترد أمثلة لقياس حل القياسية وتوصيف الخلايا واحد هنا. المزيد من الأمثلة يمكن العثور عليها في Verboket وآخرون. 22.

عادة إشارة من قطرات واحدة للحل هو حدث قصير جدا. فإنه عادة ما يستمر لبضعة 100 μsec 26. مع ICPMS المستخدمة هنا (مدة بقاء 10 ميللي ثانية) إشارات قصيرة مثل هذه لا يمكن أن تحل...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

على الرغم من أن تصنيع رقائق هو موثوق بها جدا وهناك بعض النقاط الحرجة خلال تلفيق التي تتطلب اهتماما خاصا. أولا، والنظافة خلال التجمع مهمة للغاية لمنع التلوث من الشريحة من الغبار. الغبار يمكن أن تسد القنوات ومنع جيل قطرة مستقر. ثانيا، من المهم بصفة خاصة أن الطرف هو قطع متعامد إلى القناة فوهة. زاوية قطع تؤثر تأثيرا قويا في زاوية طرد. إذا يتم إخراج السائل في زاوية أنها يمكن أن تسبب فقدان قطرات طرد.

عند بناء الإعداد ض...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل مجلس البحوث الأوروبي (ERC Start Grant nμLIPIDS ، رقم 203428) و ETH Zurich (رقم المشروع: ETH-49 12-2). يود مؤلفو هذه المخطوطة أن يشكروا Bodo Hattendorf على المساعدة في برنامج المقارنات الدولية - MS و F. Kurth لعد الخلايا. يود المؤلفان أيضا أن يشكروا كريستوف بارتشي ورولاند مادر على دعمهم في بناء الإعداد الميكانيكي. تم الاعتراف بمرفق الغرفة النظيفة FIRST في ETH Zurich لدعمه في التصنيع الدقيق.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
رقاقة السيليكون 100 ممSi-Mat (Kaufering ، ألمانيا)
SU-8 2002Microchem Corp. (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
SU-8 2050Microchem Corp. (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
AcetoneMerk VWR (دارمشتات ، ألمانيا)100014
MR-developer 600Microresist Technology GmbH (برلين ، ألمانيا)
IsopropanolMerk VWR (دارمشتات ، ألمانيا)109634
1< م > H < / em > ، 1 < م > H < / em > ، 2 < م > H < / em > ، 2 < م > H < / em > - بيرفلوروديسيلتري كلوروسيلانABCR-Chemicals (كارلسروه ، ألمانيا)AB111155
مجموعة المطاط الصناعي السيليكوني Sylgard 184 (PDMS)داو كورنينج (ميشيغان ، الولايات المتحدة الأمريكية)39100000
الهكسان المشبع بالفلور 99٪سيجما ألدريتش (ميسوري ، الولايات المتحدة الأمريكية)281042
FC-40ABCR-Chemicals (كارلسروه ، ألمانيا)AB103511
محلول ملحي مخزن بالفوسفات   ؛تقنيات الحياة (بيزلي ، المملكة المتحدة) 10010-015
خلايا الدم الحمراء في محلول ملحي مخزن بالفوسفاتشركة Rockland Immunochemicals Inc. (بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية) R400-0100
الحلول القياسية أحادية العنصر Na ، FeInorganic Ventures (فيرجينيا ، الولايات المتحدة الأمريكية)
حل قياسي متعدد العناصر ميرك ميليبور (ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية)IV
حمض النيتريكالمغلي
فائقميرك ميليبور (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
لوح ساخن HP 160 III BMSawatec (ساكس ، سويسرا)يستخدم لإعداد الرقاقة
وحدات الدوران SM 180 BMSawatec (ساكس ، سويسرا)المستخدمة لإعداد الرقاقة
قناع ضوئي عالي الدقةMicrolitho (إسيكس ، المملكة المتحدة)
Step profiler Dektak XT AdvancedBruker  (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية)
لوحة ساخنة MR 3002هايدولف (شواباخ ، ألمانيا)تستخدم لقولبة النسخ المتماثلة   ؛
مثقاب خزعة 1.5 ممMiltex (بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية)33-31AA / 33-31A
تدور المغطي   ; WS-400 BZ-6NPP / LITELaurell (بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية)تستخدم لمضخة حقنة الترابط اللاصق
neMESYSCetoni (Korbussen ، ألمانيا) 1
مل حقنة   ؛Codan (Lensahn, Germany) 62.1002
حقنة 5 مل  B. Braun (Melsungen ، ألمانيا)  4606051V
أنابيب PTFE PKM SA (Lyss, Switzerland) PTFE-AWG-TFT20. N
ICPMS المستندة إلى رباعي الأقطاب ELAN6000PerkinElmer (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) 
محمول الغشاء CETAC6000AT +CETAC Technologies (نبراسكا ، الولايات المتحدة الأمريكية) يتم استخدام وحدة desolvator
فقط الكاميرا عالية السرعة Miro M110Vision Research (نيو جيرسي ، الولايات المتحدة الأمريكية)
برنامج تحليل البيانات Origin proOriginLab Corp. (ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية)الإصدار 8.6
مجهرأوليمبوس (طوكيو ، اليابان)IX71
الماء النقاء

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Todoli, J. -L., Mermet, J. -M. Liquid sample introduction in ICP spectrometry: A Practical Guide. , Elsevier. Amsterdam. 10-1016 (2008).
  2. Sutton, K. L., B'Hymer, C., Caruso, J. A. Ultraviolet absorbance and inductively coupled plasma mass spectrometric detection for capillary electrophoresis - A comparison of detection modes and interface designs. J. Anal. At. Spectrom. 13 (9), 885-891 (1998).
  3. Todoli, J. -L., Mermet, J. -M. Sample introduction systems for the analysis of liquid microsamples by ICP-AES and ICP-MS. Spectrochim. Acta, Part B. 61 (3), 239-283 (2006).
  4. Olesik, J. W., Hobbs, S. E. Monodisperse dried microparticulate injector - A new tool for studying fundamental processes in inductively-coupled plasma. Anal. Chem. 66 (20), 3371-3378 (1994).
  5. Gschwind, S., Hagendorfer, H., Frick, D. A., Günther, D. Mass quantification of nanoparticles by single droplet calibration using inductively coupled plasma mass spectrometry. Anal. Chem. 85 (12), 5875-5883 (2013).
  6. Garcia, C. C., Murtazin, A., Groh, S., Horvatic, V., Niemax, K. Characterization of single Au and SiO2 nano- and microparticles by ICP-OES using monodisperse droplets of standard solutions for calibration. J. Anal. At. Spectrom. 25 (5), 645-653 (2010).
  7. Shigeta, K., et al. Sample introduction of single selenized yeast cells (Saccharomyces cerevisiae) by micro droplet generation into an ICP-sector field mass spectrometer for label-free detection of trace elements. J. Anal. At. Spectrom. 28 (5), 637-645 (2013).
  8. Orlandini v. Niessen, J. O., Schaper, J. N., Petersen, J. H., Bings, N. H. Development and characterization of a thermal inkjet-based aerosol generator for micro-volume sample introduction in analytical atomic spectrometry. J. Anal. At. Spectrom. 26 (9), 1781-1789 (2011).
  9. Orlandini v. Niessen, J. O., Petersen, J. H., Schaper, J. N., Bings, N. H. Comparison of novel and conventional calibration techniques for the analysis of urine samples using plasma source mass spectrometry combined with a new dual-drop-on-demand aerosol generator. J. Anal. At. Spectrom. 27 (8), 1234-1244 (2012).
  10. Shigeta, K., et al. Application of a micro-droplet generator for an ICP-sector field mass spectrometer - optimization and analytical characterization. J. Anal. At. Spectrom. 28 (5), 646-656 (2013).
  11. Teh, S. -Y., Lin, R., Hung, L. -H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a Chip. 8 (2), 198-220 (2008).
  12. Zheng, B., Tice, J. D., Ismagilov, R. F. Formation of arrayed droplets by soft lithography and two-phase fluid flow, and application in protein crystallization. Adv. Mater. 16 (15), 1365-1368 (2004).
  13. Theberge, A. B., et al. Microfluidic platform for combinatorial synthesis in picolitre droplets. Lab Chip. 12 (7), 1320-1326 (2012).
  14. Li, L., et al. Nanoliter microfluidic hybrid method for simultaneous screening and optimization validated with crystallization of membrane proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 103 (51), 19243-19248 (2006).
  15. Zhang, Q., Liu, X., Liu, D., Gai, H. Ultra-small droplet generation via volatile component evaporation. Lab Chip. 14 (8), 1395-1400 (2014).
  16. Baret, J. C., Beck, Y., Billas-Massobrio, I., Moras, D., Griffiths, A. D. Quantitative cell-based reporter gene assays using droplet-based microfluidics. Chem. Biol. 17 (5), 528-536 (2010).
  17. Brouzes, E., et al. Droplet microfluidic technology for single-cell high-throughput screening. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106 (34), 14195-14200 (2009).
  18. Pei, J., Li, Q., Lee, M. S., Valaskovic, G. A., Kennedy, R. T. Analysis of samples stored as individual plugs in a capillary by electrospray ionization mass spectrometry. Anal. Chem. 81 (15), 6558-6561 (2009).
  19. Kelly, R. T., Page, J. S., Marginean, I., Tang, K., Smith, R. D. Dilution-free analysis from picoliter droplets by nano-electrospray ionization mass spectrometry. Angew. Chem., Int. Ed. 48 (37), 6832-6835 (2009).
  20. Küster, S. K., et al. Interfacing droplet microfluidics with matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: label-free content analysis of single droplets. Anal. Chem. 85 (3), 1285-1289 (2013).
  21. Pabst, M., Jefimovs, K., Zenobi, R., Dittrich, P. S. High-Resolution Droplet-Based Fractionation of Nano-LC Separations onto Microarrays for MALDI-MS Analysis. Analytical Chemistry. 86 (10), 4848-4855 (2014).
  22. Verboket, P. E., Borovinskaya, O., Meyer, N., Günther, D., Dittrich, P. S. A New Microfluidics-Based Droplet Dispenser for ICPMS. Analytical Chemistry. 86 (12), 6012-6018 (2014).
  23. Ammerman, C. N., You, S. M. Determination of the boiling enhancement mechanism caused by surfactant addition to water. J. Heat Transfer. 118 (2), 429-435 (1996).
  24. Samel, B., Chowdhury, M. K., Stemme, G. The fabrication of microfluidic structures by means of full-wafer adhesive bonding using a poly(dimethylsiloxane) catalyst. J Micromech Microeng. 17 (8), 1710-1714 (2007).
  25. Basu, A. S. Droplet morphometry and velocimetry (DMV): a video processing software for time-resolved, label-free tracking of droplet parameters. Lab Chip. 13 (10), 1892-1901 (2013).
  26. Dziewatkoski, M. P., Daniels, L. B., Olesik, J. W. Time-resolved inductively coupled plasma mass spectrometry measurements with individual, monodisperse drop sample introduction. Anal. Chem. 68 (7), 1101-1109 (1996).
  27. Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (45), 19163-19166 (2010).
  28. Bremond, N., Thiam, A. R., Bibette, J. Decompressing emulsion droplets favors coalescence. Phys. Rev. Lett. 100 (2), 024501(2008).
  29. Niu, X., Gulati, S., Edel, J. B., deMello, A. J. Pillar-induced droplet merging in microfluidic circuits. Lab Chip. 8 (11), 1837-1841 (2008).
  30. Song, H., Ismagilov, R. F. Millisecond kinetics on a microfluidic chip using nanoliters of reagents. J. Am. Chem. Soc. 125 (47), 14613-14619 (2003).
  31. Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in droplets in microflulidic channels. Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).
  32. Lombardi, D., Dittrich, P. S. Droplet microfluidics with magnetic beads: a new tool to investigate drug-protein interactions. Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 347-352 (2011).
  33. Edgar, J. S., et al. Compartmentalization of chemically separated components into droplets. Angew. Chem., Int. Ed. 48 (15), 2719-2722 (2009).
  34. Edgar, J. S., et al. Capillary electrophoresis separation in the presence of an immiscible boundary for droplet analysis. Anal. Chem. 78 (19), 6948-6954 (2006).
  35. Baret, J. C., et al. Fluorescence-activated droplet sorting (FADS): efficient microfluidic cell sorting based on enzymatic activity. Lab Chip. 9 (13), 1850-1858 (2009).
  36. Agresti, J. J., et al. Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (9), 4004-4009 (2010).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microfluidic ChipICPMS Sample IntroductionDroplet GenerationPerfluorohexanePDMS FabricationSyringe PumpDesolvation SystemSingle Cell AnalysisElemental QuantificationFlow Stabilization

Related Articles