تلفيق من ساعد ثنائي القطب-الصلبة المرحلة استخراج رقاقة لتتبع تحليل المعادن في عينات المياه

الهدف العام من هذا البروتوكول هو تصنيع شريحة استخلاص دقيقة بالطور الصلب ومبتكرة لتقدير أيونات المعادن الزهيدة في عينات المياه عن طريق تفاعلات أيونات ثنائي القطب. توفر هذه الطريقة استراتيجية عمل تفاعلية لتقنيات التغذية بتأثيرات الصلب في الرقاقة لتحليل أيونات المعادن الزهيدة. وتعمل الرقاقات المطورة على الاحتفاظ بأيونات المعادن فقط من خلال القوة الاستاتيكية للقطب ثنائي القطب.

تتمثل هذه الخطوات الرئيسية بشكل عام في إجراءات تعليمات سريعة على الرقاقات. ومن ذلك تكييف الطور الساكن وتجديده للحفاظ على استقرار وسط البنية. سيقوم بتقديم هذا الإجراء كل من Yu-Chen Chuang و Pei-Chun Chao، وهما طالبان في مرحلة الدراسات العليا من مختبر Dr.Soon.

للبدء، استخدم برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (cad) لرسم نمط الشبكة الخاص بالشريحة كما هو موضح هنا. قم بتركيز مصدر الليزر، ثم ثبّت رقاقة من مادة PMMA بسمك 2 mm على طاولة العمل الخاصة بنظام التشغيل الدقيق بالليزر. اختر أمر الطباعة في برنامج الـ cad، ثم استخدم لوحة التحكم الخاصة بنظام التشغيل الدقيق لضبط القدرة على 45% أو 4.5 watts، والسرعة على 13% أو 99.06 mm في الثانية، ووضع القلم على VECT.

قم بتشغيل لوح PMMA باستخدام نظام التشغيل الدقيق بالليزر وفقاً لبروتوكول الشركة المصنعة. يظهر هنا مقطع عرضي للآلة بالنسبة للوح. بعد ذلك، قم بثقب ثلاث ثقوب في اللوح المنقوش بقطر 1/16 بوصة، والتي ستُستخدم كمنافذ لدخول العينة، ودخول المحلول المنظم، ودخول LU في اللوح السفلي.

بعد ذلك، قم بحفر ثقب واحد لمخرج متصل في لوحة الغطاء. اغمر الألواح المشغولة آلياً في لتر واحد من 0.1%SDS وعرض القطع للاهتزاز بالموجات فوق الصوتية باستخدام المذبذب لمدة عشر دقائق. ثم استبدل محلول SDS بالماء منزوع الأيونات.

قم بالرج باستخدام مذبذب فوق صوتي لمدة عشر دقائق. استبدل الماء منزوع الأيونات المتبقي بلتر واحد من الماء منزوع الأيونات الطازج، ثم اغمر الصفائح المصنعة مع الرج فوق الصوتي لمدة عشر دقائق للمرة الثالثة. بعد ذلك، جفف كل صفيحة من الصفائح المنظفة باستخدام تيار لطيف من النيتروجين لمدة دقيقتين.

بمجرد الجفاف، قم بمحاذاة اللوحين المصنعين بالعين المجردة، ثم ضعهما تحت ضغط بين لوحين زجاجيين باستخدام مشابك ربط. ونظراً لتعديل قناة الشريحة عن طريق تفاعل التمثيل الضوئي في الجلسة اللاحقة، يجب التعامل مع الركيزة بعناية فائقة لمنع تلف السطح، حيث قد يؤثر ذلك سلباً في حال تعرضه للإشعاع.

بعد ذلك، قم بلصق اللوحين تحت الضغط عند 105 °C لمدة 30 دقيقة. ثم برد هذه "الساندوتش" حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة، وأزل مشابك التثبيت والألواح الزجاجية. أدخل أنابيب من مادة polyether ether ketone بقطر خارجي 1/16 بوصة في فتحات الوصول.

بعد ذلك، اخلط مكوني اللاصق القائم على الإيبوكسي جيداً وثبت القنوات باستخدام لاصق إيبوكسي ثنائي المكونات. اترك الإيبوكسي ليتصلب في درجة الحرارة المحيطة لمدة اثنتي عشرة ساعة. مرر الأنبوب عبر مضخة تمعجية وصولاً إلى محلول من هيدروكسيد الصوديوم المشبع.

قم بتمرير محلول هيدروكسيد الصوديوم في القناة بمعدل تدفق قدره 100 µL لكل دقيقة لمدة 12 ساعة. قم بإزالة محلول هيدروكسيد الصوديوم المتبقي، ثم اشطف الجزء الداخلي من القناة باستخدام الماء منزوع الأيونات. بعد ذلك، قم بإزالة الماء منزوع الأيونات المتبقي ومرر محلول حمض النيتريك بتركيز 0.5 في الرقاقة الدقيقة.

قم بإزالة محلول حمض النيتريك المتبقي، ثم قم بضبط النظام لضخ محلول أكريلاميد بتركيز 50% داخل الرقاقة الدقيقة في الظلام. قم بتمرير محلول الأكريلاميد داخل الرقاقة الدقيقة بمعدل تدفق قدره 100 microliters per minute لمدة ثماني ساعات. بعد ذلك، قم بإزالة محلول الأكريلاميد المتبقي ثم اشطف الجزء الداخلي من القناة باستخدام الماء منزوع الأيونات.

عند الانتهاء من عملية الشطف، يتم ضخ الهواء عبر الرقاقة الدقيقة لإزالة ما تبقى من الماء منزوع الأيونات، ثم تُغطى الرقاقة الدقيقة بقناع ضوئي مُصنّع داخلياً يسمح بتعريض المنطقة المطلوبة من قناة الاستخلاص للضوء. بعد ذلك، يتم أخذ خرطوشة استخلاص بالطور الصلب لإزالة المثبطات واستخدام مضخة لشطف الخرطوشة بحجم يعادل ثلاث مرات على الأقل من حجم الخرطوشة من الإيثانول. ثم تُشطف الخرطوشة بثلاثة أحجام من الديكلوروإيثين بنسبة 1:1.

نظرًا لأن الـ 1:1 dichloroethene يصبح غير مستقر بمجرد إزالة المثبط. يجب استخدام تكوين استخلاص الطور الصلب الذي يحتوي على الكلور في أقرب وقت ممكن. بعد ذلك، مرر 1 mL من الـ 1:1 dichlorethene عبر الخرطوشة المعالجة، ثم اجمع الجزء في أنبوب عينة سعة 20 mL ملفوف بورق ألومنيوم.

بعد ذلك، انقل 491 µL من عينة ثنائي كلورو الإيثين بنسبة 1:1 إلى محلول يحتوي على 12 mg من AIBN و3.18 mL من الإيثانول و1.65 mL من الهكسانات في زجاجة سعة 100 mL. استخدم محقنة لحقن قناة الشريحة بحوالي 200 µL من محلول تكوين SPE المحتوي على الكلور. ثم عرض الشريحة الدقيقة للأشعة فوق البنفسجية بطول موجي أقصى للانبعاث يبلغ 365 nm لمدة 10 دقائق.

استبدل المحلول المتبقي عن طريق حقن 200 µL من محلول تكوين SPE الطازج المحتوي على الكلور في القناة، ثم عرض الرقاقة الميكروية مرة أخرى للأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 دقائق. كرر هذه العملية إجمالي 18 مرة. وأخيرًا، استخدم المضخة التمعجية لشطف الجزء الداخلي من القناة باستخدام الإيثانول بمعدل تدفق 100 µL/min لمدة 30 دقيقة.

عند الانتهاء من عملية الشطف، يتم ضخ الهواء عبر الرقاقة الدقيقة لإزالة الإيثانول المتبقي. وبعد إزالة المحلول المتبقي باستخدام مضخة تمعجية، تُحفظ الرقاقة الدقيقة المصنعة في كيس سحاب للاستخدام اللاحق. وخلال عملية النمو التدريجي، استُخدمت قياسات زاوية التماس لمراقبة التغيرات السطحية.

أشارت التباينات في زاوية التلامس بوضوح إلى حدوث تغيرات سطحية خلال إجراءات التعديل. وقد تم قياس زاوية تلامس قدرها 80.3 درجة للمنتج النهائي. كما تم تأكيد وجود مجموعات الكربون والكلور على PMMA المعدل عبر تحليل مطيافية الكتلة بالبلازما المقترنة حثياً مع الاستئصال بالليزر.

بالمقارنة مع النتائج التي تم الحصول عليها من استئصال الـ PMMA الأصلي، لوحظت إشارات مميزة للكلور كما هو متوقع عند استئصال الـ PMMA المعدل بمجموعات الكربون-كلور. وقد تم جمع أطياف رامان لمزيد من التحقق من ارتباط مجموعات الكربون-كلور بـ الـ PMMA. ولإثبات نجاح عملية الارتباط، لوحظت قمتان مميزتان مرتبطتان باهتزاز التمدد غير المتماثل للكربون-كلور عند 682 cm⁻¹ و718 cm⁻¹ في طيف الـ PMMA المعدل.

قِيست التفاعلات الكهروستاتيكية ثنائية القطب المهمة للاستخلاص على الرقاقة لتحليلات المعادن الزهيدة هنا باستخدام هياكل امتصاص الأشعة السينية القريبة من الحافة. وتظهر النتائج أن السطح المعدّل يتمتع بتفاعلات قوية مع المنجنيز 2+ بعد مشاهدة هذا الفيديو، سيكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع رقاقة ميكروية للاستخلاص بالطور الصلب (SPE) مدعومة بثنائي القطب. وقد مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في العلوم البيئية لتحديد وجود أيونات المعادن التي تسبب تلوثاً خطيراً والجانب السمومي في المياه الطبيعية.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تطبيقها في الإدارة البيئية والوقاية من التلوث.