水样中偶极辅助固相萃取Microchip的痕量金属分析的制作
2016年8月7日
提出了用于痕量金属分析的偶极子辅助固相萃取微芯片的制造方案。
该方案的总体目标是制造一种创新的固相萃取微芯片，用于通过偶极离子相互作用测定水样中的痕量金属离子。该方法为芯片固体效应营养技术提供了一种交互式工作策略，用于痕量金属离子的分析。开发的芯片仅通过偶极电极静力保留金属离子。
那些专业一般要做的筹码只快速指令程序。这就是固定相活化的调节和避免的结构介质维持的再生。演示该程序的是 Soon 博士实验室的研究生 Yu-Chen Chuang 和 Pei-Chun Chao。
首先，使用 cad 程序绘制芯片的网络模式，如下所示。聚焦激光源，然后将 2 mm 厚的 PMMA 片安装在激光微加工系统的工作台上。在 cad 软件中选择打印，然后使用微型加工系统的控制面板将功率设置为 45% 或 4.5 瓦，速度设置为 13% 或每秒 99.06 毫米，并将笔模式设置为 VECT。
根据制造商的协议，使用激光微加工系统加工 PMMA 板材。此处显示了机器到电镀的横截面。接下来，在花纹板上钻三个直径为 16 英寸的孔，用作底板上样品入口、缓冲液入口和 LU 入口的入口。
然后在盖板上钻一个孔，形成一个汇合口。将加工板浸入 1 升 0.1% SDS 中，并通过振荡器将部件暴露在超声波搅拌下 10 分钟。然后用去离子水替换 SDS 溶液。
通过超声波振荡器搅拌 10 分钟。用 1 升新鲜去离子水替换残留的去离子水，然后用超声波搅拌将加工板浸入 10 分钟，第三次。然后，使用温和的氮气流干燥每个清洁的板 2 分钟。
干燥后，将两块机加工板与肉眼对齐，然后使用活页夹将两块板压在两块玻璃板之间。由于在随后的会话中光合作用反应对芯片通道进行了修饰，因此应极其小心地处理衬底，以防止损坏表面。如果它点燃辐射，这可能会有所阻碍。
接下来，在 105 摄氏度的压缩下粘合两块板 30 分钟。然后将三明治冷却至环境温度，并取下活页夹和玻璃板。将外径为 1/16 英寸的聚醚醚酮管插入检修孔中。
然后适当混合双组分环氧树脂基胶粘剂，并用双组分环氧树脂基胶粘剂固定导管。让环氧树脂在环境温度下固化 12 小时。将管路通过蠕动泵放入饱和氢氧化钠溶液中。
以每分钟 100 微升的流速将氢氧化钠溶液输送到通道中，持续 12 小时。去除残留的氢氧化钠溶液，然后用去离子水冲洗通道内部。然后去除残留的去离子水，将 0.5 硝酸溶液输送到微芯片中。
去除残留的硝酸溶液，然后设置系统，在黑暗中将 50% 丙烯酰胺溶液输送到微芯片中。以每分钟 100 微升的流速将丙烯酰胺溶液流入微芯片中，持续 8 小时。接下来去除残留的丙烯酰胺溶液，然后用去离子水冲洗通道内部。
冲洗完成后，通过微芯片泵送空气以去除剩余的去离子水，然后用内部构建的照片掩模覆盖微芯片，使提取通道的所需区域暴露在光线下。接下来，取去除抑制剂的固相萃取柱，并使用泵用至少 3 柱体积的乙醇冲洗柱。然后用三个小柱体积的 1：1 二氯乙烯冲洗小柱。
因为一旦去除抑制剂，1：1 的二氯乙烯就会变得不稳定。应尽快使用形成的含氯固相萃取。接下来，将 1 mL 1：1 二氯乙烯通过处理过的小柱，然后将馏分收集到用铝箔包裹的 20 mL 样品瓶中。
然后将 491 μL 的 1：1 二氯乙烯样品转移到含有 12 mg AIBN、3.18 mL 乙醇和 1.65 mL 己烷的 100 mL 玻璃瓶溶液中。使用注射器向芯片的通道注入大约 200 μL 的含氯 SPE 形成溶液。然后将微芯片暴露在最大发射波长为 365 nm 的紫外线辐射下 10 分钟。
将200 微升含 SPE 生成液的新鲜氯注入通道中，更换残留溶液，然后再次将微芯片暴露在紫外线辐射下 10 分钟。重复此过程共 18 次。最后，使用蠕动泵以每分钟 100 微升的流速用乙醇冲洗通道内部，持续 30 分钟。
冲洗完成后，通过微芯片泵送空气以去除剩余的乙醇。用蠕动泵去除残留溶液后，将制备的微芯片存放在拉链袋中以备后续使用。在逐步生长过程中，接触角测量用于监测表面变化。
接触角的变化清楚地表明，在改性过程中发生了表面变化。最终产品的接触角为 80.3 度。通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱分析证实了改性 PMMA 上碳氯部分的存在。
与通过烧蚀天然 PMMA 获得的结果相比，通过烧蚀用碳氯部分改性的 PMMA，可以预期地观察到氯的不同信号。收集 Rama 光谱是为了进一步验证碳氯部分与 PMMA 的结合。证明成功附着，在改性 PMMA 光谱中的 682 逆 cm 和 718 逆 cm 处观察到与碳氯不对称拉伸振动相关的两个特征峰。
这里使用 X 射线吸收近边缘结构测量了对痕量金属分析的芯片上提取很重要的偶极子静电相互作用。它表明改性表面与锰 2+ 有很强的相互作用看完这个视频，你应该对如何制造偶极子辅助 SPE 微芯片有很好的了解。这项技术为环境科学的研究人员确定了自然水中是否存在导致严重污染的金属离子和毒理学隔室铺平了道路。
一旦掌握了这项技术，就可以应用于环境管理和污染预防。
概述
本文介绍了一种用于水样本中微量金属分析的偶极子辅助固相萃取微芯片的制造协议。该方法利用偶极子离子相互作用来增强分析过程中金属离子的保留。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物技术
- 分析化学
背景
- 微量金属分析对环境监测至关重要。
- 固相萃取技术常用于样品制备。
- 创新的微芯片设计可以提高这些技术的效率。
- 偶极子相互作用可以增强目标离子的保留。
研究目的
- 开发利用偶极子辅助固相萃取的微芯片。
- 提高水样中微量金属离子的测定。
- 为研究人员提供详细的制造协议。
使用的方法
- 使用CAD软件设计微芯片。
- 激光微加工PMMA板。
- 超声波搅动用于清洁和调节微芯片。
- 用于组装微芯片的粘合和固化过程。
主要结果
- 制造的微芯片通过偶极子相互作用有效保留金属离子。
- 接触角测量表明表面修改成功。
- 激光消融ICP-MS确认了修改后表面存在氯基团。
- 该协议允许可重复和高效的微量金属分析。
结论
- 偶极子辅助微芯片是微量金属分析的一个有前景的工具。
- 这种方法可以提高检测的灵敏度和特异性。
- 未来的应用可能包括更广泛的环境监测和分析。
常见问题
Executive Industry Relevance
This protocol enables the fabrication of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for trace metal analysis in water samples, supporting environmental monitoring and contamination assessment. The method enhances retention of metal ions through dipole-ion interactions, improving analytical sensitivity and specificity for detecting pollutants. It provides a reproducible platform for early-stage screening of water quality in pharmaceutical and biotechnology R&D settings.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of metal ion interactions in biological systems through selective extraction and detection.
- Operational Value: Provides a standardized microchip format for consistent sample preparation across assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of validated biological systems for downstream workflows by removing interfering metal ions.
- Operational Value: Supports assay standardization through reproducible surface modification and chlorine moiety implantation.
- Strategic Value: Enables scalable and reusable chip design for high-throughput screening of metal-containing compounds.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant systems by enabling trace metal analysis in models of metalloprotein dysfunction or oxidative stress.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via quantifiable extraction efficiency metrics.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early biology to assay development, supporting metal ion depletion and interference removal in sample preparation workflows.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling selective removal of metal ions to clarify their role in cellular pathways.
- Screening: Describes assay readiness through contact angle validation and LA-ICP-MS confirmation of surface functionality.
- Analytics: Highlights quantitative outputs from XANES and Raman spectroscopy that confirm dipole-ion interaction capabilities.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by providing a tool for monitoring metal homeostasis in disease models.
- Enterprise Reuse: Frames the microchip as a reusable capability for environmental and biological sample preparation across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in metal ion removal, reduction of mechanistic ambiguity in metallobiology studies.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of surface modification protocols.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions in assay development by minimizing metal-induced artifacts.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of targets based on metalloprotein engagement data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, surface chemistry, and laser machining.
- Needs laser micro machining system, UV exposure unit, and analytical tools like LA-ICP-MS and Raman spectrometer.
- Demands cross-team standardization of cleaning, bonding, and modification protocols.
- Involves adaptation considerations for different polymer substrates and metal ion targets.
- Includes practical limitations such as UV exposure time sensitivity and chemical handling of dichloroethene and AIBN.
