La fusión de polarización de la concentración de iones entre yuxtapuestas Las membranas de intercambio iónico para bloquear la propagación de la Zona de Polarización

El objetivo general de este experimento es preconcentrar bioagentes confinando la zona de polarización de la concentración de iones entre dos membranas de intercambio iónico idénticas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo, como cómo detectar biomoléculas de baja abundancia cuando su concentración es menor que el límite de detección del sensor. La principal ventaja de esta técnica es que podemos generar una zona ICP y un bioagente preconcentrado en una colisión muy específica, independientemente de las condiciones de operación.

Para comenzar este procedimiento, utilice la fotolitografía convencional o el grabado iónico reactivo profundo para fabricar maestros de silicio para los moldes de membrana selectivos de cationes y microcanales de polidimetilsiloxano. Coloque los maestros de silicio en un desecador al vacío con unos 30 microlitros de triclorosilano. Cierre el desecador y salinice los maestros de silicona durante 30 minutos.

A continuación, mezcle una base de elastómero de silicona y un agente de curado en una proporción de 10 a uno en peso para obtener PDMS sin curar. Desgasificar la mezcla al vacío durante 30 minutos. A continuación, vierta el PDMS desgasificado sin curar en los maestros de silicio.

Retire las burbujas del PDMS con un soplador de mano y luego cure los moldes de PDMS a 80 grados centígrados durante dos horas. Separe los componentes PDMS curados de los maestros de silicio. Use un cuchillo para dar forma de rectángulo a cada componente.

A continuación, corte dos líneas en el molde de membrana selectiva de cationes desde el borde del molde hasta los microcanales prefabricados. Use un punzón de biopsia de dos milímetros para perforar un orificio en el extremo de cada canal en forma de L. Limpie un portaobjetos de vidrio en la superficie de la micromáquina del molde de membrana de intercambio catiónico con cinta adhesiva acrílica y un soplador.

Coloque la cara limpia del molde en el portaobjetos de vidrio para sellar reversiblemente el molde al portaobjetos. Coloque 10 microlitros de resina de intercambio catiónico en el portaobjetos de vidrio en contacto con los extremos de los canales en forma de L. Coloca la punta de una jeringa sobre los orificios de los microcanales y retira suavemente el émbolo para introducir la resina en los canales.

Un minuto después de llenar los canales de resina, separa con cuidado el molde sin tocar la resina estampada en el portaobjetos. Caliente el portaobjetos a 95 grados centígrados durante cinco minutos para evaporar el disolvente de la resina. Use una hoja de afeitar para eliminar las secciones innecesarias de resina de intercambio catiónico del portaobjetos para formar membranas selectivas de cationes en forma de L.

A continuación, utilice el punzón de biopsia para perforar un depósito de 2,0 milímetros en cada extremo del microcanal prefabricado en el componente de microcanal PDMS. A continuación, perfore dos agujeros más en el PDMS correspondientes a los extremos de las membranas en forma de L. Trate el componente del microcanal PDMS y el sustrato con patrón de membrana con plasma de oxígeno durante 40 segundos a 100 vatios y 50 Coloque la cara tratada del sustrato en la cara tratada del microcanal PDMS asegurándose de que las membranas selectivas de cationes atraviesen el microcanal y estén revestidas con los orificios del PDMS.

Aplique una presión suave según sea necesario para sellar el componente PDMS al sustrato para completar el ensamblaje del dispositivo. Para comenzar el experimento, obtenga varias soluciones iónicas de prueba con diferentes concentraciones y pH. Prepare una solución tampón de cloruro de potasio o cloruro de sodio de un molar.

Agregue una pequeña cantidad de tinte fluorescente cargado negativamente a cada solución de prueba, asegurándose de que la concentración de colorante sea lo suficientemente baja como para que su contribución a una solución de corriente eléctrica sea insignificante. Cargue la primera solución de prueba en un depósito del microcanal. Extraiga la solución hacia el microcanal aplicando una presión negativa suave al depósito del otro microcanal.

Coloque una gota grande de la solución de prueba sobre ambos depósitos de microcanal para eliminar cualquier gradiente de presión en el canal. A continuación, llene los depósitos de membrana selectiva de cationes con la solución tampón elegida para compensar el efecto ICP. Cargue el chip ICP en un microscopio de epifluorescencia invertida equipado con una cámara de dispositivo de carga acoplada.

Conecte un ánodo al depósito de membrana izquierda y un cátodo al depósito de membrana derecha. Conecte los electrodos a una unidad de medida de la fuente. Utilice la unidad de medida de la fuente para aplicar un voltaje al dispositivo y medir la respuesta de corriente.

Adquiera imágenes fluorescentes del chip durante la aplicación de voltaje. Después del experimento, analice la intensidad de fluorescencia con el software de imagen adecuado. Usando este método, se fabricó un preconcentrador microfluídico y se investigaron las respuestas de tiempo de voltaje actual en perfiles de intensidad de fluorescencia correspondientes a varias soluciones de prueba.

Al igual que en los preconcentradores convencionales de membrana única, se observaron tres regímenes de voltaje diferentes. Durante los regímenes óhmico y limitante, el gradiente de concentración lineal se desarrolló en las membranas selectivas de cationes y se fusionó después de aproximadamente un segundo. A diferencia de los preconcentradores de membrana única, en el régimen de sobrelimitación, las zonas ICP se fusionaron en menos de un segundo con un choque de agotamiento observable mediante imágenes de fluorescencia.

La caída correspondiente en la conductividad se reflejó en la respuesta del tiempo actual. A continuación, se recuperó el tiempo actual. Esto se observó a varios voltajes en el régimen de sobre-límite.

La recuperación de corriente se atribuyó al transporte conectivo por zonas ICP combinadas entre las membranas selectivas de cationes que aíslan los tapones de preconcentración a lo largo de la aplicación de voltaje. Esta recuperación de corriente no se observó en los preconcentradores ICP convencionales, ya que la zona de agotamiento y el tapón de preconcentración se propagan libremente a lo largo del microcanal. Si bien el aumento de la fuerza iónica, la acidez y la basicidad disminuyeron la intensidad relativa de los tapones de preconcentración en el preconcentrador definido espacio-temporal, los tapones aún estaban confinados.

Las pruebas adicionales que abordan la preconcentración indicaron que las membranas de intercambio catiónico más anchas en un canal más estrecho pueden facilitar la preconcentración de ICP en estas condiciones desfavorables. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 30 minutos si se realiza correctamente. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la electrocinética exploraran aplicaciones en sistemas microfluídicos.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo integrar materiales de intercambio iónico entre sistemas microfluídicos y cómo usar esta plataforma para preconcentrar bioagentes.