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Bioengineering

पानी के नमूनों में ट्रेस धातु विश्लेषण के लिए एक द्विध्रुवीय की मदद से ठोस चरण निष्कर्षण माइक्रोचिप का निर्माण

Published: August 7, 2016 doi: 10.3791/53500
Automatic Translation
*1, *2, 1, 1, 1, 3, 4, 1
1Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences, National Tsing Hua University, 2Center for Measurement Standards, Industrial Technology Research Institute, 3National Synchrotron Radiation Research Center, 4Department of Chemistry, National Changhua University of Education
* These authors contributed equally

Abstract

यह पत्र एक द्विध्रुवीय की मदद से ठोस चरण निष्कर्षण (एसपीई) माइक्रोचिप पानी के नमूनों में धातु का पता लगाने के विश्लेषण के लिए उपलब्ध के लिए एक निर्माण प्रोटोकॉल का वर्णन है। चिप आधारित विशेष तकनीक के विकास का एक संक्षिप्त सिंहावलोकन प्रदान की जाती है। इस विशिष्ट polymeric सामग्री का एक परिचय और विशेष में उनकी भूमिका के बाद है। एक अभिनव द्विध्रुवीय की मदद से विशेष तकनीक को विकसित करने के लिए, एक क्लोरीन (सीएल) एसपीई कार्यक्षमता युक्त एक पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) माइक्रोचिप में प्रत्यारोपित किया गया था। इस के साथ साथ, संपर्क कोण विश्लेषण, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण, और लेजर पृथक-उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री सहित विविध विश्लेषणात्मक तकनीकों (ला आईसीपी एमएस) विश्लेषण पर सी-सीएल moieties का आरोपण प्रोटोकॉल की उपयोगिता को मान्य करने के लिए कार्यरत थे PMMA। निकट बढ़त एक्स-रे अवशोषण संरचना के विश्लेषणात्मक परिणाम (XANES) विश्लेषण भी dipole- के आधार पर सीएल युक्त PMMA एक निष्कर्षण माध्यम के रूप में प्रयोग किया जाता है की व्यवहार्यता का प्रदर्शनउच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच आयन बातचीत।

Introduction

पर्यावरण प्रबंधन और प्रदूषण की रोकथाम के दृष्टिकोण से, धातु जो कारण गंभीर प्रदूषण या विषाक्तता समस्या दुनिया भर में एक चिंता का विषय हैं का पता लगा। एक उपयुक्त पर चिप नमूना pretreatment तकनीक का व्यापक रूप है, प्रसंस्करण और चिप आधारित प्लेटफॉर्म के माध्यम से वास्तविक नमूने का विश्लेषण करने में सफलता की कुंजी के रूप में स्वीकार किया गया है क्योंकि अप्रत्याशित सह मौजूदा कच्चे नमूनों में रासायनिक प्रजातियों अक्सर निशान मात्रा में मौजूद analytes की सही निर्धारण में बाधा । 1 उपलब्ध तकनीकों के अलावा, पर चिप ठोस चरण निष्कर्षण (एसपीई) विशेष रूप से लोकप्रिय लिए धातु का पता लगाने का विश्लेषण करती है, इस तकनीक का नमूना सफाई और analyte preconcentration एक साथ प्रदर्शन किया जा करने की अनुमति जटिल नमक matrices से धातु आयनों के अलगाव के लिए अत्यंत उपयोगी है क्योंकि। 2,3

धातुओं का पता लगाने के निर्धारण के लिए इस्तेमाल किया पर चिप विशेष तकनीक की उन्नति में तेजी से विकसित हो गया है। शुरुआती दिनों में, टीवह spe चिप्स microchannels में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेजिन लोड राल पैक विशेष इकाइयों के निर्माण के द्वारा तैयार किए गए थे। 4-7 यह कभी कभी analyte आवश्यक राल retainable रूपों में धातु आयनों के परिवर्तन सक्षम करने के लिए derivatized किया जाएगा। 4 एक वैकल्पिक तरीका चिप आधारित विशेष उपकरणों की तैयारी के लिए सरल सतह संशोधन के बाद धातुओं का पता लगाने के संग्रह के लिए एक विशेष Sorbent के रूप में चिप चैनल का उपयोग है। हाल के वर्षों में 8 चुंबकीय नैनोकणों (MNPS) और विशिष्ट रसायनों का समावेश से जुड़े एक उभरती हुई प्रवृत्ति को देखा है धातु आयनों के कुशल प्रतिधारण में सक्षम कार्य समूहों में होते है। वाणिज्यिक रेजिन के विपरीत, इस तरह के MNPS γ-mercaptopropyltrimethoxysilane (γ-MPTS) 9 और aminobenzyl ethylenediaminetetraacetic एसिड (ABEDTA) 10 जिसके बाद वे एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र टी की सहायता से microchannels में पैक कर रहे हैं के रूप में यौगिकों के साथ संशोधित कर रहे हैंओ धातु आयनों के चुनिंदा निकासी प्राप्त करने के।

हालांकि पर चिप विशेष तकनीकों के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति देखा गया है, सूचना तकनीक को आम तौर पर या तो आयन एक्सचेंज या केलेशन के आधार पर कार्य करते हैं। जैसे कि इन तकनीकों के उपयोग के कपड़े, कपड़े धोने, या उत्थान से जुड़े लोगों, विश्लेषणात्मक प्रदर्शन को बनाए रखने सहित अपरिहार्य संचालन प्रक्रियाओं की आवश्यकता का नुकसान है। दुर्भाग्य से, अतिरिक्त संचालन प्रक्रियाओं के लिए जरूरत के समय ही नहीं प्रत्येक विश्लेषण के लिए आवश्यक फैली लेकिन यह भी उच्च खाली मूल्यों और irreproducible परिणामों के कारण जोखिम। 11 इसलिए, एक विकल्प पर चिप विशेष तकनीक के लिए काम कर रणनीति जरूरी है के लिए धातु का पता लगाने का विश्लेषण करती है।

1993 में, वत्स और Chehimi 12 में पाया गया कि धातु आयनों polymeric सामग्री की ओर एक प्रतिधारण की प्रवृत्ति है, और analytes की है कि सबसे अधिक कुशलता से एक क्लोरो (सीएल) -containi पर बरकरार रखाएनजी polymeric सामग्री, पाली (विनाइल क्लोराइड) (पीवीसी) सोडियम आयनों को छोड़कर। इसलिए, 2002 में, Eboatu एट अल। 13 आगे परमवीर चक्र से समाधान से कुछ विषाक्त धातु की ज़ब्ती पर सूचना दी। क्योंकि यह संकेत दिया है कि सीएल युक्त polymeric सामग्री analyte preconcentration और नमक मैट्रिक्स उन्मूलन के लिए बेहतर गुण का प्रदर्शन किया, सीएल युक्त विशेष कार्यक्षमता के साथ चिप आधारित उपकरणों के निर्धारण के लिए एक उपन्यास पर चिप विशेष तकनीक के विकास के लिए एक आकर्षक रणनीति पर विचार किया गया की धातु आयनों का पता लगा। इस तरह के निर्माण में आसानी, वांछित रासायनिक / यांत्रिक गुणों, और ऑप्टिकल स्पष्टता के रूप में देखते हुए माल सुविधाओं, 14,15 इस अध्ययन के एक microdevice निर्माण करने के लिए पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) का फायदा उठाया। फिर, सीएल युक्त विशेष कार्यक्षमता धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए एक उपन्यास पर चिप विशेष तकनीक के विकास के लिए गढ़े डिवाइस में प्रत्यारोपित किया गया था। 16

आरemarkably, चैनल इंटीरियर में उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच द्विध्रुवीय आयन बातचीत पर अभिनव निकासी तंत्र की रिलायंस जनरल पर चिप विशेष प्रक्रिया के दौरान किए गए उपायों से बचने के लिए, के लिए अग्रणी यह ​​संभव बनाता है या तो प्रदूषण का एक नाटकीय कमी अतिरिक्त अभिकर्मकों के उपयोग या श्रम अतिरिक्त कदम के लिए जिम्मेदार ठहराया की वजह से। इस योगदान में प्रदान प्रोटोकॉल विविध पृष्ठभूमि से शोधकर्ताओं ने अपने काम के लिए द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई माइक्रोचिप निर्माण करने के लिए सक्षम हो जाएगा। गढ़े माइक्रोचिप के लिए विस्तृत लक्षण वर्णन प्रक्रियाओं के रूप में अच्छी तरह से वर्णित हैं।

Protocol

सावधानी! कई रसायन (जैसे, एक्रिलामाइड, 1,1'-dichloroethene) इन प्रक्रियाओं में इस्तेमाल तीव्रता से विषाक्त और कैंसर हैं। सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (एमएसडीएस) का उपयोग करने से पहले परामर्श करें। जब प्रयोगों प्रदर्शन उचित सुरक्षा प्रथाओं का पालन करें।

नोट: जब तक अन्यथा कहा, एक वर्ग के 100 लामिना का प्रवाह हुड में परिवेश के तापमान पर सभी प्रक्रियाओं को पूरा।

1. द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई माइक्रोचिप का निर्माण

  1. PMMA माइक्रोचिप की तैयारी
    नोट: चिप के निर्माण प्रोटोकॉल कहीं वर्णित है कि करने के लिए इसी तरह की थी 8।
    1. चिप के नेटवर्क पैटर्न ड्रा (चित्रा 1 (एक)) निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार कंप्यूटर एडेड डिजाइन (सीएडी) सॉफ्टवेयर का उपयोग कर।
    2. एक PMMA शीट पहाड़ में काम करने की मेज पर (350 मिमी (एल) x 20 मिमी (डब्ल्यू) एक्स 2 मिमी (एच))लेजर micromachining प्रणाली और फिर PMMA शीट की सतह पर लेजर स्रोत ध्यान केंद्रित।
    3. Micromachining प्रणाली के नियंत्रण कक्ष के माध्यम से सीएडी सॉफ्टवेयर में प्रिंट का चयन करें और फिर बिजली, गति, और पेन मोड 45% (4.5 डब्ल्यू), 13% (99.06 मिमी सेकंड -1) के रूप में स्थापित है, और VECT।
      नोट: चैनल सुविधाओं को प्रभावित करने में ऐसी शक्ति, गति और पेन मोड के रूप में पैरामीटर अग्रिम में जांच की गई। मूल्यांकन पद्धति युआन और दासा। 17 मानकों को इस अध्ययन में चयन द्वारा प्रस्तावित है कि इसी तरह जटिल शैक्षिक उद्देश्यों के बिना नाली के लिए रूपांतरण के लिए एक उपयुक्त चैनल मशीन का इस्तेमाल किया गया था। लोग उनकी जरूरत के अनुसार लेजर मशीनिंग के लिए एक और शर्त का चयन कर सकते हैं।
    4. निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार तैयार पैटर्न और लेजर micromachining प्रणाली द्वारा तो मशीन PMMA शीट प्रिंट। चित्रा 1 (ख) चित्रा 1 (ग) मशीनीकृत प्लेट के पार अनुभाग के फोटोग्राफ प्रदर्शित करता है।
      सावधानी! जब लेजर प्रणाली का उपयोग कर लेजर विकिरण के लिए जोखिम के कारण आंख गंभीर नुकसान से बचने के लिए काले चश्मे पहनें। एक उचित निकास प्रणाली लेजर मशीनिंग के दौरान धुएं / धूम्रपान के उत्पादन की वजह से सिफारिश की है।
    5. एक नमूना इनलेट, एक बफर इनलेट, और नीचे की थाली पर एक eluent इनलेट और एक कवर प्लेट चित्रा 1 पर एक मिला हुआ आउटलेट के लिए के लिए ड्रिल तीन 1/16-इंच व्यास का उपयोग छेद (ख)।
      सावधानी! मशीनिंग प्रक्रियाओं के दौरान ड्रिल बिट के साथ शरीर से संपर्क करने से बचें शारीरिक चोट को रोकने के लिए। दस्ताने पहने हुए जब ड्रिलिंग निषिद्ध है।
    6. 10 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक थरथरानवाला के माध्यम से 0.1% (w / v) सोडियम dodecyl सल्फेट (एसडीएस) आंदोलन के साथ 1-एल बीकर में समाधान के 1 एल में machined प्लेटों विसर्जित कर दिया।
    7. एसडीएस समाधान डब्ल्यू बदलेंith विआयनीकृत पानी और 10 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक थरथरानवाला के माध्यम से आंदोलन।
    8. ताजा एक साथ अवशिष्ट डि एच 2 ओ की जगह और फिर 10 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक थरथरानवाला के माध्यम से डि एच 2 आंदोलन के साथ हे का 1 एल में मशीनीकृत प्लेटों विसर्जित कर दिया। बाद में, 2 मिनट के लिए नाइट्रोजन की एक सौम्य धारा के साथ प्रत्येक साफ प्लेट सूखी।
    9. नग्न आंखों के साथ दो मशीनीकृत प्लेटों संरेखित और फिर बांधने की मशीन क्लिप का उपयोग करके दो गिलास बोर्डों के बीच दो प्लेटें सैंडविच।
    10. 30 मिनट के लिए 105 डिग्री सेल्सियस पर संपीड़न के तहत दो प्लेटों के बांड।
    11. परिवेश के तापमान को सैंडविच शांत और फिर बांधने की मशीन क्लिप और कांच के बोर्डों को हटा दें।
    12. पहुँच छेद में 1/16 इंच बाहरी व्यास पाली (etheretherketone) (तिरछी) नलियों डालें और फिर एक दो घटक epoxy आधारित चिपकने के साथ नाली सुरक्षित।
    13. 12 घंटे के लिए परिवेश के तापमान पर चिपकने वाला सूखी।
  2. PMMA माइक्रोचिप के चैनल के गृह संशोधन
    नोट:। निम्नलिखित आंशिक रूप से मामूली संशोधनों के साथ प्रकाशित प्रक्रियाओं को दर्शाता है 8,18,19
    1. 12 घंटा (72 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा) के लिए माइक्रोचिप में 1 एक क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के माध्यम से - 100 μl मिनट की एक प्रवाह दर पर एक संतृप्त सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) समाधान उद्धार।
    2. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 100 μl मिनट की एक प्रवाह दर पर डि एच 2 ओ के साथ चैनल आंतरिक कुल्ला - 30 मिनट (3 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा) के लिए एक क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के माध्यम से 1।
    3. अवशिष्ट डि एच 2 ओ निकालें और फिर 100 μl मिनट की एक प्रवाह दर पर एक 0.5% (वी / वी) नाइट्रिक एसिड (HNO 3) माइक्रोचिप में समाधान देने के - 30 मिनट (3 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा के लिए क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के माध्यम से 1 )।
    4. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर एक 50% (डब्ल्यू / वी) 100 μl मिनट की एक प्रवाह दर पर अंधेरे में माइक्रोचिप में acrylamide समाधान उद्धार - 1 वी8 घंटा (48 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा) के लिए आइए क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप।
    5. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 100 μl मिनट की एक प्रवाह दर पर डि एच 2 ओ के साथ चैनल आंतरिक कुल्ला - 30 मिनट (3 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा) के लिए एक क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के माध्यम से 1।
    6. एयर पम्प एक क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के साथ अवशिष्ट डि एच 2 ओ दूर करने के लिए और फिर एक घर में निर्मित photomask प्रकाश को उजागर करने की निकासी चैनल के वांछित क्षेत्र की अनुमति के साथ माइक्रोचिप को कवर किया।
      नोट: घर में निर्मित photomask एक काले कागज का बनाया गया था (114 मिमी (एल) x 22 मिमी (डब्ल्यू)) में एक खुली खिड़की (94 मिमी (एल) एक्स 2 मिमी (डब्ल्यू)) निहित वांछित क्षेत्र की इजाजत दी निकासी चैनल के प्रकाश से अवगत कराया जाएगा।
    7. सीएल युक्त एसपीई गठन समाधान की तैयारी
      1. इथेनॉल कम से कम तीन कारतूस-खंडों की राशि के साथ अवरोध हटाने एसपीई कारतूस फ्लश।
      2. 1,1'-dichloroethene साथ कारतूस फ्लशकम से कम तीन उपयोग करने से पहले कारतूस-खंडों की राशि।
      3. इलाज किया कारतूस के माध्यम से 1,1'-dichloroethene के 1 मिलीलीटर पास और फिर एक नमूना शीशी में अंश (20 मिलीलीटर) एल्यूमीनियम पन्नी में लपेटा इकट्ठा।
      4. 491 μl 1,1'-dichloroethene समाधान 12 मिलीग्राम 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 3.18 मिलीग्राम इथेनॉल युक्त में, और 100 मिलीलीटर की कांच की बोतल में 1.65 मिलीलीटर hexanes जोड़ें।
    8. 10 मिनट (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी के लिए सिरिंज इंजेक्शन द्वारा सीएल युक्त एसपीई गठन समाधान (लगभग 200 μl) के साथ चिप चैनल को भरने और फिर पराबैंगनी करने के लिए माइक्रोचिप का पर्दाफाश (यूवी 365) 365 एनएम की एक अधिकतम उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण -2)।
      सावधानी! एक उचित निकास प्रणाली यूवी विकिरण के दौरान ओजोन के उत्पादन की वजह से सिफारिश की है।
    9. एक ताजा सीएल युक्त एसपीई गठन समाधान (लगभग 200 μl) सिरिंज Inje द्वारा अवशिष्ट समाधान बदलेंction और उसके बाद फिर 10 मिनट के लिए 365 विकिरण यूवी (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी -2) के लिए माइक्रोचिप का पर्दाफाश।
    10. दोहराएँ चरण 1.2.9 18 बार।
    11. 100 μl मिनट के प्रवाह की दर में इथेनॉल के साथ चैनल आंतरिक कुल्ला - 1 30 मिनट (3 कुल मिलीलीटर वितरित की मात्रा) के लिए क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के माध्यम से। क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के साथ अवशिष्ट समाधान को हटाने के बाद, बाद में उपयोग के लिए एक zippered थैली में गढ़े माइक्रोचिप की दुकान।

2. PMMA संशोधन की सतह सत्यापन

  1. संपर्क कोण विश्लेषण
    1. एक PMMA शीट कट PMMA substrates में (350 मिमी (एल) x 20 मिमी (डब्ल्यू) एक्स 2 मिमी (एच)) (50 मिमी (एल) x 20 मिमी (डब्ल्यू) एक्स 2 मिमी (एच)) लेजर micromachining प्रणाली द्वारा ।
    2. 50 मिलीलीटर शंक्वाकार ट्यूब में NaOH समाधान संतृप्त 40 मिलीलीटर में PMMA substrates विसर्जित कर दिया और उसके बाद 12 घंटे के लिए एक कमाल प्रकार के बरतन के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    3. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर पी कुल्ला40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ के साथ एमएमए substrates
    4. 40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ में PMMA substrates विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    5. अवशिष्ट डि एच 2 ओ हटाये 0.5% (वी / वी) HNO 3 समाधान की एक 40 मिलीलीटर में PMMA substrates विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    6. अवशिष्ट समाधान निकालें। 50% (w / v) एक्रिलामाइड समाधान के 40 मिलीलीटर में PMMA substrates विसर्जित कर दिया और उसके बाद 8 घंटे के लिए अंधेरे में एक कमाल प्रकार के बरतन के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    7. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ के साथ PMMA substrates कुल्ला
    8. डि एच 2 ओ के 40 एमएल में PMMA substrates विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    9. अवशिष्ट डि एच 2 ओ निकालें और फिर 2 मिनट के लिए नाइट्रोजन की एक सौम्य धारा के साथ प्रत्येक PMMA सब्सट्रेट सूखी।
    10. की तैयारीसीएल युक्त एसपीई गठन समाधान
      1. इथेनॉल कम से कम तीन कारतूस-खंडों की राशि के साथ अवरोध हटाने एसपीई कारतूस फ्लश।
      2. 1,1'-dichloroethene कम से कम तीन उपयोग करने से पहले कारतूस-खंडों की राशि के साथ कारतूस फ्लश।
      3. इलाज किया कारतूस के माध्यम से 1,1'-dichloroethene के 6 मिलीलीटर पास और फिर एक नमूना शीशी में अंश (20 मिलीलीटर) एल्यूमीनियम पन्नी में लपेटा इकट्ठा।
      4. समाधान 120 मिलीग्राम AIBN, 31.8 मिलीलीटर इथेनॉल, और 100 मिलीलीटर की कांच की बोतल में 16.5 मिलीलीटर hexanes युक्त में 4.91 मिलीलीटर 1,1'-dichloroethene जोड़ें।
    11. PMMA substrates की सतहों पर क्लोरीन युक्त एसपीई गठन के समाधान के 2 मिलीलीटर लागू करें और फिर substrates बेनकाब 10 मिनट (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी -2) के लिए 365 विकिरण यूवी।
      सावधानी! एक उचित निकास प्रणाली यूवी विकिरण के दौरान ओजोन के उत्पादन की वजह से सिफारिश की है।
    12. अवशिष्ट समाधान बदलेंताजा सीएल युक्त एसपीई गठन के समाधान के 2 मिलीलीटर और फिर साथ tion फिर 10 मिनट के लिए 365 विकिरण यूवी (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी -2) को substrates बेनकाब।
    13. दोहराएँ चरण 2.1.12 18 बार।
    14. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर एक 50 मिलीलीटर शंक्वाकार ट्यूब में 40 मिलीलीटर इथेनॉल के साथ PMMA substrates कुल्ला।
    15. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ के साथ PMMA substrates कुल्ला
    16. अवशिष्ट डि एच 2 ओ निकालें और फिर 2 मिनट के लिए नाइट्रोजन की एक सौम्य धारा के साथ प्रत्येक PMMA सब्सट्रेट सूखी।
    17. PMMA substrates पर 5 μl डि एच 2 ओ ड्रॉप और निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार एक संपर्क कोण मीटर से संपर्क कोण का निर्धारण।
      नोट: प्रत्येक मामले में रिपोर्ट संपर्क कोण का निर्धारण करने के लिए तीन दोहराया माप की औसत का प्रयोग करें।
  2. लेजर पृथक (ला) -Inductively युग्मित प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी एमएस) विश्लेषण </ Strong>
    1. एक मोर्टार और मूसल के माध्यम से PMMA पाउडर में PMMA मोतियों की 8 ग्राम पीस।
    2. एक 50 मिलीलीटर शंक्वाकार ट्यूब में NaOH समाधान संतृप्त 40 मिलीलीटर में PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और उसके बाद 12 घंटे के लिए एक कमाल प्रकार के बरतन के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    3. 5 मिलीलीटर सुझावों के साथ एक डिजिटल पिपेट द्वारा अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ के साथ PMMA पाउडर कुल्ला
    4. 40 मिलीलीटर डि एच 2 ओ में PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    5. अवशिष्ट डि एच 2 ओ हटाये 0.5% (वी / वी) HNO 3 समाधान के 40 मिलीलीटर में PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    6. अवशिष्ट समाधान निकालें। 50% (w / v) एक्रिलामाइड समाधान के 40 मिलीलीटर में PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और उसके बाद 8 घंटे के लिए अंधेरे में एक कमाल प्रकार के बरतन के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    7. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर PMMA पाउडर बुद्धि कुल्लाh 40 डि एच 2 ओ की मिलीलीटर
    8. डि एच 2 ओ के 40 एमएल में PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और फिर 30 मिनट के लिए एक प्रकार के बरतन कमाल के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण आंदोलन।
    9. अवशिष्ट डि एच 2 ओ निकालें और फिर 8 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर PMMA पाउडर सेंकना।
    10. सीएल युक्त एसपीई गठन समाधान की तैयारी
      1. इथेनॉल कम से कम तीन कारतूस-खंडों की राशि के साथ अवरोध हटाने एसपीई कारतूस फ्लश।
      2. 1,1'-dichloroethene कम से कम तीन उपयोग करने से पहले कारतूस-खंडों की राशि के साथ कारतूस फ्लश।
      3. इलाज किया कारतूस के माध्यम से 16 मिलीलीटर 1,1'-dichloroethene पास और फिर एक नमूना शीशी (20 एमएल) एल्यूमीनियम पन्नी में लपेटा में अंश लीजिए।
      4. समाधान के लिए एक 250 मिलीलीटर की कांच की बोतल में 360 मिलीग्राम AIBN, 95.4 मिलीलीटर इथेनॉल, और 49.5 मिलीलीटर hexanes युक्त में 14.73 मिलीलीटर 1,1'-dichloroethene जोड़ें।
    11. एक में सीएल युक्त एसपीई गठन के समाधान के 6 मिलीलीटर के साथ PMMA पाउडर मिक्स50 मिलीलीटर शंक्वाकार ट्यूब, और समान रूप से एक 24 अच्छी तरह से टिशू कल्चर प्लेट के छह कुओं में शंक्वाकार ट्यूब से मिश्रण का 1 मिलीलीटर हस्तांतरण।
    12. एक PMMA बोर्ड के साथ टिशू कल्चर प्लेट कवर और फिर टिशू कल्चर प्लेट का पर्दाफाश 10 मिनट (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी -2) के लिए 365 विकिरण यूवी।
      सावधानी! एक उचित निकास प्रणाली यूवी विकिरण के दौरान ओजोन के उत्पादन की वजह से सिफारिश की है।
    13. प्रत्येक की ताजा सीएल युक्त एसपीई गठन के समाधान के 1 मिलीलीटर के साथ अवशिष्ट समाधान अच्छी तरह से जगह और फिर टिशू कल्चर प्लेट बेनकाब फिर 10 मिनट के लिए 365 विकिरण यूवी (प्रकाश की तीव्रता ~ 2.65 मेगावाट सेमी -2) के लिए।
    14. दोहराएँ चरण 2.2.13 18 बार।
    15. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 1 मिलीलीटर इथेनॉल के साथ अच्छी तरह से प्रत्येक में PMMA पाउडर कुल्ला।
    16. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 1 मिलीलीटर डि एच 2 ओ के साथ अच्छी तरह से प्रत्येक में PMMA पाउडर कुल्ला
    17. अवशिष्ट डि एच हटाये <उप> 2 हे और उसके बाद 8 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर PMMA पाउडर सेंकना।
    18. एक हाइड्रोलिक प्रेस मशीन के माध्यम से एक गोली सूखे पाउडर (1 जी) संक्षिप्त और फिर एक ला-आईसीपी एमएस प्रणाली द्वारा सीएल के लिए संकेत को मापने।
      नोट: मीटर की ऊंचाई पर सीएल के लिए संकेत / जेड 35 प्रत्यारोपित सी-सीएल moieties के लिए एक संकेतक के रूप में चयनित किया गया था।
      एक 193 एनएम लेजर पृथक स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया गया था। ऊर्जा, Fluence, स्थान आकार, और दोहराव दर 75%, 8.85 सेमी जम्मू -2, 100 माइक्रोन, और 5 हर्ट्ज के रूप में स्थापित किए गए थे। प्रत्येक परिणाम के लिए कम से कम 7 दोहराया माप आवश्यक थे। ला-आईसीपी एमएस विश्लेषणात्मक प्रक्रियाओं कहीं और प्रकाशित प्रक्रियाओं को देखें। 20
  3. रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण
    1. 2.2.17 चरण के लिए कदम 2.2.1 से प्रोटोकॉल प्रदर्शन करना।
    2. एक हाइड्रोलिक प्रेस मशीन के माध्यम से एक गोली सूखे पाउडर (1 जी) सेक और फिर स्पेक्ट्रोमीटर रमन स्पेक्ट्रा से ले।
      नोट: photoexcitation स्रोत के रूप में 100 मेगावाट की अधिकतम लेजर शक्ति के साथ एक 780 एनएम लेजर लाइन का प्रयोग करें। -1 PMMA के लिए सी-सीएल moieties की कुर्की की जांच करने के लिए 550 से 900 सेमी से लेकर रमन स्पेक्ट्रम के क्षेत्र का प्रयोग करें।

3. द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई रिएक्शन की विशेषता

  1. 2.2.17 चरण के लिए कदम 2.2.1 से प्रोटोकॉल प्रदर्शन करना।
  2. 20% (w / v) मैंगनीज नाइट्रेट tetrahydrate (MN (NO 3) 2 4H 2 ओ) समाधान के 5 मिलीलीटर में 0.5 ग्राम PMMA पाउडर को विसर्जित कर दिया और फिर समान रूप से 5 से 40 मिलीलीटर मिमी maleate बफर समाधान के साथ जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण मिश्रण।
  3. एक शुद्ध HNO 3 समाधान का उपयोग करके 8 के लिए जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण का पीएच को समायोजित करें और उसके बाद 1 घंटे के लिए एक कमाल प्रकार के बरतन के माध्यम से मिश्रण आंदोलन।
  4. अवशिष्ट समाधान निकालें और फिर 8 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर PMMA पाउडर सेंकना। एक्स-रे absor के लिए एल्यूमीनियम पन्नी में लपेटा 15 मिलीलीटर शंक्वाकार ट्यूब में पाउडर स्टोरption के पास बढ़त संरचना (XANES) विश्लेषण।
    नोट: Mn कश्मीर बढ़त XANES स्पेक्ट्रा 07A और राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन विकिरण रिसर्च सेंटर (NSRRC, सिंचु, ताइवान) की 17C1 beamlines का उपयोग करके एकत्र किए गए थे। इलेक्ट्रॉन भंडारण की अंगूठी 1.5 GeV की ऊर्जा और 100-200 मा के एक वर्तमान के साथ संचालित किया गया था। एक सी (111) के दोहरे क्रिस्टल monochromator 15 कीव के लिए 1 की ऊर्जा के साथ अत्यधिक monochromatized फोटॉन मुस्कराते हुए प्रदान करने और सत्ता के समाधान के लिए इस्तेमाल किया गया था (ई / ΔE) की 5,000.The फोटोन ऊर्जा अप करने के लिए जाना जाता है Mn का उपयोग कर Mn मानकों के द्वारा calibrated किया गया था कश्मीर बढ़त 6539.0 eV पर अवशोषण मोड़ बिंदु। Mn कश्मीर बढ़त 6530 और 6570 eV के बीच प्रस्तावित विशेष प्रतिक्रिया के लक्षण वर्णन के लिए द्विध्रुवीय आयन बातचीत की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया क्षेत्र में स्पेक्ट्रा XANES।

Representative Results

चित्रा 2 प्रतिक्रिया है कि PMMA माइक्रोचिप के चैनल संशोधन की प्रक्रिया के दौरान होता है दर्शाया गया है। संपर्क कोण विश्लेषण प्रस्तावित प्रक्रिया के दौरान सतह परिवर्तन की निगरानी करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। एक ला-आईसीपी एमएस प्रणाली और एक फैलानेवाला रमन स्पेक्ट्रोमीटर सी-सीएल के सफल संशोधन सत्यापित करने के लिए कार्यरत थे PMMA सब्सट्रेट पर गठन moieties (चित्रा 3 (क), (ख))। प्रस्तावित द्विध्रुवीय की मदद से विशेष प्रतिक्रिया XANES विश्लेषण (चित्रा 4) की विशेषता थी।

आकृति 1
चित्रा 1. PMMA माइक्रोचिप। (क) गढ़े माइक्रोचिप के लिए पैटर्न फ़ाइल का स्नैपशॉट। (ख) गढ़े माइक्रोचिप का लेआउट: एस, ई, और बी नमूना, eluent, और buf के लिए परिचय बंदरगाहों का प्रतिनिधित्वफेर समाधान, क्रमशः; हे आउटलेट का प्रतिनिधित्व करता है। काले सर्किल प्रत्येक के लिए drilled पहुँच छेद का प्रतिनिधित्व करता है। नमूना और बफर समाधान की शुरूआत के लिए इस्तेमाल किया चैनलों दोनों निकासी चैनल के साथ 30 डिग्री के कोण का गठन किया। प्रभावी निकासी चैनल, जो मिला हुआ आउटलेट के लिए नमूना और बफर समाधान के प्रवाह के अभिसरण बिंदु से दूरी के रूप में परिभाषित किया गया था की लंबाई, 94 मिमी था। (ग) मशीनीकृत प्लेट के पार अनुभाग की तस्वीर। रेफरी से reproduced। 16 रसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी की अनुमति से। यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. PMMA माइक्रोचिप के लिए चैनल संशोधन की योजना। इनसेट photographs अनुक्रम में परिणामी उत्पाद के लिए इसी संपर्क कोण दिखा। संपर्क कोण एक बूंद पानी की एक छवि का उपयोग करके निर्धारित किया गया था। तीन दोहराया माप की औसत प्रत्येक मामले में रिपोर्ट संपर्क कोण का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। रेफरी से reproduced। 16 रसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी की अनुमति से। यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा PMMA संशोधन के 3. भूतल सत्यापन। (क) सीएल के लिए सिग्नल दोनों PMMA और PMMA सी-सीएल moieties के साथ संशोधित ablating द्वारा प्राप्त की। इनसेट प्रत्येक प्राप्त करने के संकेत के लिए इसी पृथक पदों से पता चलता है। (ख) मूल निवासी रमन स्पेक्ट्रा और PMMA संशोधित। रेफरी से reproduced। 16 की अनुमति सेरसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4. Mn कश्मीर बढ़त 2 करोड़ + आयनों के साथ इलाज संशोधित PMMA और संशोधित PMMA के स्पेक्ट्रा XANES। संशोधित PMMA के स्पेक्ट्रा लाल रेखा के रूप में पेश किया गया। संशोधित PMMA की उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और अवशोषण स्पेक्ट्रा दिखाए 2 करोड़ + आयनों के बीच बातचीत नीली रेखा के रूप में पेश किया गया। रेफरी से reproduced। 16 रसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी की अनुमति से। यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

Discussion

एक द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई माइक्रोचिप की तैयारी के लिए विस्तृत प्रक्रिया से ऊपर प्रस्तुत किए गए। इस खंड में, PMMA पर सी-सीएल moieties और सीएल युक्त PMMA, जो धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए एक निष्कर्षण माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया गया था की व्यवहार्यता का आरोपण के संबंध में संशोधन प्रोटोकॉल की उपयोगिता, कर रहे हैं कदम-दर-कदम मूल्यांकन किया है। सतह सत्यापन के लिए, नमूना प्रकार विश्लेषणात्मक उपकरण के साथ अपनी संगतता के आधार पर चयन किया गया था। दूसरे शब्दों में, एक इसी तरह की प्रक्रिया के माध्यम से तैयार नमूने परीक्षण के प्रकार विश्लेषणात्मक उपकरणों की आवश्यकताओं के अनुसार निर्धारित किया गया है। उदाहरण के लिए, एक सब्सट्रेट प्रकार नमूना, संपर्क कोण की माप के लिए इस्तेमाल किया गया था, जबकि एक पाउडर पैकिंग प्रकार नमूना ला आईसीपी एमएस, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए इस्तेमाल किया गया था, और XANES विश्लेषण करती है।

प्रारंभ में, परिवर्तन रासायनिक कार्यक्षमताओं अताशे से गुजरा नजर रखने के लिएप्रस्तावित प्रक्रिया के दौरान PMMA की सतह के लिए डी, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद इसी के लिए हर कदम बाहर किया गया था के लिए एक संपर्क कोण विश्लेषण (चित्रा 2)। चित्रा 2 में दिखाया गया है, संपर्क कोण में बदलाव स्पष्ट रूप से संकेत दिया है कि संशोधन की प्रक्रिया के दौरान सतह परिवर्तन हुआ, और 80.3 ° ± 0.43 ° के संपर्क कोण है कि अंतिम उत्पाद के लिए मापा गया था समझौते में था के साथ पहले परिणाम की सूचना दी। 21

इसके अलावा, संशोधित PMMA पर सी-सीएल moieties के अस्तित्व को भी ला-आईसीपी एमएस विश्लेषण के माध्यम से इस बात की पुष्टि की गई थी। (चित्रा 3 (क)) देशी PMMA ablating द्वारा प्राप्त परिणामों के साथ तुलना में, कक्षाओं के लिए अलग संकेतों PMMA सी-सीएल moieties के साथ संशोधित ablating द्वारा expectably मनाया गया।

रमन स्पेक्ट्रा आगे PMMA के लिए सी-सीएल moieties की कुर्की मान्य करने के लिए एकत्र किए गए थे। Figu में दिखाया गया हैफिर 3 (ख), दो विशेषता सीसीएल 2 विषम खींच कंपन के साथ जुड़े चोटियों 682 सेमी -1 और 718 सेमी -1 संशोधित PMMA के स्पेक्ट्रम में कम से मनाया गया और विलिस एट अल द्वारा रिपोर्ट परिणामों के साथ कि में काफी अच्छा समझौता । 22 और हेंड्रा एट अल। 23 दूसरे शब्दों में, PMMA के लिए सी-सीएल moieties की कुर्की सफलतापूर्वक संशोधन के बाद प्राप्त किया जा सकता है।

इसके अलावा, निकासी तंत्र इस अध्ययन में प्रस्तावित स्पष्ट करने के लिए, XANES विश्लेषण कार्यरत था। जैसा कि चित्र 4 में संकेत दिया है, उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच बातचीत XANES स्पेक्ट्रम 2 करोड़ + आयनों के साथ इलाज संशोधित PMMA के लिए इसी में प्रमुख अवशोषण बढ़त की मौजूदगी से इस बात की पुष्टि की जा सकती है। इस प्रकार, द्विध्रुवीय-electrostatic बातचीत वास्तव में चिप पर टीआर के लिए निकासी के लिए लागू किया जाएगाइक्का धातु विश्लेषण करती है। ताइवान में दो नदियों से एकत्र पानी के नमूने लिए विस्तृत विश्लेषणात्मक परिणाम कहीं वर्णित किया गया है। 16

हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, इस धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए पर चिप विशेष प्रतिक्रिया में एक अभिनव काम कर रणनीति का उपयोग करने में पहला प्रयास है, और है कि विकसित डिवाइस अन्य पर चिप विशेष तकनीकों के साथ तुलना में काफी टिकाऊ था (यानी 160 से अधिक विश्लेषणात्मक काम करता है निष्कर्षण दक्षता के मामले में महत्वपूर्ण गिरावट के बिना प्राप्त किया जा सकता है)। फिर भी, क्योंकि इस तरह की निकासी तंत्र मुख्य रूप से उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच बातचीत पर भरोसा किया था, प्रस्तावित तकनीक नकारात्मक आरोप लगाया प्रजातियों की निकासी के अब तक के लिए अनुपयुक्त होने की उम्मीद थी।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AutoCAD Autodesk N/A http://www.autodesk.com/education/free-software/autocad
Poly(methyl methacrylate) (PMMA) sheet Kun Quan Engineering Plastics N/A 350 mm (L) x 20 mm (W) x 2 mm (H). The glass transition temperature (Tg) of PMMA sheets is ranged from 102–110 °C. The UV transmittance of the PMMA at 365 nm is 91.2%.
Micromachining system Laser Life LES-10 Maximum laser power: 10 W. Maximium engraving speed: 762 mm sec−1.
High-resolution optical microscope Ching Hsing Computer-Tech FS-230
Power Image Analysis system (PIA) Ching Hsing Computer-Tech PIA V16.1
Multi drilling machines N/A LT-848
Deionized water (D. I. H2O) Millipore Milli-Q Integral 5 System
Sodium dodecyl sulfate (SDS) J. T. Baker 4095-04
Ultrasound oscillator Elma Transsonic Digital
Glass board N/A N/A 160 mm (L) x 35 mm (W) x 2 mm (H); fragile
Binder clip SDI 0234T-1 http://stationery.sdi.com.tw/product_detail.php?Key=322&cID=55&uID=6
Precision oven Yeong Shin DK-45
Poly(etheretherketone) (PEEK) tube VICI JR-T-6002 (0.5 mm i.d.); JR-T-6001 (0.25 mm i.d.)
Polymer tubing  cutter Upchurch Scientific A-327
Two-component epoxy-based adhesive Richwang N/A Skin irritative. The major components are an epoxy resin and a hardener.
Peristaltic pump Gilson Minipuls 3
Peristaltic tube Gilson F117934
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma–Aldrich 30620
Nitric acid (HNO3) J. T. Baker 959834
Acrylamide (prop-2-enamide, C3H5NO) Sigma–Aldrich A8887 Acutely toxic and carcinogenic
In-house-built photomask N/A N/A The in-house-built photomask was made of a black paper (114 mm (L) × 22 mm (W)) that contained an open window (94 mm (L) × 2 mm (W)) allowing the desired region
1,1-Dichloroethylene Sigma–Aldrich 163032 Acutely toxic and carcinogenic
Cartridge Dikma ProElut AL-B 
2,2-Azobisisobutyronitrile (AIBN, C8H12N4) Showa Chemical  0159-2130
Ethanol Sigma–Aldrich 32221
Hexanes (C6H14) Millinckrodt Chemical 5189-08
In-house-built irradiation system Great Lighting (UV-A lamp) N/A An opaque box with an UV-A lamp (40 W, maximum emission at 365 nm)
Glass vial Yeong Shin 132300019 Fragile
Aluminum foil Diamond N/A
Conical tubes with screw caps labcon 3181-345-008 (50 mL); 3131-345-008 (15 mL)
Rocking shaker TKS RS-01
Contact angle meter First Ten Angstroms FTA 125
PMMA bead Scientific Polymer Products 037A
Mortar and pestle, agate  Yeong Shin 139000004 Fragile
Tissue culture plate AdvanGene Life Science Plasticware AGC-CP-24S-50EA 24-Well, non-treated, sterilized
Hydraulic press Panchum Press-200
Laser ablation New Wave Research NWR193
Inductively coupled plasma-mass spectrometer Agilent Technologies Agilent 7500a
Glass bottle DURAN 21801245 (100 mL); 21801365 (250 mL)
Dispersive Raman spectrometer Thermo Fisher Scientific Nicolet Almega XR
Manganese nitrate tetrahydrate (Mn(NO3)2×4H2O) Sigma–Aldrich 63547
Maleic acid disodium salt hydrate (C4H4Na2O5) Sigma–Aldrich M9009
X-ray absorption near edge structure (XANES)  N/A N/A The Mn K-edge XANES analyses were conducted at 07A and 17C1 beamlines of the National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) in Taiwan.

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References

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जैव अभियांत्रिकी अंक 114 ठोस चरण निकासी द्विध्रुवीय की मदद से निकासी धातु का पता लगाने के विश्लेषण माइक्रोचिप निर्माण बहुलक आधारित माइक्रोचिप्स microchannel उन्मुखीकरण।
पानी के नमूनों में ट्रेस धातु विश्लेषण के लिए एक द्विध्रुवीय की मदद से ठोस चरण निष्कर्षण माइक्रोचिप का निर्माण
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Shih, T. T., Hsu, I. H., Chen, P. H., Chen, S. N., Tseng, S. H., Deng, M. J., Lin, Y. W., Sun, Y. C. Fabrication of a Dipole-assisted Solid Phase Extraction Microchip for Trace Metal Analysis in Water Samples. J. Vis. Exp. (114), e53500, doi:10.3791/53500 (2016).

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