Fabrication d'une extraction en phase solide Microchip Dipole-assistée pour analyse de traces métalliques dans des échantillons d'eau

L'objectif général de ce protocole est de fabriquer une micropuce innovante d'extraction en phase solide pour la détermination d'ions métalliques traces dans des échantillons d'eau grâce aux interactions ioniques dipolaires. Cette méthode offre une stratégie de travail interactive pour les techniques nutritionnelles d'effets solides sur puce destinées à l'analyse d'ions métalliques traces. Les puces développées retiennent les ions métalliques uniquement par la force électrostatique dipolaire de l'électrode.

Ces principales à réaliser en général sur puces uniquement des procédures rapides d'instructions. Une telle conditionnement vise l'activation de la phase stationnaire et la régénération pour le maintien d'une structure du milieu évitée. La démonstration de la procédure sera assurée par Yu-Chen Chuang et Pei-Chun Chao, étudiants diplômés du laboratoire du Dr Soon.

Pour commencer, utilisez un logiciel de CAO pour dessiner le motif du réseau de la puce, comme indiqué ici. Focalisez la source laser, puis fixez une feuille de PMMA de 2 mm d'épaisseur sur la table de travail du système de micro-usinage laser. Sélectionnez « imprimer » dans le logiciel de CAO, puis utilisez le panneau de commande du système de micro-usinage pour régler la puissance à 45 % ou 4,5 watts, la vitesse à 13 % ou 99,06 mm par seconde, et le mode stylo à VECT.

Usiner la feuille de PMMA à l'aide du système de micro-usinage laser conformément au protocole du fabricant. Une coupe transversale de l'appareil à la plaque est présentée ici. Ensuite, percer trois trous dans la plaque structurée, d'un diamètre de un seizième de pouce, qui serviront d'accès pour une entrée d'échantillon, une entrée de tampon et une entrée d'LU sur la plaque inférieure.

Ensuite, percer un trou pour une sortie confluente sur la plaque de couvercle. Plonger les plaques usinées dans un litre de SDS à 0,1 % et soumettre les pièces à une agitation ultrasonique à l’aide d’un oscillateur pendant dix minutes. Remplacer ensuite la solution de SDS par de l’eau déionisée.

Agiter à l’aide d’un oscillateur ultrasonique pendant dix minutes. Remplacer l’eau désionisée résiduelle par un litre d’eau désionisée fraîche, puis immerger les plaques usinées avec agitation ultrasonique pendant dix minutes pour la troisième fois. Ensuite, sécher chacune des plaques nettoyées à l’aide d’un flux doux d’azote pendant deux minutes.

Une fois sec, aligner les deux plaques usinées à l'œil nu, puis placer les deux plaques en compression entre deux plaques de verre à l'aide de pinces à dessin. En raison de la modification du canal de la puce par la réaction de photosynthèse lors de la séance suivante, le substrat doit être manipulé avec une extrême précaution afin d'éviter d'endommager la surface. Cela pourrait entraver le processus si un rayonnement lumineux est présent.

Ensuite, assembler les deux plaques sous compression à 105 degrés Celsius pendant 30 minutes. Puis refroidir l'assemblage à la température ambiante et retirer les pinces à dessin et les plaques de verre. Insérer des tubes en polyéthercétone cétone de 1/16 pouce de diamètre extérieur dans les trous d'accès.

Ensuite, mélanger correctement les deux composants de l'adhésif époxy et fixer les conduits à l'aide d'un adhésif époxy bi-composant. Laisser durcir l'époxy à température ambiante pendant douze heures. Faire passer le tube à travers une pompe péristaltique et dans une solution d'hydroxyde de sodium saturée.

Appliquer la solution d'hydroxyde de sodium dans le canal à un débit de 100 microlitres par minute pendant 12 heures. Éliminer la solution résiduelle d'hydroxyde de sodium, puis rincer l'intérieur du canal avec de l'eau déionisée. Ensuite, éliminer l'eau déionisée résiduelle et introduire une solution d'acide nitrique 0,5 M dans la puce microfluidique.

Éliminer la solution d'acide nitrique résiduelle, puis mettre en place le système pour acheminer une solution d'acrylamide à 50 % dans la micropuce à l'abri de la lumière. Faire circuler la solution d'acrylamide dans la micropuce à un débit de 100 microlitres par minute pendant huit heures. Ensuite, éliminer la solution d'acrylamide résiduelle, puis rincer l'intérieur du canal avec de l'eau déionisée.

Lorsque le rinçage est terminé, faites passer de l'air dans la micropuce pour éliminer l'eau déionisée restante, puis recouvrez la micropuce d'un masque photolithographique conçu en interne, qui permet d'exposer à la lumière la région souhaitée du canal d'extraction. Ensuite, prenez une cartouche d'extraction en phase solide pour la suppression d'inhibiteurs et utilisez une pompe pour rincer la cartouche avec au moins trois volumes de la cartouche d'éthanol. Puis rincez la cartouche avec trois volumes de la cartouche de dichloroéthylène 1:1.

Étant donné que le dichloroéthène 1:1 devient instable une fois l'inhibiteur retiré, la phase solide d'extraction contenant du chlore doit être utilisée dès que possible. Ensuite, faites passer 1 mL de dichloroéthène 1:1 à travers la cartouche traitée, puis recueillez la fraction dans un flacon d'échantillonnage de 20 mL enveloppé dans du papier d'aluminium.

Ensuite, transférez 491 microlitres de l'échantillon de dichloroéthène 1:1 dans une solution contenant 12 mg d'AIBN, 3,18 mL d'éthanol et 1,65 mL d'hexanes dans un flacon en verre de 100 mL. Utilisez une seringue pour injecter environ 200 microlitres de la solution de formation de SPE contenant du chlore dans le canal de la puce. Exposez ensuite la micropuce à un rayonnement ultraviolet dont la longueur d'onde d'émission maximale est de 365 nm pendant 10 minutes.

Remplacez la solution résiduelle en injectant 200 microlitres de solution fraîche de formation SPE contenant du chlore dans le canal, puis exposez de nouveau la micropuce au rayonnement UV pendant 10 minutes. Répétez ce processus un total de 18 fois. Enfin, utilisez la pompe péristaltique pour rincer l'intérieur du canal avec de l'éthanol à un débit de 100 microlitres par minute pendant 30 minutes.

Lorsque le rinçage est terminé, faire passer de l'air à travers la micropuce pour éliminer l'éthanol résiduel. Après avoir retiré la solution résiduelle à l'aide de la pompe péristaltique, conserver la micropuce fabriquée dans un sac refermable pour une utilisation ultérieure. Au cours de la croissance étagée, des mesures de l'angle de contact ont été utilisées pour surveiller les modifications de surface.

Les variations de l'angle de contact ont clairement indiqué qu'une modification de surface s'était produite au cours des procédés de modification. Un angle de contact de 80,3 degrés a été mesuré pour le produit final. La présence de motifs carbone-chlore sur le PMMA modifié a été confirmée par analyse par spectrométrie de masse avec ablation laser et plasma induit couplé.

Par rapport aux résultats obtenus en ablantant le PMMA natif, des signaux distincts pour le chlore ont été observés, comme prévu, lors de l'ablation du PMMA modifié avec des motifs carbone-chlore. Les spectres Raman ont été enregistrés afin de valider davantage l'attachement des motifs carbone-chlore au PMMA. Deux pics caractéristiques associés à la vibration d'élongation asymétrique carbone-chlore, observés à 682 cm⁻¹ et 718 cm⁻¹ dans le spectre du PMMA modifié, démontrent un attachement réussi.

Les interactions électrostatiques dipolaires importantes pour l'extraction sur puce destinée à l'analyse de métaux traces ont été mesurées ici à l'aide de structures d'absorption des rayons X en zone de seuil. Cela montre que la surface modifiée présente de fortes interactions avec le manganèse 2+. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer une micro-puce SPE assistée par dipôle. Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs en sciences de l'environnement pour détecter la présence d'ions métalliques responsables de pollutions graves et de toxicité dans les eaux naturelles.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être appliquée à la gestion environnementale et à la prévention de la contamination.