Fusion Ion Concentration Polarisation entre juxtaposées échangeuses d'ions Membranes pour bloquer la propagation de la Zone Polarisation

L’objectif global de cette expérience est de préconcentrer les bioagents en confinant la zone de polarisation de concentration ionique entre deux membranes échangeuses d’ions identiques. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur le terrain, telles que la détection d’une biomolécule de faible abondance lorsque sa concentration est inférieure à la limite de détection du capteur. Le principal avantage de cette technique est que nous pouvons générer une zone ICP et un bioagent préconcentré dans une collision très spécifique, quelles que soient les conditions de fonctionnement.

Pour commencer cette procédure, utilisez la photolithographie conventionnelle ou la gravure ionique réactive profonde pour fabriquer des maîtres de silicium pour le microcanal de polydiméthylsiloxane et les moules à membrane sélective de cations. Placez les masters en silicone dans un dessiccateur sous vide avec environ 30 microlitres de trichlorosilane. Fermez le dessiccateur et salinisez les masters de silicium pendant 30 minutes.

Ensuite, mélangez une base d’élastomère de silicone et un agent de durcissement dans un rapport de 10 pour un en poids pour obtenir un PDMS non polymérisé. Dégazez le mélange sous vide pendant 30 minutes. Versez ensuite le PDMS non polymérisé dégazé sur les masters en silicium.

Retirez les bulles du PDMS à l’aide d’un souffleur portatif, puis faites durcir les moules PDMS à 80 degrés Celsius pendant deux heures. Séparez les composants PDMS durcis des masters en silicium. À l’aide d’un couteau, façonner chaque composant en un rectangle.

Ensuite, découpez deux lignes dans le moule à membrane sélective de cations du bord du moule aux microcanaux préfabriqués. Utilisez un poinçon de biopsie de deux millimètres pour percer un trou à l’extrémité de chaque canal en forme de L. Nettoyez une lame de verre dans la surface de la micromachine du moule à membrane échangeuse de cations avec du ruban adhésif acrylique et un souffleur.

Placez la face propre du moule sur la lame de verre pour sceller de manière réversible le moule à la lame. Placez 10 microlitres de résine échangeuse de cations sur la lame de verre en contact avec les extrémités des canaux en forme de L. Placez l’extrémité d’une seringue sur les trous des microcanaux et retirez doucement le piston pour tirer la résine dans les canaux.

Dans la minute qui suit le remplissage des canaux de résine, détachez soigneusement le moule sans toucher la résine à motifs sur la lame. Chauffez la lame à 95 degrés Celsius pendant cinq minutes pour évaporer le solvant de la résine. Utilisez une lame de rasoir pour retirer les sections inutiles de résine échangeuse de cations de la lame afin de former des membranes sélectives de cations en forme de L.

Ensuite, utilisez le poinçon de biopsie pour perforer un réservoir de 2,0 millimètres à chaque extrémité du microcanal préfabriqué dans le composant de microcanal PDMS. Percez ensuite deux autres trous dans le PDMS correspondant aux extrémités des membranes en forme de L. Traitez le composant du microcanal PDMS et le substrat à motif membranaire avec un plasma d’oxygène pendant 40 secondes à 100 watts et 50 Placez la face traitée du substrat sur la face traitée du microcanal PDMS en vous assurant que les membranes sélectives des cations traversent le microcanal et sont alignées avec les trous du PDMS.

Appliquez une légère pression au besoin pour sceller le composant PDMS au substrat afin de terminer l’assemblage de l’appareil. Pour commencer l’expérience, procurez-vous plusieurs solutions ioniques d’essai avec des concentrations et des pH variables. Préparez une solution tampon d’une molaire de chlorure de potassium ou de chlorure de sodium.

Ajouter une petite quantité de colorant fluorescent chargé négativement à chaque solution d’essai en veillant à ce que la concentration du colorant soit suffisamment faible pour que sa contribution à une solution de courant électrique soit négligeable. Chargez la première solution d’essai dans un réservoir du microcanal. Aspirez la solution dans le microcanal en appliquant une légère pression négative sur l’autre réservoir à microcanaux.

Placez une grosse gouttelette de la solution d’essai sur les deux réservoirs à microcanaux pour éliminer tout gradient de pression dans le canal. Remplissez ensuite les réservoirs à membrane sélective de cations avec la solution tampon choisie pour compenser l’effet ICP. Chargez la puce ICP sur un microscope à épifluorescence inversée équipé d’une caméra à dispositif à couplage de charge.

Connectez une anode au réservoir à membrane gauche et une cathode au réservoir à membrane droit. Connectez les électrodes à une unité de mesure de source. Utilisez l’unité de mesure de source pour appliquer une tension à l’appareil et mesurer la réponse en courant.

Acquérir des images fluorescentes de la puce pendant l’application de la tension. Après l’expérience, analysez l’intensité de la fluorescence avec le logiciel d’imagerie approprié. À l’aide de cette méthode, un préconcentrateur microfluidique a été fabriqué et les réponses temps-tension du courant dans les profils d’intensité de fluorescence correspondant à diverses solutions d’essai ont été étudiées.

Comme dans les préconcentrateurs à membrane unique conventionnels, trois régimes de tension différents ont été observés. Au cours des régimes ohmique et limitant, le gradient de concentration linéaire s’est développé au niveau des membranes sélectives de cations et a fusionné après environ une seconde. Contrairement aux préconcentrateurs à membrane unique, dans le régime de surlimitation, les zones ICP fusionnent en moins d’une seconde avec un choc d’appauvrissement observable par imagerie de fluorescence.

La baisse correspondante de la conductivité s’est reflétée dans la réponse temporelle actuelle. L’heure actuelle s’est ensuite rétablie. Cela a été observé à plusieurs tensions dans le régime de surlimitation.

La récupération du courant a été attribuée au transport connectif par les zones ICP combinées entre les membranes sélectives de cations qui isolent les bouchons de préconcentration tout au long de l’application de tension. Cette récupération de courant n’a pas été observée dans les préconcentrateurs ICP conventionnels car la zone d’appauvrissement et le bouchon de préconcentration se propagent librement le long du microcanal. Bien que l’augmentation de la force ionique, de l’acidité et de la basicité ait diminué l’intensité relative des bouchons de préconcentration dans le préconcentrateur défini dans l’espace-temps, les bouchons étaient toujours confinés.

Des tests supplémentaires approchant la préconcentration ont indiqué que des membranes échangeuses de cations plus larges dans un canal plus étroit peuvent faciliter la préconcentration de l’ICP dans ces conditions défavorables. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 30 minutes si elle est bien exécutée. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de l’électrocinétique pour explorer des applications dans les systèmes microfluidiques.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’intégrer des matériaux échangeurs d’ions entre des systèmes microfluidiques et de la façon d’utiliser cette plate-forme pour préconcentrer les bioagents.