בעל ביצועים גבוהים פלטפורמת עכבה מבוססת איתור דרג אידוי

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא למדוד את קצבי האידוי של תמיסות, באמצעות מערכת מבוססת עכבה (impedance). שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחומי הכימיה האנליטית, כגון תחרותיות הלחות של מוצרי קוסמטיקה. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם תגובת זיהוי מהירה יותר, נפח דגימה קטן, רגישות גבוהה, ניהול של מספר דגימות, ופירוק קל לצורך ניקוי ושימוש חוזר.

שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי תהליך ההתאיידות. ניתן להחילו אותה גם על תחומים אחרים, כגון דיסקציה ביומולקולרית והתנהגות תאית. הרעיון לשיטה עלה תחילה כאשר מצאנו כי האופי גזל-הזמן של הדרך הסטנדרטית לביצוע מדידות אלו הוא בעייתי.

כדי להתחיל בבניית מודול השבב הניסיוני, השתמשו בחותך זכוכית כדי לחתוך מצע זכוכית מצופה אינדיום-בדיל-תחמוצת (ITO) לממדים המתאימים. חטאו את זכוכית ה-ITO באמצעות בנסיקה (sonication) באצטון, ולאחר מכן במים דה-יוניים, למשך 15 דקות בכל שלב.

לאחר מכן ייבשו את זכוכית ה-ITO באוויר יבש. מרחו חמישה מיליליטרים של נוזל פוטורזיסט (photoresist) חיובי על זכוכית ה-ITO ובצעו ספין-קוטינג (spin-coat) לזכוכית למשך 30 שניות. השאירו את הזכוכית בטמפרטורה של 90 °C למשך חמש דקות.

לאחר מכן, כסו את הזכוכית במסיכת צילום וחשפו אותה לאור ultraviolet באורך גל של 436-nanometer בעוצמה של 14 milliwatts למשך 3.1 seconds. המתינו עד שהזכוכית תתקרר לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, פתחו את הזכוכית בתמיסת מפתח למשך 30 seconds.

חממו את הזכוכית המפותחת על פלטה חימומית בטמפרטורה של 120 °C למשך 10 דקות. המתינו עד שהזכוכית תתקרר ל-80 °C. הניחו את הזכוכית בתמיסת תג (etching solution) בטמפרטורה של 80 °C למשך שלוש דקות.

לאחר מכן, השקעו את הזכוכית באצטון למשך דקה אחת כדי להסיר שאריות של חומר פוטורזיסט. בעזרת חותך זכוכית, גזרו את עודפי זכוכית ה-ITO מהשבב. לאחר מכן, בצעו סוניקציה למערך סיליקון בעל 8 בארות ולשבב ה-ITO בחומר דטרגנט, במים דאיוניים, ב-95% ethanol ובמים דאיוניים פעם נוספת, למשך 15 דקות עבור כל שלב.

ייבשו את המערך ואת השבב בעזרת אוויר יבש. הניחו בזהירות את מערך הסיליקון הנקי והיבש על פני השבב מסוג ITO, כך שכל אצבעות האלקטרודה על השבב יהיו בתוך הבארות של מערך הסיליקון. לבסוף, לחצו את מערך הסיליקון על שבב ה-ITO כדי ליצור את מודול שבב הניסוי.

כדי להתחיל בהכנות לניסוי, חברו מגבר נעילה (lock-in amplifier) למחשב. לאחר מכן, חברו מעגל ממסרי מיתוג (switch relay circuit) למגבר הנעילה. הכניסו את מודול השבב הניסויי לתוך התושבת של מעגל ממסרי המיתוג.

בתוכנה, הגדירו את תדירות האות, את מספרי בארות הדגימה, את מחזור ההרצה ואת שם הקובץ. לאחר מכן, הכינו תמיסות של 4-milliliter בריכוזים שונים של חומצה היאלורונית במי ברז. העבירו 2.5 milliliters מכל תמיסה לבקבוקון קטן.

כדי להתחיל בניסוי, העבירו 0.5 milliliters של כל דגימה לבאר במודול השבב הניסויי. לאחר מכן, שקלו כל מבחנה של דגימה באמצעות מאזניים מדויקים ורשמו את המשקלים. בתוכנה, התחילו באיסוף נתוני התנגדות ומופע אות.

רשמו את משקלי המבחנות במרווחי זמן קבועים לאורך ניסוי האידוי. המשיכו לאסוף נתונים עד שניתן יהיה לקבוע באופן מדויק את קצב האידוי על סמך השינוי במשקל מבחנות הדגימה. ניתן לחשב את קצב האידוי של תמיסות חומצה היאלורונית ביחס למים מתוך נתוני העכבה לאחר שעה של איסוף נתונים.

שיטת השקילה דרשה חצי יום של איסוף נתונים כדי לקבוע את קצב האידוי. נתוני העכבה, לאחר נורמליזציה והמרה לקצב איבוד משקל, הצביעו על כך שקצב האידוי של תמיסת חומצה היאלורונית בריכוז 0.05% משקל לנפח נמוך ב-12% בהשוואה למים. שיטת השקילה הקונבנציונלית הראתה את אותה מגמה של ירידה בקצב האידוי היחסי.

אך הרגישות של מאזן הדיוק הייתה נמוכה מזו של גלאי העכבה. לאחר רכישת המיומנות, ניתן לבצע טכניקה זו בתוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי. לאחר פיתוחה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום הביו-רפואה לשיפור הגילוי של תרופות ביו-רפואיות והתנהגות תאית באמצעות שבב מיקרו קבוע.