Realizzazione di un dipolo-assistita estrazione in fase solida Microchip per Trace analisi dei metalli in campioni di acqua

L'obiettivo generale di questo protocollo è la fabbricazione di un innovativo microchip per l'estrazione in fase solida, finalizzato alla determinazione di ioni metallici in tracce in campioni di acqua sfruttando le interazioni tra dipoli e ioni. Questo metodo fornisce una strategia operativa interattiva per le tecniche di nutrizione a effetti solidi su chip nell'analisi di ioni metallici in tracce. I chip sviluppati trattengono gli ioni metallici esclusivamente mediante la forza elettrostatica del dipolo dell'elettrodo.

Questi passaggi principali da eseguire in generale sui chip riguardano procedure di istruzioni rapide. Tali passaggi comprendono il condizionamento per l'attivazione della fase stazionaria e la rigenerazione per il mantenimento di una struttura del supporto evitata. La procedura sarà dimostrata da Yu-Chen Chuang e Pei-Chun Chao, studenti laureandi del laboratorio del Dott. Soon.

Per iniziare, utilizzare un programma CAD per disegnare il pattern della rete del chip come mostrato qui. Focalizzare la sorgente laser, quindi montare un foglio di PMMA spesso 2 mm sul tavolo di lavoro del sistema di micro-lavorazione laser. Selezionare la stampa nel software CAD, quindi utilizzare il pannello di controllo del sistema di micro-lavorazione per impostare la potenza al 45% o 4,5 watt, la velocità al 13% o 99,06 mm al secondo e la modalità penna su VECT.

Procedere alla lavorazione del foglio di PMMA utilizzando il sistema di micro-lavorazione laser seguendo il protocollo del produttore. Qui viene mostrata una sezione trasversale della macchina rispetto alla piastra. Successivamente, praticare tre fori nella piastra sagomata, ciascuno di un sedicesimo di pollice di diametro, che verranno utilizzati come accessi per un ingresso del campione, un ingresso del tampone e un ingresso del LU sulla piastra inferiore.

Quindi praticare un foro per un'uscita confluenziale sulla piastra di copertura. Immergere le piastre lavorate in un litro di SDS 0,1% ed esporre i pezzi all'agitazione ultrasonica tramite un oscillatore per dieci minuti. Successivamente, sostituire la soluzione di SDS con acqua deionizzata.

Agitare mediante un oscillatore ultrasonico per dieci minuti. Sostituire l'acqua deionizzata residua con un litro di acqua deionizzata fresca e quindi immergere le piastre lavorate con agitazione ultrasonica per dieci minuti per la terza volta. Successivamente, asciugare ciascuna delle piastre pulite utilizzando un flusso delicato di azoto per due minuti.

Una volta asciutti, allineare i due piatti lavorati a occhio nudo, quindi posizionare i due piatti in compressione tra due lastre di vetro utilizzando clip da fascicolo. A causa della modifica del canale del chip indotta dalla reazione di fotosintesi nella sessione successiva, il substrato deve essere maneggiato con la massima cautela per evitare danni alla superficie. Ciò potrebbe ostacolare l'irradiazione luminosa.

Successivamente, incollare le due piastre sotto compressione a 105 gradi Celsius per 30 minuti. Poi raffreddare il sandwich alla temperatura ambiente e rimuovere le graffette di fissaggio e le lastre di vetro. Inserire tubi in polietereterchetone con diametro esterno di 1/16 di pollice nei fori di accesso.

Quindi mescolare correttamente i due componenti dell'adesivo epossidico e fissare i condotti con un adesivo epossidico bicomponente. Lasciare polimerizzare l'epossidico a temperatura ambiente per dodici ore. Far passare il tubo attraverso una pompa peristaltica e immergerlo in una soluzione di idrossido di sodio satura.

Introdurre la soluzione di idrossido di sodio nel canale a un flusso di 100 microlitri al minuto per 12 ore. Rimuovere la soluzione residua di idrossido di sodio e quindi risciacquare l'interno del canale con acqua deionizzata. Successivamente, rimuovere l'acqua deionizzata residua e introdurre una soluzione di acido nitrico 0,5 M nel microchip.

Rimuovere la soluzione residua di acido nitrico e quindi impostare il sistema per erogare una soluzione di acrilamide al 50% nel microchip al buio. Far fluire la soluzione di acrilamide nel microchip a una velocità di flusso di 100 microlitri al minuto per otto ore. Successivamente, rimuovere la soluzione residua di acrilamide e quindi risciacquare l'interno del canale con acqua deionizzata.

Al termine del risciacquo, pompare aria attraverso il microchip per rimuovere l'acqua deionizzata residua, quindi coprire il microchip con una maschera fotografica realizzata in laboratorio che permette di esporre alla luce la regione desiderata del canale di estrazione. Successivamente, prendere una cartuccia per estrazione in fase solida per la rimozione dell'inibitore e utilizzare una pompa per lavare la cartuccia con almeno tre volumi della cartuccia di etanolo. Quindi lavare la cartuccia con tre volumi della cartuccia di dicloroetene 1:1.

Poiché il dicloroetene 1:1 diventa instabile una volta rimosso l'inibitore. La fase solida contenente cloro per l'estrazione in fase solida deve essere utilizzata il prima possibile. Successivamente, passare 1 mL di dicloroetene 1:1 attraverso la cartuccia trattata e raccogliere quindi la frazione in un vial campione da 20 mL avvolto in foglio di alluminio.

Quindi trasferire 491 microlitri del campione di dicloroetene 1:1 in una soluzione contenente 12 mg di AIBN, 3,18 mL di etanolo e 1,65 mL di esa ni in un flacone di vetro da 100 mL. Utilizzare una siringa per iniettare nel canale del chip circa 200 microlitri della soluzione contenente cloro per la formazione della SPE. Successivamente, esporre il microchip a radiazioni ultraviolette con una lunghezza d'onda di emissione massima di 365 nm per 10 minuti.

Sostituire la soluzione residua iniettando 200 microlitri di soluzione fresca contenente cloro per la formazione di SPE nel canale ed esporre nuovamente il microchip alla radiazione UV per 10 minuti. Ripetere questo processo un totale di 18 volte. Infine, utilizzare la pompa peristaltica per risciacquare l'interno del canale con etanolo a una velocità di flusso di 100 microlitri al minuto per 30 minuti.

Al termine del risciacquo, pompare aria attraverso il microchip per rimuovere l'etanolo residuo. Dopo aver rimosso la soluzione residua con la pompa peristaltica, conservare il microchip realizzato in un sacchetto con chiusura ermetica per un uso successivo. Durante la crescita progressiva, le misurazioni dell'angolo di contatto sono state utilizzate per monitorare le variazioni della superficie.

Le variazioni dell'angolo di contatto hanno chiaramente indicato che si sono verificati cambiamenti superficiali durante le procedure di modifica. Per il prodotto finale è stato misurato un angolo di contatto di 80,3 gradi. La presenza di gruppi contenenti cloro sul PMMA modificato è stata confermata mediante analisi di spettrometria di massa con plasma accoppiato inductivamente e ablazione laser.

Rispetto ai risultati ottenuti ablazione del PMMA nativo, sono stati osservati come previsto segnali distinti per il cloro mediante ablazione del PMMA modificato con i gruppi contenenti carbonio e cloro. Gli spettri Raman sono stati raccolti per ulteriore conferma dell’attacco dei gruppi contenenti carbonio e cloro al PMMA. A dimostrazione di un attacco riuscito, due picchi caratteristici associati alla vibrazione asimmetrica di stiramento del legame carbonio-cloro sono stati osservati a 682 cm⁻¹ e 718 cm⁻¹ nello spettro del PMMA modificato.

Le interazioni elettrostatiche dipolari importanti per l'estrazione su chip di metalli in tracce sono state misurate in questo caso mediante spettroscopia di assorbimento ai bordi del raggio X. Mostra che la superficie modificata presenta forti interazioni con lo ione manganese 2+. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come realizzare un microchip per SPE assistita da dipolo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori in scienze ambientali per determinare la presenza di ioni metallici che causano gravi inquinamenti e la tossicologia in ambienti acquatici naturali.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere applicata alla gestione ambientale e alla prevenzione dell'inquinamento.