Unire Ion Concentrazione polarizzazione tra giustapposti Ion membrane a scambio di bloccare la propagazione della Zona Polarizzazione

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di preconcentrare i bioagenti confinando la zona di polarizzazione della concentrazione ionica tra due membrane a scambio ionico identiche. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sul campo, come ad esempio come rilevare una biomolecola a bassa abbondanza quando la sua concentrazione è inferiore al limite di rilevamento del sensore. Il vantaggio principale di questa tecnica è che possiamo generare una zona ICP e un bioagente preconcentrato in una collisione molto specifica, indipendentemente dalle condizioni operative.

Per iniziare questa procedura, utilizzare la fotolitografia convenzionale o l'incisione ionica reattiva profonda per fabbricare master in silicio per il microcanale del polidimetilsilossano e gli stampi a membrana cationico-selettivi. Mettere i master in silicone in un essiccatore sottovuoto con circa 30 microlitri di triclorosilano. Chiudere l'essiccatore e salinizzare i master in silicone per 30 minuti.

Successivamente, mescolare insieme una base di elastomero siliconico e un agente indurente in un rapporto di 10 a uno in peso per ottenere PDMS non polimerizzato. Degassare la miscela sotto vuoto per 30 minuti. Quindi versare il PDMS degassato e non polimerizzato sui master in silicone.

Rimuovere le bolle dal PDMS con un soffiatore portatile e quindi polimerizzare gli stampi PDMS a 80 gradi Celsius per due ore. Separare i componenti PDMS polimerizzati dai master in silicio. Usa un coltello per modellare ogni componente in un rettangolo.

Quindi, tagliare due linee nello stampo a membrana cationico-selettiva dal bordo dello stampo ai microcanali prefabbricati. Utilizzare un punzone per biopsia da due millimetri per praticare un foro all'estremità di ciascun canale a forma di L. Pulire un vetrino sulla superficie della micromacchina dello stampo a membrana a scambio cationico con nastro adesivo acrilico e un soffiatore.

Posizionare la faccia pulita dello stampo sul vetrino per sigillare in modo reversibile lo stampo al vetrino. Posizionare 10 microlitri di resina a scambio cationico sul vetrino a contatto con le estremità dei canali a forma di L. Posizionare la punta di una siringa sui fori del microcanale e ritirare delicatamente lo stantuffo per tirare la resina nei canali.

Entro un minuto dal riempimento dei canali di resina, staccare con cura lo stampo senza toccare la resina modellata sul vetrino. Riscaldare il vetrino a 95 gradi Celsius per cinque minuti per far evaporare il solvente dalla resina. Utilizzare una lama di rasoio per rimuovere le sezioni non necessarie di resina a scambio cationico dal vetrino per formare membrane cationo-selettive a forma di L.

Quindi, utilizzare il punzone per biopsia per perforare un serbatoio da 2,0 millimetri a ciascuna estremità del microcanale prefabbricato nel componente del microcanale PDMS. Quindi praticare altri due fori nel PDMS corrispondenti alle estremità delle membrane a forma di L. Trattare il componente del microcanale PDMS e il substrato modellato a membrana con plasma di ossigeno per 40 secondi a 100 watt e 50 Posizionare la faccia trattata del substrato sulla faccia trattata del microcanale PDMS assicurandosi che le membrane cationico-selettive attraversino il microcanale e siano rivestite con i fori del PDMS.

Applicare una leggera pressione secondo necessità per sigillare il componente PDMS al substrato per completare l'assemblaggio del dispositivo. Per iniziare l'esperimento, ottenere diverse soluzioni ioniche di prova con concentrazioni e pH variabili. Preparare una soluzione tampone di un molare di cloruro di potassio o cloruro di sodio.

Aggiungere una piccola quantità di colorante fluorescente caricato negativamente a ciascuna soluzione di prova, assicurandosi che la concentrazione del colorante sia sufficientemente bassa da rendere trascurabile il suo contributo a una soluzione di corrente elettrica. Caricare la prima soluzione di prova in un serbatoio del microcanale. Aspirare la soluzione nel microcanale applicando una leggera pressione negativa all'altro serbatoio del microcanale.

Posizionare una grossa goccia della soluzione di prova su entrambi i serbatoi del microcanale per eliminare qualsiasi gradiente di pressione nel canale. Quindi riempire i serbatoi della membrana cationo-selettiva con la soluzione tampone scelta per compensare l'effetto ICP. Caricare il chip ICP su un microscopio a epifluorescenza invertito dotato di una fotocamera per dispositivo ad accoppiamento di carica.

Collegare un anodo al serbatoio della membrana sinistro e un catodo al serbatoio della membrana destra. Collegare gli elettrodi a un'unità di misura della sorgente. Utilizzare l'unità di misura sorgente per applicare una tensione al dispositivo e misurare la risposta in corrente.

Acquisire immagini fluorescenti del chip durante l'applicazione della tensione. Dopo l'esperimento, analizzare l'intensità della fluorescenza con il software di imaging appropriato. Utilizzando questo metodo, è stato fabbricato un preconcentratore microfluidico e sono state studiate le risposte tempo-tensione di corrente nei profili di intensità della fluorescenza corrispondenti a varie soluzioni di test.

Come nei preconcentratori convenzionali a membrana singola, sono stati osservati tre diversi regimi di tensione. Durante i regimi ohmici e limitanti, il gradiente di concentrazione lineare si sviluppava in corrispondenza delle membrane cationo-selettive e si fondeva dopo circa un secondo. A differenza dei preconcentratori a membrana singola, nel regime di sovralimitazione, le zone ICP si sono fuse in meno di un secondo con shock di deplezione osservabile mediante imaging a fluorescenza.

Il corrispondente calo di conducibilità si rifletteva nella risposta temporale corrente. L'ora corrente si è poi ripresa. Ciò è stato osservato a diverse tensioni nel regime di sovralimitazione.

Il recupero di corrente è stato attribuito al trasporto connettivo da parte delle zone ICP combinate tra le membrane cationo-selettive che isolano le spine di preconcentrazione durante l'applicazione di tensione. Questo recupero di corrente non è stato osservato nei preconcentratori ICP convenzionali poiché la zona di esaurimento e il tappo di preconcentrazione si propagano liberamente lungo il microcanale. Mentre l'aumento della forza ionica, dell'acidità e della basicità diminuivano l'intensità relativa dei tappi di preconcentrazione nel preconcentratore definito spazio-temporalmente, i tappi erano ancora confinati.

Ulteriori test che si avvicinano alla preconcentrazione hanno indicato che membrane di scambio cationico più larghe in un canale più stretto possono facilitare la preconcentrazione dell'ICP in queste condizioni sfavorevoli. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 30 minuti se eseguita correttamente. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dell'elettrocinetica per esplorare le applicazioni nei sistemi microfluidici.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come integrare i materiali a scambio ionico tra i sistemi microfluidici e di come utilizzare questa piattaforma per preconcentrare i bioagenti.