水試料中の微量金属分析のためのダイポールアシスト固相抽出マイクロチップの作製
2016年8月7日
微量金属分析のための双極子支援固相抽出マイクロチップの製造プロトコルが提示されます。
このプロトコルの全体的な目標は、双極子イオンの相互作用により、水サンプル中の微量金属イオンを測定するための革新的な固相抽出マイクロチップを製造することです。この方法は、微量金属イオンの分析のためのチップ固体効果栄養技術のためのインタラクティブな作業戦略を提供します。開発したチップは、ダイポール電極の静電力によってのみ金属イオンを保持します。
これらの専攻は、一般的にチップ上でのみ迅速な指導手順を行います。これは、固定相の活性化と構造媒体の維持のための再生を回避するための条件付けです。この手順を実演するのは、Soon博士の研究室の大学院生であるYu-Chen Chuang氏とPei-Chun Chao
氏です。まず、CADプログラムを使用して、ここに示すようにチップのネットワークパターンを描画します。レーザー光源を集束させ、厚さ2mmのPMMAシートをレーザーマイクロマシニングシステムの作業台に取り付けます。CADソフトウェアで印刷を選択し、マイクロマシニングシステムのコントロールパネルを使用して、電力を45%または4.5ワットに、速度を13%または99.06 mm /秒に、ペンモードをVECTに設定します。
メーカーのプロトコルに従って、レーザーマイクロマシニングシステムを使用してPMMAシートを加工します。ここには、機械とプレートの断面が示されています。次に、直径16インチの3つの穴をパターン化されたプレートにドリルで穴を開けます。これは、底板のサンプル入口、バッファー入口、およびLU入口へのアクセスとして使用されます。
次に、カバープレートに合流式出口用の穴を1つ開けます。機械加工されたプレートを0.1%SDSの1リットルに浸し、部品を発振器を介して10分間超音波攪拌にさらします。次に、SDS溶液を脱イオン水と交換します。
超音波発振器を介して10分間撹拌します。残留脱イオン水を1リットルの新鮮な脱イオン水と交換し、機械加工されたプレートを超音波攪拌で10分間3回目に浸します。その後、洗浄した各プレートを窒素の穏やかな流れを使用して2分間乾燥させます。
乾いたら、機械加工した2つのプレートを肉眼で位置合わせし、バインダークリップを使用して2つのプレートを2つのガラスボードの間に圧縮して配置します。その後のセッションでの光合成反応によるチップチャネルの修飾のため、基板は表面の損傷を防ぐために細心の注意を払って取り扱う必要があります。放射線を点灯させると、それが妨げられる可能性があります。
次に、2枚のプレートを105°Cで30分間圧縮して接着します。次に、サンドイッチを周囲温度まで冷却し、バインダークリップとガラス板を取り外します。外径1/16インチのポリエーテルエーテルケトンチューブをアクセス穴に挿入します。
次に、エポキシベースの接着剤の2成分を適切に混合し、2成分エポキシベースの接着剤でコンジットを固定します。エポキシを周囲温度で12時間硬化させます。チューブを蠕動ポンプに通し、飽和水酸化ナトリウムの溶液に入れます。
水酸化ナトリウム溶液を毎分100マイクロリットルの流速で12時間チャネルに供給します。残留水酸化ナトリウム溶液を取り除き、脱イオン水でチャネル内部をすすぎます。次に、残留脱イオン水を取り除き、0.5硝酸溶液をマイクロチップに供給します。
残留硝酸溶液を取り出してから、暗闇で50%アクリルアミド溶液をマイクロチップに送達するようにシステムを設定します。アクリルアミド溶液を毎分100マイクロリットルの流量でマイクロチップに8時間流します。次に、残留アクリルアミド溶液を除去し、脱イオン水でチャネル内部をすすぎます。
すすぎが終了したら、マイクロチップに空気を送り込んで残りの脱イオン水を取り除き、マイクロチップを社内製のフォトマスクで覆い、抽出チャネルの所望の領域を光にさらすことができます。次に、阻害剤除去固相抽出カートリッジを取り、ポンプを使用してカートリッジを少なくとも3カートリッジ容量のエタノールで洗い流します。次に、カートリッジを 3 つのカートリッジ容量の 1:1 ジクロロエテンで洗い流します。
1:1のジクロロエテンは、阻害が取り除かれると不安定になるためです。固相抽出形成物を含む塩素は、できるだけ早く使用する必要があります。次に、1:1ジクロロエテン1mLを処理カートリッジに通し、アルミホイルで包んだ20mLのサンプルバイアルにフラクションを回収します。
次に、1:1ジクロロエテンサンプル491マイクロリットルを、100 mLのガラス瓶に12 mgのAIBN、3.18 mLのエタノール、1.65 mLのヘキサンを含む溶液に移します。シリンジを使用して、約 200 マイクロリットルの SPE 形成溶液を含む塩素をチップのチャネルに注入します。次に、マイクロチップを最大発光波長365nmの紫外線に10分間さらします。
SPE形成溶液を含む200マイクロリットルの新鮮な塩素をチャネルに注入して残留溶液を交換し、マイクロチップを再びUV放射に10分間さらします。このプロセスを合計 18 回繰り返します。最後に、蠕動ポンプを使用して、チャネル内部をエタノールで毎分100マイクロリットルの流量で30分間すすぎます。
すすぎが終了したら、マイクロチップに空気を送り込み、残りのエタノールを除去します。蠕動ポンプで残留溶液を取り除いた後、作製したマイクロチップをジッパーバッグに保管して、その後の使用に備えます。段階的な成長中、接触角の測定は、表面の変化を監視するために使用されました。
接触角の変化は、修正手順中に表面の変化が発生したことを明確に示しています。最終製品の接触角は80.3度と測定されました。修飾PMMA上の炭素塩素分子量の存在は、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析によって確認されました。
ネイティブPMMAをアブレーションして得られた結果と比較して、炭素塩素分子で修飾されたPMMAをアブレーションすることにより、塩素の明確なシグナルが予想されました。ラマスペクトルは、PMMAへの炭素塩素部分の付着をさらに検証するために収集されました。良好な付着を実証し、修正PMMAのスペクトルの682 inverse cmと718 inverse cmで、炭素塩素非対称伸張振動に関連する2つの特徴的なピークが観察されました。
ここでは、微量金属分析のためのオンチップ抽出に重要なダイポール静電相互作用を、エッジ構造近傍のX線吸収を用いて測定した。これは、修飾された表面がマンガン2+と強い相互作用を持っていることを示しています このビデオを見た後、ダイポールアシストSPEマイクロチップの製造方法についてよく理解できるはずです。この技術は、環境科学の研究者が深刻な汚染を引き起こす金属イオンの存在と自然界の水の毒物学コンパートメントを決定する道を開きました。
一度習得すれば、環境管理や汚染防止に応用できます。
概要
この記事では、水サンプルの微量金属分析を目的とした、双極子支援固相抽出マイクロチップの製造プロトコルを紹介します。この方法は、分析中の金属イオンの保持を高めるために双極子イオン相互作用を活用しています。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- バイオテクノロジー
- 分析化学
背景
- 微量金属分析は環境モニタリングにとって重要です。
- 固相抽出技術はサンプル準備によく使用されています。
- 革新的なマイクロチップ設計は、これらの技術の効率を向上させることができます。
- 双極子相互作用は、対象イオンの保持を強化できます。
研究目的
- 双極子支援固相抽出を利用するマイクロチップを開発すること。
- 水サンプル中の微量金属イオンの決定を改善すること。
- 研究者向けに詳細な製造プロトコルを提供すること。
使用された方法
- CADソフトウェアを使用してマイクロチップを設計すること。
- PMMAシートのレーザーマイクロマシニング。
- マイクロチップの洗浄と調整のための超音波攪拌。
- マイクロチップを組み立てるための接合と硬化プロセス。
主な結果
- 製造されたマイクロチップは双極子相互作用を通じて金属イオンを効果的に保持します。
- 接触角測定により、表面改質が成功したことを示しました。
- レーザーアブレーションICP-MSが改質表面上の塩素部分の存在を確認しました。
- このプロトコルにより、再現性のある効率的な微量金属分析が可能になります。
結論
- 双極子支援マイクロチップは微量金属分析のための有望なツールです。
- この方法は検出の感度と特異性を高めることができます。
- 今後の応用には、より広範な環境モニタリングと分析が含まれる可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This protocol enables the fabrication of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for trace metal analysis in water samples, supporting environmental monitoring and contamination assessment. The method enhances retention of metal ions through dipole-ion interactions, improving analytical sensitivity and specificity for detecting pollutants. It provides a reproducible platform for early-stage screening of water quality in pharmaceutical and biotechnology R&D settings.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of metal ion interactions in biological systems through selective extraction and detection.
- Operational Value: Provides a standardized microchip format for consistent sample preparation across assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of validated biological systems for downstream workflows by removing interfering metal ions.
- Operational Value: Supports assay standardization through reproducible surface modification and chlorine moiety implantation.
- Strategic Value: Enables scalable and reusable chip design for high-throughput screening of metal-containing compounds.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports disease-relevant systems by enabling trace metal analysis in models of metalloprotein dysfunction or oxidative stress.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via quantifiable extraction efficiency metrics.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early biology to assay development, supporting metal ion depletion and interference removal in sample preparation workflows.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling selective removal of metal ions to clarify their role in cellular pathways.
- Screening: Describes assay readiness through contact angle validation and LA-ICP-MS confirmation of surface functionality.
- Analytics: Highlights quantitative outputs from XANES and Raman spectroscopy that confirm dipole-ion interaction capabilities.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by providing a tool for monitoring metal homeostasis in disease models.
- Enterprise Reuse: Frames the microchip as a reusable capability for environmental and biological sample preparation across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in metal ion removal, reduction of mechanistic ambiguity in metallobiology studies.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of surface modification protocols.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions in assay development by minimizing metal-induced artifacts.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of targets based on metalloprotein engagement data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, surface chemistry, and laser machining.
- Needs laser micro machining system, UV exposure unit, and analytical tools like LA-ICP-MS and Raman spectrometer.
- Demands cross-team standardization of cleaning, bonding, and modification protocols.
- Involves adaptation considerations for different polymer substrates and metal ion targets.
- Includes practical limitations such as UV exposure time sensitivity and chemical handling of dichloroethene and AIBN.
