Name: 蒸発速度検出のための高性能インピーダンスベースのプラットフォーム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 39 s
Description: 学ぶインピーダンスベースの蒸発速度測定法。溶液の蒸発プロセスを高速かつ高感度に解析し、分析化学や生体分子研究への応用可能性を示します。少量サンプルで複数試料の同時測定が可能です。

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この作品は、助成金番号MOST 104から2221-E-241から001-MY3およびMOST 105から2627-B-005から002の下に、台湾、科学技術省が主催しました。

1.実験チップモジュール<ol><li> フォトリソグラフィおよび化学的ウエットエッチングプロセスによりインジウムスズ酸化物（ITO）電極チップを製造 <ol><li>商業的に2600オングストロームのITO層とITO基板（370ミリメートル×480ミリメートル×0.5ミリメートル（長さx幅x H））を取得する（物質一覧を参照してください）。 4インチアライナにおけるITO電極のパターニングプロセス用のガラスカッターで×90ミリメートル×0.5ミリメートル90ミリメートルの寸法にITO基板をスライス。 </li><li> 15分ごとに、脱イオン水で、次にアセトンでITOガラスをきれいにするために、超音波洗浄器を使用して。きれいな乾いた空気でITOガラスを乾燥させます。 </li><li> ITOガラスの表面上にポジ型フォトレジスト溶液5mlを分配します。 </li><li>均一なフォトレジスト層を生成するために30秒間500×gでスピンコーターを使用してください。その後、フォトレジスト中に過剰の溶媒を追い出すために5分間90℃でホットプレート上で焼きます。 </li><li> 3.1秒のtについて436 nmの紫外線の14ミリワットにITOガラスを露出させます設計したパターンを有するフィルムフォトマスクhrough（物質一覧を参照してください）。 </li><li>パターン化されたルートを開発するために30秒間23℃で60 mLの現像液中に試料を浸します。その後、フォトレジストを硬化し、フォトレジストの密着性を向上させるために10分間、120℃のホットプレート上で焼きます。 </li><li>保護されていないITO層をエッチングするために80℃のエッチング液60mlに3分間サンプルを浸漬。 </li><li> ITOガラスの表面上のフォトレジストを除去し、60 mlのアセトン中で1分間サンプルを浸漬。 </li><li>ガラスカッターで実験的なITO電極チップ（ 図1）のためのx 35ミリメートル62ミリメートルの寸法にITOガラスをスライス。 </li></ol></li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54575/54575fig1.jpg" /> 図1：ITO 電極チップザが示されている電極パターン化ルートの8組にITOチップを作製しました。 15の電極があります。<html>側縁に×8平方ミリメートルmmの、そして中央の二つの経路が、同じ電極を共有します。試験ウェル中の電極指の各ペア間の距離は7ミリメートルである。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54575/54575fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <ol start="2"><li> 実験的なチップモジュールを構築 <ol><li>界面活性剤と、図2に示すように、超音波洗浄機を有する市販の8ウェルシリコーン配列を清掃、15分間、次いで、脱イオン水、次いで95％エタノール、及び脱イオン水。 </li><li>清浄な乾燥空気を吹き付けて8ウェルシリコーンアレイを乾燥させます。 </li><li>実験的なチップモジュール（ 図3）を形成するために、ITOチップに8ウェルシリコーン配列を押します。しっかりシリコーンアレイおよびITOチップをバインドします。 </li></ol></li></ol>54575fig2.jpg &quot;/&gt; 図2： シリコーンウェルアレイは、市販の 8ウェルシリコーンアレイは、同時に8試験した試料を保持することができます。各ウェルのサイズは×8ミリメートル×8.5ミリメートル（長さx幅x H）11ミリメートルである。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54575/54575fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54575/54575fig3.jpg" /> 図3：実験チップモジュール ITO電極チップは、実験的なチップモジュールを形成するために、8ウェルシリコーンアレイが取り付けられています。シリコーンアレイとITOチップとの密着性が強いです。したがって、シリコーンアレイおよびITOチップは、任意の接着性物質なしに使用するために一緒に結合することができる。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54575/54575fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 2.インピーダンス測定<ol><li> 図4に示すように、インピーダンス読み出しモジュールを形成するためのパーソナルコンピュータ、ロックイン増幅器、スイッチ、リレーを接続します。 </li></ol><img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54575/54575fig4.jpg" /> 図4：インピーダンスに基づく装置の概略ロックイン増幅器、スイッチ、リレー、およびパーソナルコンピュータは、インピーダンス読み出しモジュールを含みます。商業位相敏感ロックイン増幅器は、電気信号を送信し、抽出するために使用されます。様々なITOチップを接続する自家製スイッチリレー回路を試験するために十分にどのとするITOチップを指定するために使用されます。 6チップの合計は、時間分割で48サンプルを指定するスイッチリレーに接続することができます。リアルタイム同相抵抗し、試験溶液の信号の位相シフトは、全体evaporatパーソナルコンピュータ上で連続的に記録されていますイオンプロセス。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54575/54575fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <ol start="2"><li>スイッチリレーのソケットに実験的なチップ・モジュールを置きます。 </li><li>コンピュータ・プログラムでの入力パラメータ。入力信号周波数（1kHzで）、指定されたウェル番号（0-7）、実行サイクル（100）、ファイル名（HA）。 </li></ol> 3.蒸発実験<ol><li>水中で0、0.05、0.5および1 w / vの％で4 2.5ミリリットルのヒアルロン酸溶液を準備します。 14.75ミリメートル×45ミリメートル×8ミリメートル（OD X H X ID）を測定バイアルに各2.5ミリリットル試料溶液を配置します。 </li><li>各ソリューションについて、ITOチップモジュールの1ウェルに0.5ミリリットル試料溶液を追加します。 </li><li>電子天秤機により各バイアルの初期重量を計量し、記録します。 </li><li>自動的に測定し、同相抵抗をリアルタイムで記録するためのコンピュータプログラム及び信号pを実行しますITOチップ上の指定された井戸の長谷シフト。 </li><li>計量法とインピーダンス法の両方によって同じ場所で同時に蒸発実験を開始します。 </li><li>スケジュールされた時点で電子天秤機により各バイアルの重量を計量し、記録します。 </li><li>計量法とインピーダンス法で収集されたデータを分析します。19 </li></ol>

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</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

このインピーダンスベースの検出における蒸発測定のための重要なステップは、試験溶液の調製です。脱イオン水は、その巨大なインピーダンスに使用することはできません。その代わりに、導電性イオンを含む水道水は、実験のためのヒアルロン酸溶液を調製しました。しかし、水道水の電気特性は、使用するために一定ではなかったです。したがって、このような本研究における水に対する蒸発速度として正規化、蒸発のための代替指標として採用しました。この技術の限界は、試験されたソリューションは、電気化学的特性評価のための導電性イオンを有していなければならないということです。 ごく最近、グラフェン系インピーダンスチップは、この技術20の変形が提案されています。例外的な電子および光電子特性により、グラフェンは、様々な電極や導体APPLのためのITOの代替として注目を達成していますications。グラフェン系指状電極チップが正常に電気化学的インピーダンス分光法によって乳化物の安定性を調べることで実証されました。 <p class="jov...

蒸発は液体気化のタイプであり、水の集団的身体の気液界面に沿って発生します。表面付近の水の分子が水分子の衝突に液体から脱出することが可能になります。蒸発速度は、蒸発プロセスの間に重要な鍵となる要因です。一般的に、バランスまたは体積管1-3は、ソリューションの蒸発を検出するために広く使用されています。しかし、不足額または体積管の精度限界に蒸発速度を測定するために長い時間を要します。このため、応答性と高感度の機器は、蒸発プロセスの詳細を探索するために開発されなければなりません。 電気化学インピーダンス分光法（EIS）は、高速応答、電気化学系のキャラクタリゼーション4用のin-situインピーダンス検出の点で敏感かつ効果的な実験的な手段です。したがって、EISは、様々な情けないにも適用することができますLDS、 このような最近の細胞挙動5に関する研究、生物分析センシング6-7、電解8、導電性ポリマー9、及び電気化学的抽出10として。 EISシステムが正常分野の広範囲に適用されたにもかかわらず、蒸発研究への応用の刊行物の非常に少ないが存在します。 ヒアルロン酸は、強力な水結合能力を有する高分子量の多糖類は、化粧品用途のための周知の湿潤剤です。一つのヒアルロン酸分子は500水分子11まで結合して、1000倍元の体積12に到達することができます 。ヒアルロン酸の極めて少量の保湿機能13-14を有することができます。高い保湿に、ヒアルロン酸は、世界中の15の高い商業的価値を持つ化粧品の保湿剤製品の重要な構成要素となっています。 T彼の研究では、高速検出、小容量のサンプル要件、および複数のサンプル測定値16から19を搭載した新規インピーダンスに基づく装置の方法を提示しています。これは、従来の計量方法を超える革新的な検出機構の優位性を検証する方法として、ソリューション間の相対蒸発速度の比較に焦点を提示されます。

<table><tbody><tr><td>95% エタノール</td><td>Echo Chemical Co., Ltd., Miaoli, Taiwan</td><td>484000001103C-00EC</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Avantor Performance Materials Inc., Center Valley, PA, USA</td><td>JTB-9005-68</td><td></td></tr><tr><td>Development solution</td><td>Kemitek Industrial Crop., Hsinchu, Taiwan</td><td>12F01031</td><td>KTD-1</td></tr><tr><td>エッチングソリューション</td><td>eSolv Technology Co., Taipei, Taiwan</td><td></td><td>EG-462</td></tr><tr><td>ヒアルロン酸</td><td>Shandong Freda Biopharm Co., Ltd., Jinnan, China</td><td>1010212</td><td>分子量 980k, 化粧品グレード</td></tr><tr><td>フォトレジスト溶液</td><td>AZ Electronic Materials Taiwan Co., Ltd., Hsinchu, Taiwan</td><td>65101M19</td><td>AZ6112</td></tr><tr><td>8-well silicone array</td><td>Greiner bio-one Inc., Frickenhausen, Baden-W&uuml;rttemberg,</td><td>Germany FlexiPERM</td><td></td></tr><tr><td>ITO glass</td><td>GemTech Optoelectronics Co., Taoyuan, Taiwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vial</td><td>Sigma-Aldrich Co. LLC., St. Louis, MO, USA</td><td>854190</td><td></td></tr><tr><td>フィルムフォトマスク</td><td>Taiwan Mesh Co., Ltd, Taoyuan, Taiwan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lock-in amplifier</td><td>Stanford Research Systems, Inc., Palo Alto, CA, USA</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>スイッチリレー</td><td>機器技術研究センター、国立応用研究所、新竹、台湾</td><td></td><td></td></tr><tr><td>電子バランスマシン</td><td>Radwag Inc.、ラドム、ポーランド</td><td>AS 60/220 / C / 2</td><td></td></tr></tbody></table>

蒸発速度検出のための高性能インピーダンスベースのプラットフォーム

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

本論文では、蒸発速度の検出のための新規のインピーダンスベースのプラットフォームの方法を記載しています。モデル化合物のヒアルロン酸は、デモンストレーションの目的のために、ここで使用しました。溶液中の種々の濃度の湿潤剤のようなモデル化合物に複数の蒸発試験は、比較のために行きました。従来の減量法は、蒸発速度を検出するための最も直接的な、しかし、時間がかかり、測定技術として知られています。しかし、明確な欠点は、試料の大容量が必要とされ、複数のサンプルの試験を同時に行うことができないということです。文献で初めて、電気インピーダンス感知チップが正常時分割、連続的かつ自動的な方法でリアルタイム蒸発調査に適用されます。また、わずか試験試料のmlを0.5として、このインピーダンスベースの装置に必要とされる、大きなインピーダンス変化は、種々の希釈soluti間実証されていますアドオン。提案された高感度と高速応答インピーダンス感知システムは、蒸発速度検出の点で従来の減量方法を上回ることがわかりました。

蒸発プロセス中、試験液中の導電性イオンが減少溶液体積で濃縮なり、この溶液のインピーダンスが減少しました。各試験液の蒸発の進行中の重量損失とインピーダンスの減少率を測定しました。比較のために、体重減少及びインピーダンスの減少率のデータは、水に対して標準化し、その後、図5に併せてプロットした。 図5に示すように 、重量損失は、インピーダンスと同様の傾向を示して、その相対蒸発速度を示し水の蒸発にヒアルロン酸濃度と共に減少します。しかし、変化の大量蒸発試験のための従来の計量方法に比べ提案インピーダンスベースのアプローチに見出されます。一方、正規化されたデータは、計量的なアプローチでは0％〜1％のヒアルロン酸濃度の介入から0.06秋を持っていました0.84の多大な低下は、インピーダンスベースの装置で発見されました。単純な線形方程式は、体重減少及びインピーダンス低下の正規化速度を関連付けるために使用されます。 Y = 0.0852X + 0.9166、R 2 = 0.9...

本論文では、ソリューションの蒸発速度検出のためのインピーダンスに基づく装置を提供します。高速応答、高感度の検出、洗浄および再利用の目的のために小さなサンプル要件、複数のサンプル測定、および容易な分解：これは、従来の減量のアプローチを超える明確な利点を提供しています。

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

この実験の全体的な目的は、インピーダンスベースのシステムを用いて溶液の蒸発速度を測定することです。この手法は、化粧品の保湿競争力などの分析化学分野における重要な疑問の解決に役立ちます。この技術の主な利点は、検出応答の高速化、少量のサンプル量、高感度、複数サンプルの管理、および洗浄と再利用のための分解が容易であることです。この手法は、蒸発プロセスの解明に有用です。また、バイオ分子の解剖や細胞挙動など、他の領域にも応用可能です。私たちは、標準的な測定手法に要する時間が長く、それが課題であると感じたときに、この手法を考案しました。実験用チップモジュールの作成を開始するために、ガラスカッターを使用して、酸化インジウムスズ（ITO）コーティングされたガラス基板を適切な寸法に切断します。ITOガラスをアセトンで超音波洗浄し、続いて脱イオン水でそれぞれ15分間超音波洗浄します。次に、ITOガラスをドライエアーで乾燥させます。5 mLのポジ型フォトレジスト液をITOガラスに塗布し、30秒間スピンコートします。その後、ガラスを90 °Cで5分間保持します。次に、ガラスをフィルムフォトマスクで覆い、436 nmの紫外線光を14 mWの強度で3.1秒間照射します。ガラスを室温まで冷却した後、現像液で30秒間現像します。現像したガラスをホットプレート上で120 °Cで10分間加熱します。ガラスを80 °Cまで冷却します。ガラスを80 °Cのエッチング液に3分間浸します。次に、残存しているフォトレジストを除去するため、ガラスをアセトンに1分間浸します。ガラスカッターを用いて、チップから余分なITOガラスを切り出します。続いて、8ウェルシリコンアレイとITOチップを、洗剤、脱イオン水、95% ethanol、そして再度脱イオン水の順に、それぞれ15分間ずつ超音波洗浄します。ドライエアーでアレイとチップを乾燥させます。洗浄・乾燥させたシリコンアレイを、チップ上の電極フィンガーがすべてシリコンアレイのウェル内に収まるように、ITOチップの表面に慎重に配置します。最後に、シリコンアレイをITOチップに押し付けて、実験用チップモジュールを形成します。実験の準備を始めるには、ロックインアンプをコンピュータに接続します。次に、スイッチリレー回路をロックインアンプに接続します。実験用チップモジュールをスイッチリレー回路のソケットに挿入します。ソフトウェアで、信号周波数、サンプルウェル番号、実行サイクル、およびファイル名を設定します。次に、水道水を用いて、さまざまな濃度のヒアルロン酸溶液を4 mLずつ調製します。各溶液を2.5 mLずつ小型バイアルに移します。実験を開始するために、各サンプル0.5 millilitersを実験用チップモジュールのウェルに移します。次に、精密天秤を用いて各サンプルバイアルの重量を測定し、記録します。ソフトウェアで、抵抗値と信号位相データの収集を開始します。蒸発実験の間、一定の時間間隔でバイアルの重量を記録します。サンプルバイアルの重量変化から蒸発速度を正確に決定できるようになるまで、データの収集を継続します。水に対するヒアルロン酸溶液の蒸発速度は、1時間のデータ収集後、インピーダンスデータから算出することが可能です。蒸発速度を決定するために、重量測定法では半日のデータ収集を要した。インピーダンスデータを正規化し、重量減少率に変換したところ、0.05 w/v%ヒアルロン酸溶液の蒸発速度は、水と比較して12%低いことが示された。従来の重量測定法においても、相対的な蒸発速度が低下するという同様の傾向が認められた。しかし、精密天秤の感度はインピーダンス検出器よりも低かった。この手法を習得すれば、適切に実施することで1時間以内に完了させることができる。本手法の開発により、生物医学分野の研究者が一定のマイクロチップを用いて生物医薬品の検出や細胞挙動の解析を向上させる道が開かれた。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

彼らはkHzのレートで安価にピコリットル、自己区分血管を生成することができるので、液滴ベースのマイクロ流体プラットフォームは、ハイスループットの実験のための有望な候補である。...

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

等速電気泳動（ITP）は、毒素の検出からサンプル調製に至るまでのアプリケーションで堅牢な電分離と濃縮技術です。小分子および細胞培養溶解液からの核酸の精製の分離と検出：我々はITPと2具体例のアプリケーションにこのテクニックを適用する方法論の物理的原理を確認します。...

イオンの分離及び核酸の精製のためのオンチップ等速電気泳動

細胞外小胞は、凝固、免疫応答、および癌または薬物送達又は再生医療のような潜在的な治療剤を含む生理学的および病理学的プロセスにおいて重要な役割を果たしている。このプロトコルは、調整可能な抵抗パルスセンシングを用いた各種流体中の絶縁および非単離された細胞外小胞の定量化とサイズ特性評価のための方法を提示します。...

調整可能な抵抗パルスセンシングを使用して定量化し、細胞外小胞の大きさ、プロファイリング

私たちは、DNAハイブリダイゼーション検出のためのマイクロ流体ベースの電気化学バイオチップを提供する。のssDNAプローブ官能化に続いて、特異性、感度、および検出限界は、相補的および非相補的なssDNA標的と研究されている。結果は、3.8 nMでの検出限界で、電気化学システム上のDNAハイブリダイゼーション事象の影響を例示する。...

ラベルフリーDNAハイブリダイゼーション分析のためのマイクロ流体ベースの電気化学バイオチップ

フィールドデウェッティングデバイス（Field-DW)の製造と操作のためのプロトコル、および液滴内容物に対する電界の影響に関する予備的研究について説明します。...

デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用

この作品は、空気圧、液滴操作プラットフォーム上で多塩基多型を検出するためのシンプルで視覚的な方法を提示します。提案手法では、多塩基多型の液滴操作および検出を含む全体の実験は、高度な機器の助けを借りずに、23℃付近で行うことができます。...

空気圧液滴操作プラットフォームのマルチ塩基多型の視覚比色検出

ラボでドロップ反応システムには、マイクロ スケールでの複雑な反応の多彩な実装ができるようにします。電磁コイルの 3 x 3 行列から成る自動作動プラットフォーム開発されたマージ 2 つ 10 μ L...

マイクロリアクター及び、電磁作動に水滴が酵素として使用

マイクロ流体バイオ センサー プラットフォームは、設計された、様々 な検体の迅速・高感度な定量化のため低コスト ドライ フィルム現像液の技術を用いて作製しました。この単回使用システムは、ストップ...

ドライ フィルムのレジストを用いた電気化学マイクロ流体バイオ プラットフォーム: デバイス作製、チップの試金の準備、およびシステム操作

エレクトロウェッティングベースのデジタルマイクロ流体は、マイクロリットル体積液滴の見かけの接触角の電圧駆動変化を利用して、その操作を容易にする技術です。これを機能化された磁気ビーズと組み合わせることで、酵素結合免疫測定アッセイ(ELISA)を用いた複数の実験ユニット操作を組み合わせて、サンプル調製と病原体の同定を可能にします。...

酵素結合免疫吸着アッセイ用エレクトロウェッティングベースのデジタルマイクロ流体プラットフォーム

この論文は、細胞外小胞サブセットの特性評価のためのスループットを向上させた新世代のマルチパラメトリック分析プラットフォームを提案します。この方法は、多重化されたバイオセンシング法と、原子間力顕微鏡による計量学的および形態力学的分析とラマン分光法の組み合わせに基づいており、マイクロアレイバイオチップにトラップされた小胞ターゲットを認定します。...

細胞外小胞サブセット解析のための多重化表面プラズモン共鳴イメージングチップ上のマルチモーダル解析プラットフォーム

本プロトコルは、機能化された磁気ビーズを利用して尿中細胞外小胞を効率的に隔離するための詳細な説明を提供します。さらに、ウェスタンブロッティング、プロテオミクス、リン酸化プロテオミクスなどのその後の分析も網羅しています。...

プロテオミクスおよびリン酸化プロテオミクス解析のための生体液からの細胞外小胞の化学的親和性に基づく単離(英語)

学ぶインピーダンスベースの蒸発速度測定法。溶液の蒸発プロセスを高速かつ高感度に解析し、分析化学や生体分子研究への応用可能性を示します。少量サンプルで複数試料の同時測定が可能です。

蒸発速度検出のための高性能インピーダンスベースのプラットフォーム

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