偏光ゾーンの伝播を遮断するように並置されたイオン交換膜との間のイオン濃度分極のマージ

この実験の全体的な目標は、イオン濃度分極ゾーンを2つの同一のイオン交換膜間に閉じ込めることにより、バイオ剤を予備濃縮することです。この方法は、低存在量の生体分子の濃度がセンサーの検出限界よりも低い場合に、その検出方法など、この分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、操作条件に関係なく、非常に特異的な衝突でICPゾーンと予め濃縮されたバイオエージェントを生成できることです。

この手順を開始するには、従来のフォトリソグラフィーまたは深反応性イオンエッチングを使用して、ポリジメチルシロキサンマイクロチャネルおよび陽イオン選択性膜モールド用のシリコンマスターを作製します。シリコンマスターを約30マイクロリットルのトリクロロシランが入った真空デシケーターに入れます。デシケーターを閉じ、シリコンマスターを30分間塩分化します。

次に、シリコーンエラストマーベースと硬化剤を10:1重量比で混合して、未硬化のPDMSを得ます。混合物を真空下で30分間脱気します。次に、脱気した未硬化のPDMSをシリコンマスターに注ぎます。

ハンドヘルドブロワーでPDMSから気泡を取り除き、PDMSモールドを摂氏80度で2時間硬化させます。硬化したPDMSコンポーネントをシリコンマスターから分離します。ナイフを使用して、各コンポーネントを長方形に成形します。

次に、カチオン選択性膜型で、型の端からプレハブマイクロチャネルまで2本の線を切断します。2mmの生検パンチを使用して、各L字型チャネルの端に穴を開けます。陽イオン交換膜型枠のマイクロマシン表面にあるスライドガラスをアクリル粘着テープと送風機で清掃します。

金型のきれいな面をスライドガラスに置き、金型をスライドに可逆的にシールします。10マイクロリットルの陽イオン交換樹脂をスライドガラス上にL字型チャネルの端に接触させて置きます。シリンジの先端をマイクロチャネルの穴にかざし、プランジャーをゆっくりと引き抜いてレジンをチャネルに引き込みます。

レジンチャネルを充填してから1分以内に、スライド上のパターン化されたレジンに触れないように、金型を慎重に取り外します。スライドを95°Cで5分間加熱し、樹脂から溶剤を蒸発させます。カミソリの刃を使用して、スライドから陽イオン交換樹脂の不要な部分を取り除き、L字型の陽イオン選択膜を形成します。

次に、生検パンチを使用して、PDMSマイクロチャネルコンポーネントのプレハブマイクロチャネルの両端に2.0ミリメートルのリザーバーをパンチします。次に、L字型メンブレンの端に対応するPDMSにさらに2つの穴を開けます。PDMSマイクロチャネルコンポーネントとメンブレンパターン基板を酸素プラズマで100ワットと50で40秒間処理します 基板の処理面をPDMSマイクロチャネルの処理面に置き、カチオン選択膜がマイクロチャネルを横切り、PDMSの穴と並んでいることを確認します。

必要に応じて穏やかな圧力を加えてPDMSコンポーネントを基板にシールし、デバイスの組み立てを完了します。実験を開始するには、濃度とpHの異なるいくつかの試験イオン溶液を入手します。1モルの塩化カリウムまたは塩化ナトリウムの緩衝液を調製します。

各試験溶液に少量の負に帯電した蛍光色素を添加し、染料濃度が十分に低く、電流溶液への寄与が無視できることを確認します。最初の試験溶液をマイクロチャネルの1つのリザーバーにロードします。他のマイクロチャネルリザーバーに穏やかな負圧を加えることにより、溶液をマイクロチャネルに引き込みます。

両方のマイクロチャネルリザーバーに試験溶液の大きな液滴を置き、チャネル内の圧力勾配を排除します。次に、カチオン選択性メンブレンリザーバーに選択した緩衝液を充填し、ICP効果を補償します。電荷結合デバイスカメラを備えた倒立脱射蛍光顕微鏡にICPチップをロードします。

アノードを左のメンブレンリザーバーに接続し、カソードを右のメンブレンリザーバーに接続します。電極をソース測定ユニットに接続します。ソース測定ユニットを使用して、デバイスに電圧を印加し、電流応答を測定します。

電圧印加中のチップの蛍光画像を取得します。実験後、適切なイメージングソフトウェアで蛍光強度を分析します。この方法を使用して、マイクロ流体予備濃縮器を作製し、さまざまな試験溶液に対応する蛍光強度プロファイルの電流電圧時間応答を調査しました。

従来の単一膜予備濃縮器と同様に、3つの異なる電圧領域が観察されました。オーミックおよび制限領域では、線形濃度勾配がカチオン選択膜で発生し、約1秒後に合体しました。単一膜プレコンセントレーターとは異なり、オーバーリミット領域では、ICPゾーンは1秒未満で融合し、蛍光イメージングによって空乏ショックが観察されます。

対応する導電率の低下は、現在の時間応答に反映されました。その後、現在の時刻が回復しました。これは、過制限領域のいくつかの電圧で観察されました。

電流の回復は、電圧アプリケーション全体で予備濃縮プラグを分離する陽イオン選択性膜間で組み合わされたICPゾーンによる結合輸送に起因していました。この電流回復は、従来のICP予備濃縮器では観察されず、枯渇ゾーンと予備濃縮プラグがマイクロチャネルに沿って自由に伝播します。イオン強度、酸性度、塩基性の増加により、時空間的に定義されたプレコンセントレータのプレコンセントレーションプラグの相対強度は減少しましたが、プラグはまだ閉じ込められていました。

予備濃縮に近づく追加の試験では、より狭いチャネルのより広い陽イオン交換膜が、これらの好ましくない条件でのICP予備濃縮を促進することができることが示されました。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば30分で完了します。開発後、この技術は、動電学の分野の研究者がマイクロ流体システムへの応用を探求する道を開きました。

このビデオを見れば、マイクロ流体システム間でイオン交換材料を統合する方法と、このプラットフォームを使用してバイオエージェントを予備濃縮する方法を十分に理解できるはずです。