물 샘플에서 추적 금속 분석을위한 쌍극자를 이용한 고체 단계 추출 마이크로 칩의 제작

본 프로토콜의 전체적인 목표는 쌍극자 이온 상호작용을 이용하여 수중 시료 내 미량 금속 이온을 정량하기 위한 혁신적인 고상 추출 마이크로칩을 제작하는 것입니다. 이 방법은 미량 금속 이온 분석을 위한 칩 고상 효과 영양 기술에 대한 상호작용적인 작업 전략을 제공합니다. 개발된 칩은 쌍극자 전극 정전기력만을 통해 금속 이온을 유지합니다.

일반적으로 칩에서 수행하는 주요 작업들은 신속한 지침 절차로 이루어집니다. 예를 들어, 고정상 활성화를 위한 컨디셔닝과 지지체 구조 유지를 위한 재생 과정 등이 있습니다. 이 절차는 Soon 박사 연구실의 대학원생인 Yu-Chen Chuang과 Pei-Chun Chao가 시연할 것입니다.

시작하려면 여기에 표시된 것과 같이 CAD 프로그램을 사용하여 칩의 네트워크 패턴을 그립니다. 레이저 광원을 초점 조정하고, 2 mm 두께의 PMMA 시트를 레이저 미세 가공 시스템의 작업대에 장착합니다. CAD 소프트웨어에서 인쇄를 선택한 다음, 미세 가공 시스템의 제어 패널을 사용하여 출력을 45% 또는 4.5 watts로, 속도를 13% 또는 99.06 mm per second로, 펜 모드를 VECT로 설정합니다.

제조사의 프로토콜에 따라 레이저 미세 가공 시스템을 사용하여 PMMA 시트를 가공하십시오. 기계에서 플레이트로 이어지는 단면도가 여기에 표시되어 있습니다. 다음으로, 패턴이 형성된 플레이트에 지름 1/16인치의 구멍 세 개를 뚫어 하단 플레이트의 시료 입구, 버퍼 입구 및 LU 입구의 접속구로 사용하십시오.

그 다음 커버 플레이트에 유체 배출구를 위한 구멍을 하나 뚫습니다. 가공된 플레이트를 0.1% SDS 1L에 담그고 오실레이터를 통해 10분 동안 초음파 세척을 수행합니다. 그 후 SDS 용액을 탈이온수로 교체합니다.

초음파 발진기를 사용하여 10분 동안 교반합니다. 잔류 탈이온수를 1L의 신선한 탈이온수로 교체한 다음, 가공된 플레이트를 초음파 교반하며 10분 동안 세 번째로 침지합니다. 그 후, 부드러운 질소 기류를 사용하여 세척된 각 플레이트를 2분 동안 건조합니다.

건조 후, 가공된 두 플레이트를 육안으로 정렬한 다음 바인더 클립을 사용하여 두 개의 유리판 사이에 두 플레이트를 압착하여 배치합니다. 이후 세션에서 광합성 반응에 의해 칩 채널이 변형되므로, 표면 손상을 방지하기 위해 기판을 매우 주의해서 다뤄야 합니다. 표면이 손상되면 복사광 투과에 방해가 될 수 있습니다.

다음으로 두 플레이트를 105 °C에서 30분 동안 압착하여 접합합니다. 그런 다음 샌드위치 구조물을 상온으로 냉각하고 바인더 클립과 유리판을 제거합니다. 외경 1/16 inch의 polyether ether ketone 튜브를 액세스 홀에 삽입합니다.

그런 다음 2액형 에폭시 접착제의 두 성분을 적절히 혼합하고, 2액형 에폭시 접착제로 도관을 고정합니다. 에폭시가 상온에서 12시간 동안 경화되도록 둡니다. 튜브를 연동 펌프에 통과시켜 포화 수산화나트륨 용액에 넣습니다.

수산화나트륨 용액을 분당 100 µL의 유속으로 12시간 동안 채널에 주입합니다. 잔류 수산화나트륨 용액을 제거한 다음 탈이온수로 채널 내부를 헹굽니다. 이어서 잔류 탈이온수를 제거하고 0.5 질산 용액을 마이크로칩에 주입합니다.

잔류 질산 용액을 제거한 다음, 암실 상태에서 50% acrylamide 용액이 마이크로칩 내부로 주입되도록 시스템을 설정합니다. 100 µL/min의 유량으로 acrylamide 용액을 8시간 동안 마이크로칩 내부로 흘려줍니다. 이어서 잔류 acrylamide 용액을 제거하고 탈이온수로 채널 내부를 헹굽니다.

세척이 완료되면 마이크로칩에 공기를 펌핑하여 남아 있는 탈이온수를 제거한 다음, 추출 채널의 원하는 영역만 빛에 노출될 수 있도록 자체 제작한 포토마스크로 마이크로칩을 덮습니다. 다음으로 저해제 제거 고상 추출 카트리지를 준비하고, 펌프를 사용하여 카트리지를 에탄올로 최소 3회 분량 세척합니다. 그 후 카트리지를 1:1 dichloroethene으로 3회 분량 세척합니다.

억제제가 제거되면 1:1 dichloroethene이 불안정해지기 때문입니다. 염소를 포함하는 고체상 추출 형성물은 가능한 한 빨리 사용해야 합니다. 다음으로, 처리된 카트리지에 1:1 dichlorethene 1 mL를 통과시킨 후, 알루미늄 호일로 감싼 20 mL 샘플 바이알에 분획을 수집합니다.

그 다음, 1:1 dichloroethene 샘플 491 µL를 AIBN 12 mg, 에탄올 3.18 mL 및 hexanes 1.65 mL가 포함된 100 mL 유리 병 속의 용액으로 옮깁니다. 주사기를 사용하여 칩의 채널에 염소가 포함된 SPE 형성 용액 약 200 µL를 주입합니다. 그 후, 마이크로칩을 최대 방출 파장이 365 nm인 자외선에 10분 동안 노출시킵니다.

채널에 염소가 포함된 새로운 SPE 형성 용액 200 µL를 주입하여 잔류 용액을 교체한 후, 마이크로칩을 다시 10분 동안 UV 방사선에 노출시킵니다. 이 과정을 총 18회 반복합니다. 마지막으로 연동 펌프를 사용하여 100 µL/min의 유속으로 30분 동안 에탄올로 채널 내부를 세척합니다.

세척이 완료되면 마이크로칩에 공기를 펌핑하여 남아 있는 에탄올을 제거합니다. 연동 펌프를 사용하여 잔류 용액을 제거한 후, 제작된 마이크로칩을 지퍼백에 넣어 추후 사용을 위해 보관하십시오. 단계별 성장 과정 동안 표면 변화를 모니터링하기 위해 접촉각 측정이 사용되었습니다.

접촉각의 변화는 수식 과정 동안 표면 변화가 일어났음을 명확하게 나타냈습니다. 최종 생성물에서 80.3도의 접촉각이 측정되었습니다. 수식된 PMMA 상의 탄소-염소 작용기의 존재는 레이저 어블레이션 유도결합 플라즈마 질량 분석법(laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry) 분석을 통해 확인되었습니다.

천연 PMMA를 어블레이션하여 얻은 결과와 비교했을 때, 탄소-염소 작용기로 수식된 PMMA를 어블레이션함으로써 예상대로 염소의 뚜렷한 신호가 관찰되었습니다. 탄소-염소 작용기가 PMMA에 부착되었음을 추가로 검증하기 위해 라만 스펙트럼을 수집하였습니다. 성공적인 부착을 입증하듯, 수식된 PMMA의 스펙트럼에서 탄소-염소 비대칭 신축 진동과 관련된 두 개의 특징적인 피크가 682 inverse cm와 718 inverse cm에서 관찰되었습니다.

미량 금속 분석을 위한 칩 상 추출에 중요한 쌍극자 정전기적 상호작용을 X선 흡수 근단 구조(X-ray absorption near edge structures)를 사용하여 측정하였습니다. 이는 변형된 표면이 manganese 2+와 강한 상호작용을 한다는 것을 보여줍니다. 이 영상을 시청하고 나면 쌍극자 보조 SPE 마이크로 칩을 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이 기술은 환경 과학 연구자들이 심각한 오염을 일으키는 금속 이온의 존재와 자연수 내의 독성학적 성분을 결정하는 길을 열어주었습니다.

이 기술을 숙달하면 환경 관리 및 오염 방지에 적용할 수 있습니다.