나란히 이온 교환 멤브레인 사이의 이온 농도 분극을 병합하면 편광 영역의 전파를 차단하는

이 실험의 전반적인 목표는 두 개의 동일한 이온 교환막 사이의 이온 농도 분극 영역을 제한하여 생물 제제를 사전 농축하는 것입니다. 이 방법은 농도가 센서의 검출 한계보다 낮을 때 저농도 생체 분자를 검출하는 방법과 같은 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 작동 조건에 관계없이 매우 특정한 충돌로 ICP 영역과 사전 농축된 생물 제제를 생성할 수 있다는 것입니다.

이 절차를 시작하려면 기존의 포토리소그래피 또는 심층 반응성 이온 에칭을 사용하여 폴리디메틸실록산 마이크로채널 및 양이온 선택성 멤브레인 몰드용 실리콘 마스터를 제작합니다. 실리콘 마스터를 약 30마이크로리터의 트리클로로실란이 있는 진공 데시케이터에 넣습니다. 데시케이터를 닫고 실리콘 마스터를 30분 동안 염분화합니다.

다음으로, 실리콘 엘라스토머 베이스와 경화제를 10:1 중량비로 혼합하여 경화되지 않은 PDMS를 얻습니다. 진공 상태에서 혼합물을 30분 동안 가스를 제거합니다. 그런 다음 탈기된 경화되지 않은 PDM을 실리콘 마스터에 붓습니다.

휴대용 송풍기로 PDMS에서 기포를 제거한 다음 PDMS 금형을 섭씨 80도에서 2시간 동안 경화합니다. 경화된 PDMS 구성 요소를 실리콘 마스터에서 분리합니다. 칼을 사용하여 각 구성 요소를 직사각형으로 만듭니다.

다음으로, 양이온 선택성 멤브레인 몰드에서 금형의 가장자리에서 조립식 마이크로 채널까지 두 줄을 자릅니다. 2mm 생검 펀치를 사용하여 각 L자형 채널 끝에 구멍을 뚫습니다. 양이온 교환 멤브레인 몰드의 마이크로 머신 표면에 있는 유리 슬라이드를 아크릴 접착 테이프와 송풍기로 청소합니다.

금형의 깨끗한 면을 유리 슬라이드에 놓고 금형을 슬라이드에 뒤집적으로 밀봉합니다. L자형 채널의 끝과 접촉하는 유리 슬라이드에 10마이크로리터의 양이온 교환 수지를 놓습니다. 주사기 끝을 마이크로 채널 구멍 위에 놓고 플런저를 부드럽게 당겨 수지를 채널로 당깁니다.

수지 채널을 채운 후 1분 이내에 슬라이드의 패턴이 있는 수지를 건드리지 않고 금형을 조심스럽게 분리하십시오. 슬라이드를 섭씨 95도에서 5분 동안 가열하여 수지에서 용매를 증발시킵니다. 면도날을 사용하여 슬라이드에서 불필요한 양이온 교환 수지 부분을 제거하여 L자형 양이온 선택성 멤브레인을 형성합니다.

다음으로, 생검 펀치를 사용하여 PDMS 마이크로채널 구성 요소에서 사전 제작된 마이크로채널의 각 끝에 2.0mm 저장소를 펀칭합니다. 그런 다음 L자형 멤브레인의 끝에 해당하는 PDMS에 두 개의 구멍을 더 뚫습니다. PDMS 마이크로 채널 구성 요소와 멤브레인 패턴 기판을 100 와트에서 40 초 동안 산소 플라즈마로 처리하고 50 와트에서 기판의 처리 된면을 PDMS 마이크로 채널의 처리면에 놓고 양이온 선택성 멤브레인이 마이크로 채널을 교차하고 PDMS의 구멍과 함께 정렬되도록합니다.

필요에 따라 부드러운 압력을 가하여 PDMS 구성 요소를 기판에 밀봉하여 장치 조립을 완료합니다. 실험을 시작하려면 다양한 농도와 pH를 가진 여러 테스트 이온 용액을 얻습니다. 1몰 염화칼륨 또는 염화나트륨의 완충 용액을 준비합니다.

각 테스트 용액에 소량의 음전하를 띤 형광 염료를 첨가하여 염료 농도가 전류 용액에 대한 기여도를 무시할 수 있을 만큼 충분히 낮은지 확인합니다. 첫 번째 테스트 용액을 마이크로채널의 한 저장소에 로드합니다. 다른 마이크로채널 저장소에 완만한 음압을 가하여 용액을 마이크로채널로 끌어들입니다.

테스트 용액의 큰 방울을 두 마이크로 채널 저장소에 배치하여 채널의 압력 구배를 제거합니다. 그런 다음 양이온 선택형 멤브레인 저장소를 선택한 완충 용액으로 채워 ICP 효과를 보상합니다. 전하 결합 장치 카메라가 장착된 도립 형광 현미경에 ICP 칩을 로드합니다.

양극을 왼쪽 멤브레인 저장소에 연결하고 음극을 오른쪽 멤브레인 저장소에 연결합니다. 전극을 소스 측정 장치에 연결합니다. 소스 측정 장치를 사용하여 장치에 전압을 적용하고 전류 응답을 측정합니다.

전압 적용 중에 칩의 형광 이미지를 획득합니다. 실험이 끝나면 적절한 이미징 소프트웨어로 형광 강도를 분석합니다. 이 방법을 사용하여 미세유체 프리컨센트레이터를 제작하고 다양한 테스트 솔루션에 해당하는 형광 강도 프로파일의 현재 전압 시간 응답을 조사했습니다.

기존의 단일 멤브레인 프리컨센트레이터에서와 같이 세 가지 다른 전압 체제가 관찰되었습니다. 옴믹(Ohmic) 및 제한(Limiting regimes) 동안, 선형 농도 구배(linear concentration gradient)는 양이온 선택성 막(cation-selective membranes)에서 발생했고 약 1초 후에 합쳐졌습니다. 단일 멤브레인 프리컨센트레이터(single membrane preconcentrator)와 달리, 과도하게 제한되는 체제에서는 ICP 영역이 형광 이미징으로 관찰할 수 있는 고갈 쇼크와 함께 1초 이내에 병합되었습니다.

이에 상응하는 전도도 감소는 현재 시간 응답에 반영되었습니다. 그런 다음 현재 시간이 복구되었습니다. 이것은 과잉 제한 체제의 여러 전압에서 관찰되었습니다.

전류 회수는 전압 응용 분야 전반에 걸쳐 사전 농축 플러그를 분리하는 양이온 선택성 멤브레인 사이에 결합된 ICP 영역에 의한 결합 전송에 기인합니다. 이러한 전류 회수는 기존의 ICP 프리콘센트레이터에서는 관찰되지 않았는데, 이는 공핍 영역과 프리농축 플러그가 마이크로채널을 따라 자유롭게 전파되기 때문입니다. 증가된 이온 강도, 산도 및 염기도는 시공간적으로 정의된 사전 농축기에서 사전 농축 플러그의 상대적 강도를 감소시켰지만 플러그는 여전히 제한되어 있었습니다.

사전 농축에 근접한 추가 테스트에서는 더 좁은 채널에서 더 넓은 양이온 교환 멤브레인이 이러한 불리한 조건에서 ICP 사전 농축을 촉진할 수 있음을 보여주었습니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 30분 안에 완료할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 전기역학 분야의 연구자들이 미세유체 시스템의 응용 분야를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 미세유체 시스템 간에 이온 교환 물질을 통합하는 방법과 이 플랫폼을 사용하여 생물 제제를 사전 농축하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.