Fabricage van een dipool-geassisteerde Solid Phase Extraction Microchip voor Trace Metal Analysis in watermonsters
August 7th, 2016
Het fabricageprotocol van een dipool-ondersteunde solid phase extractie microchip voor de traceerbare metalenanalyse wordt gepresenteerd.
Het algemene doel van dit protocol is om een innovatieve vaste fase extractie microchip te fabriceren voor de bepaling van sporenmetaalionen in watermonsters door middel van de dipool ion interacties. Deze methode biedt een interactieve werkstrategie voor chip vaste effecten voedingstechnieken voor de analyse van sporenmetaalionen. De ontwikkelde chips houdt metaalionen alleen vast door de dipool elektrode statische kracht.
Die majors die over het algemeen op chips alleen snelle instructieprocedures uitvoeren. Zoals conditionering voor de activering van de stationaire fase en regeneratie voor het onderhoud van een structuur media vermeden. Het demonstreren van de procedure zal worden gedaan door Yu-Chen Chuang en Pei-Chun Chao, afstudeerstudenten uit het laboratorium van Dr. Soon.
Om te beginnen, gebruik een cad-programma om het netwerkpatroon van de chip te tekenen zoals hier getoond. Focus de laserbron en monteer vervolgens een 2 mm dik vel PMMA op de werktafel van het laser micro machinage systeem. Selecteer print in de cad-software en gebruik vervolgens het bedieningspaneel van het micro machinage systeem om het vermogen in te stellen op 45% of 4,5 watt, de snelheid op 13% of 99,06 mm per seconde en de penmodus op VECT.
Bewerk de PMMA-plaat met behulp van het laser micro machinage systeem volgens het protocol van de fabrikant. Een doorsnede van de machine naar plaat is hier getoond. Boor vervolgens drie gaten in de gepatroneerde plaat met een diameter van een zestiende inch die zullen worden gebruikt als toegang voor een monsterinlaat, een bufferinlaat en een LU-inlaat op de onderplaat.
Boor vervolgens een gat voor een confluente uitlaat op de dekplaat. Dompel de bewerkte platen onder in één liter 0,1% SDS en stel de onderdelen bloot aan ultrasone agitatie via een oscillator gedurende tien minuten. Vervolgens vervang de SDS-oplossing door gedeïoniserd water.
Schudden via een ultrasone oscillator gedurende tien minuten. Vervang het resterende gedeïoniseerde water door één liter verse gedeïoniseerde water en dompel vervolgens de bewerkte platen gedurende tien minuten voor de derde keer onder met ultrasone agitatie. Droog vervolgens elk van de schoongemaakte platen met een zachte stroom stikstof gedurende twee minuten.
Eens droog, lijn de twee bewerkte platen uit met het blote oog en plaats de twee platen in compressie tussen twee glazen platen met behulp van binderclips. Vanwege de wijziging van het chipkanaal door middel van fotosynthesereactie in de volgende sessie, moet het substraat met uiterste zorg worden behandeld om schade aan het oppervlak te voorkomen. Dat kan worden belemmerd als het de straling aansteekt.
Vervolgens bind de twee platen onder compressie bij 105 graden Celsius gedurende 30 minuten. Koel vervolgens de sandwich af tot kamertemperatuur en verwijder de binderclips en glazen platen. Plaats buizen met een buitendiameter van 1/16 inch polyether ether ketone in de toegangsgaten.
Meng vervolgens twee componenten van epoxy-gebaseerde lijmen goed en bevestig de leidingen met een epoxy-gebaseerde lijm met twee componenten. Laat de epoxy twaalf uur uitharden bij kamertemperatuur. Plaats de slang door een peristaltische pomp en in een oplossing van verzadigd natriumhydroxide.
Breng de natriumhydroxideoplossing aan op het kanaal met een stroomsnelheid van 100 microliter per minuut gedurende 12 uur. Verwijder de resterende natriumhydroxideoplossing en spoel vervolgens het binnenste van het kanaal met gedeïoniseerd water. Verwijder vervolgens het resterende gedeïoniseerde water en breng een 0,5% salpeterzuuroplossing in de microchip.
Verwijder de resterende salpeterzuuroplossing en stel vervolgens het systeem in om een 50% acrylamidoplossing in de microchip te leveren in het donker. Laat de acrylamide-oplossing in de microchip stromen met een stroomsnelheid van 100 microliter per minuut gedurende acht uur. Verwijder vervolgens de resterende acrylamideoplossing en spoel het binnenste van het kanaal met gedeïoniserd water.
Wanneer de spoeling is voltooid, pomp lucht door de microchip om het resterende gedeïoniseerde water te verwijderen en bedek de microchip met een in-house gebouwde fotomasker waardoor het gewenste gebied van het extractiekanaal wordt blootgesteld aan licht. Neem vervolgens een inhibitor verwijderingsfase extractie cartridge en gebruik een pomp om de cartridge te spoelen met ten minste drie cartridge volumes ethanol. Spoel vervolgens de cartridge met drie cartridge volumes 1:1 dichloorethyleen.
Omdat 1:1 dichloorethyleen onstabiel wordt zodra de inhibitie wordt verwijderd. De chloorhoudende vaste fase extractieformatie moet zo snel mogelijk worden gebruikt. Voer vervolgens 1 ml 1:1 dichloorethyleen door de behandelde cartridge en verzamel vervolgens de fractie in een 20 ml monsterfles gewikkeld in aluminiumfolie.
Vervolgens brengt u 491 microliter van de 1:1 dichloorethyleen monster over in een oplossing die 12 mg AIBN, 3,18 ml ethanol en 1,65 ml hexaan bevat in een 100 ml glazen fles. Gebruik een spuit om het kanaal van de chip te injecteren met ongeveer 200 microliter van de chloorhoudende SPE-formatieoplossing. Breng vervolgens de microchip bloot aan ultraviolette straling met een maximale emissiegolflengte van 365 nm gedurende 10 minuten.
Vervang de resterende oplossing door 200 microliter verse chloorhoudende SPE-formatieoplossing in het kanaal te injecteren en stel de microchip opnieuw bloot aan UV-straling gedurende 10 minuten. Herhaal dit proces in totaal 18 keer. Gebruik tenslotte de peristaltische pomp om het binnenste van het kanaal gedurende 30 minuten te spoelen met ethanol met een stroomsnelheid van 100 microliter per minuut.
Wanneer de spoeling is voltooid, pomp lucht door de microchip om het resterende ethanol te verwijderen. Nadat de resterende oplossing met de peristaltische pomp is verwijderd, bewaart u de gefabriceerde microchip in een ritszak voor later gebruik. Tijdens de stapsgewijze groei werden contacthoekmetingen gebruikt om de oppervlakteveranderingen te volgen.
De variaties in de contacthoek gaven duidelijk aan dat er oppervlakteveranderingen plaatsvonden tijdens de modificatieprocedures. Een contacthoek van 80,3 graden werd gemeten voor het eindproduct. Het bestaan van
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het fabriceren van een door dipolen geassisteerde microchip voor vaste fase-extractie, gericht op sporenmetaalanalyse in watermonsters. De methode maakt gebruik van dipool-ioninteracties om de retentie van metaalionen tijdens analyse te verbeteren.
Belangrijke onderdeelcomponenten van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biotechnologie
- Analytische chemie
Achtergrond
- Sporenmetaalanalyse is cruciaal voor milieubewaking.
- Technieken voor vaste fase-extractie worden veel gebruikt voor monstervoorbereiding.
- Innovatieve microchip-ontwerpen kunnen de efficiëntie van deze technieken verbeteren.
- Dipoolinteracties kunnen de retentie van doel-ionen verbeteren.
Doel van het onderzoek
- Om een microchip te ontwikkelen die gebruikmaakt van door dipolen geassisteerde vaste fase-extractie.
- Om de bepaling van sporenmetaalionen in watermonsters te verbeteren.
- Om een gedetailleerd fabricageprotocol voor onderzoekers te bieden.
Gebruikte methoden
- Het ontwerpen van de microchip met CAD-software.
- Laser micro-bewerking van PMMA-platen.
- Ultrasoon roeren voor het reinigen en conditioneren van de microchip.
- Verbindings- en uithardingsprocessen voor het samenstellen van de microchip.
Belangrijkste resultaten
- De gefabriceerde microchip houdt effectief metaalionen vast door dipoolinteracties.
- Contacthoekmetingen gaven succesvolle oppervlaktemodificaties aan.
- Laserablatie ICP-MS bevestigde de aanwezigheid van chloor-moieties op het gemodificeerde oppervlak.
- Het protocol maakt reproduceerbare en efficiënte sporenmetaalanalyse mogelijk.
Conclusies
- De door dipolen geassisteerde microchip is een veelbelovend hulpmiddel voor sporenmetaalanalyse.
- Deze methode kan de gevoeligheid en specificiteit van detectie verbeteren.
- Toekomstige toepassingen kunnen bredere milieubewaking en analyse omvatten.
Veelgestelde vragen
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.
