$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Polaryzacja stężenia jonów (ICP) odnosi się do zjawiska, które występuje podczas wzbogacania i wyczerpywania jonów na membranie permselektywnej, powodując dodatkowy spadek potencjału przy gradientach stężenia jonów1,2. Ten gradient stężenia jest liniowy i staje się bardziej stromy wraz z przyłożeniem wyższego napięcia (reżim omowy), aż stężenie jonów na membranie zbliży się do zera (reżim ograniczający). W tych warunkach ograniczonych dyfuzją wiadomo, że gradient (i odpowiadający mu strumień jonów) jest zmaksymalizowany/nasycony1. Poza tym konwencjonalnym rozumieniem, gdy napięcie (lub prąd) jest dalej zwiększane, obserwuje się prąd ograniczający, z płaskimi strefami zubożenia i bardzo ostrymi gradientami koncentracji na granicy strefy1,3. Płaska strefa ma bardzo niskie stężenie jonów, ale przewodnictwo powierzchniowe, przepływ elektroosmotyczny (EOF) i/lub niestabilność elektroosmotyczna sprzyjają strumieniowi jonów i indukują prąd ograniczający3,4,5. Co ciekawe, płaska strefa zubożenia służy jako bariera elektrostatyczna, która odfiltrowuje 6,7,8,9 i/lub prekoncentruje cele10,11. Ponieważ nie ma wystarczającej ilości jonów, aby przesiać ładunki powierzchniowe naładowanych cząstek (w celu spełnienia wymagań elektroneutralności), cząstki nie mogą przejść przez tę strefę zubożenia, a zatem ustawić się na jej granicy. Ten nieliniowy efekt ICP jest ogólnym zjawiskiem w różnych typach membran10,11,12,13,14 i geometries6,15,16,17,18,19,20,21; Właśnie dlatego naukowcom udało się opracować różne rodzaje filtracji6,7,8,9 i preconcentration10,11 urządzeń korzystających z nieliniowego ICP.
Nawet przy tak wysokiej elastyczności i solidności, wyjaśnienie warunków pracy nieliniowych urządzeń ICP jest nadal praktycznym wyzwaniem. Nieliniowy reżim ICP szybko usuwa kationy przez membranę kationowymienną, co powoduje przemieszczenie anionów poruszających się w kierunku anody. W rezultacie płaska strefa zubożenia szybko się rozprzestrzenia, co przypomina propagację szoku22. Mani i in. nazwali tę dynamikę szokiem dejonizacyjnym (lub zubożeniem) shock23. Aby wstępnie skoncentrować cele w wyznaczonej pozycji wykrywania, konieczne jest zapobieżenie rozszerzaniu się strefy zubożenia jonów, na przykład poprzez zastosowanie EOF lub przepływu sterowanego ciśnieniem przeciwko rozszerzeniu strefy24. Zangle i wsp.22 wyjaśnił kryteria propagacji ICP w modelu jednowymiarowym, a to w dużym stopniu zależy od mobilności elektroforetycznej17, siła jonowa18, pH25, i tak dalej. Oznacza to, że właściwe warunki pracy zostaną zmienione zgodnie z warunkami próbki.
Tutaj prezentujemy szczegółowy projekt i protokoły eksperymentalne dla nowatorskiej platformy ICP, która wstępnie koncentruje cele w czasowo zdefiniowanej pozycji26. Rozszerzanie się strefy zubożenia jonów jest blokowane przez strefę wzbogacania jonów, pozostawiając stacjonarny korek do wstępnego zatężania w przypisanej pozycji, niezależnie od czasu pracy, przyłożonego napięcia, siły jonowej i pH. Ten szczegółowy protokół wideo ma na celu pokazanie najprostszej metody integracji membran kationowymiennych z urządzeniami mikroprzepływowymi oraz zademonstrowanie wydajności wstępnego zatężania nowej platformy ICP w porównaniu z konwencjonalną.