Synteza i działanie mikrownęk z rdzeniem fluorescencyjnym w detekcji refraktometrycznej

Ogólnym celem tej procedury jest opracowanie technologii czujników mikroprzepływowych. Osiąga się to poprzez wytworzenie potencjalnych urządzeń poprzez kodowanie kapilar za pomocą warstwy krzemowej kropki kwantowej. Drugim krokiem jest określenie, które z próbek spełniają podstawowe wymagania do zastosowania jako czujnik.

Następnie czujnik jest podłączany do systemu mikropompowania, aby umożliwić wprowadzenie analitów. Ostatnim krokiem jest zebranie widm fluorescencyjnych i analiza wyników. Ostatecznie mikroskopia fluorescencyjna służy do pokazania refrektycznego wykrywania metrycznego płynów w kanale kapilarnym.

Do głównych zalet tego urządzenia należały jego niewielkie rozmiary, kompatybilność mikroprzepływowa oraz fakt, że można sobie łatwo wyobrazić kompletne urządzenie zbudowane z zestawu dość niedrogich komponentów. Ze względu na kanał mikroprzepływowy każdy płyn może być pompowany do wnętrza kapilary. Najtrudniejszą częścią jest funkcjonalizacja powierzchni w celu związania się z określonymi analitami.

Urządzenie to ma szeroki zakres potencjalnych zastosowań, takich jak bezpieczeństwo żywności, analiza wód gruntowych, a nawet opieka zdrowotna. Najtrudniejsze w tym urządzeniu jest to, że przygotowanie próbki jest bardzo wybredne, a wskaźnik sukcesu jest bardzo niski, ponieważ najmniejsza rzecz może prowadzić do niepowodzenia w przygotowaniu próbki. Wizualna demonstracja tej techniki pomaga zwiększyć wskaźnik sukcesu.

Zacznij od przygotowania mikronaczyń włosowatych. Zaopatrz się w kapilary krzemionkowe od komercyjnego dostawcy. Wybierz średnicę wewnętrzną około 25 do 30 mikrometrów dla szerzej oddalonych rezonansów spektralnych lub średnicę wewnętrzną około 100 mikrometrów.

W przypadku bardziej zbliżonych do siebie rezonansów o wyższych współczynnikach jakości, duże średnice zewnętrzne zapewnią trwalsze i łatwiejsze do manipulowania mikrownęki. Następnie za pomocą obcinaka do włókien diamentowych wyciąć z rolki około 10 centymetrowych kawałków kapilary. Każdy element stanowi pojedynczą próbkę.

Podgrzewać próbki w piecu rurowym w temperaturze 650 stopni Celsjusza przez godzinę w tlenie. Proces ten usuwa kolorową powłokę poliamidową, aby odsłonić kapilarnę krzemionkową wewnątrz. Przed kontynuowaniem poczekaj, aż próbki powrócą do temperatury pokojowej.

Otrzymaj wodór YLS OX lub HSQ w jednym z jego płynnych roztworów tlenkowych i dostosuj jego stężenie do odpowiedniego zakresu do tworzenia kropek kwantowych. Będzie to wymagało kilku prób i błędów w przypadku kapilary. Przy promieniu od 25 do 30 mikrometrów dobrym celem jest roztwór o stężeniu około 25% masy.

Po zakończeniu etapów przygotowawczych wytworzyć pokrytą kapilarę, zanurzając przygotowane kapilary w HSQ i płynnym roztworze tlenku. Łąkotka powinna być widoczna, gdy roztwór jest pobierany w górę kanału. Kiedy łąkotka dotrze do góry, usuń naczynia włosowate i umieść je w szklance, tyglu do klęczenia.

Powtórz to dla 20 do 30 naczyń włosowatych, używając roztworów HSQ o dwóch różnych stężeniach. wagowo, podczas gdy kapilary są wypełnione powietrzem, płynny roztwór tlenku jest przechowywany w stanie schłodzonym w komorze rękawicowej, aby zminimalizować narażenie roztworu na tlen i parę wodną. Kropki kwantowe powstają w matrycy krzemionkowej.

Podczas procesu wyżarzania umieść kapilary w piecu, który jest ustawiony na wzrost temperatury z temperatury pokojowej do 300 stopni Celsjusza w ciągu 30 minut. Trzymaj się tej temperatury przez trzy godziny, a następnie zwiększ do 1100 stopni Celsjusza w ciągu 45 minut i pozostań w tej temperaturze przez godzinę. Pozwól kapilarze powoli ostygnąć z powrotem do temperatury pokojowej przez około 12 godzin.

W wyniku tego procesu powstaje od 20 do 30 naczyń włosowatych, których ścianki pokryte są warstwą fluorescencyjnych kropek kwantowych osadzonych w matrycy krzemionkowej. Aby scharakteryzować próbki, należy użyć mikroskopu fluorescencyjnego, który może wykonywać zarówno obrazowanie, jak i spektroskopię w zakresie długości fal od 700 do 900 nanometrów. Umieść rząd kandydujących naczyń włosowatych na scenie, aby łatwo było się między nimi poruszać.

W celu szybkiej analizy wizualnej należy wzbudzić każdą kapilarnę promieniowaniem niebieskim lub ultrafioletowym, w wolnej przestrzeni na stoliku mikroskopu lub bezpośrednio przez soczewkę obiektywu. Za pomocą filtra dichroicznego obserwuj fluorescencję naczyń włosowatych za pomocą okularu lub kolorowej kamery. Jeśli produkcja się powiedzie, kapilary będą wykazywać jaskrawoczerwoną fluorescencję, kapilary wykazujące żółto-pomarańczową fluorescencję lub jej brak wskazują na niskie stężenie HSQ podczas wytwarzania.

Należy je wyrzucić wraz z tymi, które mają pęknięty lub teksturowany film. Widma kropek kwantowych powinny być intensywne w zakresie od 700 do 900 nanometrów. Widma pobrane z wewnętrznej ściany kapilary powinny wykazywać silne oscylacje ze względu na obecność trybu szepczącej galerii, należy odrzucić wszelkie próbki, które nie wykazują dowodów tego trybu.

Następnie przygotuj próbki do analizy metrycznej materiałów ogniotrwałych. Użyj odpowiedniego kleju, aby przymocować każdy koniec kapilary kandydującej do rurki polietylenowej lub podobnej rurki w celu odprowadzania płynów do i z kapilary. Po sklejeniu pierwszej rurki poczekaj, aż się utwardzi przed próbą sklejenia drugiej strony.

Wewnętrzna średnica rurek powinna być tylko nieznacznie większa niż zewnętrzna średnica kapilary. Zachowaj ostrożność, aby klej nie przedostał się do kanału kapilarnego i nie zablokował go. Następnie podłącz rurkę ze strzykawką do systemu mikropompowania.

Przygotuj się na pompowanie związków o dobrze znanych współczynnikach załamania światła, takich jak metanol, etanol i woda. Pompuj każdy płyn pojedynczo do kapilary, aby określić czułość metryczną refrakcji urządzenia. Zbierz widma z każdą cieczą wewnątrz kapilary.

Użyj analizatora na ścieżce światła, aby zmierzyć przesunięcia w trybach Galerii szeptów dla każdego innego roztworu w kapilarze. Jeśli nie ma obserwowalnego przesunięcia, film kwantowy jest zbyt gruby i kapilarę należy wyrzucić. Udane próbki mają zazwyczaj czułość od pięciu do 15 nanometrów na roztwór.

Dane o jednostkach indeksu refrakcji są zbierane przy użyciu konfiguracji metrycznej refrakcji. Zacznij od pobrania widma referencyjnego kapilary czujnika do zastosowań biosensorycznych. Należy to zrobić po funkcjonalizacji powierzchni kanału.

W szczególności, aby osiągnąć niskie granice wykrywalności, należy zwrócić uwagę na zminimalizowanie dryftu próbki. Użyj również wzorca kalibracyjnego, aby skorygować spektrometr pod kątem długości fali i intensywności. Na koniec zbierz dane spektralne z analitem wprowadzonym do kapilary czujnika.

Przeanalizuj dane metodami opisanymi w manuskrypcie. Konfigurację można zaprogramować tak, aby pobierała widma w sposób ciągły, gdy anality są pompowane do kanału kapilarnego. Na górze znajduje się zestaw widm pobranych jako metanol, następnie woda, a następnie etanol zostały wpompowane do kapilary.

Widma zostały pobrane sekwencyjnie od czerwonego do niebieskiego. Ten rysunek przedstawia większe widmo mocy każdego widma fluorescencyjnego. Czterdziesta składowa reprezentuje główną obserwowalną oscylację trybu galerii szeptów.

Różnice fazowe dla 40. składnika zostały zamienione na przesunięcia długości fali i wykreślone jako funkcja czasu. Jak widać tutaj. Słupki błędu reprezentują jedno odchylenie standardowe przesunięcia szczytowego dla 60 pomiarów.

Wstawka pokazuje średnią czułość w zakresie współczynnika załamania światła od metanolu do etanolu. Należy zauważyć, że analiza danych ciągłych szeregów czasowych ujawnia wzrost danych dotyczących przesunięcia między wodą a metanolem. Jest to zgodne z obecnością małego obszaru mieszania o wyższym współczynniku załamania światła niż którakolwiek z czystych faz po opanowaniu.

Wykonanie tej techniki może zająć kilka godzin, ale nawet kilka dni.