Wytwarzanie mikrochipa do ekstrakcji do fazy stałej wspomaganego dipolem do analizy metali śladowych w próbkach wody

Ogólnym celem niniejszego protokołu jest wykonanie innowacyjnego mikrochipu do ekstrakcji w fazie stałej w celu oznaczenia śladowych ilości jonów metali w próbkach wody z wykorzystaniem oddziaływań dipol-jon. Metoda ta dostarcza interaktywnej strategii roboczej dla technik wzbogacania próbek na chipach w celu analizy śladowych jonów metali. Opracowane chipy zatrzymują jony metali wyłącznie dzięki siłom elektrostatycznym dipoli.

Główne czynności wykonywane ogólnie na chipach to szybkie procedury instruktażowe. Są to m.in. kondycjonowanie w celu aktywacji fazy stacjonarnej oraz regeneracja w celu zapobiegania degradacji struktury medium. Procedurę zaprezentują Yu-Chen Chuang i Pei-Chun Chao, doktoranci z laboratorium dr. Soona.

Aby rozpocząć, należy użyć programu CAD do narysowania wzoru sieci chipa, jak pokazano tutaj. Skup wiązkę lasera, a następnie zamocuj arkusz PMMA o grubości 2 mm na stole roboczym systemu mikrobobróbki laserowej. Wybierz opcję drukowania w oprogramowaniu CAD, a następnie za pomocą panelu sterowania systemu mikrobobróbki ustaw moc na 45% lub 4,5 W, prędkość na 13% lub 99,06 mm/s oraz tryb pióra na VECT.

Obrób płytę PMMA za pomocą systemu laserowej mikrobobróbki zgodnie z protokołem producenta. Tutaj przedstawiono przekrój poprzeczny urządzenia względem płyty. Następnie wywierć w ukształtowanej płycie trzy otwory o średnicy 1/16 cala, które będą służyć jako dostęp dla wlotu próbki, wlotu buforu oraz wlotu LU w dolnej płycie.

Następnie wywierć jeden otwór na wylot konfluencyjny w płycie przykrywiej. Zanurz obrobione płyty w jednym litrze 0,1% SDS i poddaj części działaniu drgań ultradźwiękowych za pomocą oscylatora przez dziesięć minut. Następnie zastąp roztwór SDS wodą dejonizowaną.

Mieszaj za pomocą oscylatora ultradźwiękowego przez dziesięć minut. Zastąp pozostałą wodę dejonizowaną jednym litrem świeżej wody dejonizowanej, a następnie zanurz obrobione płytki i poddaj działaniu ultradźwięków przez dziesięć minut po raz trzeci. Następnie osusz każdą z oczyszczonych płytek, używając delikatnego strumienia azotu przez dwie minuty.

Po wyschnięciu wyrównać obie obrobione płytki gołym okiem, a następnie umieścić je pod naciskiem pomiędzy dwiema szklanymi płytami, używając żabek biurowych. Ze względu na modyfikację kanału w chipie poprzez reakcję fotosyntezy w kolejnej sesji, z podłożem należy obchodzić się z najwyższą ostrożnością, aby zapobiec uszkodzeniom powierzchni. Mogłoby to utrudnić proces w przypadku naświetlania promieniowaniem.

Następnie połącz obie płytki pod naciskiem w temperaturze 105 °C przez 30 minut. Po tym czasie schłodź tak przygotowany zestaw do temperatury otoczenia i zdejmij żabki oraz szklane płytki. W otwory dostępowe wprowadź rurki z polieteroeteroketonu o średnicy zewnętrznej 1/16 cala.

Następnie należy odpowiednio wymieszać dwa składniki kleju epoksydowego i zabezpieczyć przewody za pomocą tego dwuskładnikowego kleju epoksydowego. Pozostawić żywicę epoksydową do utwardzenia w temperaturze otoczenia przez dwanaście godzin. Przeciągnąć rurkę przez pompę perystaltyczną do roztworu nasyconego wodorotlenku sodu.

Doprowadzać roztwór wodorotlenku sodu do kanału z szybkością przepływu 100 µL na minutę przez 12 godzin. Usunąć pozostały roztwór wodorotlenku sodu, a następnie wypłukać wnętrze kanału wodą dejonizowaną. Następnie usunąć pozostałą wodę dejonizowaną i wprowadzić 0,5 roztwór kwasu azotowego do mikrochipa.

Usunąć pozostały roztwór kwasu azotowego, a następnie przygotować system do wprowadzenia 50% roztworu akrylamidu do mikrochipa w ciemności. Przeprowadzać roztwór akrylamidu przez mikrochip z szybkością przepływu 100 µL/min przez osiem godzin. Następnie usunąć pozostały roztwór akrylamidu i wypłukać wnętrze kanału wodą dejonizowaną.

Po zakończeniu płukania przepompuj powietrze przez mikrochip, aby usunąć pozostałą wodę dejonizowaną, a następnie przykryj mikrochip zbudowaną wewnętrznie maską fotograficzną, która umożliwia naświetlenie wybranego obszaru kanału ekstrakcyjnego. Następnie pobierz wkład do ekstrakcji do fazy stałej służący do usuwania inhibitorów i za pomocą pompy przepłucz wkład co najmniej trzema objętościami wkładu etanolu. Następnie przepłucz wkład trzema objętościami wkładu dichloroetenu w stosunku 1:1.

Ponieważ 1:1 dichloroeten staje się niestabilny po usunięciu inhibitora. Ekstrakcję do fazy stałej z użyciem fazy zawierającej chlor należy przeprowadzić jak najszybciej. Następnie przepuść 1 mL 1:1 dichloroetenu przez przygotowany kartridż, a następnie zbierz frakcję do probówki pomiarowej o pojemności 20 mL owiniętej folią aluminiową.

Następnie przenieś 491 µL próbki dichloroetenu w stosunku 1:1 do roztworu zawierającego 12 mg AIBN, 3,18 mL etanolu i 1,65 mL heksanów w szklanej butelce o pojemności 100 mL. Za pomocą strzykawki wstrzyknij do kanału chipa około 200 µL roztworu do formowania SPE zawierającego chlor. Następnie naświetlaj mikrochip promieniowaniem ultrafioletowym o maksymalnej długości fali emisji 365 nm przez 10 minut.

Wymień pozostały roztwór, wstrzykując do kanału 200 µL świeżego roztworu do tworzenia SPE zawierającego chlor, a następnie ponownie naświetl mikrochip promieniami UV przez 10 minut. Powtórz ten proces łącznie 18 razy. Na koniec użyj pompy perystaltycznej, aby wypłukać wnętrze kanału etanolem przy szybkości przepływu 100 µL/min przez 30 minut.

Po zakończeniu płukania przepompuj powietrze przez mikrochip, aby usunąć pozostały etanol. Po usunięciu resztek roztworu za pomocą pompy perystaltycznej, wykonany mikrochip należy przechowywać w woreczku strunowym do późniejszego użycia. W trakcie etapowego wzrostu pomiary kąta zwilżania były wykorzystywane do monitorowania zmian powierzchni.

Zmiany kąta zwilżania jednoznacznie wskazały na wystąpienie modyfikacji powierzchni podczas procedur modyfikacyjnych. Dla produktu końcowego zmierzono kąt zwilżania wynoszący 80,3 stopnia. Obecność grup węglowo-chlorowych na zmodyfikowanym PMMA została potwierdzona za pomocą analizy spektrometrii mas z plazmą indukowaną laserowo.

W porównaniu z wynikami uzyskanymi poprzez ablację natywnego PMMA, zgodnie z oczekiwaniami zaobserwowano wyraźne sygnały chloru podczas ablacji PMMA zmodyfikowanego grupami węglowo-chlorowymi. W celu dalszej walidacji przyłączenia grup węglowo-chlorowych do PMMA zebrano widma Ramana. Potwierdzając pomyślne przyłączenie, w widmie zmodyfikowanego PMMA zaobserwowano dwa charakterystyczne piki związane z asymetrycznym drganiem rozciągającym wiązania węgiel-chlor przy 682 cm⁻¹ oraz 718 cm⁻¹.

W niniejszej pracy zmierzono dipolowe oddziaływania elektrostatyczne, istotne dla ekstrakcji na chipie w analizach śladowych ilości metali, wykorzystując strukturę w pobliżu krawędzi absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego (XANES). Wykazano, że zmodyfikowana powierzchnia wykazuje silne oddziaływania z manganem 2+. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś posiadać dobrą wiedzę na temat sposobów wytwarzania mikrochipu do SPE wspomaganej dipolem. Technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie nauk o środowisku do określania obecności jonów metali powodujących poważne zanieczyszczenia oraz analizy komponentów toksykologicznych w wodach naturalnych.

Po opanowaniu ta technika może zostać zastosowana w zarządzaniu środowiskiem i zapobieganiu zanieczyszczeniom.