Fabricação de um dipolo-assistida Fase Sólida Extração Microchip para análise de metais traço em amostras de água

O objetivo geral deste protocolo é fabricar um microchip inovador de extração em fase sólida para a determinação de íons metálicos traço em amostras de água por meio das interações iônicas dipolo. Este método fornece uma estratégia de trabalho interativa para técnicas de nutrição por efeitos sólidos em chips para a análise de íons metálicos traço. Os chips desenvolvidos retêm íons metálicos apenas pela força eletrostática do eletrodo dipolo.

Esses procedimentos principais devem ser realizados em geral em chips com instruções rápidas. Tal condicionamento é necessário para a ativação da fase estacionária e regeneração para a manutenção de um meio estruturado evitado. Demonstrarão o procedimento Yu-Chen Chuang e Pei-Chun Chao, estudantes de pós-graduação do laboratório do Dr. Soon.

Para começar, utilize um programa CAD para desenhar o padrão de rede do chip conforme mostrado aqui. Foque a fonte de laser e, em seguida, fixe uma folha de PMMA com 2 mm de espessura na mesa de trabalho do sistema de microusinagem a laser. Selecione imprimir no software CAD e, então, use o painel de controle do sistema de microusinagem para ajustar a potência em 45% ou 4,5 watts, a velocidade em 13% ou 99,06 mm por segundo e o modo da caneta para VECT.

Usar o sistema de microusinagem a laser para usinar a chapa de PMMA de acordo com o protocolo do fabricante. Uma seção transversal da máquina até a placa é mostrada aqui. Em seguida, perfurar três furos na placa padronizada com diâmetro de um dezesseis avos de polegada, que serão utilizados como acesso para uma entrada de amostra, uma entrada de tampão e uma entrada de LU na placa inferior.

Em seguida, faça um furo para uma saída confluente na placa de cobertura. Mergulhe as placas usinadas em um litro de SDS 0,1% e exponha as peças à agitação ultrassônica por meio de um oscilador durante dez minutos. Em seguida, substitua a solução de SDS por água desionizada.

Agite por meio de um oscilador ultrassônico durante dez minutos. Substitua a água desionizada residual por um litro de água desionizada fresca e, em seguida, imerja as placas usinadas com agitação ultrassônica durante dez minutos pela terceira vez. Posteriormente, seque cada uma das placas limpas usando um fluxo suave de nitrogênio por dois minutos.

Uma vez secos, alinhe as duas placas usinadas a olho nu e, em seguida, posicione as duas placas sob compressão entre duas placas de vidro utilizando clipes de papel. Devido à modificação do canal do chip pela reação de fotossíntese na sessão subsequente, o substrato deve ser manipulado com extrema cautela para evitar danos à superfície. Isso pode ser prejudicado se a radiação incidir diretamente.

Em seguida, una as duas placas sob compressão a 105 graus Celsius por 30 minutos. Depois, resfrie o conjunto até a temperatura ambiente e remova os grampos de fixação e as placas de vidro. Insira tubos de poliéter éter cetona com diâmetro externo de 1/16 de polegada nos orifícios de acesso.

Em seguida, misture adequadamente os dois componentes de adesivos epóxi e fixe os dutos com um adesivo epóxi de dois componentes. Deixe o epóxi curar à temperatura ambiente por doze horas. Passe o tubo por uma bomba peristáltica e introduza-o em uma solução de hidróxido de sódio saturada.

Entregue a solução de hidróxido de sódio ao canal a uma taxa de fluxo de 100 microlitros por minuto durante 12 horas. Remova a solução residual de hidróxido de sódio e, em seguida, enxágue o interior do canal com água desionizada. Em seguida, remova a água desionizada residual e introduza uma solução de ácido nítrico 0,5 no microchip.

Remova a solução residual de ácido nítrico e, em seguida, monte o sistema para fornecer uma solução de acrilamida a 50% para dentro do microchip no escuro. Passe a solução de acrilamida para dentro do microchip a uma taxa de fluxo de 100 microlitros por minuto durante oito horas. Em seguida, remova a solução residual de acrilamida e lave o interior do canal com água desionizada.

Quando a lavagem terminar, bombeie ar através do microchip para remover a água desionizada remanescente e, em seguida, cubra o microchip com uma máscara fotográfica construída internamente, que permite que a região desejada do canal de extração seja exposta à luz. Em seguida, pegue um cartucho de extração em fase sólida para remoção de inibidores e use uma bomba para passar pelo cartucho pelo menos três volumes do cartucho de etanol. Depois, lave o cartucho com três volumes do cartucho de dicloroeteno 1:1.

Como o dicloroeteno 1:1 se torna instável assim que o inibidor é removido, a fase sólida de extração contendo cloro deve ser utilizada o mais rapidamente possível. Em seguida, passe 1 mL de dicloroeteno 1:1 através do cartucho tratado e colete então a fração em um frasco amostrador de 20 mL envolto em folha de alumínio.

Em seguida, transfira 491 microlitros da amostra de dicloroeteno 1:1 para uma solução contendo 12 mg de AIBN, 3,18 mL de etanol e 1,65 mL de hexanos em um frasco de vidro de 100 mL. Use uma seringa para injetar no canal do chip aproximadamente 200 microlitros da solução formadora de SPE contendo cloro. Em seguida, exponha o microchip à radiação ultravioleta com comprimento de onda máximo de 365 nm por 10 minutos.

Substitua a solução residual injetando 200 microlitros de solução fresca contendo cloro para formação de SPE no canal e exponha novamente o microchip à radiação UV por 10 minutos. Repita este processo um total de 18 vezes. Por fim, utilize a bomba peristáltica para lavar o interior do canal com etanol a uma taxa de fluxo de 100 microlitros por minuto durante 30 minutos.

Quando a lavagem terminar, bombeie ar através do microchip para remover o etanol remanescente. Após remover a solução residual com a bomba peristáltica, armazene o microchip fabricado em um saco com fecho para uso posterior. Durante o crescimento em etapas, as medidas do ângulo de contato foram utilizadas para monitorar as alterações na superfície.

As variações no ângulo de contato indicaram claramente que ocorreram alterações na superfície durante os procedimentos de modificação. Um ângulo de contato de 80,3 graus foi medido para o produto final. A presença de grupos carbono-cloro no PMMA modificado foi confirmada por meio de análise por espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente e ablação a laser.

Em comparação com os resultados obtidos ao ablacionar o PMMA nativo, sinais distintos para cloro foram observados, como esperado, ao ablacionar o PMMA modificado com os grupos carbono-cloro. Os espectros Raman foram coletados para validar mais amplamente a ligação dos grupos carbono-cloro ao PMMA. A ligação bem-sucedida foi demonstrada pela observação de dois picos característicos associados à vibração de alongamento assimétrico do carbono-cloro, localizados em 682 cm⁻¹ e 718 cm⁻¹ no espectro do PMMA modificado.

As interações eletrostáticas dipolo importantes para a extração em chip para análises de metais traço foram medidas aqui utilizando estruturas de absorção de raios X próximas à borda. Mostra-se que a superfície modificada apresenta fortes interações com manganês 2+. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como fabricar um microchip de SPE assistido por dipolo. Esta técnica abriu caminho para pesquisadores em ciência ambiental determinarem a presença de íons metálicos que causam poluição séria e o compartimento de toxicologia nas águas naturais.

Uma vez dominada, esta técnica pode ser aplicada ao gerenciamento ambiental e à prevenção de contaminação.