Mesclando Ion polarização de concentração entre justapostos Troca Iônica Membranas para bloquear a propagação da Zona Polarização

O objetivo geral deste experimento é pré-concentrar bioagentes confinando a zona de polarização da concentração de íons entre duas membranas de troca iônica idênticas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo, como detectar biomoléculas de baixa abundância quando sua concentração é menor que o limite de detecção do sensor. A principal vantagem desta técnica é que podemos gerar zona ICP e bioagente pré-concentrado em uma colisão muito específica, independentemente das condições de operação.

Para iniciar este procedimento, use fotolitografia convencional ou gravação de íons reativos profundos para fabricar mestres de silício para o microcanal de polidimetilsiloxano e moldes de membrana seletiva para cátions. Coloque os mestres de silício em um dessecador a vácuo com cerca de 30 microlitros de triclorossilano. Feche o dessecador e salinize os mestres de silício por 30 minutos.

Em seguida, misture uma base de elastômero de silicone e um agente de cura em uma proporção de 10 para um por peso para obter PDMS não curado. Desgaseifique a mistura sob vácuo por 30 minutos. Em seguida, despeje o PDMS não curado desgaseificado nos mestres de silício.

Remova as bolhas do PDMS com um soprador portátil e, em seguida, cure os moldes PDMS a 80 graus Celsius por duas horas. Separe os componentes PDMS curados dos mestres de silício. Use uma faca para moldar cada componente em um retângulo.

Em seguida, corte duas linhas no molde de membrana seletiva de cátions da borda do molde até os microcanais pré-fabricados. Use um punção de biópsia de dois milímetros para fazer um furo no final de cada canal em forma de L. Limpe uma lâmina de vidro na superfície da micromáquina do molde da membrana de troca catiônica com fita adesiva acrílica e um soprador.

Coloque a face limpa do molde na lâmina de vidro para selar reversivelmente o molde na lâmina. Coloque 10 microlitros de resina de troca catiônica na lâmina de vidro em contato com as extremidades dos canais em forma de L. Coloque a ponta de uma seringa sobre os orifícios do microcanal e retire suavemente o êmbolo para puxar a resina para dentro dos canais.

Dentro de um minuto após o enchimento dos canais de resina, retire cuidadosamente o molde sem tocar na resina padronizada na lâmina. Aqueça a lâmina a 95 graus Celsius por cinco minutos para evaporar o solvente da resina. Use uma lâmina de barbear para remover seções desnecessárias de resina de troca catiônica da lâmina para formar membranas seletivas de cátions em forma de L.

Em seguida, use o punção de biópsia para perfurar um reservatório de 2,0 milímetros em cada extremidade do microcanal pré-fabricado no componente de microcanal PDMS. Em seguida, faça mais dois furos no PDMS correspondentes às extremidades das membranas em forma de L. Trate o componente do microcanal PDMS e o substrato padronizado por membrana com plasma de oxigênio por 40 segundos a 100 watts e 50 Coloque a face tratada do substrato na face tratada do microcanal PDMS, garantindo que as membranas seletivas de cátions cruzem o microcanal e estejam alinhadas com os orifícios no PDMS.

Aplique uma leve pressão conforme necessário para vedar o componente PDMS ao substrato para concluir a montagem do dispositivo. Para iniciar o experimento, obtenha várias soluções iônicas de teste com concentrações e pHs variados. Prepare uma solução tampão de um molar cloreto de potássio ou cloreto de sódio.

Adicione uma pequena quantidade de corante fluorescente carregado negativamente a cada solução de teste, garantindo que a concentração do corante seja baixa o suficiente para que sua contribuição para uma solução de corrente elétrica seja insignificante. Carregue a primeira solução de teste em um reservatório do microcanal. Puxe a solução para o microcanal aplicando uma leve pressão negativa no outro reservatório do microcanal.

Coloque uma gota grande da solução de teste sobre ambos os reservatórios do microcanal para eliminar qualquer gradiente de pressão no canal. Em seguida, encha os reservatórios de membrana seletiva de cátions com a solução tampão escolhida para compensar o efeito ICP. Carregue o chip ICP em um microscópio de epifluorescência invertida equipado com uma câmera de dispositivo de carga acoplada.

Conecte um ânodo ao reservatório de membrana esquerdo e um cátodo ao reservatório de membrana direito. Conecte os eletrodos a uma unidade de medição de fonte. Use a unidade de medição de fonte para aplicar uma tensão ao dispositivo e medir a resposta de corrente.

Adquira imagens fluorescentes do chip durante a aplicação de tensão. Após o experimento, analise a intensidade da fluorescência com o software de imagem apropriado. Usando este método, um pré-concentrador microfluídico foi fabricado e as respostas de tempo de tensão atual em perfis de intensidade de fluorescência correspondentes a várias soluções de teste foram investigadas.

Como nos pré-concentradores convencionais de membrana única, foram observados três regimes de tensão diferentes. Durante os regimes ôhmico e limitante, o gradiente de concentração linear se desenvolveu nas membranas seletivas de cátions e se fundiu após cerca de um segundo. Ao contrário dos pré-concentradores de membrana única, no regime de limitação excessiva, as zonas ICP se fundiram em menos de um segundo com choque de depleção observável por imagens de fluorescência.

A queda correspondente na condutividade foi refletida na resposta de tempo atual. A hora atual então se recuperou. Isso foi observado em várias tensões no regime de superlimitação.

A recuperação de corrente foi atribuída ao transporte conjuntivo por zonas ICP combinadas entre as membranas seletivas de cátions que isolam os plugues de pré-concentração durante toda a aplicação de tensão. Essa recuperação de corrente não foi observada em pré-concentradores convencionais de ICP, pois a zona de depleção e o tampão de pré-concentração se propagam livremente ao longo do microcanal. Embora o aumento da força iônica, acidez e basicidade tenha diminuído a intensidade relativa dos plugues de pré-concentração no pré-concentrador definido espaço-temporariamente, os plugues ainda estavam confinados.

Testes adicionais que se aproximam da pré-concentração indicaram que membranas de troca catiônica mais largas em um canal mais estreito podem facilitar a pré-concentração de ICP nessas condições desfavoráveis. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 30 minutos se for executada corretamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da eletrocinética explorarem aplicações em sistemas microfluídicos.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como integrar materiais de troca iônica entre sistemas microfluídicos e como usar essa plataforma para pré-concentrar bioagentes.