Изготовление диполь-вспомогательной твердофазной экстракции микрочип для анализа следов металлов в проб воды

Общая цель данного протокола заключается в изготовлении инновационного микрочипа для твердофазной экстракции, предназначенного для определения следовых количеств ионов металлов в пробах воды за счет дипольных взаимодействий ионов. Этот метод предлагает интерактивную рабочую стратегию применения технологий питания твердофазных эффектов на чипах для анализа ионов металлов в следовых концентрациях. Разработанные чипы удерживают ионы металлов исключительно за счет статической силы дипольного электрода.

В целом, основные операции на чипах представляют собой быстрые процедурные инструкции. К ним относятся кондиционирование для активации неподвижной фазы и регенерация для предотвращения разрушения структуры среды. Процедуру продемонстрируют Ю-Чэнь Чжуан и Пэй-Чун Чао, аспиранты из лаборатории доктора Суна.

Для начала используйте программу САД, чтобы начертить схему сети чипа, как показано здесь. Сфокусируйте источник лазерного излучения, затем закрепите лист ПММА толщиной 2 mm на рабочем столе системы лазерной микрообработки. Выберите команду «печать» в программном обеспечении САД, после чего с помощью панели управления системы микрообработки установите мощность на 45% или 4.5 watts, скорость на 13% или 99.06 mm/s, а режим пера — VECT.

Обработайте лист ПММА с помощью системы лазерной микрообработки в соответствии с протоколом производителя. Здесь показано поперечное сечение установки относительно пластины. Затем просверлите в структурированной пластине три отверстия диаметром 1/16 дюйма, которые будут использоваться в качестве входов для образца, буфера и LU в нижней пластине.

Затем просверлите в крышке одно отверстие для сливного патрубка. Погрузите обработанные пластины в один литр 0,1% SDS и подвергните детали воздействию ультразвука с помощью осциллятора в течение десяти минут. После этого замените раствор SDS деионизированной водой.

Перемешивайте с помощью ультразвукового осциллятора в течение десяти минут. Замените остатки деионизированной воды одним литром свежей деионизированной воды, после чего снова погрузите обработанные пластины в раствор и подвергните ультразвуковой обработке в течение десяти минут в третий раз. Затем высушите каждую из очищенных пластин, обдувая их слабой струей азота в течение двух минут.

После высыхания совместите две обработанные пластины на глаз, а затем зажмите их между двумя стеклянными досками с помощью зажимов для бумаг. Поскольку в последующей сессии канал чипа будет модифицирован в ходе реакции фотосинтеза, с подложкой следует обращаться предельно осторожно, чтобы избежать повреждений поверхности. Это может помешать, если поверхность будет подвергаться облучению.

Затем соедините две пластины путем склеивания под давлением при 105 °C в течение 30 минут. После этого охладите «сэндвич» до комнатной температуры, снимите зажимы и стеклянные пластины. Вставьте трубки из полиэфирэфиркетона с внешним диаметром 1/16 дюйма в отверстия для доступа.

Затем тщательно смешайте два компонента эпоксидного клея и закрепите каналы с помощью этого двухкомпонентного эпоксидного клея. Оставьте эпоксидный клей для отверждения при комнатной температуре на двенадцать часов. Пропустите трубку через перистальтический насос в раствор насыщенного гидроксида натрия.

Подавайте раствор гидроксида натрия в канал со скоростью потока 100 µL в минуту в течение 12 часов. Удалите остатки раствора гидроксида натрия, после чего промойте внутреннюю поверхность канала деионизированной водой. Затем удалите остатки деионизированной воды и подайте в микрочип 0,5% раствор азотной кислоты.

Удалите остатки раствора азотной кислоты, затем настройте систему для подачи 50%-го раствора акриламида в микрочип в темноте. Подавайте раствор акриламида в микрочип со скоростью потока 100 µL в минуту в течение восьми часов. Затем удалите остатки раствора акриламида и промойте внутреннюю часть канала деионизированной водой.

По завершении промывки прокачайте воздух через микрочип, чтобы удалить остатки деионизированной воды, затем накройте микрочип изготовленной внутри лаборатории фотошаблоном, который позволяет подвергнуть воздействию света нужный участок экстракционного канала. Далее возьмите картридж для твердофазной экстракции с удалением ингибиторов и с помощью насоса промойте картридж этанолом в объеме, как минимум в три раза превышающем объем картриджа. Затем промойте картридж дихлорэтеном в соотношении 1:1 в объеме трех картриджей.

Поскольку смесь 1:1 дихлорэтена становится нестабильной после снятия ингибирования, полученную систему твердофазной экстракции с содержанием хлора следует использовать как можно скорее. Далее пропустите 1 mL смеси 1:1 дихлорэтена через обработанный картридж, после чего соберите фракцию в виалу для образцов объемом 20 mL, обернутую алюминиевой фольгой.

Затем перенесите 491 µL образца дихлорэтилена в соотношении 1:1 в раствор, содержащий 12 mg AIBN, 3.18 mL этанола и 1.65 mL гексанов, в стеклянном флаконе объемом 100 mL. С помощью шприца введите в канал чипа примерно 200 µL раствора для формирования SPE, содержащего хлор. После этого подвергните микрочип воздействию ультрафиолетового излучения с максимальной длиной волны излучения 365 nm в течение 10 минут.

Замените остаточный раствор, введя в канал 200 µL свежего раствора для формирования SPE, содержащего хлор, и снова подвергните микрочип УФ-облучению в течение 10 минут. Повторите этот процесс в общей сложности 18 раз. В завершение используйте перистальтический насос для промывки внутренней поверхности канала этанолом при скорости потока 100 µL/min в течение 30 минут.

По завершении промывки прокачайте воздух через микрочип, чтобы удалить остатки этанола. После удаления остатков раствора с помощью перистальтического насоса поместите изготовленный микрочип в зип-пакет для последующего использования. В процессе пошагового роста для мониторинга изменений поверхности проводились измерения краевого угла смачивания.

Изменения краевого угла однозначно указали на то, что в ходе процедур модификации произошли изменения поверхности. Для конечного продукта был измерен краевой угол 80,3 градуса. Наличие углеродно-хлорных фрагментов в модифицированном ПММА было подтверждено с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией.

По сравнению с результатами, полученными при абляции чистого ПММА, при абляции ПММА, модифицированного углерод-хлорными фрагментами, ожидаемо наблюдались отчетливые сигналы хлора. Для дальнейшего подтверждения присоединения углерод-хлорных фрагментов к ПММА были собраны спектры комбинационного рассеяния. В спектре модифицированного ПММА наблюдались два характерных пика, связанных с асимметричным валентным колебанием связи углерод-хлор, при 682 cm⁻¹ и 718 cm⁻¹, что свидетельствует об успешном присоединении.

Дипольные электростатические взаимодействия, имеющие важное значение для экстракции на чипе при анализе микроколичеств металлов, были измерены в данной работе с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии в области края поглощения (XANES). Результаты показывают, что модифицированная поверхность обладает сильным взаимодействием с ионами марганца 2+. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как изготовить микрочип для твердофазной экстракции (ТФЭ) с дипольным усилением. Этот метод открыл исследователям в области наук об окружающей среде путь к определению присутствия ионов металлов, которые вызывают серьезное загрязнение и влияют на токсикологический компонент природных вод.

После освоения данный метод может быть применен для управления окружающей средой и предотвращения загрязнения.