Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Su Örneklerinde Eser Metal Analizi için Dipol destekli Katı Faz Ekstraksiyon Microchip Fabrikasyon

Published: August 7, 2016 doi: 10.3791/53500
Automatic Translation
*1, *2, 1, 1, 1, 3, 4, 1
1Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences, National Tsing Hua University, 2Center for Measurement Standards, Industrial Technology Research Institute, 3National Synchrotron Radiation Research Center, 4Department of Chemistry, National Changhua University of Education
* These authors contributed equally

Abstract

Bu kağıt, su örneklerindeki eser metal analizi için kullanılabilir bir dipol destekli katı faz ekstraksiyon (SPE) mikroçip için bir fabrikasyon protokolü açıklanır. çipli SPE teknikleri evrim kısa bir bakış sağlanır. Bu özel polimerik malzemelerin giriş ve Spe rolleri izlemektedir. Yenilikçi bir dipol destekli SPE tekniğin geliştirilmesi, SPE özelliğe-ihtiva-eden bir klor (Cl), bir poli (metil metakrilat) (PMMA), mikroçip yerleştirildi. Burada, temas açısı analizi, Raman spektroskopik analizi ve lazer ablasyon-indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi dahil olmak üzere çeşitli analitik teknikler (LA-ICP-MS) analizi C-Cl parçalarının implantasyon protokolünün programı doğrulamak için istihdam edildi PMMA. X-ışını soğurma yakın kenar yapısının analiz sonuçları (XANES) analiz, dipol sayesinde bir ekstraksiyon ortamı olarak kullanılmaktadır Cı-içeren PMMA uygulanabilirliğini ortayayüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları ile iyon etkileşimleri.

Introduction

çevre yönetimi ve kirlilik önleme bakış açılarından, ciddi kirlilik veya toksikolojik problemler dünya çapında bir endişe neden metaller iz. Çiğ örneklerinde beklenmedik birlikte mevcut kimyasal türler genellikle izleri miktarlarda mevcut analitlerin doğru belirlenmesi engel çünkü örnek ön tekniği yaygın, işleme ve çipli platformlar aracılığıyla gerçek örneklerini analiz başarının anahtarı olarak kabul edilmiştir on-chip uygun bir örnek temizleme ve aynı anda yapılacak analit önderiştirme izin bu teknik karmaşık tuz matrislerinden metal iyonlarının izolasyonu için son derece yararlıdır çünkü. mevcut teknikleri arasında 1, on-chip katı faz ekstraksiyon (SPE), eser metal analizleri için özellikle popüler. 2,3

eser metallerin belirlenmesinde kullanılan on-chip SPE teknikleri ilerlemesi sürekli gelişmektedir. ilk günlerinde, to fiş reçineden dolu SPE birimleri oluşturmak için mikro halinde ticari olarak temin edilebilen reçine yükleme hazırlandı SPE. 4-7 Bu arada, reçine retainable formlara metal iyonlarının dönüşümü sağlamak için türetilmiş olan analiti gerektirir. 4, alternatif bir yöntem, çipli SPE cihazların hazırlanması için basit yüzey modifikasyonu sonra eser metallerin toplanması için bir SPE sorbent olarak çip kanalını kullanmaktır. 8 Son yıllarda manyetik nanopartiküller (MNPS) ve özel kimyasalların birleşme içeren yükselen bir eğilim gördük metal iyonlarının etkili bir tutma kapasitesine sahip fonksiyonel grupları içeren. Ticari reçineler aksine, MNPS gibi harici bir manyetik alan T yardımıyla mikro içine paketlenir sonra γ-merkaptopropiltrimetoksisilan (γ-MPTS) 9 ve aminobenzil etilendiamintetraasetik asit (ABEDTA), 10 gibi bileşikler ile modifiyeolan metal iyonlarının seçici ekstraksiyon elde eder.

on-chip SPE tekniklerinin geliştirilmesinde önemli bir ilerleme tanık olmasına rağmen, bildirilen teknikler genellikle iyon değişimi veya şelasyon ya göre çalışmayabilir. Bu gibi tekniklerin kullanılması klima, yıkama ya da rejenerasyon ile ilişkili analitik performansını korumak için dahil olmak üzere, kaçınılmaz çalışma prosedürleri, gerektirmesi gibi sakıncalara sahiptir. Ne yazık ki, ek operasyonel işlemleri için ihtiyaç her analiz için gerekli zamanı uzatır kalmayıp yüksek boş değerler ve 'tekrarı sonuçlar sebep olma riski. 11 Bu nedenle, on-chip SPE teknikleri için strateji çalışan alternatif bir eser metal analizleri için zorunludur.

1993 yılında, Watt ve Chehimi 12 metal iyonları polimerik malzemelerin doğru bir tutma eğilimi ve analitlerin bu en verimli bir klor (Cl) -containi tutulan bulundung polimerik malzeme, sodyum iyonları dışında, poli (vinil klorür) (PVC). Bu nedenle, 2002 yılında, Eboatu ve ark., 13 ayrıca PVC çözümlerden bazı toksik metal haciz bildirdi. Bu analit zenginlestirme ve tuz matris ortadan kaldırılması için üstün özellikler sergiledi polimerik malzemeler Cl içeren belirtti Çünkü, Cl içeren SPE işlevselliği ile çipli cihazlar tayini için yeni bir on-chip SPE tekniğinin geliştirilmesi için cazip bir strateji kabul edildi metal iyonlarını iz. Bu tür fabrikasyon kolaylığı, istenilen kimyasal / mekanik özellikleri ve optik netlik olarak düşünüldüğünde malzeme özellikleri, 14,15 bu çalışma microdevice imal etmek poli (metil metakrilat) (PMMA) yararlandı. Daha sonra, Cı-içeren SPE işlevi eser metal iyonlarının tespiti için yeni bir çip üzerinde SPE tekniğin geliştirilmesi için imal edilmiş bir cihaza yerleştirildi. 16

Remarkably, kanal iç oldukça elektronegatif C-Cl kısımları ve pozitif yüklü metal iyonları arasındaki dipol-iyon etkileşimleri yenilikçi çıkarma mekanizmasının güven yol açan genel on-chip SPE işlemleri sırasında alınan önlemleri önlemek için mümkün kılar aşırı ayıraç kullanımı ya da ek adımlar ilişkilendirilen eylemi nedeniyle ya kirlenme dramatik bir azalma. Bu katkı sağlanan protokol işleri için dipol-destekli SPE mikroçip imal etmek farklı kökenden gelen araştırmacılar sağlayacaktır. fabrikasyon mikroçip için detaylı karakterizasyonu prosedürleri de tarif edilmiştir.

Protocol

Dikkat! Bazı kimyasal maddeler (örneğin, akrilamid, 1,1-dikloretan), bu işlemlerde kullanılan akut toksik ve kanserojendir. Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) bakın. deneyler yaparken uygun güvenlik uygulamalarını takip edin.

Not: Aksi belirtilmediği sürece, bir Sınıf 100 laminar akış başlığı içinde, ortam sıcaklığında işlemleri yürütmek.

Dipol-destekli SPE Microchip 1. Fabrikasyon

  1. PMMA Microchip hazırlanması
    Not: çip imalat protokolü başka yerlerde tarif edilene benzer 8.
    1. Çipin ağ deseni çizin (Şekil 1 (a)) üreticinin protokolüne göre bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanılarak.
    2. PMMA levha monte çalışma masasında (350 mm (L) 20 mm (W) x 2 mm (H) x)Daha sonra lazer mikro sistemi ve vakumlu levha yüzeyi üzerinde lazer kaynağı odaklanır.
    3. Mikro sistemi kontrol paneli sayesinde CAD yazılımı Yazdır seçin ve ardından% 45 (4.5 W),% 13 (99.06 mm sn-1) olarak Güç, Hız ve Kalem Mod ayarlayın ve vect.
      Not: Kanal özelliklerini etkileyen bu tür Güç, Hız ve Kalem Modu gibi parametreler önceden araştırıldı. Değerlendirme yöntemi karmaşık akademik amaçlar olmadan kanallar için makineye adaptasyonu için uygun bir kanal kullanılmıştır Yuan ve Dasa. 17 Bu çalışmada seçilen parametreler tarafından önerilen benzer oldu. İnsanlar ihtiyaç doğrultusunda lazer işleme için başka bir koşul seçebilirsiniz.
    4. . Üreticinin protokolüne uygun olarak lazer mikro sistemi tarafından çekilen kalıp ve makine PMMA Baskı Şekil 1 (b) 1 (c) Şekil. fabrikasyon mikroçip düzenini görüntüler işlenmiş plaka kesitinin fotoğrafı görüntüler.
      Lazer radyasyonuna maruz kalma nedeniyle ciddi göz hasarı önlemek için lazer sistemi kullanılarak Dikkat! Gözlük takın. Uygun bir egzoz sistemi nedeniyle lazer işleme sırasında duman / duman üretimi tavsiye edilir.
    5. Kapak plakası, Şekil 1, bir birleşik çıkış için örnek bir giriş yeri, bir tampon girişi ve alt plaka üzerinde yıkama sıvısı giriş ve biri için matkap üç 1/16 inç çapında bir giriş delikleri (B).
      ! Dikkat fiziksel yaralanmaları önlemek için işleme prosedürleri sırasında matkap ucu ile vücut temasından kaçının. delerken eldiven giyen yasaklanmıştır.
    6. 10 dakika boyunca ultrasonik osilatör ile% 0.1 çalkalanarak 1 L'lik bir kap (w / v) sodyum dodesil sülfat (SDS) çözeltisi 1 L işlenmiş plakaları bırakın.
    7. w SDS çözümü değiştirini deiyonize su ve 10 dakika boyunca ultrasonik osilatör ile çalkalayın.
    8. Taze bir rezidüel DI H2O değiştirin ve 10 dakika boyunca ultrasonik osilatörle ile çalkalanarak DI H2O 1 L işlenmiş plakaları bırakın. Daha sonra, 2 dakika süre ile hafif bir azot akımı ile temizlenen her plaka kurutun.
    9. Çıplak gözle iki işlenmiş tabak hizalayın ve sonra bağlayıcı klipleri kullanarak iki cam kurulları arasındaki iki tabak sandviç.
    10. 30 dakika boyunca 105 ° C'de basınç altında iki tabak da bağlayın.
    11. ortam sıcaklığına sandviç soğutun ve daha sonra bağlayıcı klipleri ve cam panoları çıkarın.
    12. erişim deliklere 1/16 inç dış çaplı poli (etheretherketone) (PEEK) tüpleri yerleştirin ve sonra bir iki bileşenli epoksi bazlı yapıştırıcı ile kanalları sabitleyin.
    13. 12 saat için çevre sıcaklığında yapışkan kurutun.
  2. PMMA Microchip Kanal İçişleri Modifikasyonu
    Not:. Aşağıdaki kısmen hafif değişiklikler yayınlanan prosedürlere atıfta 8,18,19
    1. 12 saat (72 mL toplam satış hacmi) için mikroçip bir peristaltik pompa ile 1-100 ul dk'lık bir akış hızında bir doymuş sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi sunmak.
    2. Bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 100 ul dk'lık bir akış oranında DI H2O ile kanal iç yıkayın - 30 dakika (3 mL toplam satış hacmi) bir peristaltik pompa vasıtasıyla 1.
    3. H2O kalıntı DI çıkarmak ve daha sonra 100 ul dk'lık bir akış oranında mikroçip bir% 0.5 (h / h), nitrik asit (HNO 3) bir çözüm sunmak - 30 dakika (3 mL toplam hacim için peristaltik bir pompa aracılığıyla 1 ).
    4. Bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 100 ul dk'lık bir akış oranında karanlıkta mikroçip içine akrilamid çözeltisi (ağ / hac)% 50 teslim - 1 V8 saat (48 ml toplam teslim hacmi) için ia peristaltik pompa.
    5. Bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 100 ul dk'lık bir akış oranında DI H2O ile kanal iç yıkayın - 30 dakika (3 mL toplam satış hacmi) bir peristaltik pompa vasıtasıyla 1.
    6. Peristaltik bir pompa ile artık DI H 2 O kaldırmak için hava pompası ve daha sonra ışığa maruz kalması çıkarma kanalının istenilen bölgesini sağlayan bir in-house inşa photomask ile mikroçip kapsamaktadır.
      Not: in-house inşa photomask bir siyah kağıt yapılmış açık bir pencere (94 mm (L) 2 mm (W) x) içeren istenen bölgeyi izin (114 mm (L) 22 mm (W) x) ekstraksiyon kanalının ışığa maruz.
    7. Cl-İçeren SPE Formasyonu Çözüm hazırlanması
      1. etanol en az üç kartuş hacimleri tutarındaki inhibitör kaldırma SPE kartuşu yıkayın.
      2. 1,1'-dikloroeten kartuşu yıkayınkullanımdan önce en az üç kartuş hacimleri tutarında.
      3. tedavi kartuşundan 1,1'-dikloroeten 1 ml geçmek ve daha sonra, alüminyum folyo ile sarılmış bir numune şişesi içine kısmını (20 mi) toplanır.
      4. 491 ul 1,1 'dikloretan 12 mg 2,2'-azobisizobütironitril (AIBN), 3.18 mi etanol ihtiva eden çözelti içine, 100 ml bir cam şişe içinde 1.65 mL heksanlar ekleyin.
    8. 10 dakika (ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm için 365 nm maksimum emisyon dalga boyu radyasyon (UV 365) şırınga enjeksiyonu ile Cl-içeren SPE oluşumu çözeltisi (yaklaşık 200 ul) ile talaş kanalını doldurun ve sonra ultraviyole mikroçip maruz -2).
      Dikkat uygun bir egzoz sistemi, çünkü UV ışınlaması sırasında ozon üretimi, tavsiye edilir.
    9. Şırınga enjeksiyonundan tarafından yeni bir Cl içeren SPE formasyonu çözeltisi (yaklaşık 200 ul) ile artık çözüm değiştirinction ve sonra tekrar 10 dakika süreyle 365 radyasyon UV (ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm -2) için mikroçip maruz bırakmaktadır.
    10. Tekrarlayın Adım 1.2.9 18 kez.
    11. 30 dakika (3 mL toplam satış hacmi) için peristaltik bir pompa aracılığıyla 1-100 ul dakika akış hızında, etanol ile kanal iç durulayın. peristaltik bir pompa ile bir artık çözeltinin uzaklaştırılmasından sonra, daha sonraki kullanım için bir fermuarlı torba imal mikroçip saklayın.

PMMA Modifikasyon 2. Yüzey Doğrulama

  1. Temas Açısı Analizi
    1. PMMA levhanın kesilmesi lazer mikro sistemi (50 mm (U), 20 mm x (W) x 2 mm (H)) PMMA sübstratlara (350 mm (U), 20 mm (G) x 2 mm (Y) x) .
    2. 50 ml konik bir tüp içinde bir NaOH çözeltisi, doymuş 40 ml PMMA substratlar bırakın ve daha sonra 12 saat için sallanan bir sallayıcı cihaz aracılığıyla elde edilen karışımları çalkalayın.
    3. P durulama ardından kalıntı çözüm kaldırmak ve40 ml DI H2O ile MMA yüzeyler
    4. 40 mi DI H2O PMMA substratlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    5. Kalan DI H 2 O. kaldır % 0.5 (h / h) HNO 3 çözelti, 40 ml'lik bir PMMA substratlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    6. artık çözüm çıkarın. % 50 (ağırlık / hacim) akrilamid çözeltisi 40 ml PMMA substratlar bırakın ve daha sonra 8 saat karanlıkta sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    7. Bir artık çözeltinin ayrılması ve sonra da 40 mi DI H2O PMMA substratlar yıkayın
    8. DI H2O 40 ml PMMA substratlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    9. Artık DI H2O çıkarmak ve daha sonra 2 dakika boyunca hafif bir azot akımı ile, her PMMA alt-tabakanın kuru.
    10. hazırlanmasıSPE formasyonu Çözüm Cı-İçeren
      1. etanol en az üç kartuş hacimleri tutarındaki inhibitör kaldırma SPE kartuşu yıkayın.
      2. 1,1 dikloretan kullanımdan önce en az üç kartuş hacimleri tutarında kartuşu yıkayın.
      3. tedavi kartuşundan 1,1'-dikloroeten 6 ml geçmek ve daha sonra, alüminyum folyo ile sarılmış bir numune şişesi içine kısmını (20 mi) toplanır.
      4. 120 mg AIBN, 31.8 mL etanol ve 100 ml bir cam şişe içinde 16.5 ml, hekzan ihtiva eden çözelti içine 4.91 ml 1,1-dikloretan ekleyin.
    11. 10 dakika (ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm-2) 365 radyasyon UV tabakaları ortaya ardından PMMA substratların yüzeyleri üzerine Cı-ihtiva eden SPE formasyonu çözeltisi 2 mi uygulayınız.
      Dikkat uygun bir egzoz sistemi, çünkü UV ışınlaması sırasında ozon üretimi, tavsiye edilir.
    12. artık Solu değiştirinDaha sonra 2 taze Cl içeren SPE formasyonu solüsyonu ile yon tekrar 10 dakika süreyle 365 radyasyon UV (ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm -2) substratlar maruz bırakmaktadır.
    13. Tekrarlayın Adım 2.1.12 18 kez.
    14. bir artık çözeltinin ayrılması ve sonra da 50 ml konik bir tüp içinde 40 ml etanol ile PMMA substratlar yıkayın.
    15. Bir artık çözeltinin ayrılması ve sonra da 40 mi DI H2O PMMA substratlar yıkayın
    16. Artık DI H2O çıkarmak ve daha sonra 2 dakika boyunca hafif bir azot akımı ile, her PMMA alt-tabakanın kuru.
    17. PMMA yüzeyler üzerine 5 ul DI H 2 O bırakın ve üreticinin protokolüne göre bir temas açısı metre ile temas açısını belirler.
      Not: her bir durumda, rapor temas açılarını belirlemek için üç tekrarlanan ölçümlerin ortalamasını kullanın.
  2. -Inductively Plazma-Kütle Spektrometre (ICP-MS) Analizi <Coupled Lazer Ablasyon (LA)/ Strong>
    1. harç ve tokmak aracılığıyla PMMA tozları içine PMMA boncuk 8 g öğütün.
    2. 50 ml konik bir tüp içinde bir NaOH çözeltisi, doymuş 40 ml PMMA tozlar bırakın ve daha sonra 12 saat için sallanan bir sallayıcı cihaz aracılığıyla elde edilen karışımları çalkalayın.
    3. 5 ml uçları olan bir dijital pipetle bir artık çözeltinin ayrılması ve sonra da 40 mi DI H2O PMMA tozlar yıkayın
    4. 40 mi DI H2O PMMA tozlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    5. Kalan DI H 2 O. kaldır % 0.5 (h / h) HNO 3 çözeltisi 40 ml PMMA tozlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    6. artık çözüm çıkarın. % 50 (ağırlık / hacim) akrilamid çözeltisi 40 ml PMMA tozlar bırakın ve daha sonra 8 saat karanlıkta sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    7. artık çözüm kaldırmak ve daha sonra PMMA tozları zekâ durulamaDI H 2 O. h 40 ml
    8. DI H2O 40 ml PMMA tozlar bırakın ve daha sonra 30 dakika boyunca bir sallanan çalkalayıcı ile elde edilen karışımlar çalkalayın.
    9. Artık DI H2O çıkarın ve daha sonra 8 saat süre ile 60 ° C 'de PMMA tozlar fırında.
    10. Cl-İçeren SPE Formasyonu Çözüm hazırlanması
      1. etanol en az üç kartuş hacimleri tutarındaki inhibitör kaldırma SPE kartuşu yıkayın.
      2. 1,1 dikloretan kullanımdan önce en az üç kartuş hacimleri tutarında kartuşu yıkayın.
      3. tedavi kartuşundan 16 mi 1,1-dikloretan geçmek ve daha sonra, alüminyum folyo ile sarılmış bir numune şişesi (20 mL) içinde bir kısmını toplamaktadır.
      4. 250 ml'lik bir cam şişeye 360 ​​mg AIBN, 95.4 mL etanol ve 49.5 ml, hekzan ihtiva eden çözelti içine 14.73 ml 1,1-dikloretan ekleyin.
    11. A Cı-ihtiva eden SPE formasyonu çözeltisine 6 ml PMMA tozlar karıştırın50 ml konik tüp, ve aynı şekilde bir 24 oyuklu doku kültürü plakası, altı kuyu içine konik tüp karışımının 1 ml aktarın.
    12. PMMA kurulu ile doku kültürü plakası Kapak ve daha sonra 10 dakika (ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm -2) için 365 radyasyon UV doku kültürü plakası maruz kalmaktadır.
      Dikkat uygun bir egzoz sistemi, çünkü UV ışınlaması sırasında ozon üretimi, tavsiye edilir.
    13. Her bir taze Cı-ihtiva eden SPE formasyonu çözeltisi 1 ml bir artık çözeltinin yerine ve tekrar 10 dakika süre ile 365 radyasyon (UV ışık yoğunluğu ~ 2.65 mW cm-2) doku kültürü plakası maruz kalmaktadır.
    14. Tekrarlayın Adım 2.2.13 18 kez.
    15. bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 1 mi etanol ile her bir PMMA tozlar yıkayın.
    16. Bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 1 ml Dİ H2O ile her bir PMMA tozlar durulama
    17. <Kalıntı DI H kaldıralt> 2 O ve daha sonra 8 saat süre ile 60 ° C 'de PMMA tozlar fırında.
    18. Bir hidrolik pres makinesi aracılığı ile pelet kurutularak toz (1 g) sıkıştırmak ve daha sonra bir LA-ICP-MS sistemi ile Cl işaretini ölçer.
      Not: m Cl için sinyal / z 35 implante Cı-Cı kısımları için bir gösterge olarak seçilmiştir.
      Bir 193-nm lazer ablasyon kaynağı olarak kullanıldı. Enerji, Fluence, Spot Boyutu ve Tekrar Oranı% 75, 8.85 J cm -2, 100 um ve 5 Hz olarak belirlenmiştir. Her sonuç için en az 7 tekrarlanan ölçümler istendi. LA-ICP-MS analitik prosedürler yerde yayımlanmamış prosedürleri bakın. 20
  3. Raman Spektroskopisi
    1. 2.2.17 Adım Adım 2.2.1 den protokolü gerçekleştirin.
    2. Bir hidrolik pres makinesi aracılığı ile pelet kurutularak toz (1 g) sıkıştırın ve bir Raman spektrometresi ile spektrumları alır.
      Not: photoexcitation kaynağı olarak 100 mW maksimum lazer gücü ile 780 nm lazer hattı kullanın. 550 900 cm arasında değişen Raman spektrumunun bölgesini kullanın -1 PMMA C-Cl kısımların eki araştırmak.

Dipol-destekli SPE Reaksiyonu 3. Karakterizasyonu

  1. 2.2.17 Adım Adım 2.2.1 den protokolü gerçekleştirin.
  2. % 20 manganez nitrat tetrahidrat (w / v) (Mn (NO 3) 2 4H 2 O) çözeltisi, 5 ml 0.5 g PMMA tozlar bırakın ve daha sonra aynı şekilde 5 mi 40 mM maleat tampon solüsyonu ile elde edilen karışımlar karıştırın.
  3. Saf HNO 3 çözeltisi kullanılarak 8 değerine elde edilen karışımların pH ayarlama ve daha sonra 1 saat için sallanan bir sallayıcı ile karışımları çalkalayın.
  4. bir artık çözeltinin ayrılması ve daha sonra 8 saat süre ile 60 ° C 'de PMMA tozlar fırında. X-ışını Akustik alüminyum folyo ile sarılmış 15 ml konik bir tüp içinde tozlar saklayınption yakın kenar yapısı (XANES) analizi.
    Not: Mn K-kenar spektrumları 07A ve Ulusal Sinkrotron Radyasyon Araştırma Merkezi (NSRRC, Hsinchu, Tayvan) ve 17C1 ışın demetleri kullanılarak toplanmıştır XANES. elektron depolama halkası 1.5 GeV enerji ve 100-200 mA akımda ile ameliyat edildi. Bir Si (111), çift kristal monokromatörü gücü 15 keV 1 enerjisiyle yüksek monokromatikleştirilmeyen foton kirişler sağlanması ve çözülmesi için kullanılan (E / AE) 5,000.The foton enerjisinin kadar bilinen Mn kullanılarak Mn standartları ile kalibre edilmiştir K 6539,0 eV kenar emme dönüm noktası. Önerilen SPE reaksiyonun karakterizasyonu için dipol-iyon etkileşimlerini araştırmak için kullanıldı eV 6530 ila 6570 Mn, K-kenar bölgesinde spektrumları XANES.

Representative Results

Şekil 2, PMMA mikroçip kanal değiştirme işlemleri sırasında ortaya çıkan reaksiyon göstermektedir. Temas açısı analizi, önerilen prosedürler sırasında yüzey değişiklikleri izlemek için kullanılmıştır. Bir LA-ICP-MS sistemi ve dağıtıcı Raman spektrometresi Cı-Cl başarıyla modifikasyonu doğrulamak için kullanılmıştır PMMA alt-tabaka üzerinde oluşumunu kısmının (Şekil 3 (a), (b)). Önerilen dipol destekli SPE reaksiyon XANES analizi (Şekil 4) ile karakterize edilmiştir.

Şekil 1
Şekil 1. PMMA mikroçip. (A) 'fabrikasyon mikroçip için desen dosyasının anlık. (B) imal mikroçip Düzeni: S, E ve B numunesi, yıkama sıvısı ve buf için giriş portları temsilfer çözeltiler sırasıyla; O çıkışını temsil ediyor. siyah daire her delinmiş erişim deliğini temsil eder. Örnek ve tampon çözeltileri oluşturmak için kullanılan, kanallar, her iki emme kanalı ile 30 ° 'lik bir açı oluşturduğu. birleşik çıkışına numune ve tampon çözeltilerin akım yakınsaması alanına mesafe olarak tanımlanan etkin bir ekstraksiyon kanalının uzunluğu, 94 mm idi. (C) işlenmiş levha enine kesitinin fotoğrafıdır. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
PMMA mikroçip için kanal değişiklik Şekil 2. Şema. Ek photogrAPHS sırayla elde edilen ürüne karşılık gelen temas açısına göstermektedir. Temas açısı, bir su damlasının bir görüntü kullanılarak belirlenmiştir. Üç tekrarlı ölçümün ortalaması, her durumda rapor iletişim açılarının tespit edilmesi için kullanıldı. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
PMMA değişiklik Şekil 3. Yüzey doğrulama. (A) Cl için sinyal C-Cl kısımları ile modifiye PMMA ve PMMA hem kesip elde edilir. içerlek her birini elde etmek sinyale karşılık gelen ablasyon konumlarını göstermektedir. (B) yerli Raman spektrumları ve PMMA değiştirdi. Referans çoğaltılamaz. izniyle 16Royal Society of Chemistry. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4. Mn, K-kenar Mn 2 + iyonları ile tedavi PMMA değiştirilmiş ve değiştirilmiş PMMA spektrumları XANES. Modifiye PMMA spektrumları kırmızı çizgi olarak sunuldu. Absorpsiyon spektrumları gösterilen modifiye PMMA yüksek elektronegatif C-Cl kısımları ve Mn 2+ iyonları arasındaki etkileşimler mavi hat olarak sunuldu. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

Bir dipol destekli SPE mikroçip hazırlanması için ayrıntılı prosedürler yukarıda sunuldu. Bu bölümde, PMMA C-Cı kısmı ve eser metal iyonlarının tespiti için bir ekstraksiyon ortamı olarak kullanılmıştır Cı-içeren PMMA, fizibilite implantasyonu ile ilgili değişiklik, protokol yarar vardır adım adım değerlendirildi. Yüzey doğrulama amaçlı, örnek tipi analitik cihazlar ile uyumluluğu temelinde seçildi. Diğer bir deyişle, benzer bir işlem ile hazırlanan deney numuneleri türleri analitik aletlerin gereklerine uygun olarak tespit edilmiştir. Örneğin, bir toz paketleme tipi örnek LA-ICP-MS, Raman spektroskopik kullanıldı oysa bir alt tabaka tipi örneği, temas açısı ölçümü için kullanılan ve XANES analiz eder.

Başlangıçta, kimyasal işlevleri ataşe tarafından uygulanan değişimini izlemek içinTeklif edilen usul ve esnasında PMMA'nın yüzeyine d, her bir aşama gerçekleştirildi tekabül eden elde edilen bir ürün için bir temas açısı analiz (Şekil 2). Şekil 2'de de gösterildiği gibi, temas açısının değişiklikler açık yüzey değişiklikleri modifikasyon işlemleri sırasında meydana gelen, ve daha önce sonuçları rapor ile uyum içinde olan son ürün için ölçülmüştür 80.3 ° ± 0.43 ° 'lik temas açısı göstermiştir. 21

Buna ek olarak, modifiye PMMA C-Cl parçalarının varlığı da LA-ICP-MS analizi ile teyit edilmiştir. Yerel PMMA kesip çıkarılması yoluyla elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında, Cl için farklı sinyaller, C-Cl kısımları ile PMMA ablasyon ile beklentiler dahilinde gözlenmiştir (Şekil 3 (a)).

Raman spektrumları daha PMMA C-Cı parçalarının ek doğrulanması için toplanmıştır. Figu gösterildiği gibi3 (b) Re, CCI 2 asimetrik gerilme titreşim ile bağlantılı iki karakteristik tepe noktaları 682 cm-1 ve 718 cm-1 PMMA spektrumunda gözlenen edildi ve Willis ve arkadaşları tarafından rapor edilen sonuçlar şu şekilde oldukça iyi bir anlaşmanın . 22 ve HENDRA ve ark., 23, diğer bir deyişle, PMMA C-Cı parçalarının ek başarılı modifikasyonundan sonra elde edilebilir.

Ayrıca, bu çalışmada önerilen çıkarma mekanizmasını açıklığa kavuşturmak için, XANES analizi kullanılmıştır. Şekil 4'te gösterildiği gibi, yüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları arasındaki etkileşimler, Mn + 2 iyonları ile muamele PMMA tekabül XANES spektrumu baskın soğurma kenarı varlığı ile teyit edilebilir. Böylece, dipol-elektrostatik etkileşimler gerçekten tr on-chip çıkarma uygulanabilir olacaktırace metal analizleri. Tayvan'da iki nehrin toplanan su örneklerinde ayrıntılı analiz sonuçları başka bir yerde tarif edilmiştir. 16

Bildiğimiz kadarıyla, bu eser metal iyonlarının belirlenmesi için yonga üzerinde SPE reaksiyonunda yenilikçi bir çalışma stratejisi kullanan ilk girişimi, ve gelişmiş aygıt diğer on-chip SPE teknikleri ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde dayanıklı olduğunu (yani fazla 160 analitik işleri) çıkarma verimliliği açısından önemli bir bozulma olmadan elde edilebilir. Bu çıkarma mekanizması esas olarak, yüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları ile olan etkileşimleri dayanıyordu çünkü Bununla birlikte, önerilen teknik kadar negatif yüklü türlerin çıkarılması için uygun olmadığı tahmin edilmiştir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AutoCAD Autodesk N/A http://www.autodesk.com/education/free-software/autocad
Poly(methyl methacrylate) (PMMA) sheet Kun Quan Engineering Plastics N/A 350 mm (L) x 20 mm (W) x 2 mm (H). The glass transition temperature (Tg) of PMMA sheets is ranged from 102–110 °C. The UV transmittance of the PMMA at 365 nm is 91.2%.
Micromachining system Laser Life LES-10 Maximum laser power: 10 W. Maximium engraving speed: 762 mm sec−1.
High-resolution optical microscope Ching Hsing Computer-Tech FS-230
Power Image Analysis system (PIA) Ching Hsing Computer-Tech PIA V16.1
Multi drilling machines N/A LT-848
Deionized water (D. I. H2O) Millipore Milli-Q Integral 5 System
Sodium dodecyl sulfate (SDS) J. T. Baker 4095-04
Ultrasound oscillator Elma Transsonic Digital
Glass board N/A N/A 160 mm (L) x 35 mm (W) x 2 mm (H); fragile
Binder clip SDI 0234T-1 http://stationery.sdi.com.tw/product_detail.php?Key=322&cID=55&uID=6
Precision oven Yeong Shin DK-45
Poly(etheretherketone) (PEEK) tube VICI JR-T-6002 (0.5 mm i.d.); JR-T-6001 (0.25 mm i.d.)
Polymer tubing  cutter Upchurch Scientific A-327
Two-component epoxy-based adhesive Richwang N/A Skin irritative. The major components are an epoxy resin and a hardener.
Peristaltic pump Gilson Minipuls 3
Peristaltic tube Gilson F117934
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma–Aldrich 30620
Nitric acid (HNO3) J. T. Baker 959834
Acrylamide (prop-2-enamide, C3H5NO) Sigma–Aldrich A8887 Acutely toxic and carcinogenic
In-house-built photomask N/A N/A The in-house-built photomask was made of a black paper (114 mm (L) × 22 mm (W)) that contained an open window (94 mm (L) × 2 mm (W)) allowing the desired region
1,1-Dichloroethylene Sigma–Aldrich 163032 Acutely toxic and carcinogenic
Cartridge Dikma ProElut AL-B 
2,2-Azobisisobutyronitrile (AIBN, C8H12N4) Showa Chemical  0159-2130
Ethanol Sigma–Aldrich 32221
Hexanes (C6H14) Millinckrodt Chemical 5189-08
In-house-built irradiation system Great Lighting (UV-A lamp) N/A An opaque box with an UV-A lamp (40 W, maximum emission at 365 nm)
Glass vial Yeong Shin 132300019 Fragile
Aluminum foil Diamond N/A
Conical tubes with screw caps labcon 3181-345-008 (50 mL); 3131-345-008 (15 mL)
Rocking shaker TKS RS-01
Contact angle meter First Ten Angstroms FTA 125
PMMA bead Scientific Polymer Products 037A
Mortar and pestle, agate  Yeong Shin 139000004 Fragile
Tissue culture plate AdvanGene Life Science Plasticware AGC-CP-24S-50EA 24-Well, non-treated, sterilized
Hydraulic press Panchum Press-200
Laser ablation New Wave Research NWR193
Inductively coupled plasma-mass spectrometer Agilent Technologies Agilent 7500a
Glass bottle DURAN 21801245 (100 mL); 21801365 (250 mL)
Dispersive Raman spectrometer Thermo Fisher Scientific Nicolet Almega XR
Manganese nitrate tetrahydrate (Mn(NO3)2×4H2O) Sigma–Aldrich 63547
Maleic acid disodium salt hydrate (C4H4Na2O5) Sigma–Aldrich M9009
X-ray absorption near edge structure (XANES)  N/A N/A The Mn K-edge XANES analyses were conducted at 07A and 17C1 beamlines of the National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) in Taiwan.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. De Mello, A. J., Beard, N. Dealing with 'real' samples: sample pre-treatment in microfluidic systems. Lab Chip. 3 (1), 11-19 (2003).
  2. Lichtenberg, J., de Rooij, N. F., Verpoorte, E. Sample pretreatment on microfabricated devices. Talanta. 56 (2), 233-266 (2002).
  3. Song, S., Singh, A. K. On-chip sample preconcentration for integrated microfluidic analysis. Anal. Bioanal. Chem. 384 (1), 41-43 (2006).
  4. Lafleur, J. P., Salin, E. D. Pre-concentration of trace metals on centrifugal microfluidic discs with direct determination by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Anal. At. Spectrom. 24 (11), 1511-1516 (2009).
  5. Xue, S., Liu, Y., Li, H. -F., Uchiyama, K., Lin, J. -M. A microscale solid-phase extraction poly(dimethylsiloxane) chip for enrichment and fluorescent detection of metal ions. Talanta. 116, 1005-1009 (2013).
  6. Khoai, D. V., Kitano, A., Yamamoto, T., Ukita, Y., Takamura, Y. Development of high sensitive liquid electrode plasma-Atomic emission spectrometry (LEP-AES) integrated with solid phase pre-concentration. Microelectron. Eng. 111, 343-347 (2013).
  7. Khoai, D. V., Yamamoto, T., Ukita, Y., Takamura, Y. On-chip solid phase extraction-liquid electrode plasma atomic emission spectrometry for detection of trace lead. Jpn. J. Appl. Phys. 53 (5S1), 1-5 (2014).
  8. Shih, T. -T., Chen, W. -Y., Sun, Y. -C. Open-channel chip-based solid-phase extraction combined with inductively coupled plasma-mass spectrometry for online determination of trace elements in volume-limited saline samples. J. Chromatogr. A. 1218 (16), 2342-2348 (2011).
  9. Chen, B., et al. Magnetic solid phase microextraction on a microchip combined with electrothermal vaporization-inductively coupled plasma mass spectrometry for determination of Cd, Hg and Pb in cells. J. Anal. At. Spectrom. 25 (12), 1931-1938 (2010).
  10. Kim, Y. H., Kim, G. Y., Lim, H. B. Micro Pre-concentration and Separation of Metal Ions Using Microchip Column Packed with Magnetic Particles Immobilized by Aminobenzyl Ethylenediaminetetraacetic Acid. Bull. Korean Chem. Soc. 31 (4), 905-909 (2010).
  11. Strabburg, S., Wollenweber, D., Wunsch, G. Contamination caused by ion-exchange resin!? Consequences for ultra-trace analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 360 (7-8), 792-794 (1998).
  12. Watts, J. F., Chehimi, M. M. X-ray Photoelectron Spectroscopy Investigations of Acid-Base Interactions in Adhesion. J. Adhes. 41 (1-4), 81-91 (1993).
  13. Eboatu, A. N., Diete-Spiff, S. T., Ezenweke, L. O., Omalu, F. The Use of Polymers as Sequestering Agents for Toxic Metal Ions. J. Appl. Polym. Sci. 85 (13), 2781-2786 (2002).
  14. Fiorini, G. S., Chiu, D. T. Disposable microfluidic devices: fabrication, function, and application. Biotechniques. 38 (3), 429-446 (2005).
  15. Shadpour, H., Musyimi, H., Chen, J., Soper, S. A. Physiochemical properties of various polymer substrates and their effects on microchip electrophoresis performance. J. Chromatogr. A. 1111 (2), 238-251 (2006).
  16. Shih, T. -T., et al. A dipole-assisted solid-phase extraction microchip combined with inductively coupled plasma-mass spectrometry for online determination of trace heavy metals in natural water. Analyst. 140 (2), 600-608 (2015).
  17. Yuan, D., Das, S. Experimental and theoretical analysis of direct-write laser micromachining of polymethyl methacrylate by CO2 laser ablation. J. Appl. Phys. 101 (2), 1-6 (2007).
  18. Xie, S., Svec, F., Frechet, J. M. J. Preparation of Porous Hydrophilic Monoliths: Effect of the Polymerization Conditions on the Porous Properties of Poly(acrylamide-co-N,N'-methylenebisacrylamide) Monolithic Rods. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 35 (6), 1013-1021 (1997).
  19. Ericson, C., Liao, J. -L., Nakazato, K., Hjerten, S. Preparation of continuous beds for electrochromatography and reversed-phase liquid chromatography of low-molecular-mass compounds. J. Chromatogr. A. 767 (1-2), 33-41 (1997).
  20. Shih, T. -T., Lin, C. -H., Hsu, I. -H., Chen, J. -Y., Sun, Y. -C. Development of a Titanium Dioxide-Coated Microfluidic-Based Photocatalyst-Assisted Reduction Device to Couple High-Performance Liquid Chromatography with Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry for Determination of Inorganic Selenium Species. Anal. Chem. 85 (21), 10091-10098 (2013).
  21. Carre, A. Polar interactions at liquid/polymer interfaces. J. Adhes. Sci. Technol. 21 (10), 961-981 (2007).
  22. Willis, H. A., Zichy, V. J. I., Hendra, P. J. The Laser-Raman and Infra-red Spectra of Poly(Methyl Methacrylate). Polymer. 10, 737-746 (1969).
  23. Hendra, P. J., Mwkenzie, J. R., Holliday, P. The laser-Raman spectrum of polyvinylidene chloride. Spectroc. Acta Pt. A-Molec. Biomolec. Spectr. 25 (8), 1349-1354 (1969).

Tags

Biyomühendislik Sayı 114 Katı faz ekstraksiyonu dipol-destekli ekstraksiyon eser metal analizleri mikroçip üretim polimer esaslı mikroçip mikrokanal yönelim.
Su Örneklerinde Eser Metal Analizi için Dipol destekli Katı Faz Ekstraksiyon Microchip Fabrikasyon
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Shih, T. T., Hsu, I. H., Chen, P.… More

Shih, T. T., Hsu, I. H., Chen, P. H., Chen, S. N., Tseng, S. H., Deng, M. J., Lin, Y. W., Sun, Y. C. Fabrication of a Dipole-assisted Solid Phase Extraction Microchip for Trace Metal Analysis in Water Samples. J. Vis. Exp. (114), e53500, doi:10.3791/53500 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter