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

Bu protokolün genel amacı, dipol iyon etkileşimleri aracılığıyla su örneklerindeki eser metal iyonlarının tayini için yenilikçi bir katı faz ekstraksiyon mikroçipi üretmektir. Bu yöntem, eser metal iyon analizi için çip katı etkili besleme tekniklerine yönelik etkileşimli bir çalışma stratejisi sunar. Geliştirilen çipler, metal iyonlarını yalnızca dipol elektrot statik kuvveti ile tutar.

Bu ana işlemler, genel olarak çipler üzerinde yalnızca hızlı talimat prosedürleri şeklinde uygulanır. Sabit fazın aktivasyonu için kondisyonlama ve yapısal medyanın korunması için rejenerasyon buna örnektir. Prosedürü, Dr. Soon'un laboratuvarından lisansüstü öğrenciler Yu-Chen Chuang ve Pei-Chun Chao gerçekleştirecektir.

Başlamak için, burada gösterildiği gibi çipin ağ desenini çizmek amacıyla bir cad programı kullanın. Lazer kaynağını odaklayın ve ardından 2 mm kalınlığındaki bir PMMA levhayı lazer mikro işleme sisteminin çalışma tablasına monte edin. cad yazılımında yazdır seçeneğini seçin ve ardından mikro işleme sisteminin kontrol panelini kullanarak gücü %45 veya 4.5 watt, hızı %13 veya 99.06 mm/s ve kalem modunu VECT olarak ayarlayın.

Üretici protokolüne uygun olarak lazer mikro işleme sistemini kullanarak PMMA levhayı işleyin. Makinenin levhaya göre kesit görünümü burada gösterilmiştir. Ardından, desenli levha üzerine, alt levhada örnek girişi, tampon girişi ve LU girişi için erişim noktası olarak kullanılacak on altıda bir inç çapında üç delik açın.

Ardından, kapak plakası üzerinde konfluent bir çıkış için bir delik açın. İşlenmiş plakaları bir litre %0.1 SDS içine daldırın ve parçaları bir osilatör aracılığıyla on dakika boyunca ultrasonik ajitasyona maruz bırakın. Daha sonra SDS çözeltisini deiyonize su ile değiştirin.

On dakika boyunca ultrasonik osilatör ile çalkalayın. Kalan deiyonize suyu bir litre taze deiyonize su ile değiştirin ve ardından işlenmiş plakaları üçüncü kez on dakika boyunca ultrasonik çalkalama ile daldırın. Sonrasında, temizlenen plakaların her birini iki dakika boyunca hafif bir nitrojen akımı kullanarak kurutun.

Kuruduktan sonra, işlenmiş iki plakayı göz kararıyla hizalayın ve ardından iki plakayı kıskaçlar kullanarak iki cam levha arasında sıkıştırın. Sonraki oturumda fotosentez reaksiyonu ile çip kanalında yapılacak modifikasyon nedeniyle, yüzeyin zarar görmesini önlemek için alt tabaka son derece dikkatli bir şekilde taşınmalıdır. Bu durum, radyasyon ışıklandırmasını engelleyebilir.

Ardından, iki plakayı 105 °C'de 30 dakika boyunca kompresyon altında birbirine yapıştırın. Sonra sandviç yapısını oda sıcaklığına soğutun ve mandalları ile cam levhaları çıkarın. Erişim deliklerine 1/16 inç dış çaplı polieter eter keton tüpler yerleştirin.

Ardından, epoksi bazlı yapıştırıcıların iki bileşenini uygun şekilde karıştırın ve kanalları iki bileşenli epoksi bazlı bir yapıştırıcı ile sabitleyin. Epoksinin oda sıcaklığında on iki saat boyunca kürlenmesine izin verin. Boruyu bir peristaltik pompadan geçirerek doygun sodyum hidroksit çözeltisinin içine yerleştirin.

Sodyum hidroksit çözeltisini dakikada 100 µL akış hızıyla 12 saat boyunca kanala iletin. Kalan sodyum hidroksit çözeltisini uzaklaştırın ve ardından kanal içini deiyonize su ile durulayın. Sonrasında kalan deiyonize suyu uzaklaştırın ve mikroçip içerisine 0,5 nitrik asit çözeltisi iletin.

Kalıntı nitrik asit çözeltisini uzaklaştırın ve ardından sistemi, %50 akrilamid çözeltisini karanlıkta mikroçip içerisine iletecek şekilde kurun. Akrilamid çözeltisini, dakikada 100 microliters akış hızında sekiz saat boyunca mikroçipe akıtın. Ardından, kalıntı akrilamid çözeltisini uzaklaştırın ve kanal içini deiyonize su ile durulayın.

Durulama işlemi tamamlandığında, kalan deiyonize suyu uzaklaştırmak için mikroçip üzerinden hava pompalayın ve ardından ekstraksiyon kanalının istenen bölgesinin ışığa maruz kalmasını sağlayan kurum içi yapım bir fotomaske ile mikroçipi kapatın. Sonra, bir inhibitör giderme katı faz ekstraksiyon kartuşu alın ve bir pompa kullanarak kartuşu en az üç kartuş hacmi etanol ile yıkayın. Ardından kartuşu üç kartuş hacmi 1:1 dikloroeten ile yıkayın.

1:1 dikloroeten, inhibitör kaldırıldıktan sonra kararsız hale geldiği için klor içeren katı faz ekstraksiyonu oluşumu mümkün olan en kısa sürede kullanılmalıdır. Ardından, 1 mL 1:1 dikloroeteni işlenmiş kartuştan geçirin ve fraksiyonu alüminyum folyoya sarılmış 20 mL'lik bir numune şişesine toplayın.

Ardından, 1:1 dikloroeten örneğinden 491 µL'yi, 100 mL'lik cam bir şişe içerisindeki 12 mg AIBN, 3.18 mL etanol ve 1.65 mL heksan içeren çözeltiye aktarın. Çipin kanalına yaklaşık 200 µL klor içeren SPE oluşum çözeltisini enjekte etmek için bir şırınga kullanın. Daha sonra mikroçipi, maksimum emisyon dalga boyu 365 nm olan ultraviyole radyasyona 10 dakika boyunca maruz bırakın.

Kanala 200 µL taze klor içeren SPE oluşum çözeltisi enjekte ederek kalıntı çözeltiyi değiştirin ve mikroçipi tekrar 10 dakika boyunca UV radyasyonuna maruz bırakın. Bu işlemi toplam 18 kez tekrarlayın. Son olarak, kanal içini 100 µL/dakika akış hızında 30 dakika boyunca etanol ile durulamak için peristaltik pompayı kullanın.

Durulama işlemi tamamlandığında, kalan etanolü uzaklaştırmak için mikroçip üzerinden hava pompalayın. Peristaltik pompa ile kalıntı çözelti uzaklaştırıldıktan sonra, üretilen mikroçipi daha sonraki kullanımlar için kilitli bir torbada saklayın. Kademeli büyüme sırasında, yüzeydeki değişimleri izlemek için temas açısı ölçümleri kullanılmıştır.

Temas açısındaki varyasyonlar, modifikasyon prosedürleri sırasında yüzey değişikliklerinin meydana geldiğini açıkça göstermiştir. Nihai ürün için 80,3 derece temas açısı ölçülmüştür. Modifiye edilmiş PMMA üzerindeki karbon klor fonksiyonel gruplarının varlığı, lazer ablasyonu indüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi analizi ile doğrulanmıştır.

Doğal PMMA'nın ablasyonu ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında, karbon klor fonksiyonel grupları ile modifiye edilmiş PMMA'nın ablasyonuyla, beklendiği üzere klor için belirgin sinyaller gözlemlenmiştir. Karbon klor fonksiyonel gruplarının PMMA'ya bağlanmasını daha fazla doğrulamak için Raman spektrumları toplanmıştır. Modifiye edilmiş PMMA spektrumunda, karbon klor asimetrik gerilme titreşimi ile ilişkili iki karakteristik pik 682 cm⁻¹ ve 718 cm⁻¹ değerlerinde gözlemlenerek başarılı bağlanma kanıtlanmıştır.

Eser miktardaki metal analizleri için çip üzeri ekstraksiyonda önemli olan dipol elektrostatik etkileşimler, burada X-ışını absorbsiyonu yakın kenar yapıları kullanılarak ölçülmüştür. Bu çalışma, modifiye edilmiş yüzeyin manganez 2+ ile güçlü etkileşimlere sahip olduğunu göstermektedir. Bu videoyu izledikten sonra, dipol destekli SPE mikro çipinin nasıl üretileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Bu teknik, çevre bilimleri araştırmacılarının, doğal sularda ciddi kirliliğe yol açan metal iyonlarının varlığını ve toksikoloji bileşenini belirlemelerinin önünü açmıştır.

Bu teknik uzmanlık seviyesinde öğrenildikten sonra, çevre yönetimi ve kontaminasyonun önlenmesi süreçlerine uygulanabilir.