JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

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

Published: August 07, 2016
doi:
10.3791/53500
, , , , , , ,
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

Summary

The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.

Abstract

Этот документ описывает протокол изготовления для извлечения твердой фазы диполь-помощь (SPE) микрочипа доступны для анализа следов металлов в пробах воды. Краткий обзор эволюции чипов на основе методик SPE обеспечивается. За этим следует введение в конкретных полимерных материалов и их роль в SPE. Для развития инновационной диполь-помощь технику SPE, хлор (Cl) -содержащие функциональность SPE имплантировали в поли (метилметакрилата) (ПММА) микрочип. При этом различные аналитические методы, в том числе анализ контактного угла, спектроскопического анализа комбинационного рассеяния и лазерной абляции с индуктивно связанной плазмой-масс-спектрометрии (ЛА-ИСП-МС) анализ использовали для проверки полезности протокола имплантации фрагментов С-Сl ВЕРШИНОЙ ПММА. Аналитические результаты структуры рентгеновского поглощения вблизи края (XANES) анализ также продемонстрирована возможность КН-содержащей ПММА, используемой в качестве экстракционной среды в силу дипольионных взаимодействий между сильно электроотрицательных остатками С-Сl и ионов положительно заряженных металлов.

Introduction

С точки зрения охраны окружающей среды и предотвращения загрязнения, следы металлов, которые вызывают серьезное загрязнение или токсикологические проблемы являются во всем мире озабоченность. Соответствующее на чипе метод пробоподготовки получила широкое признание как ключ к успеху в обработке и анализе фактических образцов через чип на базе платформ, так как неожиданные сосуществующих химические виды в сырых пробах часто мешают точное определение аналитов, присутствующих в следовых количествах . 1 Среди имеющихся методов, на чипе твердофазной экстракции (SPE) особенно популярен для следов металла анализов, так как этот метод позволяет образец очистки и аналита концентрирования , которые должны выполняться одновременно является чрезвычайно полезным для выделения ионов металлов из сложных матриц соли. 2,3

Продвижение методов SPE на чипе используется для определения следов металлов стабильно развивается. В первые дни, тон SPE получали крошку путем загрузки коммерчески доступные смолы в микроканалов для создания смолой упакована единиц SPE. 4-7 Это время от времени требуется аналита дериватизации для того, чтобы превращение ионов металлов в синтетических смол могущий быть удержанным формы. 4 Альтернативный метод для подготовки чиповых SPE устройств является использование канала чип в качестве SPE сорбент для сбора следов металлов после простой модификации поверхности. 8 в последние годы наблюдается наметилась тенденция с участием включения магнитных наночастиц (MNPS) и специфических химических веществ которые содержат функциональные группы, способные к эффективному удержанию ионов металла. В отличие от коммерческих смолах MNPS модифицируют соединениями , такими как гамма-меркаптопропилтриметоксисилана (γ-MPTS) 9 и аминобензил этилендиаминтетрауксусной кислоты (ABEDTA) 10 , после чего они упакованы в микроканалов с помощью внешнего магнитного поля тO добиться селективной экстракции ионов металлов.

Несмотря на значительный прогресс в разработке методов SPE на чипе был свидетелем, сообщаемые методы, как правило, функционируют на основе или путем ионного обмена или хелятации. Использование таких методов, как это имеет тот недостаток, что требует неизбежных оперативных процедур, в том числе те, которые связаны с кондиционированием, промывки или регенерации, для поддержания аналитической производительности. К сожалению, необходимость в дополнительных оперативных процедур не только увеличивает время , необходимое для каждого анализа , но и риски , вызывая высокие пустые значения и невоспроизводимые результаты. 11 Таким образом, альтернативная рабочая стратегия методов SPE на чипе является обязательным для трассировки металла анализов.

В 1993 году , ватты и Chehimi 12 обнаружили , что ионы металла имеют тенденцию к удерживания полимерных материалов, и что большинство аналитов эффективно удерживаютс на хлор (Cl) -containiнг полимерный материал, поли (винилхлорид) (ПВХ), за исключением ионов натрия. Таким образом, в 2002 году, Eboatu и др. 13 далее сообщил о секвестрации некоторых токсичных металлов из растворов ПВХ. Так как это указано, что Cl-содержащие полимерные материалы, выставленные превосходные свойства для анализируемого вещества концентрированием и элиминации матрицы соли, чипах устройства с содержащими Cl функциональностью SPE считались привлекательной стратегией для разработки методики SPE новым на кристалле для определения следовых ионов металлов. Учитывая особенности материала, например, простота изготовления, желаемые химические / механические свойства, а также оптической прозрачностью, 14,15 это исследование воспользовались поли (метилметакрилат) (ПММА) , чтобы изготовить микроустройство. Затем Cl-содержащих функциональные возможности SPE имплантировали в изготовленном устройство для разработки нового на чипе методики SPE для определения следов ионов металлов. 16

рemarkably, опора инновационного механизма экстракции на диполь-ионных взаимодействий между высоко электроотрицательных фрагментами C-Cl в канале внутренней и ионов положительно заряженных металлов позволяет избежать мер, принятых в ходе общих процедур SPE на кристалле, что приводит к резкое сокращение либо загрязнения, вызванные использованием избытка реагентов или труда отнести к дополнительным шагам. Протокол при условии, в этот вклад позволит исследователям из разных слоев общества для изготовления дипольный при содействии SPE микрочип для своей работы. Подробные процедуры для определения характеристик сфабрикованному микрочипа описаны, а также.

Protocol

Внимание! Несколько химических веществ (например, акриламид, 1,1'-дихлорэтен) , используемые в этих процедурах остро токсичными и канцерогенными. Консультации со всеми соответствующими паспортах безопасности материала (MSDS) перед использованием. Следуйте надлежащей практики безопасности при проведении экспериментов. Примечание: Если не указано иное, осуществлять все процедуры при температуре окружающей среды в ламинарном шкафу класса 100. 1. Изготовление диполь-вспомогательной SPE Microchip Подготовка Microchip ПММА Примечание: Протокол изготовление чипа был аналогичен описанному в другом месте 8. Нарисуйте сетевую структуру чипа (рис 1 (а)) с помощью разработки программного обеспечения системы автоматизированного (CAD) в соответствии с протоколом производителя. Установите ПММА лист (350 мм (L) х 20 мм (Ш) х 2 мм (H)) на рабочем столесистема лазерной микрообработки и затем фокусировать лазерный источник на поверхности листа из ПММА. Выберите Печать в программе CAD , а затем установите режим питания, скорость, и ручка 45% (4,5 Вт), 13% (99,06 мм с -1), и VECT через панель управления системы микрообработки. Примечание: Такие параметры, как мощность, скорость и режим Pen , влияющие на функции каналов были исследованы заранее. Метод оценки был аналогичен предложенному Юань и Даса. 17 параметров , выбранных в данном исследовании , были использованы для машины соответствующий канал для адаптации к трубопроводам без сложных академических целей. Люди могут выбрать другое условие для лазерной обработки в соответствии с их потребностями. Печать нарисованный рисунок , а затем машина листа ПММА с помощью системы лазерной микрообработки в соответствии с протоколом производителя. Рисунок 1 (б) </сильный> отображает структуру изготовленном микрочипом. Фиг.1 (с) показывает фотографии поперечного сечения обрабатываемой пластины. Внимание! Использовать защитные очки при использовании лазерной системы , чтобы избежать серьезного повреждения глаз в результате воздействия лазерного излучения. Соответствующая система выпуска отработавших газов рекомендуется из-за производства паров / дыма во время лазерной обработки. Просверлить три 1/16-дюймовые отверстия диаметром доступа для ввода образца, подводом буфера, и элюент входное отверстие на нижней пластине и один для вырожденной розетки на крышке пластины Рисунок 1 (б). Внимание! Избегайте контакта с буровым долотом во время процедуры обработки для предотвращения телесных повреждений. Ношение перчаток запрещается при бурении. Погружают механически обработанных пластин в 1 л 0,1% (вес / объем) раствора додецилсульфата натрия (SDS) в 1-л стакан с перемешиванием с помощью ультразвукового генератора, в течение 10 мин. Заменить раствор SDS шIth деионизованной водой и перемешивать с помощью ультразвукового генератора, в течение 10 мин. Заменить остаточный DI H 2 O с свежим и затем погрузить механически обработанных пластин в 1 л DI H 2 O при перемешивании с помощью ультразвукового генератора в течение 10 мин. После этого насухо очищенную пластину с нежным потоком азота в течение 2 мин. Совместите два механически обработанных пластин с невооруженным глазом, а затем сэндвич две пластины между двумя стеклянными досок с помощью зажимы. Скрепить две пластины при сжатии при температуре 105 ° С в течение 30 мин. Охлаждают сандвич до температуры окружающей среды, а затем удалить зажимы и стеклянные доски. Вставьте 1/16-дюймовый поли наружный диаметр (etheretherketone) (PEEK) трубы в отверстия доступа, а затем закрепить трубопроводы с двухкомпонентной эпоксидной основе клея. Сушат клей при температуре окружающей среды в течение 12 часов. Модификация канала Интерьер Microchip ПММА <br/> . Примечание: Следующая частично относится к опубликованным методикам с небольшими изменениями 8,18,19 Deliver насыщенного раствора гидроксида натрия (NaOH) при скорости потока 100 мкл мин – 1 через перистальтический насос в микрочипе в течение 12 ч (72 мл общего объема высвобождаемой). Удалите остаточный раствор , а затем промыть внутренний канал с DI H 2 O при скорости потока 100 мкл мин – 1 с помощью перистальтического насоса в течение 30 мин (3 мл общего объема высвобождаемой). Удалить остаточный DI H 2 O , а затем доставить 0,5% (об / об) азотной кислоты (HNO 3) раствор в микрочипе при скорости потока 100 мкл мин – 1 с помощью перистальтического насоса в течение 30 мин (3 мл общего объема высвобождаемой ). Удаления остаточного раствора , а затем нанести на 50% (вес / объем) раствора акриламида в микрочипе в темноте при скорости потока 100 мкл мин – 1 VИ. перистальтический насос в течение 8 ч (48 мл общего объема высвобождаемой). Удалите остаточный раствор , а затем промыть внутренний канал с DI H 2 O при скорости потока 100 мкл мин – 1 с помощью перистальтического насоса в течение 30 мин (3 мл общего объема высвобождаемой). Воздух насоса для удаления остаточного DI H 2 O с использованием перистальтического насоса , а затем покрывают микрочип с в дом построенный фотошаблонов , позволяющий требуемый участок канала экстракции подвергаться воздействию света. Примечание: в доме построенном фотошаблонов был сделан из черной бумаги (114 мм (L) х 22 мм (W)) , который содержал открытое окно (94 мм (L) х 2 мм (Ш)) , позволяющую желаемый регион канала экстракции подвергаться воздействию света. Приготовление Cl-содержащих SPE Formation раствора Промойте SPE картридж для удаления ингибитора с этанолом в размере по меньшей мере, три картриджа томов. Промыть картридж с 1,1'-дихлорэтенв размере не менее трех картриджей объемами перед использованием. Pass 1 мл 1,1'-дихлорэтен через обработанного картриджа, а затем собирают фракцию в пробирку (20 мл), завернутую в алюминиевую фольгу. Добавить 491 мкл 1,1'-дихлорэтен в раствор, содержащий 12 мг 2,2'-азобисизобутиронитрил (AIBN), 3,18 мл этанола и 1,65 мл гексана в 100 мл стеклянный флакон. Заполните канал чип с Cl-раствором , содержащим образования SPE (приблизительно 200 мкл) с помощью шприца для инъекций , а затем подвергать микрочип к ультрафиолетовому (УФ 365) облучение с максимальной длиной волны излучения 365 нм в течение 10 мин (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Внимание! Соответствующая система выпуска отработавших газов рекомендуется, из – за образования озона при УФ – облучении. Заменить остаточного раствора со свежим Cl раствора, содержащего пласта SPE (приблизительно 200 мкл) с помощью шприца Инджефикция , а затем подвергать микрочип УФ – облучение 365 в течение 10 мин снова (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Повторите шаг 1.2.9 18 раз. Промыть внутренний канал с этанолом при скорости потока 100 мкл мин – 1 с помощью перистальтического насоса в течение 30 мин (3 мл общего объема высвобождаемой). После удаления остаточного раствора с перистальтическим насосом, хранить Сфабрикованный микрочипа в сумке на молнии для последующего использования. 2. Поверхность Проверка ПММА модификации Угол контакта Анализ Вырезать из ПММА лист (350 мм (L) х 20 мм (Ш) х 2 мм (H)) в ПММА субстратах (50 мм (L) х 20 мм (Ш) х 2 мм (Н)) с помощью системы лазерной микрообработки , Погружают субстраты из ПММА в 40 мл насыщенного раствора NaOH, раствор в 50-мл коническую трубку, а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 12 часов. Удалите остаточный раствор, а затем промыть PММА подложки с 40 мл ДИ H 2 O. Погружают субстраты из ПММА в 40 мл ДИ H 2 O , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удалите остаточный DI H 2 O. Погружают субстраты из ПММА в течение 40 мл 0,5% -ного (объем / объем) раствора HNO 3 , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удаления остаточного раствора. Погружают субстраты из ПММА в 40 мл 50% (вес / объем) раствора акриламида, а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в темноте в течение 8 часов. Удалите остаточный раствор , а затем промыть ПММА субстратов с 40 мл ДИ H 2 O. Погружают субстраты из ПММА в 40 мл ДИ H 2 O , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удалите остаточный DI H 2 O , а затем высушить каждый ПММА субстрат с нежным потоком азота в течение 2 мин. Получение изCl-содержащих SPE Formation Solution Промойте SPE картридж для удаления ингибитора с этанолом в размере по меньшей мере, три картриджа томов. Промыть картридж с 1,1'-дихлорэтен на сумму, по меньшей мере три картриджа томов перед использованием. Pass 6 мл 1,1'-дихлорэтен через обработанного картриджа, а затем собирают фракцию в пробирку (20 мл), завернутую в алюминиевую фольгу. Добавить 4.91 мл 1,1'-дихлорэтен в раствор, содержащий 120 мг AIBN, 31,8 мл этанола и 16,5 мл гексана в 100 мл стеклянный флакон. Нанести 2 мл Cl раствора , содержащего пласта SPE на поверхность подложек из полиметилметакрилата , а затем подвергать субстраты к УФ – облучению в течение 365 10 мин (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Внимание! Соответствующая система выпуска отработавших газов рекомендуется, из – за образования озона при УФ – облучении. Заменить остаточный Солуции с 2 мл свежей Cl раствора , содержащего пласта SPE , а затем подвергать субстраты УФ 365 облучения в течение 10 мин снова (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Повторите шаг 2.1.12 18 раз. Удалите остаточный раствор, а затем промыть ПММА субстраты с 40 мл этанола в 50-мл коническую трубку. Удалите остаточный раствор , а затем промыть ПММА субстратов с 40 мл ДИ H 2 O. Удалите остаточный DI H 2 O , а затем высушить каждый ПММА субстрат с нежным потоком азота в течение 2 мин. Отбросьте 5 мкл DI H 2 O на ПММА подложках и определить угол контакта с помощью измерителя угла смачивания в соответствии с протоколом производителя. Примечание: Используйте среднее значение трех повторных измерений , чтобы определить , заявленные углы контакта в каждом конкретном случае. Лазерная абляция (LA) -Inductively-связанной плазмой Масс – спектрометрия (ICP-MS) анализ </ Сильный> Измельчите 8 г ПММА шариков ПММА Into порошков с помощью ступки и пестика. Погружают порошки из ПММА в 40 мл насыщенного раствора NaOH, раствор в 50 мл коническую пробирку и затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 12 часов. Удалите остаточный раствор с помощью цифровой пипетки с 5-мл кончиков , а затем промыть ПММА порошки с 40 мл ДИ H 2 O. Погружают порошки из ПММА в 40 мл ДИ H 2 O , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удалите остаточный DI H 2 O. Погружают порошки из ПММА в 40 мл 0,5% -ного (объем / объем) раствора HNO 3 , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удаления остаточного раствора. Погружают порошки из ПММА в 40 мл 50% (вес / объем) раствора акриламида, а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в темноте в течение 8 часов. Удалите остаточный раствор, а затем промыть ПММА порошки остроумиеч 40 мл ДИ H 2 O. Погружают порошки из ПММА в 40 мл ДИ H 2 O , а затем перемешивать в результате смеси с помощью ротационном шейкере в течение 30 мин. Удалить остаточный DI H 2 O , а затем выпекать ПММА порошков при температуре 60 ° С в течение 8 часов. Приготовление Cl-содержащих SPE Formation раствора Промойте SPE картридж для удаления ингибитора с этанолом в размере по меньшей мере, три картриджа томов. Промыть картридж с 1,1'-дихлорэтен на сумму, по меньшей мере три картриджа томов перед использованием. Pass 16 мл 1,1'-дихлорэтен через обрабатываемую картриджа, а затем собирают фракцию в пробирку (20 мл) заворачивают в алюминиевую фольгу. Добавить 14,73 мл 1,1'-дихлорэтен в раствор, содержащий 360 мг AIBN, 95,4 мл этанола и 49,5 мл гексана в 250 мл стеклянный флакон. Смешайте порошки из ПММА с 6 мл Cl раствора, содержащего пласта SPE при аналогово50-мл коническую трубку, и в равной мере передавать по 1 мл смеси из конической трубки в шесть лунки планшета для культуры ткани 24-луночного. Накройте культуре ткани пластины с доской из ПММА , а затем подвергать культуры тканей пластины УФ – облучение 365 в течение 10 мин (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Внимание! Соответствующая система выпуска отработавших газов рекомендуется, из – за образования озона при УФ – облучении. Заменить остаточного раствора с 1 мл свежей Cl раствора , содержащего пласта SPE каждой лунки и затем подвергать культуральную пластину ткани к ультрафиолетовому облучению в течение 365 мин 10 раз (интенсивность света ~ 2,65 мВт см -2). Повторите шаг 2.2.13 18 раз. Удалите остаточный раствор, а затем промыть ПММА порошки в каждую лунку с 1 мл этанола. Удалите остаточный раствор , а затем промыть ПММА порошки в каждую лунку с 1 мл ДИ H 2 O. Удалите остаточный DI H <суб> 2 O , а затем выпекать ПММА порошков при температуре 60 ° С в течение 8 часов. Сжать лиофилизированный порошок (1 г) в гранулы с помощью гидравлического пресса, а затем измерить сигнал для Cl системой LA-ICP-MS. Примечание: Сигнал для Cl при м / з 35 был выбран в качестве индикатора для имплантированных фрагментов С-Сl. 193-нм лазер был использован в качестве источника абляции. Энергия, Fluence, размер пятна, и повторения Rate были установлены на 75%, 8,85 J см -2, 100 мкм и 5 Гц. требовалось по крайней мере 7 повторных измерений для каждого результата. Аналитические процедуры LA-ICP-MS относятся к опубликованным процедурам в другом месте. 20 Анализ комбинационного спектроскопического Выполните протокол с шага 2.2.1 к шагу 2.2.17. Сжать высушенных порошков (1 г) в гранулы с помощью гидравлического пресса, а затем взять спектры с помощью спектрометра комбинационного рассеяния. <bг /> Примечание: Используйте линию лазера 780 нм с максимальной мощностью лазера 100 мВт в качестве источника фотовозбуждения. Используйте область спектра комбинационного рассеяния света в диапазоне от 550 до 900 см -1 , чтобы исследовать прикрепление фрагментов C-Cl в ПММА. 3. Характеристика Диполь-вспомогательной реакции SPE Выполните протокол с шага 2.2.1 к шагу 2.2.17. Погружают 0,5 г ПММА порошка в 5 мл 20% -ного (вес / об) тетрагидрата нитрата марганца раствором (Mn (NO 3) 2 4H 2 O) , а затем равномерно перемешать полученные смеси с 5 мл 40 мМ буферного раствора малеиновой кислоты . Доводят рН полученных смесей до 8 с помощью чистого раствора HNO 3 , а затем перемешивать смеси через ротационном шейкере в течение 1 часа. Удаления остаточного раствора, а затем выпекать ПММА порошков при температуре 60 ° С в течение 8 часов. Хранить порошок в 15-мл коническую трубку заворачивают в алюминиевую фольгу для рентгеновской absorавтомеханик вблизи края структуры (XANES) анализ. Примечание: Mn K-край XANES спектры были собраны с помощью 07а и 17C1 beamlines Национального синхротронного излучения Научно – исследовательский центр (NSRRC, Синьчжу, Тайвань). Накопитель электронов работала с энергией 1,5 ГэВ и током 100-200 мА. СИ (111) двойной кристалл монохроматор был использован для обеспечения высокой монохроматизированного пучки фотонов с энергией от 1 до 15 кэВ и разрешающей способности (Е / Е) до 5,000.The энергии фотонов калибруют по стандартам Mn с использованием известной Mn K- точка края поглощения перегиб на 6539.0 эВ. Mn K-край XANES спектров в области между 6530 и 6570 эВ были использованы для исследования диполь-ионных взаимодействий для характеристики предлагаемой реакции SPE.

Representative Results

На рисунке 2 показана реакция , которая происходит во время процедуры модификации канала микрочипа ПММА. Анализ Краевой угол был использован для мониторинга изменений поверхности во время предложенных процедур. Система ЛА-ИСП-МС и дисперсионный спектрометр комбинационного рассеяния были использованы для проверки успешной модификации C-Cl фрагментов образование на подложке из ПММА (фигура 3 (а), (б)). Предлагаемый дипольный Реакция с помощью SPE характеризовалась анализа XANES (рисунок 4). Рисунок 1. PMMA микрочип. (А) снимок файла шаблона для сфабрикованного микрочипа. (Б) Схема расположения сфабрикованному микрочипа: S, E и B представляют порты введение для образца, элюент и BUFРешения FER, соответственно; O представляет собой выход. Черный круг представляет собой просверленное отверстие доступа для каждого из них. Каналы, используемые для введения образца и буферных растворов и составляет угол 30 ° с каналом для экстракции. Длина эффективного канала экстракции, который был определен как расстояние от точки схождения потоков образца и буферных растворов, к выходному отверстию сливающийся, составила 94 мм. (С) фотографии поперечного сечения обрабатываемой пластины. Воспроизводится из работы. 16 с разрешения Королевского химического общества. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 2. Схема модификации канала для микрочипа ПММА. На врезке photogrАФС показывают угол контакта, соответствующий полученному продукту в определенной последовательности. Угол смачивания определяли с использованием изображения капли воды. Среднее значение трех повторных измерений использовали для определения сообщенные угла контакта в каждом отдельном случае. Воспроизводится из работы. 16 с разрешения Королевского химического общества. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 3. Поверхностная проверка модификации ПММА. (А) сигнал для Cl полученный абляции как ПММА и ПММА модифицированный с остатками C-Cl. На вставке показаны позиции абляции, соответствующих каждому сигналу получения. (Б) спектры комбинационного рассеяния света нативных и модифицированных ПММА. Воспроизводится из работы. 16 с разрешенияКоролевское общество химии. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. Рисунок 4. Mn K-край XANES спектров модифицированного ПММА и модифицированного акрила , обработанного ионами Mn 2+. Спектры модифицированного полиметилметакрилата была представлена ​​как красная линия. Взаимодействие между высоко электроотрицательных C-Cl фрагментами модифицированного акрила и ионов Mn 2+ , показанные спектры поглощения был представлен как синей линии. Воспроизводится из работы. 16 с разрешения Королевского химического общества. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Discussion

были представлены выше подробные процедуры подготовки диполя при содействии SPE микрочипа. В этом разделе, полезность протокола модификации в отношении имплантации фрагментов С-Сl на ПММА и осуществимости КН-содержащей ПММА, который использовали в качестве экстрагирующей среды для определения следов ионов металлов, являются оценивали шаг за шагом. Для целей проверки на поверхности, тип образца был выбран на основании его совместимости с аналитическими приборами. Другими словами, типы тестовых образцов, приготовленных с помощью аналогичного процесса были определены в соответствии с требованиями аналитических приборов. Например, образец подложки типа был использован для измерения угла контакта, в то время как образец порошковым упаковки типа был использован для спектроскопических ЛА-ИСП-МС, Рамана и XANES анализов.

Первоначально, чтобы контролировать изменение, которому подвергаетс атташе химические функциональности,г на поверхности полиметилметакрилата в ходе предлагаемых процедур, анализ угла смачивания для полученного продукта , соответствующего каждому шаг был проведен (рисунок 2). Как показано на рисунке 2, вариации угла контакта четко указано , что изменения поверхности произошли во время процедуры модификации и контактный угол 80,3 ° ± 0,43 ° , что было измерено для конечного продукта был в согласии с ранее сообщалось результаты. 21

Кроме того, существование остатков С-Сl на модифицированном ПММА также было подтверждено с помощью анализа LA-ICP-MS. По сравнению с результатами , полученными с помощью абляции нативный ПММА, наблюдались различные сигналы для Cl ожидаемо путем абляции ПММА измененном с фрагментами С-Сl (рис 3 (а)).

Рамановские спектры были собраны для дальнейшего подтверждения прикрепление фрагментов С-Сl в ПММА. Как показано на FIGURe 3 (б), были обнаружены две характерные пики , связанные с CCl 2 асимметричным валентным колебани при 682 см -1 и 718 см -1 в спектре модифицированного полиметилметакрилата и что достаточно хорошо согласуются с результатами , сообщенных Уиллис и др . 22 и Hendra и др. 23 другими словами, прикрепление фрагментов с-Сl в ПММА может быть успешно достигнута после модификации.

Кроме того, уточнить механизм экстракции, предложенного в данном исследовании, анализ XANES был использован. Как показано на фиг.4, взаимодействия между высоко электроотрицательных фрагментами C-Cl и ионов положительно заряженными металлов может быть подтверждено наличием доминантного края поглощения в спектре XANES , соответствующего модифицированного полиметилметакрилата , обработанного ионами Mn 2+. Таким образом, диполь-электростатических взаимодействий будет действительно применен к экстракции на чип для трТуз металл анализ. Подробные аналитические результаты для проб воды из двух рек в Тайване были описаны в другом месте. 16

Насколько нам известно, это первая попытка использовать инновационную рабочую стратегию на чипе реакции SPE для определения следов ионов металлов, и что разработанное устройство было значительно долговечны по сравнению с другими методами SPE на кристалле (т.е. , более 160 аналитических работ может быть достигнуто без существенного ухудшения с точки зрения эффективности экстракции). Тем не менее, так как механизм такой экстракцию в основном полагались на взаимодействии между высоко электроотрицательных фрагментами C-Cl и ионов положительно заряженными металлов, предлагаемый метод, как ожидается, будет непригоден для извлечения отрицательно заряженных частиц до сих пор.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to convey their gratitude for the technical support provided by National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) (Taiwan). The authors are grateful for the financial support provided by the Ministry of Science and Technology of the Republic of China (Taiwan) and the Industrial Technology Research Institute (Taiwan).

Materials

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 s−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

Dipole-assisted Solid Phase ExtractionTrace Metal AnalysisWater SamplesPMMA Microchip FabricationLaser MicromachiningSample InletBuffer InletOutletUltrasonic CleaningSurface Modification

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Shih, T., Hsu, I., Chen, P., Chen, S., Tseng, S., Deng, M., Lin, Y., Sun, Y. 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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image