为一个新的离子浓度极化(ICP)平台的协议,可以停止ICP区的传播,不管操作条件进行说明。这一独特的平台能力,在于所使用的合并离子耗竭和充实,这是的ICP现象的两个极性。
离子浓度极化(ICP)的现象是最普遍的方法来预浓缩低丰度的生物样品之一。该ICP诱导带电生物分子(即离子耗尽区)无创性区域和目标可以在此区域的边界上预浓缩。尽管高富集表演使用ICP,它是很难找到的非传播离子耗尽区中的操作条件。为了克服这个狭窄的操作窗口,我们最近开发了spatiotemporally固定富集的新平台。不像前述仅使用离子耗尽的方法,该平台还使用ICP( 即,离子富集)的极性相反,停止离子耗尽区的传播。通过与耗尽区的富集区面临的两区合并在一起,并停止。在本文中,我们描述了详细的实验协议来建立这个spatiotemporally定义ICP platfORM和它们与常规设备的比较表征新平台的富集动态。定性离子浓度分布和电流 – 时间响应成功捕获合并的ICP和单机ICP之间的不同的动态。在与传统的一个可以仅〜5伏固定富集的位置,新的平台可以在操作条件的宽范围的特定位置产生一个目标冷凝插头:电压(0.5-100 V)中,离子强度(1-100毫摩尔)和pH(3.7-10.3)。
离子浓度极化(ICP)是指在一个选择性渗透膜离子富集和离子耗尽期间发生,导致与离子浓度梯度1,2额外电位降的现象。该浓度梯度是线性的,并作为一个较高电压被施加(欧姆制度),直到在膜上的离子浓度变得更陡接近零(限制性制度)。在此扩散限制条件,梯度(和相应的离子通量)已被公知的最大化/饱和1。超出了这个常规理解,当电压(或电流)进一步增大时,一个overlimiting电流观察到的,与平坦耗尽区和非常尖锐的浓度梯度在区域边界1,3。平坦区具有一个非常低的离子浓度,但表面导电,电osmoti Ç渗流(EOF),和/或电渗透不稳定促进离子通量和诱导overlimiting电流的3,4,5。有趣的是,平耗尽区用作静电屏障,该滤波器滤除6,7,8,9和/或预浓缩目标10,11。由于存在不足量的离子以筛选带电粒子的表面电荷(对于满意的电中性),所述颗粒不能穿过该耗尽区,因此,在其边界排队。该非线性ICP效应是在不同类型的膜10,11,12,13的一个通用的现象,> 14和几何形状6,15,16,17,18,19,20,21;这就是为什么研究人员已经能够开发各类过滤6,7,8,9 富集采用非线性ICP 10,11台设备。
即使有这样的高度的灵活性和健壮性,它仍然是澄清的非线性ICP设备的操作条件的实用的挑战。比较方案的非线性区快速通过阳离子交换膜,这导致阴离子朝向阳极移动的位移去除阳离子。作为一个结果,平耗尽区传播快,这使人想起休克传播22。摩尼等。称这种动态的去离子(或耗竭)冲击23。到在指定的检测位置预浓缩的目标,防止离子耗尽区的扩展是必要的,例如,通过施加EOF或压力驱动流对区扩张24。 Zangle 等。 22澄清ICP传播的标准中的一维模型,它高度依赖于电泳迁移17,离子强度18,pH值25,等等。这表明,适当的操作条件将根据样品条件被改变。
在这里,我们提出详细的设计和实验协议,一个spatiotemp内预浓缩目标的新的ICP平台口服定义的26位。离子耗尽区的扩展是由离子富集区阻断,在一个指定的位置离开静止富集塞,不论工作时间,施加电压,离子强度和pH值。该详细视频协议是为了表明,以阳离子交换膜整合到微流体装置,并表明相比于以往的新ICP平台的富集性能的最简单的方法。
我们所描述的制造协议和spatiotemporally限定预浓缩的在一个范围内施加电压(0.5-100 V)离子强度(1-100毫米)的性能,和pH值(3.7-10.3),实现了10,000倍在10分钟内的染料与蛋白质的富集。像以前的ICP设备的富集性能变得更高更好的电压和更低的离子强度。我们可以考虑在此一附加参数在两个阳离子交换膜之间的距离。如果我们增加膜间的距离,电场施加相同的电压下降低,从而导致在预浓缩速度<sup…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the internal fund of the Korea Institute of Science and Technology (2E26180) and by the Next Generation Biomedical Device Platform program, funded by the National Research Foundation of Korea (NRF-2015M3A9E202888).
Sylgard 184 Silicone Elastomer kit | Dow Corning | ||
Trichlorosilane | Sigma Aldrich | 175552 | Highly toxic |
Nafion perfluorinated resin, 20 wt% | Sigma Aldrich | 527122 | |
Sodium chloride | Sigma Aldrich | 71394 | |
Potassium chloride | Sigma Aldrich | 60121 | |
Alexa Fluor 488 carboxylic acid, succinimidyl ester | Invitrogen | A20000 | |
Isothiocyanate-conjugated albumin | Sigma Aldrich | A9771 | |
Phosphate buffer saline, 1X | Wengene | LB004-02 | |
Tween 20 | Sigma Aldrich | P1379 | |
Epifluorescence microscope | Olympus | IX-71 | |
Charged-coupled device camera | Hamamtsu Co. | ImageEM X2 | |
Source measurement unit | Keithley Instruments | 2635A | |
Covance-MP | Femto Science |