Method Article

나란히 이온 교환 멤브레인 사이의 이온 농도 분극을 병합하면 편광 영역의 전파를 차단하는

DOI:

10.3791/55313

⸱

February 23rd, 2017

 ,  ,  ,  , 
1Center for BioMicrosystems, Korea Institute of Science and Technology, 2Department of Mechanical Engineering, Seoul National University, 3Department of Industrial Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

작동 조건에 관계없이 상기 ICP 대역의 전파를 정지 할 수있는 신규 한 이온 농도 분극 (ICP) 플랫폼에 대한 프로토콜을 설명한다. 플랫폼의 독특한 능력은 ICP 현상이 극성은 이온 고갈과 농축, 병합의 사용에있다.

Abstract

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이온 농도 분극 (ICP) 현상은 미량의 생체 시료를 preconcentrate하는 가장 지배적 인 우세한 방법 중 하나입니다. 유도 결합 플라스마 충전 생체 분자 (즉, 이온 고갈 영역)에 대한 비 침습적 영역을 유도하고, 대상은이 지역 경계에 농축 정도 할 수 있습니다. ICP로 농축 높은 성능에도 불구하고, 비 증식 이온 공핍 영역의 동작 조건을 검색하는 것이 곤란하다. 이 좁은 운영 창을 극복하기 위해, 우리는 최근 시공간으로 고정 농축을위한 새로운 플랫폼을 개발했다. 단 이온 고갈 사용 방법 이전과는 달리,이 플랫폼은 이온 공핍 영역의 전파를 중지 ICP (즉, 이온 농축)의 반대 극성을 이용한다. 공핍 영역이있는 농축 영역을 마주하여 두 영역이 함께 병합하고 멈춘다. 본 논문에서는이 시공간으로 정의 ICP의 platf을 구축 할 수있는 자세한 실험 프로토콜을 설명ORM 종래 장치들과 그들을 비교함으로써 새로운 플랫폼의 농축 동력학을 특성화. 질적 이온의 농도 프로파일 및 현재 시간 응답이 성공적으로 병합 ICP 및 독립형 ICP의 다른 다이나믹 캡처. 만 ~ 5 V로 농축 위치를 고정 할 수있는 통상적 인 것과 대조적으로, 새로운 플랫폼은 동작 조건의 넓은 범위 내의 특정 위치에서 목표 응축 플러그를 생성 할 수있다 : 전압 (0.5 내지 V), 이온 강도 (1-100 mM)을하여 pH (3.7-10.3).

Introduction

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이온 농도 분극 (ICP)의 이온 농도 기울기 1, 2 부가 전위 강하의 결과로 이온 투과성 막에 농축 이온 고갈 중에 발생하는 현상을 말한다. 이 농도 구배는 직선이며, 더 높은 전압이 막에 이온 농도까지 (오믹 체제)인가로 급격하게 제로 (제한 체제)에 접근한다. 확산이 제한된 상태에서, 기울기 (및 대응하는 이온 플럭스) / 최대화 한 포화되는 것으로 알려져있다. 전압 (또는 전류) 더 증가 할 때, 종래의 이해를 넘어, overlimiting 전류가 존 경계 1,3- 평평한 공핍 영역과 매우 날카로운 농도 기울기로 관측되었다. 평면 영역은 매우 낮은 이온 농도를 갖고 있지만 표면 전도 전자 osmoti C 흐름 (EOF) 및 / 또는 전기 삼투 불안정 이온 플럭스를 촉진하고 overlimiting 전류 3, 4, 5를 유도한다.

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Protocol

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양이온 교환 1. 제작 미세 유체 칩을 멤브레인 통합

  1. 실리콘 마스터의 준비
    1. 디자인 실리콘 마스터 두 종류 : 양이온 교환 수지와 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)와 마이크로 채널을 구축하기위한 다른 하나의 패턴.
      주 : 세부 형상은 단계 1.3.1 및 1.4.1에 대해 설명한다.
    2. 종래의 포토 리소그래피 (27)을 에칭 깊은 반응성 이온을 사용하여 실리콘 마스터를 제작.
    3. 30 분 동안 진공 항아리에 트리클로로 실란 (~ 30 μL)와 미세 패턴 실리콘 주인을 silanization합니다.
      주의 : 트리클로로 실란은 가연성이며 급성 독성 (흡입, 경구 섭취)을 가진 자연 발화성 액체이다.
  2. PDMS 금형의 제조
    1. 10에서 경화제와 실리콘 엘라스토머 기재 믹스 : 1의 비율이 미 경화 PDMS로 컵을 배치(30 ~ 40 mL의 실리콘 4의 웨이퍼에 미세 복제에 대한) 30 분 동안 진공 항아리에 거품을 제거합니다.
      주 : 실리콘베이스는 비닐 그룹과 백금 계 촉매로 종료 실록산 올리고머가 포함되어 있습니다. 경화....

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Results

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멤브레인 통합 마이크로 유체 예비 집 신기의 개략적 인 제조 단계는도 1에 도시된다. 제조에 대한 상세한 설명은 프로토콜에 주어진다. 디자인과 시공간으로 정의 된 예비 집 신기 (26)의 장치 이미지는 종래의 예비 집 신기 (11) (그림 2)의 것과 대조된다. 시공간 정의 된 예비 집 신기의 ICP 현상은 전류 - 전압 응답 시간과 형광 강도 프로파일 (도 3-4)의 관점에서 연구되었다. 유도 결합 플라스마 단일 막 예비 집 신기 (3), (11), 세 개의 다른 정권과 현상 (오믹, 제한 및 overlimiting) 전류 - 전압 곡선에서 관찰되었다 유사 : 0.5 V (오믹 한정) 및 .......

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Discussion

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우리는 10,000 배 달성 제조 프로토콜과인가 전압 (0.5 내지 V), 이온 강도 (1-100 mM)을 범위의 시공간 정의 된 예비 집 신기의 성능과의 pH (3.7-10.3)를 설명했다 10 분 내에서 염료 및 단백질의 농축. 이전 ICP 장치 등으로, 농축 성능은 높은 전압에서 더 낮은 이온 강도로된다. 우리가 여기에서 고려할 수있는 하나의 추가 매개 변수는이 양이온 교환막 사이의 거리입니다. 우리는 층간 막 거리를 증가 시키면, 전계가 농축 속도 (26)의 감소의 결과로, 동일한인가 전압에 따라 감소한다.

본 연구에 사용 된 마이크로 플로우 패터닝 기술 (29)은 패터닝 양이온 교환 수지에 대한 강력한 방법이므로 마이크로 유체 시스템에 이온 교환 물질을 통합 금 표준 방법 중 하나이다. 엔evertheless, 짧은 막간 거리 (미만인 수백 마이크로 미터) 두 병치 양이온 교환 막을.......

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Disclosures

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저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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본 연구는 한국과학기술연구원 내부지원금(2E26180)과 한국연구재단 지원받은 차세대 바이오의료기기 플랫폼 프로그램(NRF-2015M3A9E202888)의 지원을 받았다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
실가드 184 실리콘 엘라스토머 키트다우 코닝
트리클로로실란시그마 알드리치175552고독성
나피온 과불화 수지, 20 wt%시그마 알드리치527122
염화나트륨시그마 알드리치71394
염화칼시그마 알드리치60121
Alexa Fluor 488, 카르복실산, 숙시니미딜 에스테르InvitrogenA20000
이소티오시아네이트 복합 알부민Sigma AldrichA9771
인산염 완충액, 식염수, 1xWengeneLB004-02
Tween 20Sigma AldrichP1379
에피형광 현미경OlympusIX-71
전하 결합 장치 카메라Hamamtsu Co.ImageEM X2
소스 측정 장치Keithley Instruments2635A
Covance-MPFemto Science
륨 , , , , , , , , , , ,

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Probstein, R. F. Physicochemical Hydrodynamics: An Introduction. , Wiley-Interscience. New York. (2003).
  2. Strathmann, H. Ion-Exchange Membrane Separation Processes. , Elsevier. Amsterdam. (2004).
  3. Dydek, E. V., et al.

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Ion Concentration PolarizationIon Exchange MembranesMicrofluidic PreconcentrationSpatiotemporal ICP PlatformFluorescence ImagingCurrent Time ResponsePDMS MicrochannelCation Selective MembranesVoltage ApplicationIonic Strength

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