ICPMS 샘플 소개를위한 미세 유체 칩
Summary
우리는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS) 미국 이산 액적 샘플 도입 시스템을 제시한다. 그것은 90 내지 7000 Hz의 주파수로 40-60 ㎛의 크기 범위 고도로 단 분산 액 적을 생성 저렴하고 일회용 미세 유체 칩에 기초한다.
Abstract
이 프로토콜은 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 대한 샘플 도입 시스템과 같은 저가의 일회용 미세 유체 칩의 제조 및 사용을 설명한다. 이 칩은 퍼플 (PFH)에서 단 분산시킨 수용액 방울을 생성합니다. 크기 및 수성 액적 주파수는 각각 40~60 μm의 범위 및 90 내지 7000 Hz로 변화 될 수있다. 액 PFH의 제 2 유동로 칩으로부터 토출 분사시 그대로 유지된다. 맞춤형 탈 시스템은 PFH를 제거하고 ICPMS에 방울을 전송합니다. 여기서, 좁은 강도 분포와 매우 안정적인 신호는 방울의 단분 산성을 나타내는 측정 할 수있다. 우리는 도입 시스템 정량적 단일 소 적혈구 철을 결정하는데 이용 될 수 있음을 보여준다. 향후 도입 장치의 기능을 용이하게 부가적인 마이크로 유체 모듈의 적분에 의해 확장 될 수있다.
Introduction
유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 의한 액체 시료의 원소 분석은 일반적으로 도입 시스템 (1)으로 분사 챔버와 조합 분무기를 사용하여 수행된다. 이 샘플 도입 시스템에서는 샘플은 다 분산 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 생성기에 의해 분무된다. 스프레이 하류 챔버는 큰 방울을 필터링하는 데 사용된다. 이 방법은 높은 샘플링 소비 (> 0.3 ml의 분 -1) 및이 불완전한 샘플 운송과 관련된다. 따라서, 그것은 단지 ㎕의 샘플 볼륨, 생물학적 법의학, 독성 및 임상 시험 3에서와 같이 사용 가능한 애플리케이션에 비실용적. 샘플 소비를 줄이기 위해 작은 노즐 치수 분무기 3을 개발 하였다. 그러나, 감소 된 노즐 크기는 소화되지 않은 생물학적 유체 또는 농축 염 용액의 시료 3을 분석 할 때 막힘의 위험을 증가시킨다.
<p class="jove_content"> 시료 도입에 대한 다른 접근 방법은 Olesik 등. (4)에 의해 제안되었다. 저자는 피에조 전기 구동 마이크로 펌프에 의해 생성 된 단 분산 이산 미세 방울의 형태 ICPMS 내로 액체를 주입. 바로이 시스템은 다양한 응용 프로그램을 발견하지 못했지만, 그것은 ICPMS 이산 방울 도입의 개념의 발전을 시작했다. 오늘날, 피에조 전기 30, 50, 70 및 100 ㎛의 크기와 100-2,000 Hz에서의 주파수에 방울을 생성 할 수있는 시스템을 분배 구동, 구입하실 수 있습니다. 방울은 100 %에 가까운 효율 5와 ICPMS로 반송 될 수있다. 이 microdroplet 디스펜서 정량적으로 단일 나노 입자 5,6 측정뿐만 아니라 개인의 생물학적 세포 (7)의 특성을 적용하고있다. 열 잉크젯 기술에 기초하여도 8과 유사한 시스템은 생물학적 시료 (9)의 분석을 위해 시험 하였다. 호 텔 있지만lable가 단일 액적 도입 시스템은 적은 양의 샘플을 위해 사용될 수 있고, 매우 효율적이며, 나노 입자 및 세포 분석을 위해 유망한, 이들은 몇 가지 제한이있다. (사용자 설정이 열을 이용하지 않는) 고정 된 노즐의 크기, 액적 크기는 약간 변할 수있다. 액체 (PH, 염 함량)의 물리적 특성의 변화는 액적 특성 (크기, 사출 속도)를 변경할 수있다. 또한, 이들 디바이스는 다소 비싼 폐색되기 쉽다 세척이 어렵다.물방울을 생성하는 또 다른 방법은 액적 (11)의 마이크로 유체 분야에 공지되어있다. 최근 몇 년 동안 액적 미세 유체는 (바이오) 화학 반응 12-15 및 단일 세포 연구 16, 17에 대한 관심을 얻고있다. 또한,이 기술은 전기 분무 이온화 질량 분광법 18,19 내의 샘플을 유입시키고, 매트릭스 보조 레이저 탈착 / ionizatio의 샘플을 제조 하였다인가N 질량 분광법 (20, 21).
최근에, 우리는 ICPMS 22 샘플 도입을위한 미세 유체 기반 시스템을 도입했다. 우리의 도입 시스템의 주요 구성 요소는 액체를 이용한 액적 토출 (짐을 싣다) 칩이다. 이 칩은 완전히 폴리 (디메틸 실록산) (PDMS)로 구성된다. 제 1 채널 접합에서 수성 시료 용액 (도 1)의 단 분산 액적들을 생성하는데 사용된다 포커싱 흐른다. 이러한 목적과 혼화 반송파 위상 퍼플 루오로 헥산 (PFH) 높은 휘발성 (58-60 °의 C (23)의 비점) (도 1)를 사용한다. PFH 이러한 특성은 안정된 액적 생성 및 반송파 위상의 빠른 제거를 가능하게한다. 이 생성 방법 작은 샘플 액체 영향의 특성의 변화는, 다른 방울 발생기에 비해. 액적 크기는 수 성상 및 PFH의 유량을 변경함으로써 넓은 범위에 걸쳐 조정 가능하다. 다운 스트림 secondar에서Y 접합은 더 PFH 적어도 1m 초에 유속을 증가시키기 위해 첨가된다 -1. 이 속도에서, 액체 방울 파괴 (도 1 인셋)없이 안정된 직선 분출물 칩 (도 1)로부터 배출 될 수있다. 이러한 이중 접합 디자인은 물방울 세대의 독립적 인 제트 안정성을 제어 할 수 있습니다. 소적 맞춤형 송계와 ICPMS로 이송된다. 이 시스템은 튜브 및 하강 PFH을 제거하는 막 desolvator를 포함한다. 수성 액 적의 건조 잔기는이어서 ICPMS의 플라즈마 질량 검출기 측정 이온으로 이온화된다. 칩의 앞 부분은 통 형상의 액적 송계와 긴밀한 연결을 보장하는 것이다. 노즐과의 접촉을 피 때문에 PFH에 방울과 수성 샘플의 배출이 유리하다. 이것은 상당히 세포 현탁액 또는 CO로 작업 할 때 문제가 될 수있는 노즐 막힘의 위험을 낮춘다ncentrated 소금 솔루션을 제공합니다. 소프트 리소그래피 PDMS에 의해 제조 된 짐을 싣다 칩은,,, (칩 당 재료 비용 약 $ 2) 저렴한 일회용과 쉽게 수정할 수 있습니다. 수동 작업의 소량 만이 필요 제조와 조합하여 각 실험은 새로운 칩으로 수행 될 수있다. 따라서, 번잡 세정이 필요하지 않으므로 교차 오염이 최소화된다.
여기에, 짐을 싣다의 소프트 리소그래피에 의해 칩과 ICPMS에 대한 응용 프로그램의 제작이 설명되어 있습니다. 수용액 및 세포 현탁액과 측정의 예를 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
칩의 제조가 매우 안정 있지만 특별한주의를 필요로하는 제조시 몇 가지 중요한 포인트가 있습니다. 먼저, 조립시에는 먼지 청결도 칩의 오염을 방지하는 것이 매우 중요하다. 먼지는 채널을 차단하고 안정적인 액적 발생을 방지 할 수있다. 둘째, 노즐 팁은 직교 채널 잘려진 특히 중요하다. 절삭 각도 강하게 분사 각도에 영향을 미친다. 액체 토출 각도 경우는 액 적이 토출 손실이 발생할 수…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the European Research Council (ERC Starting Grant nμLIPIDS, No. 203428) and ETH Zurich (project number: ETH-49 12-2). The authors of this manuscript would like to thank Bodo Hattendorf for help with the ICP-MS and F. Kurth for cell counting. The authors also would like to thank Christoph Bärtschi and Roland Mäder for their support with building the mechanical setup. The clean room facility FIRST at ETH Zurich is acknowledged for support in microfabrication.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Silicon wafer 100 mm | Si-Mat (Kaufering, Germany) | n. a. | |
| SU-8 2002 | Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | n.a. | |
| SU-8 2050 | Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | n.a. | |
| Acetone | Merk VWR (Darmstadt, Germany) | 100014 | |
| MR-developer 600 | Microresist Technology GmbH (Berlin, Germany) | n. a. | |
| Isopropanol | Merk VWR (Darmstadt, Germany) | 109634 | |
| 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane | ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany) | AB111155 | |
| Sylgard 184 silicone elastomer kit (PDMS) | Dow Corning (Michigan, U.S.A.) | 39100000 | |
| Perfluorohexane 99% | Sigma-Aldrich (Missouri, U.S.A.) | 281042 | |
| FC-40 | ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany) | AB103511 | |
| Phosphate-buffered saline | Life Technologies (Paisley, U.K.) | 10010-015 | |
| Red blood cells in phosphate-buffered saline | Rockland Immunochemicals Inc. (Pennsylvania, U.S.A.) | R400-0100 | |
| Single-element standard solutions Na, Fe | Inorganic Ventures (Virginia, U.S.A.) | n. a. | |
| Multielement standard solution | Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.) | IV | |
| Nitric acid | Sub-boiled | n. a. | |
| Ultrahigh-purity water | Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.) | n. a. | |
| Name of Equipment | |||
| Hot plate HP 160 III BM | Sawatec (Sax, Switzerland) | n. a. | used for wafer preparation |
| Spin modules SM 180 BM | Sawatec (Sax, Switzerland) | n. a. | used for wafer preparation |
| MA-6 mask aligner | Süss MicroTec (Garching, Germany) | n. a. | |
| High resolution film photomask | Microlitho (Essex, U.K.) | n. a. | |
| Step profiler Dektak XT advanced | Bruker (Massachusetts, U.S.A.) | n. a. | |
| Hot plate MR 3002 | Heidolph (Schwabach, Germany) | n. a. | used for replica molding |
| 1.5 mm biopsy puncher | Miltex (Pennsylvania, U.S.A.) | 33-31AA/33-31A | |
| Spin coater WS-400 BZ-6NPP/LITE | Laurell (Pennsylvania, U.S.A.) | n. a. | used for adhesive bonding |
| Syringe pump neMESYS | Cetoni (Korbussen, Germany) | n. a. | |
| 1 mL syringe | Codan (Lensahn, Germany) | 62.1002 | |
| 5 mL syringe | B. Braun (Melsungen, Germany) | 4606051V | |
| PTFE tubing | PKM SA (Lyss, Switzerland) | PTFE-AWG-TFT20.N | |
| Quadrupole-based ICPMS ELAN6000 | PerkinElmer (Massachusetts, U.S.A.) | n. a. | |
| Membrane desolvator CETAC6000AT+ | CETAC Technologies (Nebraska, U.S.A.) | n. a. | only the desolvator unit is used |
| High speed camera Miro M110 | Vision Research (New Jersey, U.S.A.) | n. a. | |
| Data analysis program Origin pro | OriginLab Corp. (Massachusetts, U.S.A.) | version 8.6 | |
| Microscope | Olympus (Tokyo, Japan) | IX71 |
Referências
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