हम उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICPMS) के लिए एक असतत छोटी बूंद नमूना परिचय प्रणाली मौजूद है। यह 90 से 7000 हर्ट्ज के लिए आवृत्तियों पर 40-60 माइक्रोन के आकार की सीमा में अत्यधिक monodisperse बूंदों उत्पन्न करता है कि एक सस्ते और डिस्पोजेबल microfluidic चिप पर आधारित है।
इस प्रोटोकॉल उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICPMS) के लिए नमूना परिचय प्रणाली के रूप में एक डिस्पोजेबल कम लागत microfluidic चिप के निर्माण और उपयोग पर चर्चा। चिप perfluorohexane (PFH) में monodisperse जलीय नमूना बूंदों पैदा करता है। आकार और जलीय बूंदों की आवृत्ति क्रमश: 40 से 60 माइक्रोन की रेंज में और 90 से 7000 हर्ट्ज के लिए अलग किया जा सकता है। बूंदों PFH के एक दूसरे के प्रवाह के साथ चिप से निकली और इंजेक्शन के दौरान बरकरार रहेगा रहे हैं। एक कस्टम निर्मित desolvation प्रणाली PFH निकालता है और ICPMS में बूंदों transports। इधर, एक संकीर्ण तीव्रता वितरण के साथ बहुत स्थिर संकेतों बूंदों के monodispersity दिखा, मापा जा सकता है। हम परिचय प्रणाली मात्रात्मक एकल गोजातीय लाल रक्त कोशिकाओं में लोहे का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। भविष्य में, परिचय डिवाइस की क्षमताओं को आसानी से अतिरिक्त microfluidic मॉड्यूल के एकीकरण के द्वारा बढ़ाया जा सकता है।
उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICPMS) द्वारा तरल नमूनों की मौलिक विश्लेषण सामान्यतः परिचय प्रणाली एक के रूप में स्प्रे कक्षों के साथ संयोजन में नेब्युलाइज़र्स का उपयोग किया जाता है। इस नमूने परिचय प्रणाली में नमूना एक polydisperse एयरोसोल उत्पन्न करने के लिए एक छिटकानेवाला से छिड़काव किया जाता है। एक बहाव के स्प्रे चैम्बर बड़ी बूंदों बाहर फिल्टर करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इस विधि उच्च नमूना खपत (> 0.3 मिलीलीटर मिनट -1) 2 और एक अधूरी नमूना परिवहन के साथ जुड़ा हुआ है। इस प्रकार, यह केवल माइक्रोलीटर नमूना संस्करणों, जैविक फोरेंसिक, विषाक्तता और नैदानिक अध्ययन 3 के रूप में उपलब्ध हैं, जहां अनुप्रयोगों के लिए अव्यावहारिक हो जाता है। नमूना की खपत को कम करने के लिए, छोटे नोक आयामों के साथ नेब्युलाइज़र्स 3 विकसित किए गए। हालांकि, कम नोक आकार पचाया जैविक तरल पदार्थ या केंद्रित नमक समाधान के नमूने तीन विश्लेषण किया जाना है जब clogging का खतरा बढ़ जाता है।
<p class="Jove_content"> नमूना शुरूआत के लिए एक अलग दृष्टिकोण Olesik एट अल। 4 द्वारा प्रस्तावित किया गया था। लेखकों एक piezo-विद्युत चालित micropump द्वारा तैयार किए गए जो monodisperse असतत microdroplets, के रूप में ICPMS में एक तरल इंजेक्शन। यह बहुत प्रणाली विस्तृत आवेदन नहीं मिला है, भले ही यह ICPMS में असतत छोटी बूंद परिचय की अवधारणा के आगे विकास की पहल की। आज, पीजो-विद्युत 30, 50, 70 और 100 माइक्रोन के आकार में और 100-2,000 हर्ट्ज की आवृत्तियों पर बूंदों उत्पन्न कर सकते हैं, जो प्रणाली, वितरण संचालित है, खरीदा जा सकता है। बूंदों 100% दक्षता 5 के पास से ICPMS में ले जाया जा सकता है। ये microdroplet dispensers के मात्रात्मक एकल नैनोकणों 5,6 मापने के रूप में अच्छी तरह से व्यक्तिगत जैविक कोशिकाओं 7 निस्र्पक के लिए लागू किया गया है। थर्मल inkjet प्रौद्योगिकी 8 पर आधारित एक ऐसी ही प्रणाली जैविक नमूने 9 के विश्लेषण के लिए परीक्षण किया गया था। Avai यद्यपिlable एक छोटी बूंद परिचय सिस्टम छोटे नमूना संस्करणों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, बहुत कुशल हैं और नैनोकणों और कोशिकाओं के विश्लेषण के लिए वादा कर रहे हैं, वे कई सीमाएं हैं। (कस्टम सेटिंग्स 10 उपयोग किया जाता है, जब तक) एक निश्चित नोक आकार के लिए, छोटी बूंद आकार केवल थोड़ा अलग किया जा सकता है। तरल (पीएच, नमक सामग्री) के भौतिक गुणों का परिवर्तन छोटी बूंद विशेषताओं (आकार, इंजेक्शन गति) को बदल सकते हैं। इसके अलावा, इन उपकरणों के बजाय, महंगा clogging से ग्रस्त हैं और साफ करने के लिए मुश्किल हैं।बूंदों उत्पन्न करने के लिए एक अन्य विधि छोटी बूंद microfluidics 11 के क्षेत्र में जाना जाता है। हाल के वर्षों में छोटी बूंद microfluidics (जैव) रासायनिक प्रतिक्रियाओं 12-15 के लिए और एकल कोशिका के अध्ययन 16,17 के लिए ब्याज का फायदा हुआ है। साथ ही, इस तकनीक electrospray आयनीकरण मास स्पेक्ट्रोमेट्री 18,19 में नमूने को शुरू करने के लिए और मैट्रिक्स की मदद से desorption लेजर / ionizatio में नमूने तैयार करने के लिए लागू किया गया थाएन मास स्पेक्ट्रोमेट्री 20,21।
हाल ही में, हम ICPMS 22 में नमूना शुरूआत के लिए एक microfluidic आधारित प्रणाली शुरू की। हमारे परिचय प्रणाली के प्रमुख घटक तरल सहायता प्रदान की छोटी बूंद इंजेक्शन (भार रखना) चिप है। इस चिप पूरी तरह से पाली (dimethylsiloxane) (PDMS) के होते हैं। पहला चैनल जंक्शन में एक जलीय नमूना समाधान (चित्रा 1) के monodisperse बूंदों उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है ध्यान केंद्रित प्रवाह। इस प्रयोजन के लिए और अमिश्रणीय वाहक चरण perfluorohexane (PFH) अत्यधिक अस्थिर (58-60 डिग्री सेल्सियस 23 के उबलते बिंदु) (चित्रा 1) का इस्तेमाल किया जाता है। ये PFH गुण एक स्थिर छोटी बूंद पीढ़ी और वाहक चरण के तेजी से हटाने के लिए सक्षम है। इस पीढ़ी विधि कम नमूना तरल प्रभाव के गुणों में परिवर्तन, अन्य छोटी बूंद जनरेटर की तुलना में। छोटी बूंद आकार जलीय चरण और PFH का प्रवाह दर को बदलकर एक विस्तृत श्रृंखला पर समायोज्य है। एक बहाव secondar मेंY जंक्शन, अधिक PFH कम से कम 1 मीटर सेकंड के लिए प्रवाह की गति को बढ़ाने के लिए जोड़ा गया है -1। इस गति पर तरल छोटी बूंद विनाश (चित्रा 1 इनसेट) के बिना स्थिर और सीधे विमान में चिप (चित्रा 1) से अलग हो सकते हैं। इस दोहरे-जंक्शन डिजाइन छोटी बूंद पीढ़ी के स्वतंत्र जेट स्थिरता को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। बूंदों एक अनुकूलित परिवहन प्रणाली के साथ ICPMS करने के लिए ले जाया जाता है। इस प्रणाली के एक गिरने ट्यूब और PFH दूर करने के लिए एक झिल्ली desolvator शामिल हैं। जलीय बूंदों के सूखे अवशेष बाद में ICPMS के प्लाज्मा और एक जन डिटेक्टर उपायों आयनों में आयनित कर रहे हैं। चिप के सामने का हिस्सा प्रति बैरल के आकार छोटी बूंद परिवहन प्रणाली के साथ एक तंग कनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए है। नोजल के साथ संपर्क से परहेज है क्योंकि PFH में बूंदों के रूप में जलीय नमूने का इंजेक्शन, फायदेमंद है। यह काफी सेल निलंबन या सह के साथ काम कर रहा है जब एक समस्या हो सकती है, जो नोक clogging के जोखिम, कम करती हैncentrated नमक समाधान। नरम लिथोग्राफी PDMS के द्वारा गढ़े भार रखना चिप्स,,, (चिप प्रति माल की लागत लगभग $ 2) सस्ते डिस्पोजेबल और संशोधित करने के लिए आसान कर रहे हैं। मैनुअल काम का केवल एक छोटी राशि की आवश्यकता है कि निर्माण के साथ संयोजन में एक प्रयोग के लिए एक नई चिप के साथ किया जा सकता है। इसलिए, एक श्रमसाध्य सफाई की जरूरत नहीं है और पार संदूषण कम से कम है।
इधर, भार रखना नरम लिथोग्राफी द्वारा चिप और ICPMS के लिए अपने आवेदन के निर्माण में वर्णित हैं। एक जलीय समाधान और एक सेल निलंबन के साथ माप के उदाहरण प्रस्तुत कर रहे हैं।
चिप्स का निर्माण बहुत विश्वसनीय है हालांकि विशेष ध्यान देने की जरूरत है कि निर्माण के दौरान कुछ महत्वपूर्ण अंक हैं। सबसे पहले, विधानसभा के दौरान साफ-सफाई धूल से चिप के प्रदूषण को रोकने के लिए अत्यधिक म…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |