The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.
यह पत्र एक द्विध्रुवीय की मदद से ठोस चरण निष्कर्षण (एसपीई) माइक्रोचिप पानी के नमूनों में धातु का पता लगाने के विश्लेषण के लिए उपलब्ध के लिए एक निर्माण प्रोटोकॉल का वर्णन है। चिप आधारित विशेष तकनीक के विकास का एक संक्षिप्त सिंहावलोकन प्रदान की जाती है। इस विशिष्ट polymeric सामग्री का एक परिचय और विशेष में उनकी भूमिका के बाद है। एक अभिनव द्विध्रुवीय की मदद से विशेष तकनीक को विकसित करने के लिए, एक क्लोरीन (सीएल) एसपीई कार्यक्षमता युक्त एक पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) माइक्रोचिप में प्रत्यारोपित किया गया था। इस के साथ साथ, संपर्क कोण विश्लेषण, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण, और लेजर पृथक-उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री सहित विविध विश्लेषणात्मक तकनीकों (ला आईसीपी एमएस) विश्लेषण पर सी-सीएल moieties का आरोपण प्रोटोकॉल की उपयोगिता को मान्य करने के लिए कार्यरत थे PMMA। निकट बढ़त एक्स-रे अवशोषण संरचना के विश्लेषणात्मक परिणाम (XANES) विश्लेषण भी dipole- के आधार पर सीएल युक्त PMMA एक निष्कर्षण माध्यम के रूप में प्रयोग किया जाता है की व्यवहार्यता का प्रदर्शनउच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच आयन बातचीत।
पर्यावरण प्रबंधन और प्रदूषण की रोकथाम के दृष्टिकोण से, धातु जो कारण गंभीर प्रदूषण या विषाक्तता समस्या दुनिया भर में एक चिंता का विषय हैं का पता लगा। एक उपयुक्त पर चिप नमूना pretreatment तकनीक का व्यापक रूप है, प्रसंस्करण और चिप आधारित प्लेटफॉर्म के माध्यम से वास्तविक नमूने का विश्लेषण करने में सफलता की कुंजी के रूप में स्वीकार किया गया है क्योंकि अप्रत्याशित सह मौजूदा कच्चे नमूनों में रासायनिक प्रजातियों अक्सर निशान मात्रा में मौजूद analytes की सही निर्धारण में बाधा । 1 उपलब्ध तकनीकों के अलावा, पर चिप ठोस चरण निष्कर्षण (एसपीई) विशेष रूप से लोकप्रिय लिए धातु का पता लगाने का विश्लेषण करती है, इस तकनीक का नमूना सफाई और analyte preconcentration एक साथ प्रदर्शन किया जा करने की अनुमति जटिल नमक matrices से धातु आयनों के अलगाव के लिए अत्यंत उपयोगी है क्योंकि। 2,3
धातुओं का पता लगाने के निर्धारण के लिए इस्तेमाल किया पर चिप विशेष तकनीक की उन्नति में तेजी से विकसित हो गया है। शुरुआती दिनों में, टीवह spe चिप्स microchannels में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेजिन लोड राल पैक विशेष इकाइयों के निर्माण के द्वारा तैयार किए गए थे। 4-7 यह कभी कभी analyte आवश्यक राल retainable रूपों में धातु आयनों के परिवर्तन सक्षम करने के लिए derivatized किया जाएगा। 4 एक वैकल्पिक तरीका चिप आधारित विशेष उपकरणों की तैयारी के लिए सरल सतह संशोधन के बाद धातुओं का पता लगाने के संग्रह के लिए एक विशेष Sorbent के रूप में चिप चैनल का उपयोग है। हाल के वर्षों में 8 चुंबकीय नैनोकणों (MNPS) और विशिष्ट रसायनों का समावेश से जुड़े एक उभरती हुई प्रवृत्ति को देखा है धातु आयनों के कुशल प्रतिधारण में सक्षम कार्य समूहों में होते है। वाणिज्यिक रेजिन के विपरीत, इस तरह के MNPS γ-mercaptopropyltrimethoxysilane (γ-MPTS) 9 और aminobenzyl ethylenediaminetetraacetic एसिड (ABEDTA) 10 जिसके बाद वे एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र टी की सहायता से microchannels में पैक कर रहे हैं के रूप में यौगिकों के साथ संशोधित कर रहे हैंओ धातु आयनों के चुनिंदा निकासी प्राप्त करने के।
हालांकि पर चिप विशेष तकनीकों के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति देखा गया है, सूचना तकनीक को आम तौर पर या तो आयन एक्सचेंज या केलेशन के आधार पर कार्य करते हैं। जैसे कि इन तकनीकों के उपयोग के कपड़े, कपड़े धोने, या उत्थान से जुड़े लोगों, विश्लेषणात्मक प्रदर्शन को बनाए रखने सहित अपरिहार्य संचालन प्रक्रियाओं की आवश्यकता का नुकसान है। दुर्भाग्य से, अतिरिक्त संचालन प्रक्रियाओं के लिए जरूरत के समय ही नहीं प्रत्येक विश्लेषण के लिए आवश्यक फैली लेकिन यह भी उच्च खाली मूल्यों और irreproducible परिणामों के कारण जोखिम। 11 इसलिए, एक विकल्प पर चिप विशेष तकनीक के लिए काम कर रणनीति जरूरी है के लिए धातु का पता लगाने का विश्लेषण करती है।
1993 में, वत्स और Chehimi 12 में पाया गया कि धातु आयनों polymeric सामग्री की ओर एक प्रतिधारण की प्रवृत्ति है, और analytes की है कि सबसे अधिक कुशलता से एक क्लोरो (सीएल) -containi पर बरकरार रखाएनजी polymeric सामग्री, पाली (विनाइल क्लोराइड) (पीवीसी) सोडियम आयनों को छोड़कर। इसलिए, 2002 में, Eboatu एट अल। 13 आगे परमवीर चक्र से समाधान से कुछ विषाक्त धातु की ज़ब्ती पर सूचना दी। क्योंकि यह संकेत दिया है कि सीएल युक्त polymeric सामग्री analyte preconcentration और नमक मैट्रिक्स उन्मूलन के लिए बेहतर गुण का प्रदर्शन किया, सीएल युक्त विशेष कार्यक्षमता के साथ चिप आधारित उपकरणों के निर्धारण के लिए एक उपन्यास पर चिप विशेष तकनीक के विकास के लिए एक आकर्षक रणनीति पर विचार किया गया की धातु आयनों का पता लगा। इस तरह के निर्माण में आसानी, वांछित रासायनिक / यांत्रिक गुणों, और ऑप्टिकल स्पष्टता के रूप में देखते हुए माल सुविधाओं, 14,15 इस अध्ययन के एक microdevice निर्माण करने के लिए पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) का फायदा उठाया। फिर, सीएल युक्त विशेष कार्यक्षमता धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए एक उपन्यास पर चिप विशेष तकनीक के विकास के लिए गढ़े डिवाइस में प्रत्यारोपित किया गया था। 16
आरemarkably, चैनल इंटीरियर में उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच द्विध्रुवीय आयन बातचीत पर अभिनव निकासी तंत्र की रिलायंस जनरल पर चिप विशेष प्रक्रिया के दौरान किए गए उपायों से बचने के लिए, के लिए अग्रणी यह संभव बनाता है या तो प्रदूषण का एक नाटकीय कमी अतिरिक्त अभिकर्मकों के उपयोग या श्रम अतिरिक्त कदम के लिए जिम्मेदार ठहराया की वजह से। इस योगदान में प्रदान प्रोटोकॉल विविध पृष्ठभूमि से शोधकर्ताओं ने अपने काम के लिए द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई माइक्रोचिप निर्माण करने के लिए सक्षम हो जाएगा। गढ़े माइक्रोचिप के लिए विस्तृत लक्षण वर्णन प्रक्रियाओं के रूप में अच्छी तरह से वर्णित हैं।
एक द्विध्रुवीय की मदद से एसपीई माइक्रोचिप की तैयारी के लिए विस्तृत प्रक्रिया से ऊपर प्रस्तुत किए गए। इस खंड में, PMMA पर सी-सीएल moieties और सीएल युक्त PMMA, जो धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए एक निष्कर्षण माध्यम के रूप में इस्तेमाल किया गया था की व्यवहार्यता का आरोपण के संबंध में संशोधन प्रोटोकॉल की उपयोगिता, कर रहे हैं कदम-दर-कदम मूल्यांकन किया है। सतह सत्यापन के लिए, नमूना प्रकार विश्लेषणात्मक उपकरण के साथ अपनी संगतता के आधार पर चयन किया गया था। दूसरे शब्दों में, एक इसी तरह की प्रक्रिया के माध्यम से तैयार नमूने परीक्षण के प्रकार विश्लेषणात्मक उपकरणों की आवश्यकताओं के अनुसार निर्धारित किया गया है। उदाहरण के लिए, एक सब्सट्रेट प्रकार नमूना, संपर्क कोण की माप के लिए इस्तेमाल किया गया था, जबकि एक पाउडर पैकिंग प्रकार नमूना ला आईसीपी एमएस, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए इस्तेमाल किया गया था, और XANES विश्लेषण करती है।
प्रारंभ में, परिवर्तन रासायनिक कार्यक्षमताओं अताशे से गुजरा नजर रखने के लिएप्रस्तावित प्रक्रिया के दौरान PMMA की सतह के लिए डी, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद इसी के लिए हर कदम बाहर किया गया था के लिए एक संपर्क कोण विश्लेषण (चित्रा 2)। चित्रा 2 में दिखाया गया है, संपर्क कोण में बदलाव स्पष्ट रूप से संकेत दिया है कि संशोधन की प्रक्रिया के दौरान सतह परिवर्तन हुआ, और 80.3 ° ± 0.43 ° के संपर्क कोण है कि अंतिम उत्पाद के लिए मापा गया था समझौते में था के साथ पहले परिणाम की सूचना दी। 21
इसके अलावा, संशोधित PMMA पर सी-सीएल moieties के अस्तित्व को भी ला-आईसीपी एमएस विश्लेषण के माध्यम से इस बात की पुष्टि की गई थी। (चित्रा 3 (क)) देशी PMMA ablating द्वारा प्राप्त परिणामों के साथ तुलना में, कक्षाओं के लिए अलग संकेतों PMMA सी-सीएल moieties के साथ संशोधित ablating द्वारा expectably मनाया गया।
रमन स्पेक्ट्रा आगे PMMA के लिए सी-सीएल moieties की कुर्की मान्य करने के लिए एकत्र किए गए थे। Figu में दिखाया गया हैफिर 3 (ख), दो विशेषता सीसीएल 2 विषम खींच कंपन के साथ जुड़े चोटियों 682 सेमी -1 और 718 सेमी -1 संशोधित PMMA के स्पेक्ट्रम में कम से मनाया गया और विलिस एट अल द्वारा रिपोर्ट परिणामों के साथ कि में काफी अच्छा समझौता । 22 और हेंड्रा एट अल। 23 दूसरे शब्दों में, PMMA के लिए सी-सीएल moieties की कुर्की सफलतापूर्वक संशोधन के बाद प्राप्त किया जा सकता है।
इसके अलावा, निकासी तंत्र इस अध्ययन में प्रस्तावित स्पष्ट करने के लिए, XANES विश्लेषण कार्यरत था। जैसा कि चित्र 4 में संकेत दिया है, उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच बातचीत XANES स्पेक्ट्रम 2 करोड़ + आयनों के साथ इलाज संशोधित PMMA के लिए इसी में प्रमुख अवशोषण बढ़त की मौजूदगी से इस बात की पुष्टि की जा सकती है। इस प्रकार, द्विध्रुवीय-electrostatic बातचीत वास्तव में चिप पर टीआर के लिए निकासी के लिए लागू किया जाएगाइक्का धातु विश्लेषण करती है। ताइवान में दो नदियों से एकत्र पानी के नमूने लिए विस्तृत विश्लेषणात्मक परिणाम कहीं वर्णित किया गया है। 16
हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, इस धातु का पता लगाने के आयनों के निर्धारण के लिए पर चिप विशेष प्रतिक्रिया में एक अभिनव काम कर रणनीति का उपयोग करने में पहला प्रयास है, और है कि विकसित डिवाइस अन्य पर चिप विशेष तकनीकों के साथ तुलना में काफी टिकाऊ था (यानी 160 से अधिक विश्लेषणात्मक काम करता है निष्कर्षण दक्षता के मामले में महत्वपूर्ण गिरावट के बिना प्राप्त किया जा सकता है)। फिर भी, क्योंकि इस तरह की निकासी तंत्र मुख्य रूप से उच्च ऋणात्मक सी-सीएल moieties और सकारात्मक आरोप लगाया धातु आयनों के बीच बातचीत पर भरोसा किया था, प्रस्तावित तकनीक नकारात्मक आरोप लगाया प्रजातियों की निकासी के अब तक के लिए अनुपयुक्त होने की उम्मीद थी।
The authors have nothing to disclose.
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).
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. |