Unire Ion Concentrazione polarizzazione tra giustapposti Ion membrane a scambio di bloccare la propagazione della Zona Polarizzazione
Summary
Il protocollo per una nuova piattaforma concentrazione di ioni di polarizzazione (ICP) che può fermare la propagazione della zona ICP, indipendentemente dalle condizioni di funzionamento è descritta. Questa capacità unica della piattaforma risiede nell'utilizzo di fondere mancanza di ioni e l'arricchimento, che sono due polarità del fenomeno ICP.
Abstract
Il fenomeno concentrazione di ioni di polarizzazione (ICP) è uno dei metodi più prevalenti di preconcentrare campioni biologici bassa abbondanza. L'ICP induce una regione non invasivo per biomolecole cariche (cioè la zona mancanza di ioni), e bersagli può essere preconcentrato su questa regione di confine. Nonostante le prestazioni elevate preconcentrazione con ICP, è difficile trovare le condizioni operative delle zone non-moltiplicazione esaurimento di ioni. Per superare questa finestra di funzionamento stretto, abbiamo recentemente sviluppato una nuova piattaforma per preconcentrazione spatiotemporally fisso. Diversamente precedenti metodi che utilizzano solo mancanza di ioni, questa piattaforma utilizza anche la polarità opposta della ICP (cioè, arricchimento ion) per fermare la propagazione della zona di svuotamento ione. Confrontando la zona arricchimento con la zona di svuotamento, le due zone fondono e si fermano. In questo articolo, si descrive un piano sperimentale dettagliato per costruire questo piattaf ICP spatiotemporally definitoorm e caratterizzare la dinamica preconcentrazione della nuova piattaforma confrontandoli con quelli del dispositivo convenzionale. profili di concentrazione di ioni qualitative e le risposte attuali a tempo catturano con successo le diverse dinamiche tra l'ICP fusione e l'ICP stand-alone. In contrasto a quella convenzionale che può fissare la posizione preconcentrazione a soli ~ 5 V, la nuova piattaforma può produrre un plug target-condensato in un luogo specifico nelle ampie gamme di condizioni operative: tensione (0,5-100 V), forza ionica (1-100 mM) e pH (3,7-10,3).
Introduction
Ion polarizzazione di concentrazione (ICP) si riferisce a un fenomeno che si verifica durante l'arricchimento ionica e mancanza di ioni su una membrana permselective, determinando un calo potenziale supplementare con gradienti di concentrazione di ioni 1, 2. Questo gradiente di concentrazione è lineare, e diventa più pronunciata, una tensione elevata è applicata (regime ohmico) finché la concentrazione di ioni sulla membrana si avvicina a zero (regime di limitazione). In questa condizione di diffusione limitata, il gradiente (e il corrispondente flusso di ioni) è stato conosciuto per essere massimizzata / saturo 1. Oltre questa comprensione convenzionale, quando la tensione (o corrente) è ulteriormente aumentata, una corrente overlimiting si osserva, con zone deplezione piatte e gradienti di concentrazione molto netti alla zona di confine 1, 3. La zona pianeggiante ha una concentrazione molto bassa di ioni, ma la superficie di conduzione, elettro-osmoti flusso c (EOF), e / o l'instabilità elettro-osmotico promuovere flusso di ioni e inducono una overlimiting corrente 3, 4, 5. È interessante notare che la zona di svuotamento piatta serve come una barriera elettrostatica, che filtra 6, 7, 8, 9 e / o preconcentrates riguarda il 10, 11. Poiché non vi è una quantità insufficiente di ioni per schermare le cariche superficiali di particelle cariche (per elettroneutralità soddisfacente), le particelle non possono passare attraverso questa zona di svuotamento e quindi allineano al suo confine. Questo effetto non lineare ICP è un fenomeno generico in vari tipi di membrane 10, 11, 12, 13,> 14 e geometrie 6, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21; per questo motivo i ricercatori sono stati in grado di sviluppare vari tipi di filtrazione 6, 7, 8, 9 e preconcentrazione 10, 11 dispositivi che utilizzano il non lineare ICP.
Anche con tale alta flessibilità e robustezza, è ancora una sfida pratica chiarire le condizioni operative per i dispositivi non lineari ICP. Il regime non lineare del ICP rimuove rapidamente cationi attraverso una membrana a scambio cationico, che provoca lo spostamento di anioni muovono verso l'anodo. Come unDi conseguenza, la zona di impoverimento piatta propaga rapidamente, che ricorda di scosse propagazione 22. Mani et al. chiamato questa dinamica la dissalazione (o esaurimento) scioccare 23. Per preconcentrare bersagli in una posizione di rilevamento designato, impedendo l'espansione della zona di svuotamento ione è necessario, ad esempio, applicando EOF o flusso di pressione guidato contro l'espansione zona 24. Zangle et al. 22 chiarito i criteri per ICP propagazione in un modello unidimensionale, e dipende molto mobilità elettroforetica 17, forza ionica 18, pH 25, e così via. Ciò indica che le condizioni operative adeguate saranno modificati in base alle condizioni del campione.
Qui, vi presentiamo progettazione dettagliata e protocolli sperimentali per una nuova piattaforma ICP che preconcentrates obiettivi all'interno di un spatiotempper via orale posizione 26 definita. L'espansione della zona di svuotamento ione è bloccata dalla zona arricchimento ione, lasciando una spina preconcentrazione stazionaria in una posizione assegnata, indipendentemente dal tempo di funzionamento, la tensione applicata, forza ionica e pH. Questo protocollo video dettagliato destinato a mostrare il metodo più semplice per integrare membrane a scambio di cationi in dispositivi microfluidici e per dimostrare le prestazioni preconcentrazione della nuova piattaforma ICP rispetto a quella convenzionale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo descritto il protocollo di fabbricazione e le prestazioni di un preconcentratore spatiotemporally definita in un intervallo di tensione applicata (0,5-100 V), forza ionica (1-100 mM) e pH (3,7-10,3), ottenendo un 10.000 volte preconcentrazione di coloranti e proteine entro 10 minuti. Come come dispositivi ICP precedenti, le prestazioni preconcentrazione diventa meglio a tensione più alta e in basso a forza ionica. Un ulteriore parametro che possiamo considerare qui è la distanza tra due membrane a scambi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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).
Materials
| 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 |
Referências
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