Fremstilling af mikrofluidfilter til filtrering af guld-nanopartikler

Transkript

1 Fremstilling af mikrofluidfilter til filtrering af guld-nanopartikler Formål I dette eksperiment skal du fremstille et såkaldt mikrofluidfilter og vise, at filtret kan bruges til at frafiltrere partikler af nanostørrelse. Apparatur og kemikalier Petriskål Mikroskopglas Plastdråbepipetter Barberblad Dækglas til mikroskop Epoxylim er til mikropipetter Tynde klare plastslanger Plastsprøjte 0,5M glukoseopløsning Aktiv sølvion-opløsning Konc. ammoniumhydroxid 1-hexadecanthiol i ethanol 1,6-diaminohexan i vand Adipoylchlorid i xylen Kolloid guldopløsning fra E2: Syntese af kolloidt guld Teori Mikrofluidapparater kan bruges til at spore meget små mængder af et stof i en væske. Væsken ledes igennem nanotynde kanaler og undervejs analyseres væskens indhold. Selvom et mikrofluidapparat ofte er stort nok til, at du kan tage det op i hånden, så er kanalerne i filtret ikke meget højere end diameteren på et enkelt hår. Figur 1: Biosensor med mikrofluidkanaler 1

2 Det betyder, at molekyler helt ned til et par nanometer i størrelsen kan spores i væsken. Det er lykkedes ingeniører og forskere at fremstille mikrofluidapparater, der kan detektere visse former for kræft i en blodprøve tidligere, end kræften kan spores med traditionelle metoder. Der er også blevet fremstillet sensorer, som registrerer forurenende stoffer i vandprøver. Mikrofluidfiltre Udover at fungere som sensorer kan mikrofluidapparater bruges til at fjerne uønskede partikler fra en væske. Det gøres ved hjælp af et indbygget mikrofluidfilter. I dette eksperiment skal du fremstille et sådant filter. Filtret skal du bagefter bruge til at filtrere den vandige opløsning af guld-nanopartikler fra eksperiment 2: Syntese af kolloidt guld. Filtret består af en nylonmembran, som er fremstillet ved en polymerisationsreaktion (figur 2) (læs mere om fremstillingen af nylon i undervisningsmaterialet om nylon). Figur 2: Et mikrofluidfilter af nylon i forstørrel se. Figur 3: Mikrofluidapparatet, som du skal fremstille i dette eksperiment. Nylonfiltret dannes på overgangen mellem det mørke og det lyse område. Området kaldes for den virtuelle væg. Polymerisationsreaktionen finder sted mellem to ikke-blandbare væsker på grænsen mellem en hydrofil og en hydrofob overflade i mikrofluidapparatet. En sådan grænse kaldes for en virtuel væg (figur 3). 2

3 Eksperiment - Fremstilling af den virtuelle væg 1. Begynd med at coate et mikroskopglas med sølv, som beskrevet i E1: Fremstilling af enkeltlag på sølv 1. Brug 12 dråber glukose og 40 dråber aktiv sølvionopløsning. 2. Læg et andet mikroskopglas i en vinkel på 45 ovenpå sølvlaget og skrab noget af sølvcoatingen af med et barberblad (se figur 1 nedenfor). Figur 1 1. Dæk sølvlag med 2. Skrab noget 3. Færdig! nyt mikroskopglas. af sølvlaget af. 3. Påfør nogle dråber hexadecanthiol-opløsning til det trekantede område med sølv. Hele sølvoverfladen skal være dækket. Lad ethanolen fordampe, hvorved der dannes en hydrofob overflade. Coatingen foregår i stinkskab. Efterprøv med vanddråber, om den coatede sølvoverflade er hydrofob. 4. Skyl den ucoatede glasoverflade med demineraliseret vand for at fjerne resterne af hexadecanthiol. Da glasoverfladen er hydrofil og hexadecanlaget på sølv er hydrofobt, opstår der en virtuel væg på overgangen mellem de to overflader. På denne overgang vil vi placere en nylonmembran. 3

4 Eksperiment - Fremstilling af mikrokanaler 5. Læs hele den nedenstående vejledning, inden du blander de to komponenter til epoxylimen. Sørg for at have alle de ting, du skal bruge, inden du begynder. Overvej hvordan tingene skal limes sammen. Du skal nemlig arbejde hurtigt for at undgå, at limen størkner. Brug små mængder lim. 6. Brug et pipettehoved til en mikropipette, når du senere skal påføre limen på mikroskopglasset. Øv dig kort i at påføre limen, inden du går videre. 7. Skær spidsen af et nyt pipettehoved skråt af. Det må ikke være alt for langt. Skær desuden den anden ende, som skal limes på glaspladen, skråt af. Du kan med fordel gøre dette, inden du blander de to komponenter til epoxylimen. 8. Påfør et tyndt epoxylag på fire små dækglas ved at sætte en lille klat lim i midten af hvert dækglas. Anbring de fire dækglas på mikroskopglasset, som vist på billedet til venstre og på tegningen nedenfor (figur 2). Herved opstår fire kanaler. Undgå at limen løber ud over kanten af dækglasset, når det sættes på mikroskopglasset. Muligvis rager dækglassene ud over mikroskopglassets kant. Figur 2 Kanal Diagonal 1 Brug evt. slutproduktet fra dette eksperiment. 4

5 Lim et femte dækglas, taget, på midten, der hvor de fire kanaler mødes (se figuren ovenfor). Diagonalen, der løber igennem dette midtpunkt er den såkaldte virtuelle mur, dvs. overgangen mellem den hydrofile og den hydrofobe overflade. 9. Påfør en tynd stribe af lim henover kanalen mellem to dækglas. Smør også lim rundt om den afskårne ende på et af pipette- hovederne. 10. Lim den afskårne ende af pipettehovedet på glaspladen, så den bygger bro over en af kanalerne. Pas på du ikke lukker kanalerne med lim. Sørg for, at pipettehovedet er forseglet med lim på alle de steder, hvor det slutter til hhv. dækglassene og mikroskopglasset. Især enden af kanalen skal lukkes (se figur 3). På den måde kan du lede væske gennem pipettehovedet og ned i kanalen. 11. Lim de øvrige tre pipettehoveder på de øvrige kanaler (se figur 3). Sørg igen for, at enden af hver kanal er forseglet med lim og pas på ikke at lukke kanalerne med lim. Lad limen tørre inden du går videre. Figur 3 (fortsættes på næste side) 5

6 Eksperiment - Fremstilling af nylonmembran 11. Nu skal du lave en nylonmembran, der kan filtrere de kolloide guldpartikler fra. Det gør du på følgende måde: Sæt en lille stump klar plastikslange på en plastiksprøjte. Sug lidt 1,6-diaminohexan-opløsning op i slangen. Forbind nu slangen til det ene pipettehoved, som sidder over den hydrofile ucoatede overflade. 12. Pres ganske forsigtigt væsken ned i kanalen så væskefronten ligger ved overgangen mellem den hydrofile og hydrofobe overflade. Den må ikke overskride denne grænse. Sker det alligevel, trækker man bare stemplet lidt tilbage for at justere positionen af væskefronten. Forbind sprøjten til et nyt stykke plastslange og sug lidt af adipoylchlorid-opløsningen op i slangen. Vær opmærksom på, at opløsningsmidlet xylen kan reagere med sprøjten. Forbind slangen til det modstående pipettehoved (se figur 4 nedenfor), som er placeret over den coatede hydrofobe overflade og pres forsigtigt opløsningen ned i kanalen så væskefronten ligger ved overgangen mellem den hydrofile og hydrofobe overflade. Der, hvor de to væsker mødes, danner de en nylonmembran. Membranen viser sig som en lille hvid streg. Lukkes 1,6-diaminohexan Adipoylchlorid Lukkes Figur 4: De to væsker sprøjtes ind gennem modstående pipettehoveder. Væskerne mødes ved den virtuelle væg og danner en nylonmembran (fortsættes på næste side) 6

7 Eksperiment Test af mikrofluid-filter 13. Luk de to andre pipettehoveder med epoxylim. Test, at væske kan passere membranen ved at sprøjte demineraliseret vand igennem det ene pipettehoved. Herved får du også fjernet rester af adipoylchlorid og 1,6-diaminohexan. Hvis du herefter sprøjter noget af den kolloide guldopløsning fra E2: Syntese af kolloidt guld igennem den ene af de åbne pipettehoveder, vil væsken passere igennem nylonmembranen, som tilbageholder de kolloide guldpartikler: 14. Sug derpå lidt af den kolloide guldopløsning op i et stykke klar plastikslange. Sæt slangen på det ene pipettehoved og pres forsigtigt stemplet ned. Opsaml filtratet, som kommer ud af det andet pipettehoved, i en 5 ml konisk kolbe eller lignende. Du kan med fordel vende opstillingen på hovedet, når du filtrerer. Prøv at filtrere den samme væske flere gange. Sammenlign farven med den ufiltrerede opløsning. Er den filtrerede opløsning lysere? Hvis ja, prøv at forklare hvorfor. Prøv evt. at sende lys fra laserpointeren igennem opløsningen. Sammenlign med den ufiltrerede opløsning. Spørgsmål og opgaver 1. Forklar, hvordan man kan se, om filteret virker. 2. Hvad er den kemiske formel for 1,6-diaminohexan? 3. Hvad er den kemiske formel for adipoylchlorid? 7