MIKROFLUIDNÍ ZAŘÍZENÍ PRO PRŮTOKOVOU INJEKČNÍ ANALÝZU S ELEKTROCHEMICKOU DETEKCÍ

Význam tématu

V oblasti analytické chemie roste zájem o miniaturizovaná mikrofluidní zařízení umožňující automatizované spojení přípravy vzorku, separace a detekce na jediné platformě. Integrace elektrochemické detekce do mikroprůtokových systémů nabízí nízkou spotřebu vzorku a reagentů, vysokou rychlost analýzy a snadnou automatizaci bez nutnosti objemných externích pump.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo otestovat a charakterizovat jednoduchou mikrofluidní platformu pro flow-injection analysis (FIA) poháněnou elektrokineticky a vybavenou amperometrickou detekcí. Studie se zaměřila na opakovatelnost dávkování analyta, vliv elektrického pole, dávkovaného objemu a parametrů elektrody na analytické vlastnosti systému.

Použitá instrumentace

• Mikrofluidní skleněný čip (AMC, Canada) s čtyřcestnou dávkovací kapilárou (ø 50 μm, hloubka 40 μm) a délkou mikrokanálku 72 mm.
• Síto­tiskovaná uhlíková pracovní elektroda potažená zlatem (Electrodag 440B; modifikace pulzy ±0,75 V).
• Referentní elektroda Ag/AgCl z Ag drátu a platinová pomocná elektroda.
• Potenciostat CH Instruments 621 spojený s PC (Pentium III, 166 MHz).
• Napěťový zdroj vysokého napětí (0–4 kV) pro elektrokinetické dávkování.

Metodika

Vzorky (dopamin, p-kresol, 1,2-dihydroxybenzen, glukosa a glukosooxidasa) v pufru fosfát/borát (0,02 mol·L⁻¹, pH 7,9) byly dávkovány elektrokineticky při 3 kV (0,42 kV·cm⁻¹). Rozpětí detekčních potenciálů: 1,2 V vs. Ag/AgCl pro dopamin, 0,9 V pro p-kresol a glukosu (amperometrie s časovou konstantou 0,1 s). Enzymatická reakce glukosy probíhala v mikrokanálku s glukosooxidázou (70 U·mL⁻¹) a následnou amperometrickou detekcí vytvořeného H₂O₂.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace ukázala, že nejmenší šířka a rozptyl elektroosmotic- ky dávkovaného píku je při intenzitě pole 0,42 kV·cm⁻¹ a dávkování 3 s. Lineární kalibrace proběhly v rozsazích 5–15 mmol·L⁻¹ glukosy, 1–8 μmol·L⁻¹ dopaminu a 2–12 μmol·L⁻¹ p-kresolu. Detekční limity (S/N = 3): 2,5×10⁻³ mol·L⁻¹ pro glukosu, 5×10⁻⁶ mol·L⁻¹ pro dopamin a 1×10⁻⁵ mol·L⁻¹ pro p-kresol. Opakovatelnost (RSD) dosáhla 2,5 % u dopaminu a 3,1 % u p-kresolu při 30 opakovaných dávkách.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje nízkou spotřebu vzorku a reagentů, vysokou rychlost analýzy a snadnou automatizaci bez potřeby objemné pumpingové soustavy. Přímá elektrochemická detekce eliminuje nutnost derivatizace elektroaktivních sloučenin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k integraci separačních modulů (mikro­kapilární elektroforéza, chromatografie), rozšíření detekčního portfolia (multielektrodové matice, mikromembrány), sériové výrobě polymerních čipů a připojení k chytrým přístrojům pro aplikace v terénu a diagnostice.

Závěr

Popsaný mikrofluidní FIA systém s elektrochemickou detekcí prokázal spolehlivou opakovatelnost, citlivost v mikromolárním až milimolárním rozsahu a potenciál pro miniaturizované analytické aplikace v oblasti chemie, biochemie a průmyslové kontroly kvality.

Reference

1. Jakeway S., de Mallo A. J., Russell E. L.: Fresenius’ J. Anal. Chem. 366, 525 (2000).
2. Freemantle M.: Chem. Eng. News 22, 27 (1999).
3. Hadd A., Raymond D., Halliwell J., Jacobson S., Ramsey M.: Anal. Chem. 69, 3407 (1997).
4. Reyes D. R., Iossifidis D., Auroux P.-A., Manz A.: Anal. Chem. 74, 2623 (2002).
5. Manz A., Graber N., Widmer H. M.: Sens. Actuators B1, 244 (1990).
6. Jacobson S. C., Ramsey J. M.: Anal. Chem. 69, 3212 (1997).
7. Becker H., Locascio L. E.: Talanta 56, 267 (2002).
8. McCreedy T.: Trends Anal. Chem. 19, 396 (2000).
9. Ramsey R. S., Ramsey J. M.: Anal. Chem. 69, 1174 (1997).
10. Woolley A., Lao K., Glazer A., Mathies R. A.: Anal. Chem. 70, 684 (1998).
11. Wang J.: Talanta 56, 223 (2002).
12. Wang J., Tian B. M., Sahlin E.: Anal. Chem. 71, 3901 (1999).
13. Clark R., Hietpas P., Ewing A. G.: Anal. Chem. 69, 259 (1997).
14. Bratten C., Cobbold P., Cooper J. M.: Anal. Chem. 69, 253 (1997).
15. Haswell S. J.: Analyst 122, 1R (1997).
16. Pumera M., Wang J., Opekar F., Jelínek I., Feldman F., Löwe H., Hardt S.: Anal. Chem. 74, 1968 (2002).
17. Greenway G. M., Haswell P. H., Petsul P. H.: Anal. Chim. Acta 387, 1 (1999).
18. Wang J., Tian B. M., Nascimento V., Agnes L.: Electrochim. Acta 43, 3459 (1998).
19. Wang J., Tian B. M., Sahlin E.: Anal. Chem. 71, 5436 (1999).
20. Wang J., Chatrathi M. P., Tian B. M.: nepublikované výsledky.
21. Wang J., Chatrathi M. P., Tian B. M., Polsky M. P.: Anal. Chem. 72, 2514 (2000).