1. Objetivos:- Despertar el interés en el estudiante acerca de los temas actuales de investigación

tecnológica, en este caso específico el desarrollo de la nanotecnología basados en dispositivos microfluidicos.

- Consolidar los conceptos nuevos de microfluídica y Nanofiltros.

2. Motivación:- Una de las mayores motivaciones al incurrir en el estudio del tema de los

“Nanofiltros basados en dispositivos microfluidicos” es poder adquirir conocimientos en esta materia y poder llevarlo de algún modo a la aplicación en el campo de nuestro interés que es la ing. Química ( determinación de pH, separación electroforética, citometría de flujo).

3. Desarrollo del tema:Microfluídica La microfluídica se puede definir como la ciencia de los sistemas en los que el comportamiento de los fluidos difiere de la teoría tradicional (dominio macroscópico) debido al pequeño tamaño de estos sistemas. El movimiento de los fluidos puede ser explotado para una variedad de aplicaciones y tecnologías científicas y, por lo tanto, existe la necesidad de continuar el debate sobre los efectos de la ampliación en la microfluídica. El desarrollo de microsensores de flujo, microbombas y microválvulas a finales de los años 80 dominó las primeras etapas de microfluidos. Durante la etapa pionera, las principales plataformas de explotación para la fabricación de microsistemas se basaron en vidrio, cuarzo y silicio. En la actualidad, las plataformas de menor costo y fácil acceso se están utilizando cada vez más en microfluidos, incluyendo polímeros elastoméricos (PDMS, por ejemplo) y desechables como papel y transparencias. Actualmente, los sistemas de microfluidos pueden ser utilizados en diferentes áreas incluyendo la química, biología, medicina, entre otros. Algunos ejemplos de aplicaciones de dispositivos de microfluidos implican la determinación de pH, el seguimiento de la cinética de reacción y las interacciones biomoleculares, separación electroforética, inmunoensayos, citometría de flujo, proteómica y la metabolómica por espectrometría de masas, análisis de ADN, la manipulación de células y otra. El uso de estos dispositivos presenta una serie de ventajas muy atractivas económicamente y tecnológicamente. En primer lugar, debido a que el volumen de fluido dentro de estos sistemas es muy pequeña (nanolitros a microlitros). Para aplicaciones en análisis químico, esta reducción de volumen es particularmente significativo para reactivos caros o en situaciones en las que se reduce la cantidad de la

muestra. Por otra parte, actualmente las técnicas de fabricación son relativamente baratos, lo que permite la producción a gran escala, así como la integración de múltiples pasos químicos y físicos en un solo dispositivo. Como consecuencia de la reducción del tamaño de los dispositivos, es posible completar un análisis en un intervalo de tiempo del orden de segundos.

Nanofiltro basado en dispositivo microfluidico

Este experimento fue desarrollado por Ken Lux y se inspiró en la investigación sobre "paredes virtuales" en dispositivos de microfluidos del Prof. David Beebe (Universidad de Wisconsin - Madison) y el Prof. Jeffrey Moore (Universidad de Illinois - Urbana / Champaign).

Los dispositivos de microfluidos son un nuevo tipo de tecnología que puede detectar cantidades muy pequeñas de una sustancia en una corriente de fluido. Aunque los propios dispositivos suelen ser lo suficientemente grande como para recoger con las manos, la altura del canal está a sólo un par de veces más alto que el diámetro de una sola hebra de cabello. La microescala crea características de flujo especiales en el fluido que pasa a través del canal. Sustancias tan pequeñas de unos pocos nanómetros pueden ser detectadas en el fluido. Los ingenieros y los científicos han sido capaces de producir dispositivos de microfluidos que detectan signos de ciertos tipos de cáncer en una muestra de sangre antes de que los métodos tradicionales lo logren. Los sensores también se han producido para la detección de contaminantes ambientales en muestras de agua. A menudo, estos dispositivos incorporan mecanismos de filtro que eliminan las partículas no deseadas de la solución de partículas pequeñas tales como las células y las proteínas de modo que puedan ser estudiados de manera más eficaz.

Este experimento permitirá crear un dispositivo de microfluidos para la filtración de una suspensión acuosa de nanopartículas de PMMA y le dará la oportunidad de investigar varios aspectos de nanotecnología y los fenómenos de microfluidos. El dispositivo utiliza una membrana de nylon sintetizado por una reacción de polimerización en la interfase entre dos soluciones inmiscibles en la " pared virtual ", donde las regiones superficiales hidrófilas e hidrófobas en su dispositivo se cruzan.

Procedimiento.

Use protección para los ojos, guantes químicos recomendados

Preparación de la medición de la pared y el ángulo de contacto virtual

Preparar una solución de plata activa. Añadir gota a gota hidróxido de amonio concentrado a 10 ml de solución de nitrato de plata 0,1 M hasta que el precipitado inicial sólo se disuelve. Añadir 5 ml de solución de KOH 0,8 M; se formará un precipitado oscuro. Añadir gota a gota más hidróxido de amonio hasta que el precipitado se re disuelve justo. Esta solución "plata activa" se debe utilizar dentro de una hora de preparación. Para evitar la formación de nitruro

de plata explosivo, desechar cualquier solución activa restante por lavado por el desagüe con agua abundante.

Depósito de plata sobre un portaobjetos de vidrio.

Usando las pinzas, coloque un portaobjetos limpio en una placa de Petri. Añadir 12 gotas de solución de glucosa 0,5 M y 40 gotas de solución de iones de plata activa.

Agitar suavemente la placa de Petri durante varios minutos para mezclar las soluciones. Un precipitado oscuro comenzará a formar un recubrimiento de plata y depositará sobre el vidrio .

Enjuague el portaobjetos con agua pura para revelar la capa de plata. Evite el contacto con la solución, que se mancha las manos.

Utilizando otra diapositiva como una regla en un ángulo de 45 grados, raspar un poco de capa de plata con una hoja de afeitar.

Añadir un recubrimiento hidrofóbico alcanotiol a la plata. Aplique varias gotas de una solución de etanol de hexadecanotiol para cubrir la superficie de plata filo agudo. Deje que el etanol se evapore, dejando atrás una monocapa de alcanotiol con los átomos de azufre unidos a la plata y las colas hidrocarbonadas apuntando lejos.

Enjuague el vaso con agua pura para eliminar cualquier hexadecanotiol de la región no plateada. Debido a que la superficie de vidrio es hidrófilo y la superficie de plata funcionalizado es hidrófobo, una " pared virtual " se observa en la interfaz entre la superficie funcionalizada y superficies no funcionalizadas. Esta interfaz se utiliza para posicionar la localización de una membrana de nylon .

Una gota de agua " cuentas -up " en la superficie funcionalizado pero se extiende sobre la superficie del vidrio. Una manera de describir esto es el ángulo de contacto entre la gota y el tobogán. Es el ángulo de contacto de ancho (pequeña atracción a la diapositiva) o estrecho (gran atracción a la diapositiva).

La hidrofobicidad de la superficie funcionalizada hace que sea posible para arrastrar las gotitas de agua a través de esa superficie. Prueba también la superficie de plata no funcionalizado para la comparación.

La construcción de los microcanales y Puertos de Fluidos

Preparar epóxidos en un recipiente desechable mediante la mezcla de cantidades iguales de los dos productos químicos desde el dispensador comercial. Preparar más de los que se va utilizar en los cinco minutos antes de que se endurezca. Mezclar bien los dos productos químicos.

Crear canales para el dispositivo de microfluidos. Cubra un lado de una hoja de cubierta microscopio con epoxi.

Formar canales pegando cuatro cubreobjetos a la diapositiva. La interfaz entre el hidrófobo y las regiones hidrófilas debe ejecutar diagonalmente por el centro de la intersección del canal. Pegue la quinta hoja de la cubierta para servir como un "techo" para los canales.

Añadir conectores para introducción de fluido. Cortar una punta de pipeta en un ángulo.

Colocar la resina epóxica en la punta de la pipeta del dispositivo de tal manera que la abertura grande tiende un puente sobre el canal y permite que el fluido fluya desde la punta en el canal. Selle los bordes alrededor de la punta de la hoja de la cubierta superior, la cubierta se desliza más bajos, y la diapositiva original.

Del mismo modo pegar las puntas de pipeta para los canales restantes.

Síntesis de esferas de polimetacrilato

Las esferas de Polimetilmetacrilato monodisperso (PMMA) ese sintetizan a partir de una suspensión acuosa agitada de metacrilato de metilo. Las pequeñas partículas uniformes de diámetro aparecen iridiscente dado que su tamaño es similar a la longitud de onda de la luz visible. Dos suspensiones de PMMA se sintetizan, de una en una agitación a alta velocidad y uno a una velocidad inferior .

Para ambas configuraciones de reacción, bajo un flujo lento de nitrógeno, se agita 16 ml de agua pura con una barra de 20x10 mm de agitación magnética con forma ovalada en un matraz de 25 ml de fondo redondo equipado con una camisa de teflón y un condensador. El nitrógeno entra a través de una aguja larga y sale a través de una aguja corta que pasa a través de un tabique en la parte superior del condensador y a continuación a un borboteador para controlar el flujo. La placa calefactora con agitador hace girar la barra de agitación a velocidad máxima durante la reacción de "alta velocidad" y en el nivel 3 para la reacción de "baja velocidad”. Un baño de agua a partir de un plato de cristalización mantiene la temperatura a 70 °C para ambos.

Para ambas reacciones, añadir 3,0 ml de metacrilato de metilo. Mantener la temperatura de 70 °C. El tamaño de las esferas producidas depende de la temperatura, velocidad de agitación, y la concentración.

Para ambas reacciones, añadir 0,015 a 0,020 g de 2,2 - azobis (2 - metilpropionamidina) que se descompone con el calor para producir un iniciador de radicales libres para la reacción de polimerización (El iniciador se añade a través del condensador desde agregarlo a una articulación expuesta a vapor metacrilato de metilo dos veces resultó en una articulación permanente polimetilmetacrilato fusionado.)

Una suspensión blanca lechosa se observa a medida que avanza la polimerización. Mantener el ajuste de la temperatura para mantener 70 °C durante los próximos 40 minutos .

Después de 40 minutos de calentamiento, separar el refrigerante y transferir la suspensión a viales para almacenamiento. Asegúrese de etiquetar el que la reacción de los viales de procedencia. No debería haber un olor perceptible si la polimerización se realizó correctamente.

Sintetizar una membrana compuesta de nylon-epoxi en la interfaz.

Conecte un trozo corto de tubo Tygon a una jeringa de plástico. Utilice la jeringa para extraer una pequeña cantidad de endurecedor acuosa de 1,6-diaminohexano / epoxi en el tubo. Conectar el tubo a una punta de pipeta que alimenta uno de los canales de vidrio sin recubrimiento hidrófilos. Aplicar suavemente presión para el émbolo de manera que la solución avanza a la interfaz. (Si la solución cruza la interfaz, utilice el émbolo para ajustar la posición solución.)

Conectar otro pequeño trozo de tubo Tygon a una jeringa de plástico. Utilice la jeringa para extraer una pequeña cantidad de una solución de resina de cloruro / epoxi adipoilo en xileno en el tubo. (Ojo: Xileno reaccionará con la jeringa.) Conecte el tubo a una punta de pipeta que se alimenta el canal de vidrio recubierto hidrofóbica contrario. Aplicar una suave presión sobre el émbolo para que la solución se avanza a la interfaz. (Una membrana de nylon se forma cuando las dos soluciones se reúnen, es de esperar en la interfaz.)

Haga dos veces internacional con las puntas de pipeta sellando el extremo de un trozo corto de tubo Tygon con epoxi.

Filtración

Añadir 6 gotas de la suspensión de PMMA de alta velocidad y 6 gotas de la suspensión a baja velocidad hecha anteriormente para 120 ml de agua pura .

La filtración de las esferas de PMMA. Utilice las dos tapas que ha realizado anteriormente para asegurarse de que el único camino para el flujo de la solución es a través de la interfaz y la membrana.Conecte un trozo corto de tubo Tygon a una jeringa de plástico. Utilice la jeringa para extraer algo de la suspensión de PMMA diluido en el tubo. Conecte el tubo a una punta de pipeta. Suavemente aplique presión al émbolo de manera que la solución avanza a través de la membrana y recoger el efluente.

Materiales

Glucosa 0,5 M Disolver 0,90 g de glucosa en 10 ml de agua.0,8 M de KOH Disolver 0,45 g de KOH en 10 ml de agua.0,1 M de nitrato de plata

Disolver 0,17 g de AgNO 3 en 10 ml de agua.

15 M concentrada de

hidróxido de amonioPlaca de Petrisolución alcanotiol Añadir unas gotas de una alcanotiol de cadena larga (como

octadecanotiol) a 20 ml de etanol.epoxy Devcon epoxi 5 minutos.Portaobjetos y cubreobjetos

Utilizamos 3 x 2 pulgadas diapositivas y cubreobjetos cuadrados.

Puntas de micropipetaSolución de endurecedor epoxi de 1,6-diaminohexano

Exprima una masa de níquel de tamaño de endurecedor de epoxy en un vaso de 100 ml. Añadir una barra de agitación y 100 ml de agua al vaso de precipitados y 5 ml de metanol.Revuelva mientras se calienta a suspender endurecedor epoxy (una suspensión blanca turbia se traducirá). Use partes iguales de esta suspensión y 60 mM de 1,6-diaminohexano en agua como reactivo acuosa.

solución de resina de ácido epoxi cloruro

Exprima una masa de níquel de tamaño de resina epoxi en un vaso de 100 ml. Añadir 50 ml de xilenos y revuelva hasta que se disuelva la resina en los xilenos. Use partes iguales de esta suspensión y cloruro adipoilo 47 mM en xilenos como reactivo orgánico.

Los tubos de plástico y una jeringa

5 jeringas de plástico mL

4. Conclusiones:

5. preguntas de evaluación (con respuesta)