Droplet-Based Analytical Chemistry Platforms Using Superhydrophobic and Superamphiphobic Surfaces

使用超疏水和超双疏表面的基于液滴的分析化学平台

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2016-04790
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2017-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Our laboratory is interested in the development of novel separation and detection methods for chemical analysis. Chemical analysis forms the basis for discovery in a wide variety of disciplines (e.g. environmental, medical and “omics” related research areas). The development of analysis systems that are faster, require less sample with increased sensitivity are in constant demand and become critical to probing e.g. biological and chemical systems in a variety of matrices. Our laboratory will develop droplet-based (digital) microfluidic platforms that combine low friction surfaces (superhydrophobic and super amphiphobic) with both magnetic and gravity-based droplet actuation and apply them to rapid/sensitive chemical analysis. My program will involve the synthesis and characterization of novel inorganic and polymer-based materials for low friction surface coatings and probe novel microfabrication methodologies to enable facile device fabrication (e.g. laser micromachining). Superhydrophobic/amphiphobic surfaces are characterized by extremely high contact angles (150 o) when droplets, of for example water, are placed upon their surface. The superhydrophobicity/amphiphobicity is generated through a combination of both surface chemistry and surface topography. The minimal surface adhesion enables the manipulation of droplets through the application of small forces (< 1 µN) on the droplet. A droplet can be rapidly actuated by introducing superparamagnetic particles to an aqueous droplet on a low friction surface, and applying a magnetic field (with speeds in excess of 50 cm/sec!). Alternatively we have shown that droplets can be manipulated using dissolved paramagnetic salts even though their magnetic susceptibility is approximately 10,000X less than that of the superparamagnetic particles. Paramagnetic particles can be functionalized with proteins, stationary phases, or with antibodies to conduct chemistry within the individual droplets. In this way multiplexed sample preparation prior to chemical analysis can be conducted (e.g. solid phase extraction, immuno-capture or derivatization). We will leverage my research group’s and our collaborator’s experience in mass spectrometry (MALDI and DESI-MS), fluorescence, electrochemical and absorbance detection to analyze of a variety of analytes (e.g. biomarkers, biosynthetic enzymes, environmental contaminants, etc.) within droplets following sample preparation. Our laboratory collaborates with a number of academic and industrial partners (e.g. NSERC Engage, Strategic and CREATE programs) to further augment and internationalize the training of researchers involved within my research program. The combination of experiences in microfabrication, microfluidics, mass spectrometry and surface science will provide students with a skill set relevant to the industrial, governmental and academic sectors.
我们的实验室致力于开发用于化学分析的新型分离和检测方法,化学分析为各种学科(例如环境、医学和“组学”相关研究领域)的发现奠定了基础。速度更快、需要的样品更少、灵敏度更高,这对于探测各种基质中的生物和化学系统至关重要,我们的实验室将开发结合低摩擦表面(超疏水表面)的基于液滴的(数字)微流体平台。和超双疏)与基于磁性和重力的液滴驱动,并将其应用于快速/灵敏的化学分析,我的计划将涉及用于低摩擦表面涂层的新型无机和聚合物基材料的合成和表征,并探索新型微加工方法。使设备制造变得容易(例如激光微加工),当水滴(例如水)放置在其上时,超疏水/双疏表面的特征是极高的接触角(150°)。超疏水性/双疏性是通过表面化学和表面形貌的结合产生的,通过在液滴上施加小力(< 1 µN)可以快速驱动液滴。将超顺磁颗粒引入低摩擦表面上的水滴中,并施加磁场(速度超过 50 厘米/秒!)。使用溶解的顺磁性盐进行操作,尽管它们的磁化率比超顺磁性颗粒低约 10,000 倍,但可以使用蛋白质、固定相或抗体进行功能化,以在单个液滴中进行化学反应。在进行化学分析之前(例如固相萃取、免疫捕获或衍生化),我们将利用我的研究小组和我们的合作者的经验。我们的实验室与许多学术机构合作,利用质谱(MALDI 和 DESI-MS)、荧光、电化学和吸光度检测来分析样品制备后液滴中的各种分析物(例如生物标志物、生物合成酶、环境污染物等)。和工业合作伙伴(例如 NSERC Engage、Strategy 和 CREATE 项目),以进一步增强和国际化参与我的研究项目的研究人员的培训。微加工、微流体、质谱和表面科学将为学生提供与工业、政府和学术部门相关的技能。

项目成果

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    Oleschuk, Richard
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  • 通讯作者:
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    RGPIN-2016-04790
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    RGPIN-2016-04790
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知道了