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:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 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.
我们的实验室对化学分析的新分离和检测方法的发展感兴趣。化学分析构成了在各种学科(例如环境,医学和“ OMICS”相关研究领域)中发现的基础。更快的分析系统的开发,需要更少的样本并增加灵敏度的需求,并且对于探测(例如探测)至关重要。各种物质中的生物和化学系统。我们的实验室将开发基于液滴的(数字)微流体平台,该平台将低摩擦表面(超疏水和超级两亲恐惧症)与磁性和基于重力的液滴激活相结合,并将其应用于快速/敏感的化学分析。我的程序将涉及对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,以及探针新型的微生物化方法,以实现易于设备的制造(例如,激光微机械加工)。当液滴(例如水)放在其表面上时,超疏水/两亲性表面的特征在于极高的接触角(150 O)。超疏水性/两亲性是通过表面化学和表面形貌的结合而产生的。最小的表面粘合剂可以通过在液滴上施加小力(<1 µn)来操纵液滴。可以通过将超顺磁性颗粒引入低摩擦表面的水滴并施加磁场(速度超过50 cm/sec!)来迅速激活液滴。另外,我们已经表明,即使它们的磁化易感性比超顺磁性颗粒小约10,000倍,也可以使用溶解的顺磁性盐来操纵液滴。顺磁性颗粒可以用蛋白质,固定相或抗体在单个液滴中进行化学作用。以这种方式,可以在进行化学分析之前多路复用样品制备(例如固相提取,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在质谱法(MALDI和DESI-MS),荧光,电化学和吸收检测中的经验,以分析各种分析物(例如,生物标志物,生物合成酶,环境污染物等)在液滴后进行样品制备后的液滴。我们的实验室与许多学术和工业合作伙伴(例如NSERC参与,战略和创建计划)合作,以进一步扩大和国际化我的研究计划中涉及的研究人员的培训。微加工,微流体,质谱和表面科学方面的经验相结合将为学生提供与工业,政府和学术领域相关的技能集。

项目成果

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    521373-2018
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    2019
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