Preconcentration of cysteine in a microfluid device using GMA-EDMA monolith

การศึกษาระบบเพิ่มความเข้มข้นของสารตัวอย่างซิสเทอีนในเครื่องไมโครฟลูอิดิกโดยใช้โมโนลิทชนิด GMA-EDMA

Name: Nisarat Promtrakulchai

Name: นิศารัตน์ พร้อมตระกูลชัย

keyword: Amino acid

; กรดอะมิโน

Abstract: Nowadays, physical and biological sciences have been developed continuously. Many new technologies have been applied to analyze various diseases. Lab-on-a-chip devices are used widely in biomedical and other analytical applications including rapid pathogen detection, clinical diagnosis, forensic science, and electrophoresis. The analytical components in the device are connected via small fluid volume channels in micro or nano liters, called microfluidics. It can measure very small volume of sample within a short amount of time. Several materials can be used for the fabrication of microfluidic devices including glass and polymer or combinations of these materials. Although microfluidic devices have great potential, there are limitations that the concentration of analyte in a sample is often near the detection limit, leading to unreliable performance. Therefore, preconcentration of a sample in microfluidic devices is necessary. There has been an interest in developing a sample preconcentration system by increasing the concentration of a sample via chemical adsorption on the surface. To increase the concentration in the sample, the monolithic polymer was synthesized in a glass capillary by UV-polymerazation using GMA and EDMA as monomers in a porogenic solvent which consists of methanol and ethanol and DAP as an initiator. The epoxide groups on the monolith surface were transformed to 3-mercapoto-2-hydroxypropyl in a nucleophilic substitution reaction using sodium-hydrogen sulfide (NaSH) as a necleophilic reagent. Thus, modified-monolith can be used as a solid phase to adsorb the sample solution in the second step. The monoliths prepared from various monomer concentrations (12.5, 25, and 50 percent by weight) at different polymerization times (10, 20, and 30 min) were characterized using Scanning Electron Microscope (SEM) and BET for structural analysis. The results show that the monolith using a higher monomer concentration and longer polymerization time possessed higher surface area with smaller micropore and bead size. The amount of reactive thiol groups generated on the monolith surface could be determined from a disulfide-exchanger reaction using 2,2' dipyridyl disulfide. About 16% of total epoxide moieties of the monolithic substrate could be transformed to reactive sulfhydryl groups on the 50% monomer concentration polymerized for 30 min. Cysteine, an essential amino acid in human body commonly used to investigate several diseases, was selected as a model of thiol compound for our study. Cysteine in aqueous solution was injected into the system at 10 ul/min and formed a disulfide bond with the thiol group on the surface of the monolith. The inlet cysteine concentration at 0.3 millimolar gave the maximum adsorption efficiency. Cysteine adsorbed on the monolith was then eluted using TCEP at 50 molar in excess. The maximum fold increase was 18.45 when the elution rate was at 3 ul/hr.

Abstract: ในปัจจุบัน วิทยาศาสตร์ทางกายภาพและชีวภาพได้มีการพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง มีเทคโนโลยีใหม่ จำนวนมากได้ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์โรคต่างๆ การพัฒนาของแล็บบนชิพได้รับความสนใจมาก ในปีที่ผ่านมา แล็บบนชิพใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ทางการแพทย์และอื่น ๆ รวมถึงการ ตรวจจับเชื้อโรคอย่างรวดเร็ว, การวินิจฉัยทางคลินิกนิติวิทยาศาสตร์ และอิเล็กโตรโฟรีซิท ประเภท ของอุปกรณ์ชนิดนี้จะเชื่อมต่อผ่านช่องผ่านสารขนาดเล็กในระดับไมโครหรือนาโนลิตร ที่เรียกว่า ไม โครฟลูอิดิก เครื่องมือนี้ถูกใช้สำหรับการแยกสารทางชีวภาพขนาดย่อ และช่วยในการวิเคราะห์สาร หลาย ๆ รายการโดยดำเนินการแบบคู่ขนานไปกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก จุดเด่นของเครื่องมือชนิดนี้คือ สามารถวิเคราะห์สารตัวอย่างที่มีปริมาณน้อยมากได้ในระยะเวลาอันสั้น ไมโครฟลูอิดิกถูกสร้างขึ้น โดยใช้วัสดุประเภทแก้ว, โพลีเมอร์สังเคราะห์ หรือ การรวมกันของวัสดุเหล่านี้ โพลีไดเมทิลไซลอก เซน หรือพีดีเอ็มเอส เป็นสารโพลิเมอร์ที่ส่วนใหญ่นำมาใช้ในการขึ้นรูปเครื่องไมโครฟลูอิดิกส์ เนื่องจากหาง่ายและราคาถูก แต่ในงานวิจัยนี้จะใช้หลอดแก้วคะปิลารีเป็นช่องผ่านของสารเสมือนเป็น ไมโครฟลูอิดิก ถึงแม้ว่าอุปกรณ์ชนิดนี้จะมีศักยภาพที่ดี แต่ยังคงมีข้อจำกัดที่ควรได้รับการพัฒนา คือ ปริมาณสารตัวอย่างที่ใช้ในวิเคราะห์มีปริมาณน้อยมาก นำไปสู่ความคลาดเลื่อน ระบบเพิ่มความ เข้มข้นจึงถูกนำมาใช้เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว ดังนั้นในงานวิจัยนี้ จึงมีความสนใจในการพัฒนาระบบ เพิ่มความเข้มข้นของสารตัวอย่าง โดยอาศัยกระบวนการดูดซับทางเคมีบนพื้นผิว สำหรับการเพิ่ม ความเข้มข้นของสารตัวอย่าง โมโนลิติกโพลิเมอร์จะถูกสังเคราะห์ขึ้นภายในหลอดแก้วคะปิลารี่ โดย ใช้แสงยูวีเพื่อใช้เป็นตัวดูดซับสารที่ต้องการเพิ่มความเข้มข้น และใช้ไกลซิดิลเมทาคริเลตและเอธิลีน ไดเมธาครีเลตเป็นสารโมโนเมอร์ ซึ่งตัวทำละลาย ได้แก่ เมทานอล และเอทานอล กลุ่มอิพ๊อกไซด์บน โมโนลิติกโพลีเมอร์จะถูกเปลี่ยนไปเป็นกลุ่มไธออล หลังจากทำปฏิกิริยากับโซเดียมไอโดรเจนซัล ไฟล์ ตัวแปรที่ถูกสนใจว่าส่งผลต่อโครงสร้างของโมโนลิติกโพลเมอร์ ได้แก่ ความเข้มข้นของโมโน เมอร์และระยะเวลาในการสังเคราะห์โพลิเมอร์ ดังนั้นเพื่อหาสภาวะที่ดีที่สุด จึงได้ศึกษาโครงสร้าง ของโมโนลิติกโพลิเมอร์ที่ถูกสังเคราะห์ ณ สภาวะต่างๆ ได้แก่ การโพลิเมอร์ไรเซชั่นที่ความเข้มข้น ของมอนเมอร์เป็นร้อยละ 12.5 , 25 , และ 50 โดยน้ำหนัก และระยะเวลาในการโพลิเมอร์ไรเซชั่น เป็น 10, 20, และ 30 นาที โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและเครื่องวัดพื้นที่ผิวเป็น เครื่องมือวิเคาระห์โครงสร้าง จากการทดลองพบว่า เมื่อความเข้นข้นของโมโนเมอร์และระยะเวลาใน การโพลิเมอร์ไรเซชั่นเพิ่มขึ้น ส่งผลให้พื้นที่ผิวของโพลิเมอร์เพิ่มขึ้น ในขณะที่ ขนาดของเม็ดบีดโพลิ เมอร์ รูพรุนขนาดกลางลดลง ดังนั้นเพื่อโครงสร้างที่เหมาะสมแก่การเพิ่มความเข้มข้นของสาร โมโน ลิติกโพลิเมอร์ควรสังเคราะห์จากโมโนเมอร์ที่มีความเข้มข้นร้อยละ 50 โดยน้ำหนัก และใช้ระยะเวลา สังเคราะห์ทั้งสิ้น 30 นาที ซึ่งเป็นสภาวะที่ทำให้เกิดพื้นผิวสัมผัสในการถ่ายเทมวลสารมาก การหา ปริมาณของกลุ่มไธออลที่เกิดขึ้นพิจารณจาการทำปฎิกริยาแลกเปลี่ยนพันธะไดซัลไฟล์ ด้วย DPDS จากการทดลองพบว่า ประมาณ 17% ของกลุ่มอิพ๊อกไซด์ ถูกเปลี่ยนไปเป็นกลุ่มไธออล บนโมโนลิติก โพลีเมอร์ที่มีความเข้มข้น ร้อยละ 50 โดยน้ำหนัก และใช้ระยะเวลาสังเคราะทั้งสิ้น 30 นาที สำหรับ สารตัวอย่างที่ต้องการเพิ่มความเข้มข้น คือ ซิสเทอีน ซึ่งเป็นกรดอะมิโนชนิดหนึ่งที่สามารถใช้เป็นตัว บ่งชี้ในการวิเคราะห์โรคต่าง ๆ ได้ผลจากการศึกษาพบว่า ประสิทธิภาพในการดูดซับจะดีที่สุดเมื่อฉีด ซิสเทอีนที่อัตราการไหลโดยปริมาตรเท่ากับ 10 ไมโครลิตรต่อนาที และความเข้มข้มของซิสเทอีน เท่ากับ 0.3 มิลลิโมลาร์ จากนั้นซิสเทอีนที่ถูกดูดซับในโมโนลิติกโพลิเมอร์จะถูกสกัดออกมาโดยใช้ TCEP ที่มีความเข้มข้นมากกว่า 50 เท่าของปริมาณซิสเทอีนที่ถูกดูดซับ โดยความเข้มข้นของซิสเท อีนหลังการเพิ่มความเข้มข้นสามารถเพิ่มขึ้นได้เป็น 18.45 เท่าของความเข้มเดิม

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Kwanchanok Pasuwat

Role: Advisor

Created: 2011

Modified: 2555-09-26

Issued: 2012-09-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE2269

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE2269ab.pdf	153.7 KB	4	2018-05-29 16:41:50
2	CHE2269.pdf	3.29 MB	7	2018-05-29 16:41:51

ใช้เวลา

0.023329 วินาที