A Fully Integrated, Ready-to-Use Distance-Based Chemosensor for Visual Quantification of Multiple Heavy Metal Ions

化学 脱氧核酶 检出限 水溶液中的金属离子 微流控 分析物 分析化学(期刊) 色谱法 分离器(采油) 纳米技术 金属 热力学 物理 有机化学 材料科学
作者
Gaobo Wang,Jiaheng Li,Siying Wu,Tianyi Jiang,Ting‐Hsuan Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (46): 15925-15929 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c04712
摘要

Point-of-care devices offering quantitative results with simple steps would allow great useability for untrained end-users. Here, we report a ready-to-use chemosensor integrating automatic sample metering, on-chip reaction, gravitational-magnetic separation, and a distance-based readout for visual quantification of multiple heavy metal ions. Deoxyribozymes (DNAzymes), probe-modified magnetic microparticles (MMPs), and polystyrene microparticles (PMPs) are preloaded into a microfluidic chip and freeze-dried. After the water sample is collected with automatic volume metering, the particles are resuspended, and the MMPs and PMPs hybridize with DNAzyme at its two termini, forming the "MMPs-DNAzyme-PMPs" structure. When target metal ions are present, the DNAzymes are cleaved, yielding an increased number of free PMPs. All on-chip reactions are controlled by stopping the liquid flow at capillary valves and bursting it with hand-controlled tilting. Using the chip with a gravitational-magnetic separator, the free PMPs are separated from "MMPs-DNAzyme-PMPs" and accumulate into the trapping channel with a nozzle, forming a visual bar with growing distances proportional to the concentration of target metal ions. The achieved limit of detection (LOD) values for Cu2+ (103.1 nM), Pb2+ (69.5 nM), and Ag+ (793.6 nM) are below the maximum contamination levels. High selectivity of 100-fold, 200-fold, and 20-fold against interference is obtained. Moreover, by integrating three identical channels in parallel, simultaneous detection of the above-mentioned heavy metal ions in fresh and tap water samples is also achieved with high accuracy. Together, this fully integrated and easily operated platform embodies excellent potential for rapid, on-site sensing by unskilled users.
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