Development of a fluidic platform for automated analysis of heavy metals

Abstract

Heavy metals are part of Earth’s crust and the significant problem is accumulation of them in the ground waters. They have harmful results to body even they are at low concentration. Arsenic is one of the heavy metals which cause serious health problems such as; cancer, diabetes etc. Most of the developing countries are lack of detecting arsenic amount into drinking water. Therefore, especially in Bangladesh 1 out of 100 people die due to arsenic related cancer. According to World Health Organization, the maximum arsenic concentration in the drinking water must be 10 μg/L but the concentration amount reaches 50 μg/L or more at the developing countries. However, existing methods cannot detect arsenic at this range or the ones that can detect arsenic at the standard have so high prices that developing countries cannot afford. Therefore, the aim of this project is to develop a device for arsenic detection. In this thesis, a microfluidic chip was developed, and gold nanoparticles was used to detect arsenic in samples using absorbance spectroscopy. The detection principle was designed based absorption of arsenic and then gold on thiol-modified surfaces. The different concentration of arsenic samples was injected into microfluidic chip and 1.3 mg/L arsenic concentration could be detected. Then, syringe pump was added to the system and flow applied. As a result, the developed microfluidic chip is able to detect arsenic at 2.2 μg/L.

Ağır metaller, dünya kabuğunun bir parçasıdır ve yeraltı sularında birikmeleri önemli bir problem haline gelmiştir. Düşük konsantrasyonlarında bile vücutta ciddi zararlı sonuçları vardır. Arsenik de ciddi sağlık sorunlarına neden olan ağır metallerden biridir örneğin; kanser, diyabet vb. Gelişmekte olan ülkelerin çoğunda arsenik miktarının içme suyundaki tespiti yetersizdir. Bu nedenle, özellikle Bangladeş'te 100 kişiden 1'i arsenik kaynaklı kanser nedeniyle ölmektedir. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, içme suyunda maksimum arsenik konsantrasyonu 10 μg / L olmalıdır ancak gelişmekte olan ülkelerde bu miktar 50 μg/L ve üzerine çıkmaktadır. Bununla birlikte, mevcut yöntemler bu aralıkta arsenik tespit edememektedir veya standartta arsenik tespit edebilenler, gelişmekte olan ülkelerin karşılayamayacağı kadar yüksek fiyatlara sahiptir. Bu nedenle, bu projenin amacı arsenik tespiti için bir cihaz geliştirmektir. Bu projede, bir mikroakışkan çip geliştirildi ve metalik özelliklerinden dolayı sonuç elde etmek için altın nanoparçacıklar kullanıldı. İlke, As-S bağı ve Au-S bağı temel alınarak tasarlanmıştır. Farklı arsenik örneklerinin konsantrasyonu mikroakışkan çipin içine enjekte edildi ve 1.3 mg/L arsenik konsantrasyonu tespit edilebildi. Daha sonra sisteme şırınga pompası eklendi ve akış uygulandı. Sonuç olarak, geliştirilen mikroakışkan çip, 2.2 μg / L'de arsenik tespit edebiliyor.