Two chemistries on a single lab-on-chip: Nitrate and orthophosphate sensing underwater with inlaid microfluidics
Notice bibliographique
Résumé
Autonomous in situ sensors are required to monitor high-frequency nutrient fluctuations in marine environments on a mass-scale. We present a submersible, dual-chemistry sensor that performs multiple colourimetric assays simultaneously on a fluid sample for multi-parameter in situ analysis. Based on a highly configurable architecture that has been successfully deployed for several multi-month periods, the sensor utilizes 10 solenoid valves, 4 syringes, 3 stepper motors, 2 LEDs, 4 photodiodes, and “inlaid” microfluidics to permit optical measurements of microliter fluid volumes. Fluid pathways are machined into a modular two-layer microfluidic lab-on-chip (LOC) fabricated from poly (methyl methacrylate) (PMMA) with two parallel inlaid optical cells of 10.4 mm and 25.4 mm path lengths (1.7 µl and 4 μl, respectively). Different LOC designs can be used to implement a wide variety of colorimetric assays. We demonstrate application of our dual-chemistry sensor towards simultaneous measurement of nitrate and dissolved orthophosphate: two nutrients fundamental to primary production. The performance of the dual-species nitrate and phosphate “NP Sensor” is characterized first in a controlled laboratory environment. Combined nutrient standards containing nitrate and phosphate concentrations ranging from 2.5 µM–100 µM NO3− and 0.25 µM–10 µM PO43− were analyzed, reporting detection limits of 97 nM NO3− and 15 nM PO43− . Calibrations were repeated under 3 fixed temperature conditions, T = 5°C, 10°C, 15°C, to determine the temperature-dependent sensitivity relations for both species needed to calculate concentrations during field deployments. Finally, an 8-day field deployment in Fish Hatchery Park, NS, Canada followed, acquiring a total of 592 nitrate and dissolved orthophosphate measurements. An on-board combined nutrient standard was measured periodically to assess the in situ accuracy of the sensor, with an average relative uncertainty of 15% across the deployment. Measured nitrate and dissolved orthophosphate levels in the river reached as high as 10 µM and 3.6 µM, respectively. Fast Fourier transform analysis suggests a strong out-of-phase relationship between measured phosphate and water level, with a shared frequency peak in both data agreeing within a 3.2% difference. This trend is due to conventional mixing at the river mouth to neighboring Bedford Basin. A spike in the measured nitrate to phosphate (N:P) ratio was also observed, synchronized to a precipitation event and indicative of runoff. The novel sensor will enable high-frequency dual-nutrient monitoring in many aquatic environments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».