衍生式整体浇注PDMS芯片电泳微系统及其应用研究

摘要

微型全分析系统(μTAS)是基于微机电加工技术(MEMS)，并结合分析化学和生物化学技术，将分析过程集成在微芯片上，以实现分析系统从样品处理到检测的整体微型化、集成化和便携化。而芯片电泳是基于在芯片上的微管道中完成电泳检测过程的微型分离分析技术，它具有体积小、检测效率高、时间短、耐用性好、集成化高的优势,但制片过程复杂,需要高灵敏度的检测器与之配套,其分析效能也有待进一步提高。本文以集成样品柱前预分离和柱后化学发光衍生反应的芯片电泳为技术平台,分离与检测具有实用价值的生物及药物样品体系,并探讨各控制参数对检测效果的影响,获得较好的分离效果与较高的检测灵敏度。 本文采用整体浇注法制作电泳芯片,考察芯片微通道的电渗流值、稳定性、伏安线形范围等电化学特性。以此为基础,针对氨基酸样品优化相应的电泳操作参数及化学发光检测条件，实验表明：在5mmol·L-1，pH=9.24硼砂缓冲介质中，500 V进样电压下简单进样5s，分离电压与衍生电压分别为1440V和400V，样品分离度可达2.29。以此验证所制作的PDMS电泳芯片和建立的μTAS系统的可行性和实用性。 针对简单十字型电泳芯片，通过柱端设计的Y型夹流通道实现CL衍生反应，提高检测灵敏度。并建立此衍生通道的流路网络的等效电阻模型，实现分离及衍生电压自动控制，进而有效控制流路网络中的流体流动状态，提高系统分离检测效率。以氨基酸为样品试验，在柱后衍生型芯片上通过外加电压对衍生通道网络液流状态的控制，精氨酸和苯丙氨酸的分离度由1.37提高至2.29，苯丙氨酸的绝对检出限由4.5fmol降低至2.5fmol。 本实验将所制作的PDMS芯片与高灵敏度的化学发光检测器集成为微芯片电泳(MCE)系统。选择具有重要临床意义及药用价值的吩噻嗪类药物体系为样品进行分析检测。针对氯丙嗪与异丙嗪样品体系，在pH=3.5, 10 mmol·L-1磷酸盐电泳缓冲中，500V进样电压下简单进样5 s, 分离和衍生电压控制为2600V和500V，样品分离度可达1.51，两种药物的检测下限分别为2.51×10-8 g·mL-1与5.00×10-8 g·mL-1。针对合成唾液样品体系，为消除蛋白质基质的干扰,于芯片电泳进样端集成膜预分装置,优化进样时间为8s，进样电压700V,渗析平衡时间60s，此时两种药物的检测下限可达到4.5×10-8 g·mL-1与6.5×10-8 g·mL-1。对两种进样模式下样品分析的精密度进行比较,较好的验证了透析膜的功效。 由此建立的μTAS系统展示了其在实际复杂体系分析中的潜在应用前景，尤其适用于体内药物分析、临床诊断以及药物相互作用研究。