双极电极和石英毛细管纳米狭缝电动浓集研究

摘要

近二十余年来，微流控芯片因其微型化、易于集成化及自动化等优点，其相关研究得到了迅速发展。但芯片尺寸微型化导致的低检测灵敏度却严重阻碍了微流控芯片在实际应用特别是生化样品分析方面的进展。因此，为了提高微芯片分析效率和检测灵敏度，基于不同原理的在线样品预浓集技术受到了研究者们的广泛关注。基于电场梯度聚焦原理的双极电极聚焦方法和基于静电排斥原理的浓度极化效应在样品在线浓集方面表现出很大潜力。
　　本论文第一章以芯片毛细管电泳中样品的在线电动浓集方法为主要背景，综述了双极电极聚焦方法、微纳界面浓度极化理论、柱上狭缝进样技术及其应用。
　　第二章，采用简单、廉价的PDMS浇铸法，对传统双极电极系统的构型进行了改进，将系统简化为单通道、单电极构型，建立了新型的双极电极系统。基于此新型双极电极芯片，在综合考察了加电模式，缓冲溶液浓度，工作电压等因素对阴离子浓集影响后，分别对阴离子探针及λDNA进行浓集研究。在150 s内可对阴离子荧光探针达到百倍以上浓集，在40 s对λDNA的浓集倍数超过了113倍。
　　第三章，在石英毛细管上制备了不同宽度的狭缝，对狭缝电阻进行测定后根据理论模型计算了狭缝的宽度(45-1434 nm)。利用荧光成像法对荧光素钠分子在该狭缝界面处的浓集行为进行了研究，初步考察了狭缝宽度与浓度极化效应的关系。采用纳米狭缝作为进样单元，对罗丹明6G进行进样、浓集后，利用电渗流将罗丹明6G浓集带转移至激光诱导荧光检测窗口进行检测，得到在浓度极化效应和场放大的共同作用下，宽度为45-300nm的纳米狭缝对阳离子探针可进行至少100倍浓集，可显著提高芯片电泳的分析性能。
　　研究表明，双极电极芯片具有制作方法简单、廉价且可反复使用多次的优点，可对λDNA进行稳定有效浓集。纳米狭缝作为进样单元进样重现性好，可对阳离子探针进行稳定浓集，可作为基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的进样单元，具有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 双极电极聚焦

1．2．1 双极电极定义

1．2．2 双极电极上的法拉第反应

1．2．3 传统的双极电极浓集系统

1．2．4 双极电极浓集机理

1．2．5 双极电极研究新进展

1．3 浓度极化

1．3．1 纳米通道的离子选择性

1．3．2 浓度极化理论及应用

1．4 柱上狭缝电动进样技术

1．4．1 芯片毛细管电泳电动进样技术

1．4．2 狭窄通道电动进样技术

1．4．3 柱上狭缝电动进样技术及应用

1．5 本课题研究的意义与思路

第2章 微流控双极电极系统构型的改进及浓集

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2．2 实验试剂

2．2．3 溶液的配制

2．2．3 实验操作

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 双极电极微芯片结构表征

2．3．2 双极电极浓集原理

2．3．3 双极电极微芯片对阴离子荧光探针的电动浓集

2．3．4 双极电极微芯片对λDNA的电动浓集

2．4 本章小结

第3章 毛细管纳米狭缝的样品传输及浓度极化

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验试剂

3．2．3 溶液的配制

3．2．4 实验操作

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 狭缝宽度测定

3．3．2 荧光成像法对两种狭缝进样单元的浓度极化效应的表征

3．3．3 LIF法对纳米狭缝上阳离子浓缩效率研究

3．4 本章小结

第4章 结论与展望

参考文献

致谢