超支化聚酰胺酯的合成及其改性聚合物微流控芯片的研究

摘要

微流控芯片技术已成生命科学领域的研究热点和发展前沿,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材的微流控芯片因其透光性强、可廉价批量生产等优点在生物分析方面应用越来越广,但是,PMMA微流控芯片表面疏水性很强,会对生物分子产生吸附而导致分析效果变差。为弥补PMMA微流控芯片存在的缺陷,本研究合成了亲水性超支化聚酰胺酯,并利用超支化聚酰胺酯独特的三维球状结构、表面带有大量活性端羟基、低粘度等特性,将其对PMMA微流控芯片的表面进行改性以提高芯片表面的亲水性,抑制对生物分子的吸附,进而提高芯片的分离分析性能。
　　 本研究工作的内容主要包括以下几个方面:
　　 (1)超支化聚酰胺酯的合成及表征
　　 首先以丁二酸酐和二异丙醇胺为原料通过迈克尔加成反应制备了带有一个羧基和两个羟基的AB2型单体,然后以三羟甲基丙烷作为核分子,合成的AB2型单体作为增长单体,通过缩聚反应制得了亲水性的端羟基超支化聚胺酯。利用IR、13C-NMR、GPC、TGA、粘度分析、羟值测定等手段表征了合成产物的结构及性质。结果表明合成的产物具有较窄的分子量分布和较高的支化度,分子末端具有数量众多的活性端羟基,并且具有较低的粘度和良好的热稳定性,是一种极具潜力的改性材料。
　　 (2)PMMA微流控芯片的表面改性
　　 利用亲水性超支化聚胺酯通过化学键合和物理涂覆两种手段对PMMA微流控芯片的表面进行改性。对改性后PMMA微流控芯片的表面进行了接触角的测定,利用SEM和体式显微镜观察了改性后芯片的表面形貌,同时对改性后芯片的电渗流以及稳定性进行了考察。结果表明,改性后的PMMA微流控芯片表面形成了一层均匀、致密、连续的亲水性涂层,芯片表面的亲水性得到明显提高,其中经化学键合改性后的芯片接触角由未改性时的89.9°降低到29.5°,而且得到的亲水性涂层具有良好的稳定性。
　　 (3)利用改性后芯片分离检测生物分子
　　 利用化学键合改性芯片和物理涂覆改性芯片对腺苷和L-赖氨酸两种生物分子进行了分离检测,首先确立了最佳的检测条件:磷酸盐缓冲液浓度40mmol/L,pH4.8,分离场强500V/cm,检测波长214nm。实验结果表明,未改性芯片对两种分析物产生了严重的吸附,没有实现有效分离。与未改性芯片相比,改性后芯片对两种生物分子实现了完全分离,所得到的检测峰峰型尖锐,分离清晰。化学键合改性芯片对腺苷和L-赖氨酸的分离柱效高达8.44×104 Plates/m和9.82×104Plates/m,分离度(Rs)达到5.31;物理涂覆改性芯片对两种生物分子的分离柱效分别达到7.19×104 Plates/m和8.11×104plates/m,分离度达到了4.03,采用两种手段改性后的芯片其分离度和柱效都远远高于未改性芯片。同时观察到改性后的芯片具有良好的迁移时间重现性和较长的使用寿命。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 超支化聚合物的研究进展

1.1.1 超支化聚合物的结构特点

1.1.2 超支化聚合物的性能特点

1.1.3 超支化聚合物的制备方法研究进展

1.1.4 超支化聚合物的应用

1.2 微流控芯片的研究进展

1.2.1 微流控芯片的发展简述

1.2.2 微流控芯片的材料与制作方法

1.2.3 微流控芯片在生命科学领域中的应用

1.3 PMMA微流控芯片表面改性技术的研究进展

1.3.1 动态改性

1.3.2 静态改性

1.4 本研究的出发点

第二章 超支化聚酰胺酯的合成及表征

2.1 超支化聚酰胺酯的合成原理

2.2 实验药品和仪器

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验仪器

2.3 超支化聚酰胺酯的合成

2.3.1 第二代超支化聚酰胺酯的合成(G2)

2.3.2 第三代超支化聚酰胺酯的合成(G3)

2.3.3 第四代超支化聚酰胺酯的合成(G4)

2.3.4 实验注意事项

2.4 超支化聚酰胺酯的表征

2.4.1 红外分析

2.4.2 核磁分析

2.4.3 分子量及其分布测定

2.4.4 羟值测定

2.4.5 粘度分析

2.4.6 热失重分析

2.5 小结

第三章 超支化聚酰胺酯改性PMMA微流控芯片的研究

3.1 引言

3.2 原材料和仪器

3.2.1 原材料

3.2.2 仪器

3.3 PMMA微流控芯片的制备

3.4 化学键合法改性PMMA微流控芯片

3.4.1 G2对PMMA微流控芯片的表面改性

3.4.2 G3对PMMA微流控芯片的表面改性

3.4.3 G4对PMMA微流控芯片的表面改性

3.5 物理涂覆法改性PMMA微流控芯片

3.5.1 涂层溶液的配制

3.5.2 PMMA微流控芯片的预处理

3.5.3 涂层芯片制备

3.6 改性后PMMA微流控芯片表面性质的表征

3.6.1 接触角的测定

3.6.2 SEM分析

3.6.3 体视显微镜分析

3.6.4 电渗流的测定

3.6.5 改性后芯片的稳定性研究

3.7 小结

第四章 改性后PMMA微流控芯片的性能评价

4.1 引言

4.2 试剂和仪器

4.2.1 试剂

4.2.2 仪器

4.3 实验方法

4.3.1 缓冲溶液的配制

4.3.2 生物样品溶液的配制

4.3.3 电泳条件

4.4 化学键合改性PMMA微流控芯的性能评价

4.4.1 分离检测条件的确定

4.4.2 对生物分子的分离检测

4.4.3 改性后芯片的重现性研究

4.5 物理涂覆改性PMMA微流控芯片的性能评价

4.5.1 对生物分子的分离检测

4.5.2 改性后芯片的重现性研究

4.6 小结

第五章 化学键合改性芯片与物理涂覆改性芯片的性能比较

5.1 引言

5.2 改性方法的比较

5.3 分离柱效和分离度的比较

5.4 重现性的比较

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文及申请的专利

二、在校期间参加的项目

三、在校期间获奖情况