超支化聚合物的合成及其在PDMS微流控芯片中的应用

摘要

本文合成了一种分子末端为大量活性羟基的超支化聚胺-酯(HPAE),并对其三维网状立体分子结构进行了表征分析。首次将这种HPAE用于PDMS微流控芯片的改性中,分别制备了物理方法和化学方法改性的PDMS微流控芯片,考察了改性对电渗流影响,对碱性氨基酸的分离效率影响,以及改性后微流控芯片的稳定性,取得了满意的结果。主要研究内容包括：
　　 ⑴HPAE的合成及表征：实验以三甲基丙烷为核,N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯为增长单体,对甲苯磺酸为引发剂,采用溶液聚合的方法合成不同代数的HPAE。通过IR,元素分析,羟值测定证明所合成HPAE为分子末端含有大量羟基,通过黏度测定表明合成产物具有良好的溶解性和较低的黏度,通过TG-DTA分析证明了合成产物具有良好的耐热性能。
　　 ⑵PDMS表面改性：为了能够更好的表征HPAE对PDMS的表面改性的效果,我们首先在PDMS薄片上进行了改性实验。首先将PDMS薄片在O2氛中处理然后分别采用物理涂覆和化学接枝改性的方法对PDMS进行了表面改性。测定了改性PDMS表面接触角,表面形貌。通过检测,改性后PDMS表面有了明显的亲水性。
　　 ⑶物理改性PDMS微流控芯片的性能分析：HPAE物理涂覆改性PDMS微流控芯片的方法,成功的制备了经过G2、G3和G4代HPAE改性的PDMS微流控芯片。为了检测改性对微流控芯片的分离效果、PDMS吸附作用的影响,测定了微流控芯片微通道内的电渗流,通过分离检测碱性氨基酸来考察了改性对PDMS吸附作用的影响,同时计算了PDMS微流控芯片在分离腺苷和L-色氨酸时的理论塔板数和分离度,考察了改性对微流控芯片分离效果的影响。实验表明:在物理方法改性的PDMS微流控芯片中,HPAE能够有效地降低电渗流,抑制碱性氨基酸在PDMS微流控芯片微通道内的吸附;在pH4.5对碱性碱性氨基酸实现较高的分离柱效;且性能稳定、重现性好、使用寿命长,分离柱效和分离度随着HPAE代数的增加而增大。
　　 ⑷化学改性PDMS微流控芯片的性能分析：采用HPAE化学接枝改性PDMS微流控芯片的方法,成功的制备了经过G2、G3和G4代HPAE化学改性的PDMS微流控芯片。为了检测改性对微流控芯片的分离效果、PDMS吸附作用的影响,分别测定了微流控芯片微通道内的电渗流,通过分离检测腺苷和L-色氨酸来考察了改性对PDMS吸附作用的影响,同时计算了PDMS微流控芯片在分离腺苷和L-色氨酸时的理论塔板数和分离度,考察了改性对微流控芯片分离效果的影响。实验表明:在经过化学改性的PDMS微流控芯片中,化学涂层同样能够在pH4.5时对碱性碱性氨基酸实现有效的分离;能够有效地降低电渗流,抑制碱性氨基酸的吸附。分离柱效和分离度随HPAE代数的增加而增大,且具有良好的稳定性能,重现性好,使用寿命长。
　　 ⑸通过综合比较物理改性和化学改性的PDMS微流控芯片的性能,发现HPAE物理改性方法虽然稳定性相对化学改性的方法差,但是制作方法简单,对碱性碱性氨基酸的能够有效分离,成本低。因此,具有更广阔的应用领域和更好的推广价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 超支化聚合物

1.1.1 超支化聚合物的结构

1.1.2 超支化聚合物的性质

1.1.3 超支化聚合物的合成方法

1.1.4 超支化聚合物的应用

1.2 微流控芯片

1.2.1 微流控芯片概述

1.2.2 微流控芯片的制作材料及制作技术

1.2.3 微流控芯片的进样方式

1.2.4 微流控芯片的工作原理

1.2.5 微流控芯片的分离检测技术

1.2.6 微流控芯片在生命科学中的应用

1.3 PDMS微流控芯片的研究与应用

1.4 本课题需要解决的问题

第二章 超支化聚胺-酯的合成与表征

2.1 引言

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 超支化聚胺-酯的合成

2.3.1 单体N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯的合成

2.3.2 以三羟甲基丙烷为中心核的超支化聚胺-酯的合成

2.4 超支化聚胺-酯的表征

2.4.1 红外光谱分析

2.4.2 元素分析

2.4.3 羟值测定

2.4.4 黏度分析

2.4.5 热失重分析

2.5 结论

第三章 PDMS微流控芯片的制备及PDMS表面改性

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.3 PDMS微流控芯片的制作

3.2.3 物理涂覆改性PDMS

3.2.4 化学接枝改性PDMS

3.3 结果与讨论

3.3.1 物理改性PDMS的表面表征

3.3.2 化学改性PDMS的表面表征

3.4 结论

第四章 超支化聚胺-酯物理涂覆改性PDMS微流控芯片制备及评价

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 物理改性PDMS微流控芯片的制备

4.2.3 磷酸盐缓冲溶液的配制

4.2.4 检测物溶液的配制

4.2.5 电渗流的测定

4.3 结果与讨论

4.3.1 分离条件的选择

4.3.2 改性对电渗流的影响

4.3.3 改性对PDMS吸附分离物质的影响

4.3.4 改性对PDMS微流控芯片分离效果的影响

4.3.5 对改性PDMS微流控芯片稳定性的研究

4.3 结论

第五章 超支化聚胺-酯化学改性PDMS微流控芯片的制备及评价

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 仪器与药品

5.2.2 化学改性PDMS微流控芯片的制备

5.2.3 实验方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 分离条件的选择

5.3.2 改性对电渗流的影响

5.3.3 改性对PDMS吸附分离物质的影响

5.3.4 改性对PDMS微流控芯片分离效果的影响

5.3.5 对改性PDMS微流控芯片稳定性的研究

5.3 结论

第六章 超支化聚胺-酯物理吸附改性与化学改性PDMS微流控芯片性能比较

6.1 引言

6.2 制备方法比较

6.3 性能比较

6.3.1 电渗流

6.3.2 分离效率

6.3.3 稳定性比较

6.4 结论

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录