高性能集成化毛細管電泳柱端安培檢測芯片的研制.pdf

1、近年來，以分析儀器微型化、集成化、便攜化為最終目標的微全分析系統(tǒng)的研究得到了迅猛的發(fā)展。檢測器是微全分析系統(tǒng)必不可少的單元。通常使用的激光誘導(dǎo)熒光或質(zhì)譜檢測器體積龐大，不利于實現(xiàn)微型化的目標，且價格昂貴，難以得到普及。電化學(xué)檢測的安培檢測器是芯片分析的常用檢測方法，它具有高靈敏度、許多物質(zhì)無需衍生、易微型化和集成化、設(shè)備低廉等特性。
　　 芯片毛細管電泳．安培檢測系統(tǒng)中，分離電壓對安培檢測的耦合干擾是一個迫切需要解決的問題。比較

2、徹底消除分離電壓干擾的的方法是采用電壓去耦器的離柱檢測模式，或采用獨立供電恒電位儀的在柱檢測模式。但是這兩種方法都增加了檢測器的復(fù)雜性。目前更為常用的是采用工作電極離開通道出口的柱端檢測模式。該模式最大優(yōu)勢是其芯片結(jié)構(gòu)比離柱和在柱模式簡單得多，但卻不能完全消除分離電壓的干擾。
　　 本文以玻璃或高聚物為基本材料，研制高性能集成化毛細管電泳柱端安培檢測芯片，并對芯片的分析性能進行研究。圍繞最大程度地減小分離電壓對柱端安培檢測的干擾

3、這一目標，重點研究：集成化電極的制備，芯片的通道結(jié)構(gòu)參數(shù)和電極的幾何參數(shù)等因素對分離電壓耦合干擾及芯片分離檢測性能的影響，并應(yīng)用于多巴胺和兒茶酚的分離分析。在此基礎(chǔ)上，進行雙通道毛細管電泳安培檢測陣列芯片的可行性研究。全文共分四章：
　　 第一章，評述了近年來芯片毛細管電泳一安培檢測的進展。主要涉及芯片的設(shè)計、集成化電極的制備、分離電壓干擾的消除、陣列電極和陣列通道、利用分離電場拓展檢測范圍等研究成果，以及芯片毛細管電泳—安培檢

4、測系統(tǒng)的分析應(yīng)用。第二章，采用玻璃芯片，以多巴胺(DA)和兒茶酚(CA)作為待測物，系統(tǒng)考察了芯片毛細管電泳—柱端安培檢測系統(tǒng)中，分離通道橫截面積、工作電極與通道出口間距等實驗參數(shù)對分離電壓耦合干擾的影響，和對芯片分離與檢測性能的影響。實驗表明，通道截面積越小，剩余的分離電壓對安培檢測的影響就越小，工作電極靠近分離通道所遭遇的分離電壓干擾就越小。當(dāng)采用具有最小通道橫截面積的芯片(312μm2，上寬37.3μm，深8.9μm)，同時保證電

5、極與通道出口間距20μm的情況下進行檢測，得到DA的檢測限為0.46μmol/L，理論塔板數(shù)為9.1×103m—1，峰高的相對標準偏差1.3％。
　　 第三章，研制了一種集成了三電極體系的高性能毛細管電泳—柱端安培檢測聚碳酸酯(PC)芯片。首次采用光誘導(dǎo)選擇性化學(xué)鍍法結(jié)合電鍍法在PC基片制備由金膜工作電極、Ag/AgCl膜參比電極和鉑膜對電極所組成的集成化三電極檢測體系。在芯片設(shè)計上提出了以下創(chuàng)新思路：將工作電極直接放置在與通道

6、出口齊平處，以減小柱后的譜帶擴張；同時通過減小工作電極與參比電極間距，降低由于工作電極齊平通道出口而引起的分離電壓對安培檢測的干擾。實驗表明，采用上述設(shè)計，當(dāng)工作電極與參比電極間距為100μm時，分離電壓干擾明顯降低。DA和CA的檢測限分別達到132 nmol/L和164 nmol/L，較文獻報道過的同類毛細管電泳柱端安培檢測芯片的檢測限都低，DA的理論塔板數(shù)為2.5×104 m—1，DA和CA峰高的相對標準偏差(n=5)分別為1.2％

7、和3.1％。
　　 第四章，研制了帶有集成化三電極系統(tǒng)的PC毛細管電泳安培檢測雙通道陣列芯片。用DA和CA做模型待測物，在優(yōu)化的分離條件下，進行了雙通道毛細管電泳安培檢測同時分離分析的可能性研究。實驗觀察到，兩通道平行進樣后所得到的電泳譜圖中，不同通道中待測物的遷移時間、峰高、半峰寬有比較明顯的差異。經(jīng)過分析，兩通道在分離和檢測性能上差異主要源于電滲流的差異和電壓耦合干擾程度上的差別，而它們又是因為所加工的芯片在兩個通道橫截面上

8、的差異、工作電極與分離通道出口對準精度的差異所造成的。所以本初步研究表明，采用柱端檢測模式時，雙通道芯片加工過程中，確保一致的通道形貌、工作電極與通道出口的高精度對準，是實現(xiàn)高質(zhì)量雙通道平行分離分析的關(guān)鍵。本論文的主要創(chuàng)新點：
　　 1．首次研究了通道橫截面積的大小和分離電壓干擾的關(guān)系，提出了使用具有較小通道橫截面積的芯片，可以使工作電極相當(dāng)靠近通道出口，從而改善芯片毛細管電泳安培檢測系統(tǒng)的分離檢測性能的見解。
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9、．首次利用化學(xué)鍍結(jié)合電鍍的技術(shù)在PC片上制備了集成化三電極安培檢測體系，結(jié)合熱壓微流控通道和熱壓封合技術(shù)，建立了在一般分析實驗室即可加工集成化毛細管電泳安培檢測高聚物芯片的方法和工藝。
　　 3．提出了工作電極直接放置在與通道出口齊平處以減小柱后譜帶擴張，使用充分靠近工作電極的集成化參比電極，減小由工作電極靠近通道出口引起的高壓電場干擾的設(shè)計思路，以此為基礎(chǔ)研制成功高性能集成化毛細管電泳柱端安培檢測高聚物芯片，應(yīng)用于DA和CA的