熱塑性聚合物微流控芯片制作、表面改性及在DNA分析應(yīng)用中的研究.pdf

1、熱塑性聚合物微流控芯片制作成本低，表面可采用多種物理或化學(xué)的方法進(jìn)行改性，具有較好的生物適應(yīng)性，易在片集成多種用途的功能組件等特性，已為人們所關(guān)注。微型化和集成系統(tǒng)的高表面體積比使得微通道表面的性質(zhì)對(duì)于微流控芯片分析系統(tǒng)顯得尤為重要，但目前對(duì)于熱塑性聚合物微流控芯片表面改性的研究仍處于初始階段。微流控芯片的應(yīng)用是當(dāng)今微流控研究中的薄弱環(huán)節(jié)，但隨著微流控芯片制作及表面改性技術(shù)的發(fā)展，以及后基因組時(shí)代對(duì)基因結(jié)構(gòu)和功能分析的需要，使得微流控芯

2、片在生命分析中的應(yīng)用成為今后研究的重點(diǎn)和方向。本論文采用簡易熱壓裝置，建立了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片和聚碳酸酯(PC)微流控芯片的熱壓制作技術(shù)；以分離DNA片段的篩分介質(zhì)羥乙基纖維素(HEC)為涂層試劑，提出了適用于PMMA芯片、PC芯片，以及經(jīng)硅烷化處理的玻璃芯片的靜置動(dòng)態(tài)涂層表面改性技術(shù)；采用小型化半導(dǎo)體激光誘導(dǎo)熒光檢測DNA分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了DNA片段及PCR產(chǎn)物的快速、高效分析測定。 在工作中將粉末壓片機(jī)加控

3、溫及冷卻水裝置改裝成簡易熱壓裝置，采用自行設(shè)計(jì)和制作的單晶硅陽模和玻璃陽模，研究了PMMA微流控芯片和PC微流控芯片的熱壓制作技術(shù)。在一臺(tái)簡易熱壓裝置上實(shí)現(xiàn)了芯片微通道的壓制與封接，SEM圖和顯微CCD照片表明微通道得到了很好的復(fù)制，PMMA基片與蓋片、PC基片與蓋片實(shí)現(xiàn)了熱壓封合。PMMA芯片的電滲流和伏安曲線與文獻(xiàn)報(bào)道的相一致。在芯片有效分離通道長度僅為18mm，分離場強(qiáng)640V/cm條件下，實(shí)現(xiàn)了熒光染料Cy5與其副產(chǎn)物1和副產(chǎn)物

4、2的在近70min的時(shí)間內(nèi)連續(xù)11次基線分離，測定Cy5保留時(shí)間RSD為1.4％(n=11)，峰高RSD為2.2％(n=11)，理論塔板數(shù)n為7.4×104/m。本法可在普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中制作小批量、供研究用熱塑性聚合物微流控芯片。 采用簡易熱壓技術(shù)制作的PMMA微流控芯片和PC微流控芯片，以DNA電泳分離的篩分介質(zhì)HEC為涂層試劑，提出了PMMA芯片和PC芯片靜置動(dòng)態(tài)涂層表面改性新方法。在涂層改性最初72h內(nèi)，隨著靜置動(dòng)態(tài)涂層表

5、面改性時(shí)間的增加，芯片電泳分離DNA片段的分離效能穩(wěn)步提高。對(duì)于PMMA芯片靜置動(dòng)態(tài)涂層表面改性96h后，獲得最佳的分離效能，271/281bp片段得到很好的分離。以電泳譜圖603bp片段峰計(jì)算理論塔板數(shù)n為1.14×106/m，271/281bp的分離度R為1.2。對(duì)于PC芯片可較快地完成靜置動(dòng)態(tài)涂層表面改性，經(jīng)涂層改性72h后，獲得最佳的分離效能，其11個(gè)片段均可獲得近于基線的分離。以電泳譜圖603bp片段峰計(jì)算理論塔板數(shù)n為1.1

6、8×106/m，271/281bp的分離度R為1.3。該涂層改性方法操作簡單，僅以分離DNA片段的篩分介質(zhì)為涂層試劑，不需要在篩分介質(zhì)中加入添加劑，而且除適用于PMMA芯片、PC芯片外，還適用于經(jīng)硅烷化處理的玻璃芯片，具有較為廣泛的適應(yīng)性。 將經(jīng)靜置動(dòng)態(tài)涂層表面改性的PMMA芯片和PC芯片應(yīng)用于DNA片段和PCR產(chǎn)物的分析測定。在電泳分離過程中未更換篩分介質(zhì)的條件下，連續(xù)芯片電泳分離φX174-HaeⅢRFDNA樣品，所有11個(gè)

7、片段均得到很好的分離，各片段保留時(shí)間RSD(n=25)在2.45～5.42％之間。連續(xù)芯片電泳分離CDwPCR產(chǎn)物，以CDw片段峰計(jì)保留時(shí)間RSD為0.88％(n=16)，熒光強(qiáng)度(峰高)RSD為3.5％(n=16)。使用同一涂層PMMA芯片，在25天時(shí)間內(nèi)，以考查各天6次電泳分離測定φX174-HaeⅢRFDNA樣品，各片段保留時(shí)間平均RSD在0.71～1.73％之間。在長達(dá)3個(gè)月的考查時(shí)間內(nèi)，有效分離DNA片段200余次。在保持高效