PDMS芯片表面修飾及其在生物分子分離分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、芯片毛細(xì)管電泳是近年來快速發(fā)展和具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)。該技術(shù)是在常規(guī)毛細(xì)管電泳原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用微電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectro Mechanical System，MEMS)技術(shù)在玻璃、硅、聚合物等基片上制作一系列微管道等結(jié)構(gòu)單元，利用微芯片體積小、熱傳導(dǎo)效率高等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對生化樣本更加快速、高效的分離分析。PDMS由于具有良好的光學(xué)透明性、容易封合、無毒、低電導(dǎo)率、價(jià)格低廉、多功能性、固化溫度低和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)

2、，在制作微芯片裝置中得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。然而，將PDMS用于微芯片電泳仍需克服其不足，如電滲流(EOF)不穩(wěn)定、表面疏水性較強(qiáng)、易于吸附分析物等。這些缺點(diǎn)大大限制了可在PDMS上分離的分析物種類，并導(dǎo)致低的分離效率。對PDMS微通道表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男院托揎?，可以有效控制EOF，減小分析物和管壁之間的作用，解決分析物在PDMS通道上的吸附問題，我們開展了以下幾個(gè)方面的工作。 1.緒論部分對芯片毛細(xì)管電泳的工作原理、特點(diǎn)、評價(jià)標(biāo)

3、準(zhǔn)和研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。介紹了芯片毛細(xì)管電泳中芯片材料種類及制作和各種芯片毛細(xì)管聯(lián)用檢測技術(shù)。簡介了高分子聚合物PDMS芯片毛細(xì)管電泳的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了PDMS表面改性和修飾技術(shù)。PDMS表面改性及修飾技術(shù)主要有高能氧化、動態(tài)修飾、本體修飾和層層組裝(LBL)技術(shù)等技術(shù)。非共價(jià)鍵作用力常被用來構(gòu)建各種薄膜，最有效的非共價(jià)鍵驅(qū)動力是靜電相互作用力，被廣泛應(yīng)用于聚離子間的層層組裝。本論文中我們采用層層組裝技術(shù)通過靜電作用在通道表面組裝了不同物

4、質(zhì)，并研究了修飾后的芯片的表面性質(zhì)。 2.利用LBL技術(shù)，將殼聚糖(chitosan)和DNA交替組裝于PDMS微芯片通道表面，構(gòu)建了chitosan-DNA生物分子功能化PDMS微芯片通道。采用衰減全反射傅里葉變換紅外吸收光譜(ATR-FT-IR)和接觸角實(shí)驗(yàn)對chitosan-DNA功能化PDMS芯片進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)chitosan-DNA修飾后的PDMS芯片，EOF得到了穩(wěn)定控制，而且表面親水性得到了明顯改善。以尿

5、酸和抗壞血酸為分離模型體系，對chitosan-DNA功能化PDMS芯片的性能進(jìn)行了考察。與未經(jīng)修飾的PDMS芯片相比，尿酸和抗壞血酸在chitosan-DNA修飾PDMS芯片上的分離分析時(shí)間大大縮短了，從未修飾時(shí)的200 s減少到修飾后的85 s，并且分離效率和分析靈敏度都得到了有效提高，在分離電壓為1300 V時(shí)，尿酸和抗壞血酸的理論塔板數(shù)分別為43450和46790 N/m。將chitosan-DNA修飾PDMS芯片應(yīng)用于尿樣中尿

6、酸和抗壞血酸的分離和檢測，獲得滿意效果。 3.利用LBL技術(shù)將TiO2 NPs組裝到預(yù)修飾了一層聚陽離子PDDA的PDMS通道表面，實(shí)現(xiàn)了PDMS表面納米功能化。經(jīng)PDDA-TiO2 NPs修飾后的芯片改變了EOF和溶質(zhì)的遷移速度，提高了分離效率。將該修飾芯片用于神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺和腎上腺素的分離。與未修飾芯片相比，多巴胺和腎上腺素在PDDA-TiO2NPs修飾芯片上不僅達(dá)到了良好的基線分離，而且峰電流顯著增大，峰寬變窄，在通道表面

7、的吸附作用得到了有效抑制，分離效率和分析靈敏度也明顯提高，在pH7.0的PBS(40 mM)緩沖液中，分離度由空白芯片上的0.61增加到修飾芯片上的1.55。在1000 V的分離電壓下，修飾芯片上多巴胺和腎上腺素的理論塔板數(shù)分別為1.2534×105 N/m和9.5757×104 N/m。多巴胺和腎上腺素的線性范圍均為30-600μM，檢測限分別為2.1μM和3.2μM。此外，該修飾方法呈現(xiàn)長期的穩(wěn)定性和很好的重現(xiàn)性，修飾的PDMS芯片

8、可以連續(xù)使用兩周。 4.氨基酸是構(gòu)建許多生物相關(guān)分子的基本單元，其在神經(jīng)信息的傳遞、維持和調(diào)節(jié)新陳代謝行為、生物合成蛋白質(zhì)和多肽、為機(jī)體和大腦提供能源等方面起著重要的作用。建立快速、簡單的氨基酸分析方法具有十分重要的意義。然而，在電泳分離過程中，氨基酸在PDMS芯片微通道內(nèi)吸附嚴(yán)重，致使樣品峰拖尾，分離效率低下。本文以Cu微盤電極為工作電極，采用柱端安培檢測模式，在PDDA-TiO2。NPs/PDMS修飾芯片上對五種氨基酸進(jìn)行了