PDMS芯片表面修飾及其在生物分子分離分析中的應用研究.pdf

1、芯片毛細管電泳是近年來快速發(fā)展和具有廣泛應用前景的新技術。該技術是在常規(guī)毛細管電泳原理的基礎上發(fā)展起來的，利用微電子機械系統(tǒng)(MicroElectro Mechanical System，MEMS)技術在玻璃、硅、聚合物等基片上制作一系列微管道等結構單元，利用微芯片體積小、熱傳導效率高等優(yōu)點實現(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透明性、容易封合、無毒、低電導率、價格低廉、多功能性、固化溫度低和生物相容性等優(yōu)點

2、，在制作微芯片裝置中得到了廣泛的應用與發(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、易于吸附分析物等。這些缺點大大限制了可在PDMS上分離的分析物種類，并導致低的分離效率。對PDMS微通道表面進行適當?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方面的工作。 1.緒論部分對芯片毛細管電泳的工作原理、特點、評價標

3、準和研究進展進行了總結。介紹了芯片毛細管電泳中芯片材料種類及制作和各種芯片毛細管聯(lián)用檢測技術。簡介了高分子聚合物PDMS芯片毛細管電泳的優(yōu)缺點，討論了PDMS表面改性和修飾技術。PDMS表面改性及修飾技術主要有高能氧化、動態(tài)修飾、本體修飾和層層組裝(LBL)技術等技術。非共價鍵作用力常被用來構建各種薄膜，最有效的非共價鍵驅動力是靜電相互作用力，被廣泛應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通過靜電作用在通道表面組裝了不同物

4、質，并研究了修飾后的芯片的表面性質。 2.利用LBL技術，將殼聚糖(chitosan)和DNA交替組裝于PDMS微芯片通道表面，構建了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)和接觸角實驗對chitosan-DNA功能化PDMS芯片進行了表征。結果表明，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間大大縮短了，從未修飾時的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，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技術將TiO2 NPs組裝到預修飾了一層聚陽離子PDDA的PDMS通道表面，實現(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.氨基酸是構建許多生物相關分子的基本單元，其在神經(jīng)信息的傳遞、維持和調節(jié)新陳代謝行為、生物合成蛋白質和多肽、為機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芯片微通道內吸附嚴重，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行了