激光快速制备毛细管电泳芯片和LIF系统的搭建

论文摘要

本论文对毛细管电泳芯片的概念、机理、发展历史,研究现状及未来趋势进行了分析。毛细管电泳芯片作为分析工具,是科学仪器向微型化、集成化、便携化转变的重要阶段,在生物化学领域中起着重要作用。本论文针对目前国内外对毛细管电泳芯片的研究现状,采用准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上直写刻蚀制备毛细管电泳芯片,同时搭建了一套激光诱导荧光检测系统。本文在大量实验基础之上,确定了制备毛细管电泳芯片的加工参数。文中对准分子激光直写刻蚀芯片微通道、池的形成机理进行研究,以及分析了键合前后微通道底面粗糙度与加工参数的关系。然后,在19Kv,5 Hz及5 mm/min的加工参数下,采用准分子直写微加工系统制备完成了毛细管电泳芯片的实验样品。随后,该芯片与相同尺寸的盖片热压键合成密闭性较好的芯片。整个过程在30分钟完成。最后尝试了带有筛式入口的毛细管电泳芯片的制备研究,设计了用于刻蚀该结构的掩模架,成功地将该筛式结构连接到池和微通道之间。准分子激光刻蚀PMMA过程中,随着加工参数选择的不同,微结构表面出现不同程度、不同范围的横向影响区,本论文提出采用水环境的加工方法。文中分别在空气和水环境下,进行了横向影响区范围、刻蚀深度与脉冲个数之间关系比较实验研究,同时对两种环境下的刻蚀机理进行比较分析。总结出了不同加工环境下实验结果存在差异的原因,指出采用水环境加工方法可有效地控制横向影响区范围,获得高质量地微结构形貌。本论文自行搭建了一套激光诱导荧光检测系统,将该系统用于毛细管电泳芯片分离样品信号检测。文中利用该检测系统进行了Cy5荧光染料在未实施修饰毛细管电泳芯片的检测实验。实验结果与玻璃基毛细管电泳的检测结果相比较,两者分离时间基本保持一致,检测效果明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 毛细管电泳芯片的国内外发展现状
• 1.3 毛细管电泳芯片原理及技术
• 1.3.1 毛细管电泳装置及原理
• 1.3.2 毛细管电泳芯片装置及原理
• 1.4 毛细管电泳芯片的分类
• 1.4.1 一维毛细管电泳芯片
• 1.4.2 二维毛细管电泳芯片
• 1.4.3 多维多功能集成芯片
• 1.5 毛细管电泳芯片特点
• 1.6 研究内容
• 第2章 毛细管电泳芯片的准分子激光制备方法的研究
• 2.1 毛细管电泳芯片的材料及加工方法
• 2.2 PMMA基毛细管电泳芯片微通道的表面修饰
• 2.3 准分子激光微加工方法
• 2.3.1 准分子激光器
• 2.3.2 准分子激光微加工系统
• 2.4 准分子激光刻蚀毛细管电泳芯片微通道的研究
• 2.4.1 准分子激光刻蚀毛细管电泳芯片微通道形成的研究
• 2.4.2 准分子激光刻蚀微通道参数的研究
• 2.5 毛细管电泳芯片微通道键合前后底面粗糙度的研究
• 2.5.1 清洗和热压键合
• 2.5.2 实验结果
• 2.6 准分子激光刻蚀毛细管电泳芯片进样池的研究
• 2.6.1 引言
• 2.6.2 实验结果
• 2.7 毛细管电泳芯片的制备
• 2.8 检测
• 2.9 带有筛式入口的毛细管电泳芯片的制备研究
• 2.10 小结
• 第3章 减小准分子激光刻蚀横向影响区的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验内容
• 3.3 两种环境中准分子刻蚀PMMA的作用机理研究
• 3.3.1 横向影响区与脉冲个数关系
• 3.3.2 刻蚀深度与脉冲个数的关系
• 3.3.3 光化学分析
• 3.3.4 热效应分析
• 3.3.5 准分子激光刻蚀PMMA机制的讨论
• 3.4 小结
• 第4章 毛细管电泳芯片的信号检测
• 4.1 引言
• 4.1.1 激发光
• 4.1.2 荧光源
• 4.1.3 激发光与发射光的识别
• 4.1.4 发射光的收集
• 4.1.5 荧光探测器
• 4.2 激光诱导荧光检测系统
• 4.2.1 检测原理
• 4.2.2 检测系统总体设计
• 4.2.3 光路系统
• 4.2.4 信号收集
• 4.2.5 驱动高压电源
• 4.3 系统的安装和调试
• 4.3.1 机械设计部分
• 4.3.2 安装过程
• 4.4 激光诱导荧光检测实验
• 4.4.1 试剂
• 4.4.2 荧光信号采集实验
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢