微流控芯片毛细管电泳连续试样引入技术的研究

论文摘要

微流控芯片（Microfluidic Chip）分析是微全分析系统（Miniaturized TotalAnalysis Systems,μTAS）或芯片实验室（Lab-on-a-chip）领域中的重要组成部分,其终极目标是在芯片上实现分析实验室的所有操作,包括取样、试样引入、前处理、反应、分离和检测等。微芯片上连续试样引入技术的研究是目前微流控芯片分析系统领域内的重要研究方向之一,其目的就是有效地实现宏观外部系统与芯片系统的衔接（World-to-chip interfacing）。本论文的研究内容是进行基于电驱动的连续试样引入-芯片毛细管电泳分离分析的研究。 第一章详细综述了目前微流控芯片毛细管电泳分离系统中试样引入技术的进展,分别介绍固定贮液池式、流通池式和取样探针式三种试样引入技术。 第二章在非连续进样的商品化μTK型微流控分析仪基础上,通过对仪器自身高压电源输出线路的改进,采用溢流式的换样液位控制,建立了流通式芯片毛细管电泳的连续试样引入系统。以Cy5及其衍生的氨基酸为分析对象,优化了系统的操作条件,考察了系统的分析性能。 第三章利用毛细管与芯片耦合技术,加工了芯片上的毛细管取样探针,并将其与缺口型试样管阵列自动换样系统相结合,提出并建立了基于毛细管取样探针的微流控芯片毛细管电泳自动连续试样引入系统。系统无需外加任何试样驱动装置,有利于整个分析系统的微型化、集成化;引样操作和充样操作同时进行,操作简便;换样速度快,换样操作自动进行;试样消耗量小,而且试样利用率高,分析过程中试样管中的试样组成基本不变,可留作它用。 第四章对外界与芯片的接口加工技术进行了改进,提出了一种快速简便的玻璃芯片一体化取样探针加工技术。直接利用芯片材料原位加工得到取样探针,因而不存在接口的死体积问题。将此探针式微流控芯片用于毛细管电泳分析,建立了基于电驱动的自动连续试样引入芯片毛细管电泳分析系统和梯度电泳分离分析系统。在系统中还采用了水平式贮液管的设计提高系统长时间工作的稳定性。整个系统结构简单、操作简便。试样消耗量仅30nL。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 微流控毛细管电泳分离的试样引入技术研究的概况
• 1.2.1 基于固定贮液池式的试样引入系统
• 1.2.2 基于流通式试样池的试样引入系统
• 1.2.3 基于取样探针式的试样引入系统
• 1.3 其他试样引入系统
• 参考文献
• 第二章 固定贮液池改装的流通池式试样引入系统的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 氨基酸的标记
• 2.2.3 仪器装置
• 2.2.4 流通式接口的加工
• 2.2.5 高压电源输出线路的改进
• 2.2.6 操作方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 系统的设计
• 2.3.2 缓冲体系的优化
• 2.3.3 引样时间的选择
• 2.3.4 充样时间的优化
• 2.3.5 夹流电压的优化
• 2.3.6 分离电压的优化
• 2.3.7 分析特性
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 基于毛细管取样探针式的微流控芯片毛细管电泳自动连续试样引入系统的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器装置
• 3.2.3 玻璃芯片的加工
• 3.2.4 取样探针的加工
• 3.2.5 自动试样引入系统
• 3.2.6 操作方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 自动试样引入系统的设计思想
• 3.3.1.1 取样探针的设计
• 3.3.1.2 自动供样系统的设计
• 3.3.2 分离条件的优化
• 3.3.2.1 引样电压和时间的优化
• 3.3.2.2 夹流电压的优化
• 3.3.2.3 外界试样液面高度对引样时间的影响
• 3.3.3 分析特性
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 基于一体化取样探针的微流控芯片毛细管电泳连续试样引入分析系统的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 氨基酸的衍生
• 4.2.4 运行缓冲溶液
• 4.2.5 芯片一体化取样探针的加工
• 4.2.6 贮液管和缺口型试样管的加工
• 4.2.7 电驱动连续试样引入和芯片毛细管电泳分离分析操作
• 4.2.8 芯片毛细管电泳的梯度分离操作
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 系统的设计思想
• 4.3.2 芯片一体化取样探针的加工
• 4.3.3 水平贮液管的使用
• 4.3.4 电驱动连续试样引入芯片毛细管电泳分离分析系统
• 4.3.4.1 引样电压和引样时间的选择
• 4.3.4.2 夹流电压的选择
• 4.3.4.3 分析特性
• 4.3.5 梯度芯片毛细管电泳分析系统
• 4.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读博士学位期间完成的论文和工作
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书