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基于微通道内表面张力控制和驱动的分析新方法研究

刘江疆  
【摘要】:微流控芯片技术以其高通量、低消耗、快速分析等特点在生化分析、医疗诊断领域有着广阔的应用前景。降低微流控芯片的加工和使用成本,简化仪器设备的需求,将其更好地应用于现场检测是本论文力求解决的关键问题。本论文以微通道内的表面张力作用为核心,提出了五种分析新方法,对微通道内的各种操作与驱动技术进行了有益的探索。 提出了一种在微通道内测定液体表面张力的新方法,仅使用15微升的样品在一分钟内即可测定多组平行数据,同时能够进行变温条件下的表面张力测定。对七种有机溶剂的测定结果表明此方法具有较高的准确度(0.4-6.4%)和精密度(RSD2%, n=9)。 设计了一种新型的进样口,利用表面张力的作用在微通道内生成体积可控(74-576 nL)的均一液滴(RSD0.56%, n=70),避免了载液的使用和流速对液滴状态的影响。同时实现了微通道内液滴的融合和液滴内试剂的高速混合,利用两种控制液滴运动的手段,在1秒内实现试剂的完全混合。 利用表面张力控制聚苯乙烯微珠的自组装,将其用做模板通过软光刻法加工阵列式芯片用于单细胞的研究。加工模板时间少于十分钟,具有结构尺度可调的优点,适合固定各种尺寸的细胞用于单细胞研究。 建立了一种使用光刻法在微通道内加工凝胶微结构固定生物分子和细胞的方法。使用表面张力进样技术进行了微通道内的生化分析,对DNA分子的检测限达到1 pM。利用荧光显微镜精确控制激发光,实现了微通道内单细胞的选择性捕获与研究,操作简便且固定细胞速度较快(5 s)。 发展了纸基微流控芯片技术,将其成功的应用在质谱的常态离子化检测中,能够对肽和蛋白质等各种分子进行直接检测,检测限达到ppb级。利用纸基微流控芯片对复杂样品的前处理能力,实现了对血液和尿样中药物和毒品的定性与定量分析,具有样品消耗少(1μL),检测速度快(1 min),准确度高等优点。同时还实现了样品的预分离和在线衍生化的应用。


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