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《南昌大学》 2010年
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纳米粒子功能化PDMS芯片在氨基酸分离中的应用

王莉  
【摘要】: 氨基酸是蛋白质的基本组成单位,在传递神经信息、调节新陈代谢行为、生物合成蛋白、为机体和大脑活动提供能源等方面起着非常重要的作用。因此,建立快速、简单的氨基酸分析方法对生命科学研究具有十分重要的意义。芯片毛细管电泳是通过在信用卡大小的芯片上实现对样品预处理、反应、分离、检测等实验室功能的有效集成,具有分析时间短、通量高、样品和试剂消耗量少、自动化和集成化等优点。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于光透性好、易与其它材料封合、无毒、低成本、低固化温度、可批量生产等优点,成为当前应用广泛的微芯片材料。然而,将PDMS用于微芯片电泳仍需克服其不足,如PDMS微通道内的电渗流(EOF)不稳定、表面疏水性较强,氨基酸容易在其微管道内发生非特异性吸附,造成电泳峰拖尾、分离效率低。本文对PDMS微通道表面进行了适当的改性和修饰,以期有效地控制EOF,改善PDMS芯片的表面亲水性,并减小氨基酸在PDMS通道表面的吸附,提高分离效率。具体研究内容如下: 1.采用层层组装技术将聚阳离子PDDA和带负电的TiO2 NPs交替修饰于PDMS微芯片表面,构建了PDDA/TiO2 NPs功能化的PDMS微芯片通道。与未修饰的PDMS芯片相比,经PDDA/TiO2 NPs修饰的PDMS芯片,亲水性得到大大改善,在较宽的pH范围内获得了稳定而降低的EOF。以精氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸和苏氨酸为研究对象,对PDDA/TiO2 NPs修饰的PDMS微芯片的性能进行了评价。结果表明,精氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸和苏氨酸在PDDA/TiO2 NPs修饰的PDMS芯片上的非特异性吸附现象得到有效抑制,在100s内达到了良好的基线分离,苯丙氨酸和丝氨酸、丝氨酸和苏氨酸的分离度分别达到1.82和1.68,精氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸和苏氨酸的理论塔板数分别为9.85×103,7.03×104,6.18×104和7.96×104plates/m。采用碳纤维电极对以上四种氨基酸进行柱内间接安培检测的线性范围均为50-600μM,检测限分别为9.5,11.8,12.6和11.2μM(S/N=3)。 2.大多数氨基酸在传统的碳电极上是非电活性的,但却能在铜电极表面进行直接检测。在恒定的检测电位(+0.6 V)下,铜电极在弱碱性的硼砂缓冲溶液(pH9.2)中被氧化成Cu(Ⅰ)或Cu(Ⅱ)化合物,电极表面生成的这些Cu(Ⅰ)或Cu(Ⅱ)氧化物与进入电极表面的氨基酸样品发生络合反应,致使阳极电流的峰强度增大。该阳极峰电流增大的程度与氨基酸溶液的浓度大小成正比,可以实现非电活性氨基酸在铜电极上的直接检测。本文以常用的几种氨基酸(精氨酸、脯氨酸、组氨酸、缬氨酸和丝氨酸)为研究对象,考察了以上五种氨基酸经PDDA/TiO2 NPs修饰的PDMS微芯片电泳分离后在铜电极上的检测情况。采用柱端安培检测模式,将铜微盘电极放置在距离分离通道末端10μm处,由于铜圆盘电极的直径(127μm)比分离通道的管径(50μm)大得多,有效简化了电极与通道的对准过程,提高了电极响应的重现性和稳定性。两周时间内,电极响应值的变化在2-10%范围内。该检测方法灵敏度高、检测限低,精氨酸、脯氨酸、组氨酸、缬氨酸和丝氨酸的检测限分别低至7.1,6.2,5.3,6.0和4.6μM(S/N=3)。 3.手性是自然界最重要的属性之一,作为手性拆分方法的重要模型分子,氨基酸对映体的拆分已成为该研究领域的热点之一。本文结合磁性纳米粒子磁场响应能力快、易于操控,以及微流控芯片电泳的快速分离能力两者优势,建立了一种在PDMS通道内实现D,L-色氨酸的快速手性分离的方法。首先制备了Fe3O4@Au纳米复合粒子,利用Au与氨基之间的相互作用,将BSA固定于Fe3O4@Au表面,再通过外磁场作用力,将制备的Fe3O4@Au-BSA复合物固定于PDMS微芯片通道内。与未修饰的PDMS芯片相比,在经Fe3O4@Au-BSA复合物修饰的PDMS芯片上,获得了稳定、提高的EOF,而且,D,L-色氨酸的非特异性吸附现象也得到有效抑制,在70 s内达到完全分离,分离度为1.25,D-色氨酸和L-色氨酸的理论塔板数分别高达1.7×105和5.8×105plates/m。该修饰方法实现了磁性纳米粒子在PDMS芯片通道中的可控固定,操作简单方便。仅需在PDMS芯片上下方各放置一块外加磁铁,即可将磁性Fe3O4@Au-BSA复合物迅速固定于通道表面;而一旦将磁铁撤去,并用缓冲液冲洗通道,又可获得更新的微通道,大大节约了修饰时间,提高了芯片的利用率。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R341

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【参考文献】
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