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热塑性聚合物微流控芯片制作、表面改性及在DNA分析应用中的研究

杜晓光  
【摘要】:热塑性聚合物微流控芯片制作成本低,表面可采用多种物理或化学的方法进行改性,具有较好的生物适应性,易在片集成多种用途的功能组件等特性,已为人们所关注。微型化和集成系统的高表面体积比使得微通道表面的性质对于微流控芯片分析系统显得尤为重要,但目前对于热塑性聚合物微流控芯片表面改性的研究仍处于初始阶段。微流控芯片的应用是当今微流控研究中的薄弱环节,但随着微流控芯片制作及表面改性技术的发展,以及后基因组时代对基因结构和功能分析的需要,使得微流控芯片在生命分析中的应用成为今后研究的重点和方向。本论文采用简易热压装置,建立了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片和聚碳酸酯(PC)微流控芯片的热压制作技术;以分离DNA片段的筛分介质羟乙基纤维素(HEC)为涂层试剂,提出了适用于PMMA芯片、PC芯片,以及经硅烷化处理的玻璃芯片的静置动态涂层表面改性技术;采用小型化半导体激光诱导荧光检测DNA分析系统,实现了DNA片段及PCR产物的快速、高效分析测定。 在工作中将粉末压片机加控温及冷却水装置改装成简易热压装置,采用自行设计和制作的单晶硅阳模和玻璃阳模,研究了PMMA微流控芯片和PC微流控芯片的热压制作技术。在一台简易热压装置上实现了芯片微通道的压制与封接,SEM图和显微CCD照片表明微通道得到了很好的复制,PMMA基片与盖片、PC基片与盖片实现了热压封合。PMMA芯片的电渗流和伏安曲线与文献报道的相一致。在芯片有效分离通道长度仅为18mm,分离场强640V/cm条件下,实现了荧光染料Cy5与其副产物1和副产物2的在近70min的时间内连续11次基线分离,测定Cy5保留时间RSD为1.4%(n=11),峰高RSD为2.2%(n=11),理论塔板数n为7.4×10~4/m。本法可在普通化学实验室中制作小批量、供研究用热塑性聚合物微流控芯片。 采用简易热压技术制作的PMMA微流控芯片和PC微流控芯片,以DNA电泳分离的筛分介质HEC为涂层试剂,提出了PMMA芯片和PC芯片静置动态涂层表面改性新方法。在涂层改性最初72h内,随着静置动态涂层表面改性时间的增加,芯片电泳分离DNA片段的分离效能稳步提高。对于PMMA芯片静置动态涂层表面改性96h后,获得最佳的分离效能,271/281 bp片段得到很好的分离。以电泳谱图603bp片段峰计算理论塔板数n为1.14×10~6/m,271/281 bp的分离度R为1.2。对于PC芯片可较快地完成静置动态涂层表面改性,经涂层改性72 h后,获得最佳的分离效能,其11个片段均可获


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