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微流控皮升级平移自发试样引入方法及其在高速毛细管电泳中的应用

张婷  
【摘要】:常规毛细管电泳(Capillary electrophoresis, CE)系统,通常使用20-100 cm长的石英毛细管作为分离通道,分离场强一般小于500 V/cm,进样体积为1-10nL。在小于30 min的分析时间内,可以获得数十至数百万塔板数的高分离效率。上世纪90年代出现了高速毛细管电泳(High-speed capillary electrophoresis, HSCE),通过缩短分离长度(15 cm)和增大分离场强(500 V/cm),可实现高速(100 s)、高效(塔板高度1μm)的电泳分离。在HSCE系统中,为了提高分离速度,分离长度减小至数厘米,因此,形成一段小于100μm的狭窄的初始试样区带(体积为皮升级),对于获得高分离效率是至关重要的。试样引入方法成为HSCE研究的重点和热点。目前文献报道的HSCE系统中,试样引入方法主要有光门进样、流通门进样和微流控芯片进样。 本文通过将自发进样技术与基于短毛细管和缺口管阵列的CE系统相结合,建立了一种微流控皮升级试样引入方法。通过对试样溶液从毛细管进样端脱离过程(即附着在进样端的试样液滴形成过程)中多种影响因素的研究,首次观察到自发进样过程中毛细管进样端的试样液滴分裂现象,并发展出一种基于该现象的平移自发进样方法,可以将进样量减小至低于100 pL。将平移自发进样方法应用于HSCE分析,建立了一种通用型的HSCE系统。HSCE系统由短毛细管和自动进样系统组成,自动进样系统由试样池-缓冲液池阵列和电控平移台组成。进样时,保持毛细管静止不动,电控平移台水平移动,使毛细管进样端浸入试样池中的试样溶液内。然后电移台反方向移动,使试样溶液脱离毛细管进样端,有一滴试样溶液附着在毛细管进样端的端面上,并在表面张力作用下自发地迅速进入毛细管内,完成试样引入。电移台继续移动,使毛细管进样端浸入缓冲液池中的缓冲溶液内。在缓冲液池和废液池之间施加电压,进行电泳分离。将该系统应用于异硫氰酸荧光素(Fluorescein 5-isothiocyanate, FITC)标记的氨基酸试样的电泳分离。采用毛细管区带电泳(Capillary zone electrophoresis,CZE)模式,有效分离长度为15 mm时,在5.4s内完成了5种氨基酸的基线分离,分离效率高达0.40μm塔板高度。考察系统的稳定性,51次连续测定,各个电泳峰峰高的相对标准偏差(Relative standard deviation, RSD)在1.2%至3.7%之间。当分离长度延长至50 mm时,在21s内实现了8种氨基酸的高速高效分离,各个电泳峰的塔板数在163,000至251,000之间,相应的塔板高度为0.31-0.20μm。该HSCE系统的分离速度和分离效率等性能,已经达到甚至优于芯片HSCE系统。 在后续工作中,将皮升级平移自发进样方法以及基于该方法的HSCE系统,应用于胶束电动色谱(Micellar electrokinetic chromatography, MEKC)模式的氨基酸手性分离。采用p-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)和牛磺胆酸钠(Sodium taurocholate, STC)组成的二元手性选择试剂,有效分离长度为15mm时,在9.1 s内完成了3种FITC标记的氨基酸(Leu、Ala和Asp)对映体的分离。


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