PDMS微芯片通道表面修飾方法及其在氨基酸分離分析中的應用研究.pdf

1、微流控芯片毛細管電泳技術(shù)是近二十年來發(fā)展迅速并且具有廣泛應用前景的一項新技術(shù)。該項技術(shù)由于其分析速度快、通量高、樣品和試劑消耗量少、易于集成和微型化等優(yōu)點,目前已成為分析化學研究領(lǐng)域的一個重要研究方向。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于其具有較好的光透性、無毒、成本低、容易與其它材料封合、易于制作、可批量生產(chǎn)、生物相容性好等優(yōu)點,在構(gòu)建多功能微流控芯片裝置中得到了廣泛的應用與發(fā)展。但是由于PDMS微芯片通道表面帶電荷量較少,電滲流(EOF)

2、不穩(wěn)定,表面具有較強的疏水性能,容易吸附被測組分等缺點,這極大地限制了可以在PDMS微芯片上進行分離分析的物質(zhì)的種類,并且降低了分析物的分離效率,極大地影響了PDMS微流控芯片毛細管電泳的應用范圍。本論文針對以上問題,對PDMS微流控微芯片通道表面進行適當?shù)男揎椉案男?以有效控制EOF的大小,改善PDMS微流控芯片表面的親水性能,減小生物分子在PDMS芯片微通道表面的非特異性吸附,從而提高分析物的分離效率。具體研究內(nèi)容如下:
　　

3、 1.采用一種簡單、綠色、原位的化學合成方法將PDA/AuNPs復合材料修飾到PDMS微芯片通道表面。利用HAuCl4的氧化性誘導多巴胺(DA)發(fā)生自聚合生成聚多巴胺(PDA),在此過程中,HAuCl4則被還原為AuNPs,生成的AuNPs原位負載在了PDA膜的內(nèi)部及表面。利用PDA極強的粘附性,將PDA/AuNPs復合物牢固地固定在PDMS微芯片通道的表面,獲得了連續(xù)均一、親水性強和穩(wěn)定性好的修飾層,構(gòu)建了PDA/AuNPs復合材料

4、修飾的PDMS芯片微通道。與未經(jīng)修飾的PDMS芯片相比,經(jīng)PDA/AuNPs復合材料修飾的PDMS微芯片通道獲得了穩(wěn)定的并且降低的EOF,提高了微芯片通道表面的親水性,降低了分析物在通道表面的非特異性吸附,極大地改善了PDMS微芯片對分析物的分離效果,使得精氨酸、脯氨酸、組氨酸、纈氨酸、絲氨酸等五種模型氨基酸在PDA/AuNPs修飾PDMS芯片上獲得了快速而有效的分離。
　　 2.首次以合成的GO/Fe3O4/BSA納米復合材料

5、作為PDMS微芯片通道內(nèi)的新型固定相,采用簡單的磁性固定方法將其固定到PDMS微芯片通道內(nèi),成功用于手性對映體的分離。首先,通過原位化學沉積法合成GO/Fe3O4納米復合材料,制備的GO/Fe3O4納米復合物綜合了GO與Fe3O4NPs的優(yōu)點,如GO高的吸附容量以及Fe3O4NPs的良好磁性能,不僅有利于提高生物分子的負載量,而且還大大簡化了實驗的操作過程。進而通過疏水作用、π-π共軛以及氫鍵作用將BSA負載到GO/Fe3O4表面,制備

6、了多組分GO/Fe3O4/BSA納米復合材料。通過外加磁場將GO/Fe3O4/BSA復合材料固定于PDMS芯片微通道中。通過掃描電鏡,X射線衍射,紫外可見吸收光譜和接觸角測量等手段對所制備的GO/Fe3O4/BSA材料進行了表征。最后,以分離手性色氨酸來評價本實驗所構(gòu)建的開管毛細管電色譜微裝置的性能。結(jié)果表明,經(jīng)GO/FeaO4/BSA復合材料修飾的PDMS芯片親水性強、穩(wěn)定性好。成功地實現(xiàn)了色氨酸對映體的高效分離。
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7、基于分子印跡技術(shù),以L-色氨酸作為模板分子,DA作為功能單體,利用DA發(fā)生自聚合生成的PDA的極強的粘附性,將模板分子同時鑲嵌在Fe3O4磁性納米微球表面,當模板分子被洗脫后,獲得了具有特異性識別D/L-色氨酸印跡位點的磁性分子印跡聚合物(MIP-Fe3O4＠PDANPs);在外磁場作用下將MIP-Fe3O4＠PDANPs固定于PDMS芯片微通道表面,構(gòu)建了對手性氨基酸具有選擇性識別功能的PDMS微芯片裝置。在最優(yōu)實驗條件下,D/L-色

8、氨酸在3.7cm長的分離通道內(nèi)獲得了有效的基線分離,D-色氨酸和L-色氨酸的理論塔板數(shù)分別為269,0000和285,0000plates/m,分離度(Rs),高達1.68。
　　 4.手性是自然界重要的屬性之一,然而,在手性識別及分離分析的研究中,手性選擇劑的選擇以及使用是獲得成功的關(guān)鍵所在。本文首次報道了PDA作為手性選擇劑在PDMS芯片微通道內(nèi)分離手性分子的研究。利用DA在堿性條件下可以自聚合生成PDA而粘附在各種無機和有

9、機材料表面這一性質(zhì),在Fe3O4磁性納米粒子表面聚合一層20nm左右厚度的PDA。為了證明PDA具有手性識別功能,將制備的PDA＠Fe3O4NPs復合材料通過外加磁場的作用使其固定于PDMS微芯片通道內(nèi),用以分離不同類型的手性分子,如氨基酸、多肽以及藥物類的手性分子,并通過它們的分離效果來評價PDA是否具有手性選擇的功能。結(jié)果表明,在最優(yōu)實驗條件下,經(jīng)PDA＠Fe3O4NPs復合材料修飾的PDMS芯片成功實現(xiàn)了氨基酸、多肽以及藥物類手性