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(yīng)用研究.pdf

1、微流控芯片毛細(xì)管電泳技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展迅速并且具有廣泛應(yīng)用前景的一項(xiàng)新技術(shù)。該項(xiàng)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(diǎn),目前已成為分析化學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)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(wú)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(diǎn),在構(gòu)建多功能微流控芯片裝置中得到了廣泛的應(yīng)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(qiáng)的疏水性能,容易吸附被測(cè)組分等缺點(diǎn),這極大地限制了可以在PDMS微芯片上進(jìn)行分離分析的物質(zhì)的種類(lèi),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(xì)管電泳的應(yīng)用范圍。本論文針對(duì)以上問(wèn)題,對(duì)PDMS微流控微芯片通道表面進(jìn)行適當(dāng)?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?jī)?nèi)容如下:
　　

3、 1.采用一種簡(jiǎn)單、綠色、原位的化學(xué)合成方法將PDA/AuNPs復(fù)合材料修飾到PDMS微芯片通道表面。利用HAuCl4的氧化性誘導(dǎo)多巴胺(DA)發(fā)生自聚合生成聚多巴胺(PDA),在此過(guò)程中,HAuCl4則被還原為AuNPs,生成的AuNPs原位負(fù)載在了PDA膜的內(nèi)部及表面。利用PDA極強(qiáng)的粘附性,將PDA/AuNPs復(fù)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(qiáng)和穩(wěn)定性好的修飾層,構(gòu)建了PDA/AuNPs復(fù)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(fù)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(duì)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(fù)合材料

5、作為PDMS微芯片通道內(nèi)的新型固定相,采用簡(jiǎn)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(duì)映體的分離。首先,通過(guò)原位化學(xué)沉積法合成GO/Fe3O4納米復(fù)合材料,制備的GO/Fe3O4納米復(fù)合物綜合了GO與Fe3O4NPs的優(yōu)點(diǎn),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(fù)載量,而且還大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程。進(jìn)而通過(guò)疏水作用、π-π共軛以及氫鍵作用將BSA負(fù)載到GO/Fe3O4表面,制備

6、了多組分GO/Fe3O4/BSA納米復(fù)合材料。通過(guò)外加磁場(chǎng)將GO/Fe3O4/BSA復(fù)合材料固定于PDMS芯片微通道中。通過(guò)掃描電鏡,X射線衍射,紫外可見(jiàn)吸收光譜和接觸角測(cè)量等手段對(duì)所制備的GO/Fe3O4/BSA材料進(jìn)行了表征。最后,以分離手性色氨酸來(lái)評(píng)價(jià)本實(shí)驗(yàn)所構(gòu)建的開(kāi)管毛細(xì)管電色譜微裝置的性能。結(jié)果表明,經(jīng)GO/FeaO4/BSA復(fù)合材料修飾的PDMS芯片親水性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。成功地實(shí)現(xiàn)了色氨酸對(duì)映體的高效分離。
　　 3.

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(qiáng)的粘附性,將模板分子同時(shí)鑲嵌在Fe3O4磁性納米微球表面,當(dāng)模板分子被洗脫后,獲得了具有特異性識(shí)別D/L-色氨酸印跡位點(diǎn)的磁性分子印跡聚合物(MIP-Fe3O4＠PDANPs);在外磁場(chǎng)作用下將MIP-Fe3O4＠PDANPs固定于PDMS芯片微通道表面,構(gòu)建了對(duì)手性氨基酸具有選擇性識(shí)別功能的PDMS微芯片裝置。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,D/L-色

8、氨酸在3.7cm長(zhǎng)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(dá)1.68。
　　 4.手性是自然界重要的屬性之一,然而,在手性識(shí)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(bào)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(wú)機(jī)和有

9、機(jī)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(shí)別功能,將制備的PDA＠Fe3O4NPs復(fù)合材料通過(guò)外加磁場(chǎng)的作用使其固定于PDMS微芯片通道內(nèi),用以分離不同類(lèi)型的手性分子,如氨基酸、多肽以及藥物類(lèi)的手性分子,并通過(guò)它們的分離效果來(lái)評(píng)價(jià)PDA是否具有手性選擇的功能。結(jié)果表明,在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下,經(jīng)PDA＠Fe3O4NPs復(fù)合材料修飾的PDMS芯片成功實(shí)現(xiàn)了氨基酸、多肽以及藥物類(lèi)手性