溫敏聚N-異丙基丙烯酰胺整體柱操控微流體的研究.pdf

1、以微流控為技術(shù)核心的微流控芯片分析是微全分析系統(tǒng)的主要組成部分，其目標(biāo)是通過在微芯片上集成試樣前處理、引入、混合反應(yīng)、分離檢測等功能模塊，實現(xiàn)分析實驗室的功能轉(zhuǎn)移，最終實現(xiàn)分析實驗室的微型化、集成化與便攜化。微流體的操縱和控制是微流控分析的基礎(chǔ)，也是目前限制微流控發(fā)展的重要瓶頸之一。開發(fā)一種簡便、低廉、易集成的微流體操控方法，是當(dāng)前微全分析系統(tǒng)發(fā)展的重點。
　　 聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)類溫敏高聚物受外界溫度變化刺

2、激時，分子構(gòu)型會發(fā)生突變，導(dǎo)致其體積、疏水／親水性等重要物理化學(xué)性質(zhì)的可逆改變。將這種智能高聚物整體柱塞引入微通道內(nèi)，不僅可以利用其由溫度引起的體積相變來控制微流體的流動狀態(tài)，同時還可以影響到柱塞附近的離子電遷移、電滲流等特性。本文旨在利用溫敏高聚物這種智能特性，通過在玻璃芯片上構(gòu)建集成化的溫敏整體柱塞，研究它在微流體控制及試樣預(yù)富集分離方面的行為和分析應(yīng)用。
　　 全文共分為四章：
　　 第一章，綜述了溫敏高聚物的溫敏

3、機理和合成方法、微流控芯片系統(tǒng)中基于PNIPAAm的液流控制、基于離子橋方式的樣品預(yù)富集技術(shù)等方面的研究進展，同時，還簡要介紹了溫敏高聚物在其它方面的一些應(yīng)用。按照不同的驅(qū)動機理，主要將基于PNIPAAm的液流控制分為被動閥、主動閥、復(fù)合閥（泵）三大類進行闡述。對于樣品預(yù)富集技術(shù)，主要從納通道、多孔膜、整體柱等三種結(jié)構(gòu)進行介紹。
　　 第二章，利用溫敏高聚物相變前后的體積變化特性，研制以溫敏高聚物為材料的集成化微閥。本文以2-羥

4、基-2-甲基-1-苯基丙酮為引發(fā)劑，水-乙醇混合體系為溶劑，通過光誘導(dǎo)聚合，在剛性基質(zhì)玻璃芯片通道內(nèi)選擇性區(qū)域快速制備PNIPAAm整體柱塞。系統(tǒng)考察了聚合條件對整體柱塞閥的形態(tài)和性能的影響。優(yōu)化后的聚合時間僅需1min。在此基礎(chǔ)上，以微型注射泵驅(qū)動液流，用微型半導(dǎo)體加熱-制冷器Peltier控制溫控柱塞微閥的定時啟／閉，研究建立了一個芯片上基于時間采樣的集成化單溫控閥流動注射分析模型。利用鎂離子與熒光探針o，o二羥基偶氮苯(DHAB)

5、的配位熒光反應(yīng)，表征溫控微閥的控流效果。結(jié)果表明，微型流動注射熒光檢測Mg2+離子的精密度可以達到3.4％(n=5)。
　　 第三章，在第二章的基礎(chǔ)上，進一步研制了玻璃芯片上的集成化溫敏微閥陣列，成功實現(xiàn)了以溫控定體積采樣為基礎(chǔ)的化學(xué)發(fā)光流動注射分析。國內(nèi)外有關(guān)微流控芯片中PNIPAAm溫控微閥的報道，一般是單閥或雙閥系統(tǒng)，用以操控比較簡單的液流系統(tǒng)。本章以兩個Peltier半導(dǎo)體器件對芯片上的兩組閥體進行加熱或致冷，實現(xiàn)它們的

6、協(xié)調(diào)開與關(guān)，閥開與關(guān)的響應(yīng)時間分別為3s與7s。兩組閥的協(xié)調(diào)動作實現(xiàn)了采樣與進樣操作的相互切換。配合注射泵的動作，在集成了多閥采樣系統(tǒng)的芯片上成功實現(xiàn)了以鐵氰化鉀為催化劑的魯米諾與過氧化氫的化學(xué)發(fā)光，并應(yīng)用于過氧化氫的在線檢測。系統(tǒng)對過氧化氫的采樣體積為6nL，檢測的線性范圍為0～2mmolL-1，對2mmolL-1過氧化氫的檢測精密度可達到0.6％(n=11)。
　　 第四章，首次提出了基于PNIPAAm的溫控離子富集及釋放現(xiàn)

7、象。該章節(jié)較為詳細(xì)地研究了在一定電場下，PNIPAAm整體柱塞對熒光素鈉異硫氰酸酯(FITC)的溫控富集及釋放現(xiàn)象，并提出，低溫時，F(xiàn)ITC富集現(xiàn)象源于以電遷移為主的離子選擇滲透性機理；而高溫時，電滲流的作用引起了富集帶的釋放。基于PNIPAAm整體柱塞的溫控離子富集與釋放效應(yīng)，我們進一步將其應(yīng)用于玻璃芯片單通道中FITC的預(yù)富集及電泳分離檢測，并初步研究了富集區(qū)帶的不同釋放方向?qū)﹄娪痉蛛x性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，富集3min時，溫敏柱塞對