芯片电泳和化学发光高性能联用和全分析系统小型化研究

通过在芯片电泳分离通道中原位光聚合制备多孔塞，防止化学发光试剂逆流进入电泳分离通道，使电泳分离和化学发光检测高效联用。用一个负压力源完成芯片电泳的进样和输送化学发光试剂通过检测通道，结合小型直流高压模块，研制集成进样、场增强堆积、高效分离和高灵敏度检测的便携式全分析系统。全部操作通过切换三通电磁阀的阀位自动进行。通过场增强堆积、优化检测通道的长度和构型进一步提高检测灵敏度。通过提高化学发光试剂的流速减少样品区带在检测通道中的停留时间，减少检测器增宽。通过将电泳分离高压电场和易起气泡的发光试剂相隔离，提高分析的精密度。研制的全分析系统不仅兼有毛细管电泳的高分离效率和化学发光法的高灵敏度，且体积小，重量轻，操作方便、成本低廉。通过本课题的研究，既能为微全分析系统研究的提供了新的检测系统和实验方法，又能为低耗能、便携化的现场分析仪器的研制打下基础，在环境现场检测、临床分析等方面有良好的应用前景。

按项目任务书要求，本课题研究构建芯片电泳分离-化学发光检测的微流控分析系统，由负压装置、高压电源、微芯片装置和微光检测装置等构成。首先研究采用紫外光引发丙烯酸酯交联反应，在微流控电泳微通道内原位光聚合，制备聚丙烯酸酯的多孔塞；进而通过改变单体组分和比例，调节表面电性和亲憎水性质，实现多孔塞对水和非水溶液的多重适用性。在此基础上，应用多孔塞对压力流和电渗流的选择性阀效应，在对分离通道无干扰前提下，以负压驱动实现电泳快速进样以及发光检测试剂的快速引入。不仅实现无歧视可控进样，而且抑制发光试剂逆流进入分离通道，降低分离后的组分区带在检测池中的停留时间，减少检测器增宽，实现对电泳分离度无降低条件下的快速发光检测。负压装置由真空微泵、三通阀、时间继电器、真空表、针形阀等组件构成，成本低，由时间继电器自动控制并与分离电源协同配合，能耗仅5 W。所用的微流控芯片网络结构，可将电泳分离电场流路与化学发光试剂流路相隔离，避免易分解或易出气泡的化学发光试剂对分离的干扰；采用螺旋型高效混合微通道，克服微通道内层流效应对快速混合的不利影响，实现双流路的高速混合，提高微流控化学发光反应的效率。采用该螺旋型混合微通道，内部流体流动时，产生径向二次流，增大化学发光试剂和待测物在微通道中流速有利于混合。用金属离子、鲁米诺/过氧化氢的发光体系，验证上述构建系统在水溶液体系中的分析性能；分离分析了包括Cr3+、 Co2+、Cu2+、Ni2+、Au3+、Mn2+、Zn2+、Pt2+、Pb2+等一系列阳离子。以乙腈非水电泳、过氧草酸酯/过氧化氢的发光体系，验证上述系统在非水电泳体系中的分析性能；分离分析包括罗丹明类及氨基芘类弱极性或非极性有机物。分析结果表明，迁移时间和峰高重现性、线性范围和相关系数、检测限等均有满意表现。并应用于癌症患者血清、植物萃取物、环境试样等真实试样的分析。.在构建上述分析系统的基础上，进一步应用所涉技术开展化学发光、微流控接口等方面的新方法研究。采用螺旋型混合通道微芯片作为发光反应池和检测池，发现新颖的荧光桃红B和5-磺基水杨酸等发光增敏剂，提高化学发光的发光效率；并基于DNA酶催化上述微流控发光，进行血清和真实水体中K+的高特异性分析。利用多孔塞降低微通道层流效应，实现无自吸式芯片电泳和ICP-MS的联用，进而建立多采样体积的微芯片亚微升试样引入系统等。