基于纸基电喷雾的多通道微流控芯片质谱联用装置的研制

In this work, a paper-based microfluidic device coupled with highly sensitive mass spectrometer will be developed based on our previous works of microfluidic chip and paper-based electrospray ionization (ESI) methods. We shall utilize surface tension driving and control technology in micro-channels to study systematically the design and manufacture of the device, preparation of samples and the method of target composition ionization. The aim of this work is to develop a system for study of cell on multi-channel paper-based microfluidic devices. The physical and chemical properties of micro-droplets generated by paper-based ESI method and their surface solve and extract effect will be studied. For detection of organic micromolecules, fat molecules, amino acid, polypeptide, protein and so on, the method of direct sampling and enrichment on various liquid or solid matrix will be investigated. At the same time, selective molecule-molecule, molecule-ion, coordination and bioactivity reactions will be introduced, a high throughput, selective and sensitive detection device will be provided which could be used in biological analysis, food security and stimulant detection.

为解决微流控芯片上多通道细胞培养、细胞相互作用以及药物代谢过程中多组分同时检测问题，在我们已有的微流控芯片以及纸基电喷雾离子化研究成果的基础上，充分利用纸基的特殊性能，有选择地应用微通道内表面张力驱动和控制技术，系统地研究纸基微流控芯片的设计制作、样品前处理、待测成分的离子化方法，研制价格低廉、用途广泛、可以一次性使用的具有电喷雾功能的纸基微流控芯片，同时配合现有高灵敏质谱检测装置，构建纸基微流控芯片质谱多通道快速检测装置。系统地研究纸基电喷雾微液滴的物理及化学特性，微液滴的表面溶解及萃取效应，针对代谢的有机小分子，脂肪分子，氨基酸，多肽，蛋白质等几类被测物，发展从多种液体或固体基底上直接采样并富集的方法，同时引入选择性分子－分子反应，分子－离子反应，选择性配合反应及生物活性反应等。研制成功的装置还可以为应用于生命分析、食品安全检测、兴奋剂检测等多种领域。

本项课题自2012年初立项申请以来，经过近5年的努力，在我们已有的微流控芯片以及纸基电喷雾离子化研究成果的基础上，充分利用纸基的特殊性能，有选择地应用微通道内表面张力驱动和控制技术，系统地研究了微流控芯片的设计制作、样品前处理、待测成分的离子化方法，研制了一台能够适合于微流控芯片上进行细胞共培养的微流控芯片质谱联用装置。解决了多通道微流控芯片与质谱联用的接口问题，实现了多通道微流控芯片-质谱联用的梦想，为在动态条件下，微流控芯片上模拟人体器官的研究打下基础。仪器可以根据不同细胞研究的需要，设计相应的微流控芯片、用途广泛、可以一次性使用的具有电喷雾功能的纸基微流控芯片，同时配合现有高灵敏质谱检测装置，构建纸基微流控芯片质谱多通道快速检测装置。按照项目立项的目标，系统地研究了纸基电喷雾微液滴的物理及化学特性，微液滴的表面溶解及萃取效应，针对细胞代谢的有机小分子，脂肪分子，氨基酸，多肽，蛋白质等几类被测物，发展从多种液体或固体基底上直接采样并富集的方法，同时引入选择性分子－分子反应，分子－离子反应，选择性配合反应及生物活性反应等。研制成功的装置还可以为应用于生命分析、食品安全检测、兴奋剂检测等多种领域。