納米粒子功能化PDMS芯片在氨基酸分離中的應用.pdf

1、氨基酸是蛋白質的基本組成單位,在傳遞神經(jīng)信息、調節(jié)新陳代謝行為、生物合成蛋白、為機體和大腦活動提供能源等方面起著非常重要的作用。因此,建立快速、簡單的氨基酸分析方法對生命科學研究具有十分重要的意義。芯片毛細管電泳是通過在信用卡大小的芯片上實現(xiàn)對樣品預處理、反應、分離、檢測等實驗室功能的有效集成,具有分析時間短、通量高、樣品和試劑消耗量少、自動化和集成化等優(yōu)點。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于光透性好、易與其它材料封合、無毒、低成本、低固化

2、溫度、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點,成為當前應用廣泛的微芯片材料。然而,將PDMS用于微芯片電泳仍需克服其不足,如PDMS微通道內(nèi)的電滲流(EOF)不穩(wěn)定、表面疏水性較強,氨基酸容易在其微管道內(nèi)發(fā)生非特異性吸附,造成電泳峰拖尾、分離效率低。本文對PDMS微通道表面進行了適當?shù)母男院托揎?以期有效地控制EOF,改善PDMS芯片的表面親水性,并減小氨基酸在PDMS通道表面的吸附,提高分離效率。具體研究內(nèi)容如下:
　　 1.采用層層組裝技術將聚陽

3、離子PDDA和帶負電的TiO2 NPs交替修飾于PDMS微芯片表面,構建了PDDA/TiO2 NPs功能化的PDMS微芯片通道。與未修飾的PDMS芯片相比,經(jīng)PDDA/TiO2 NPs修飾的PDMS芯片,親水性得到大大改善,在較寬的pH范圍內(nèi)獲得了穩(wěn)定而降低的EOF。以精氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸和蘇氨酸為研究對象,對PDDA/TiO2 NPs修飾的PDMS微芯片的性能進行了評價。結果表明,精氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸和蘇氨酸在PDDA/TiO

4、2 NPs修飾的PDMS芯片上的非特異性吸附現(xiàn)象得到有效抑制,在100 s內(nèi)達到了良好的基線分離,苯丙氨酸和絲氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的分離度分別達到1.82和1.68,精氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的理論塔板數(shù)分別為9.85×103,7.03×104,6.18×104和7.96×104 plates/m。采用碳纖維電極對以上四種氨基酸進行柱內(nèi)間接安培檢測的線性范圍均為50-600μM,檢測限分別為9.5,11.8,12.6和11.2μM

5、(S/N=3)。
　　 2.大多數(shù)氨基酸在傳統(tǒng)的碳電極上是非電活性的,但卻能在銅電極表面進行直接檢測。在恒定的檢測電位(+0.6 V)下,銅電極在弱堿性的硼砂緩沖溶液(pH9.2)中被氧化成Cu(Ⅰ)或Cu(Ⅱ)化合物,電極表面生成的這些Cu(Ⅰ)或Cu(Ⅱ)氧化物與進入電極表面的氨基酸樣品發(fā)生絡合反應,致使陽極電流的峰強度增大。該陽極峰電流增大的程度與氨基酸溶液的濃度大小成正比,可以實現(xiàn)非電活性氨基酸在銅電極上的直接檢測。本文

6、以常用的幾種氨基酸(精氨酸、脯氨酸、組氨酸、纈氨酸和絲氨酸)為研究對象,考察了以上五種氨基酸經(jīng)PDDA/TiO2 NPs修飾的PDMS微芯片電泳分離后在銅電極上的檢測情況。采用柱端安培檢測模式,將銅微盤電極放置在距離分離通道末端10μm處,由于銅圓盤電極的直徑(127μm)比分離通道的管徑(50μm)大得多,有效簡化了電極與通道的對準過程,提高了電極響應的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。兩周時間內(nèi),電極響應值的變化在2-10％范圍內(nèi)。該檢測方法靈敏度高

7、、檢測限低,精氨酸、脯氨酸、組氨酸、纈氨酸和絲氨酸的檢測限分別低至7.1,6.2,5.3,6.0和4.6μM(S/N=3)。
　　 3.手性是自然界最重要的屬性之一,作為手性拆分方法的重要模型分子,氨基酸對映體的拆分已成為該研究領域的熱點之一。本文結合磁性納米粒子磁場響應能力快、易于操控,以及微流控芯片電泳的快速分離能力兩者優(yōu)勢,建立了一種在PDMS通道內(nèi)實現(xiàn)D,L-色氨酸的快速手性分離的方法。首先制備了Fe3O4@Au納米復合

8、粒子,利用Au與氨基之間的相互作用,將BSA固定于Fe3O4@Au表面,再通過外磁場作用力,將制備的Fe3O4@Au-BSA復合物固定于PDMS微芯片通道內(nèi)。與未修飾的PDMS芯片相比,在經(jīng)Fe3O4@Au-BSA復合物修飾的PDMS芯片上,獲得了穩(wěn)定、提高的EOF,而且,D,L-色氨酸的非特異性吸附現(xiàn)象也得到有效抑制,在70 s內(nèi)達到完全分離,分離度為1.25,D-色氨酸和L-色氨酸的理論塔板數(shù)分別高達1.7×105和5.8×105