一种直接测定微流控芯片电渗流速度的新方法

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#" 结果与讨论
# ! !" 不同 46 值下 5’!#$ 的电泳分析 ! ! 图 $ #8 / + 为 不 同 缓 冲 溶 液 7: 条 件 下 !"#$% 的电泳图。在芯片电泳分析中， ! 0 "# $ % （ ! 07 1 ! 0+ ） ， 其中 ! 为迁移 时 间， " 为 微 通 道 有 效 长 度， # 为微通 道总长， % 为施加电压， ! 07 为电 泳迁移 率， ! 0+ 为 电渗 如果是同 流迁移率。因为 ! 0+ 随着 7: 增 加 而 增 大； 则根据上式物质的迁移时间应 一种物质， ! 07 不 变， 但 实 际 结 果 表 明， !"#$% 不 仅 随 7: 值升高而减小， 不以 一 种 形 式 存 在， 且 其 迁 移 时 间 随 7: 值 升 高 而
［ ## ］
! ! 自制四路高压直流电源和共聚焦激光诱导荧光 （ %&’ ） 检测 器 （ 激 光 器 激 发 波 长 ’(( ($ ， 荧光发射 波长 "$+ ($ ） 。 ! ! #" 试剂 ! ! !"#$% 标 准 溶 液： 取 一 定 量 的 !"#$% 溶 于 % $% 乙腈中， 配成浓度为 +) %" $$*1 5 % 的储备液。 ! ! 电泳缓冲 溶 液： 分 别 配 制 7: 为 ,) % ， () ’ ， -) % ， #+) # 的 $+ $$*1 5 % 硼酸 # 硼砂 # 氢氧化钠缓冲液。 ! ! 所用试剂均为分析纯， 实验用水为二次蒸馏水。 ! ! $" 方法测定 ! ! 分别在图 # 的储液槽 # & 、 储液槽 % & 和储 液槽 ’ & 中 加 #++ ! % 缓 冲 溶 液， 储 液 槽 $ & 中 加 #++ ! % !"#$% 标准溶液， 进样和分离时各储液槽所加电压 如表 # 所示， 进样 # $,( 后 将 进 样 电 压 切 换 为 分 离 电压。
图 # " 5’!#$ 在不同 46 的 #% )).1 7 8 硼砂 9:*;6 缓冲溶液下的电泳谱图 "#$! # " <1(&+-.4’(-.$-*)2 ./ 5’!#$ *+ ,#//(-(0+ 46 =*13(2 ./ #% )).1 7 8 2.,#3) >.-*+(9:*;6 >3//()*(+,-,*(. ：/,01+ .-20(3-" ，$’+ 4 5 6$ ；.07828-,*( 10(3-" ，$) + 6$9 89 7: ,) % ；;9 7: () ’ ；69 7: -) % ；+9 7: #+) # ；09 7: #+) # 8(+ "08-,(3 #+ $,( 8- #++ < 9 ’*2 " . # ，.00 ’,39 % 9
， 因 此 只要
有一种合适的中性 分 子， 且该中性分子对电渗流的 影响可以忽略， 并有简便的检测方法， 通过检测该中 性分子的表观迁移率， 即可得到电渗流速度。 ! ! 实 验 中 观 察 到， 带正电荷的荧光染料罗丹明 #$% （ !"#$% ） 在碱性溶液中发生去质 子化， 成为中性 分子。以此作为电 渗 流 标 记 物， 该中性分子的移动 速度 与 文 献 方 法 所 得 电 渗 流 速 度 相 同。 因 此， 以 !"#$% 为标记物可直接得到碱性溶液中的 电 渗 流速 度。此 方 法 简 便 可 行， 方 法 准 确， 结 果 处 理 简 单， 不 需要复杂的仪器和特殊试剂， 有较好的实用意义。
!" 实验部分
! ! !" 仪器 ! ! 参照文献 ［ #$ ］ 自制如图 # 所示的微流控玻璃芯 片。其中， 储 液 槽 $ # 储 液 槽 % 为 进 样 通 道， 储液槽 # & # 储液槽 ’ & 为分离通道。通道宽 ’( ! $ ， 深 #$ ! $ 。 通道两端钻有 #) $ $$ 直径的小孔， 用环氧树脂粘合 直径 ’ $$ 、 高 * $$ 的微量移液管头作为储液槽。
收稿日期： !""# -"( -"(
通讯联系人： 孙 ) 悦， 女， 博士， 讲师， .-%/0* ： 12342"**"! + 4/5))+ 6)%+ 63+
! 第"期
孙 ! 悦， 等： 一种直接测定微流控芯片电渗流速度的新方法
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! ! 众所周知， 电渗 流 的 一 个 特 点 是 可 以 使 几 乎 所 有的组分不管电荷大小， 以同样的方向移动， 其中中 性分子的移动速度和电渗流速度 相等
图 ! " 微流控芯片电渗流测定示意图 "#$! !" %&’()*+#& ,#*$-*) ./ +’( &’*00(1 ,(2#$0 ./ +’( )#&-./13#,#& &’#4（ #0 )) ）
增大， 所以推测 !"#$% 在 不 同 7: 缓 冲 溶 液 中 电 荷 和结构发生了改变， 其变化如图 % 所示。
在中国科技期刊引证报告ge公布的中国科技期刊总被引频次和影响因子排序表中连续多年居前列年总被引频次和影响因子分别达到本刊连续多次荣获全国国家教育部和吉林省的优秀科技期刊奖和十佳期刊称号年荣获首届国家期刊奖入选中国期刊方阵并居双高高知名度高学术水平科技期刊第三位年荣获第二届国家期刊奖年荣获第三届国家期刊奖年连续五届入选中国百种杰出学术期刊年荣获首届中国高校精品科技期刊
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一种直接测定微流控芯片电渗流速度的新方法
孙 ) 悦， ) 沈志滨， ) 曾常青ห้องสมุดไป่ตู้
（ 广东药学院中药学院，广东 广州 %*"""& ） 摘要： 随着微芯片技术的成熟， 越来越迫切地需要有 一 个 准 确 而 简 洁 的 电 渗 流 速 度 的 检 测 方 法。 根 据 荧 光 物 质 罗 （ 75*!( ） 在不同 #8 缓冲溶液中迁移时间 的 变 化， 推 导 出 75*!( 在 #8 $ 和 *" 条 件 下 分 别 有 中 性 分 子 存 丹明 *!( 在， 而中性分子的移动速度等于电渗流速度， 因此建立了直接以 75*!( 中性分子为标记物测定电 渗 流 速 度 的 方 法。 计算得出所 用 玻 璃 微 流 控 芯 片 在 #8 $, ( 和 #8 *", * 的 电 渗 流 速 度 为 通过直接检测 75*!( 中性分子的迁移时间， (, $ - *" . / 6% ! （ 9 1・ (） 和 /, * - *" . / 6% ! （ 9 1・ (） ， 与经典方法对照无明显差异。 关键词： 电渗流； 微流控芯片； 罗丹明 *!( 中图分类号： :&%0) ) 文献标识码： ; ) ) 文章编号： *""" -0#*( （ !""# ） "% -"&$" -"/) ) 栏目类别： 研究论文
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第 !" 卷
图 ! " !"#$! 随着溶液酸碱度的变化 #$%& ! " ’"( )*$+,-).( (/0$1$-2$03. $4 !"#$! .5106$54
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0 . *" ］ 0， $］ 法［ ! ， ： 将隔离染料［ ! ， 加入到电泳缓冲溶 液中，
电泳后， 在通道中的一个特殊的位置， 隔离染料被释 放并且 被 激 发 光 照 射 得 到 荧 光， 用荧光显微镜或 @@I （ 电感耦 合 型 ） 照相机直接观察通道中微量荧 光染料的运动轨迹来计算电渗流速度。或者是光漂 白一段荧光 染 料［ *" ］， 观 察 染 料 在 通 道 中 的 流 型， 通 过染料塞的替换计算液流速度。该方法是从第二种 方法衍生而来， 方 法 直 观， 但 是 需 要 特 殊 的 试 剂， 对 仪器设 备 要 求 高， 需要复杂的激光器和其他光学 设备。
［! . %］ ［!］
空间分辨率差， 两种 不 同 的 溶 液 间 易 发 生 扩 散 或 混
#］ 合。另一种 方 法 是 中 性 微 粒 镜 像 计 速 法［ & ， ： 用微
小的示踪粒子的运动情况来推断液流速度。该方法 直观， 但要考虑到布朗运动的影响、 粒子间的亲和力 以及粒子 和 通 道 壁 的 作 用 力。 再 一 种 方 法 是 染 料
!<1(,0/( ：;1 %06’)C*20D06 $"653)*)A0"1 %/$2’" ，/662’/$" %"$5)D1 C)’ $5" %"/12’"%"3$ )C "*"6$’))1%)$06 C*)E F"*)60$4 )3 %06’)C*20D06 650#1 /’" &"6)%03A 036’"/103A*4 0%#)’$/3$+ ; 65/3A" )C %0A’/$0)3 $0%" )C 75)D/%03" *!(（ 75*!( ）/$ D0CC"’"3$ #8 F/*2"1 )C $5" &2CC"’ E/1 )&1"’F"D D2’03A $5" "*"6$’)#5)’"101 ，/3D 0$ E/1 D"D26"D $5/$ $5"’" 01 2365/’A"D %)*"62*/’ C)’% )C 75*!( 03 /*G/*03" 1)*2$0)3 &"6/21" )C D"#’)$)3/$0)3+ H5"’"C)’" ，/ %"$5)D )C D0’"6$ %"/12’"%"3$ )C "*"6$’))1%)$06 C*)E F"*)60$4 )3 %06’)C*20D06 650# E/1 D"F"*)#"D &/1"D )3 $5" D"$"6$0)3 )C %0A’/$0)3 $0%" )C $5" 2365/’A"D 75*!( ，&"6/21" $5" %0A’/$0)3 1#""D )C 2365/’A"D %)*"62*" 01 "B2/* $) $5" "*"6$’))1%)$06 C*)E F"*)60$4+ H5" "*"6$’))1%)$06 C*)E F"*)60$4 )C A*/11 %06’)650# /$ #8 $, ( /3D *", * )C $5" &2CC"’ E/1 D"$"6$"D $) &" (, $ - *" . / 6% ! （ 9 1 ・ ( ）/3D /, * - *" . / 6% ! （ 9 1 ・(） ，’"1#"6$0F"*4 ，E5065 E"’" 03 /A’""%"3$ E0$5 $5)1" )&$/03"D &4 $5" $’/D0$0)3/* %"$5)D+ =%9 7#,*1 ："*"6$’))1%)$06 C*)E ；%06’)C*20D06 650# ；75)D/%03" *!( ) ) 微流控分析是 当 前 十 分 活 跃 的 领 域， 而芯片毛 细管电泳是当前在微流控分析领域中应用最多的分 析技术［ * ］。由 于 芯 片 电 泳 分 离 通 道 短、 散 热 快、 可 施加的分离场强高， 使分离速度和分离效率大大提 高。因为外加电场而产生的电渗流成为芯片电泳中 越来越普遍的分离 动 力， 因此迫切需要有一个准确 而简洁的电渗流速度的检测方法。传统的检测方法 只能检测速度慢的 电 渗 流， 因此不适应微流控芯片 中微通道中速度快的电渗流的测定 种方法是电流 测 定 法
表 ! " 溶液进样和分离时各储液槽所加的电压 ?*>1( ! " @441#(, #0A(&+#.0 *0, 2(4*-*+#.0 =.1+*$(2 !0.02=*,2 @011 $ @011 % @011 # @011 ’ &(>06-,*( =*1-830 ’++ + ’++ ’++ ?07828-,*( =*1-830 ,++ ,++ #$++ + 4
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) ) 目前， 测定 电 渗 流 速 度 的 方 法 主 要 有 ( 种。 一 ： 先在毛细管中充满一种 溶液， 然后在电渗流 的 作 用 下 用 另 一 种 有 相 同 电 解 质但不同浓度的溶 液 替 换 原 溶 液， 通过记录在此期 间电流的变化所需 要 的 时 间， 然后计算出电渗流的 平均速度。该方法简单， 但需要置换溶液， 且时间和