毛细管电泳柱及芯片微通道涂层的发展

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介绍了毛细管壁上的动态离子
（ 如一价阳 离 子、 二 价 阳 离 子、 一 价 胺 离 子、 二价胺 离子等） 交换和阳离子聚合物 涂层 （ 如 聚丁 二 烯 ） 及 动态表面活性剂涂层。这些阳离子存在于双电层的 紧密层中， 降 低 了 管 壁 的 有 效 电 荷， 从 而 降 低 ’()* 电势和 $%& 。 它 们 对 $%& 的 减 小 程 度 为： 0* 29 % 8
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色
谱
第 !" 卷
芯片 微 通 道 涂 层 在 涂 层 新 技 术 和 新 材 料 方 面 的 发展。
性。当采用 *& HH/, I = 的 ) F 甲 基 F" F 甲 基 咪 唑 四 氟 硼酸盐 （ ) $F" +JF:&2 ） 溶 液 时， 可使碱性蛋白质 （如 胰蛋白酶原和 ! F 胰凝乳蛋白 溶解酵素、 细胞色素 0 、 酶原 A ） 获得基线分离， 迁移时间和峰面积的相对标 值分别小于 &’ (+ > 和 "’ & > 。其分离 准偏差 （ 5KE ） 机理可能是由于咪唑阳离子和蛋白质之间的结合作 用。现在很多生物物质如蛋白质等也被用作毛细管 或芯片微通 道 的 修 饰 材 料， #*9)*,* 等［ )) ］报 道 了 用 脂质体 对 毛 细 管 进 行 动 态 涂 层。 这 种 直 径 约 )&& -H 的脂 质 体 是 通 过 挤 出 技 术 制 成 的 单 一 薄 层 囊 泡， 它含有 ) F 棕榈酰 F! F 油基 F !" F" F 卵磷脂 （ G%G0 ） 或 含有不同比 例 的 牛 脑 磷 脂 酰 丝 胺 酸 （ GK ） 的 G%G0 以 及 胆 固 醇。 当 使 用 物 质 的 量 比 为 +& - !& 的 G%G0 I GK 阴离子脂质体时， 标准物质类固醇可以获 得较好的分离； 采用 #（ F ! F 羟乙基） 对二氮己环 F # F* F （ ! F 乙烷磺酸） （ #$G$K ） 缓冲溶液 时， 脂 质体 与毛细 管壁的相互作用最大， 标准物质的峰不会发生重叠， 而且毛细管在此 缓 冲 液 中 储 存 (& L 甚 至 更 长 时 间 后， 涂层依然稳定， $%& 的增大也很微小。 ! ! =<9 等［ )! ］对聚二甲基硅氧烷毛细管芯片的分离 通道用聚丁二烯 （ G2 ） 阳离子层和右旋糖苷硫酸盐 （ EK ） 阴 离 子 层 进 行 修 饰， 该 G2 I EK 涂 层 芯 片 可 以 在 "# "’ & 时稳定运行 )&& 多 次。 M</;@*-/ 和 其 同 事［ )" ］采用聚合物 动 态 涂 层 对 芯 片 微 通 道 内 表 面 进 行 钝 化， 用 于 E8A 的 G05 扩 增 操 作。 N*-L/(F -*OC(; 等 人［ )% ］在 缓 冲 液 中 添 加 聚 阳 离 子 和 聚 阴 离 子， 形成动 态 双 涂 层， 对安非他明等碱性药物进行 0$F+K 分析， 样品迁移时间的 5KE 小于 & P +# > 。 ! ! #" 静态涂层材料 ! ! 以上所描述的毛细管动态改性方法会影响到阴 离子的迁移速率， 而且所添加的活性点竞争物质经 过很长时间后会被 吸 附 性 更 强 的 蛋 白 质 取 代， 涂层 会因为时间的消耗 变 得 厚 度 不 均 匀， 其应用受到限 制， 所以大部分控制 $%& 的管壁修饰方法都偏重 于 通过化学键合在毛细管表面上涂渍修饰材料的改性 方法。静态涂层分为均聚物、 共聚物和杂环类， 以下 进行分类讨论。 ! ! # ! !" 均聚物涂层 ! ! 聚酰胺类物质是均聚物中常用作涂层材料的一 个大类。使用时根据要分离的目标物质的特性来选 择结构合适 的 聚 酰 胺。 29;) 等［ )# ］使 用 一 种 活 性 聚 酰胺树脂直接在毛细管表面涂敷上稳定的正电荷涂 层， 免去了使用电解液添加剂的麻烦， 对相对分子质 量低的阴 离 子 的 分 离 效 果 很 好。 K,(-)Q 等［ )( ］使 用 铈 （ !） 作为催化剂使聚二甲基硅氧烷 （ GE+K ） 芯 片微通道 通 过 聚 合 反 应 接 枝 上 ! F 丙 烯 酰 胺 F! F 甲 基
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收稿日期： !""/ 0"! 0$1 作者简介： 刘春叶， 女， 博士研究生， 203&45 ： 67)48.91, : $,+ ; <73; 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （ !"$1/"+" ） 、 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 （ !""$",9.""1 ） ;
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于 !" 世 纪 9" 年 代 提 出 的， 其电泳柱被微米级的通 道代替， 分析速度 比 毛 细 管 电 泳 更 快， 样 品、 试剂的 消耗量更少。用微分析芯片电泳来分析蛋白质等生 物大分子时也遇到被分离物质在通道内壁上吸附的 问题。由于这 种 吸 附 对 电 渗 流 （ 4(M ） 的影响还不 清楚， 使得分离结果很难预料， 因此人们一直在致力 于解决这个问题。由于微分析芯片上通道的结构更 为复杂 （ 例如平行多通道 的 出 现） 、 电渗流的控制方 法变化多端 （ 例如 改 变 各 个 分 离 通 道 的 施 加 电 压 来 改变电渗 流 的 大 小 和 方 向 ） ， 所以其表面修饰技术 与毛细管表面改性 相 比 较 为 复 杂， 实例也比毛细管 改性少得多。 & & 早在 $9.. 年， 康经武等［ + ］就对毛细管电泳涂层 柱制备的方法 进 行 了 很 好 的 综 述， N212; 等［ / ］在 综 述微流控分析系统发展史的文章中也对微芯片通道 的修饰进行了综述， 本文则主要介绍此后毛细管和
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&’ &&% > ? &’ % > 时不会 对 $%& 的 大 小 产 生 影 响， 此 时 $%& 的大小只和聚合物的种类有关。 ! ! :.9@*［ ( ］在 )*+, 年 首 先 报 道 了 表 面 活 性 剂 十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 胺（ 0:A2 ）涂 层，B/-(. 和 B*-@<C
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毛细管电泳柱及微流控芯片通道涂层的发展
刘春叶， & 陈杰 瑢
（ 西安交通大学生命科学与技术学院，陕西 西安 1$""/9 ） 摘要 ： 综述了用于毛细管电泳柱和微流控芯片通道的 涂 层 材 料 和 涂 层 技 术 的 发 展 状 况， 以及涂层对分离效果和分 离结果重现性的影响。将涂层材料按 照 动 态 和 静 态 分 类， 静 态 涂 层 又 分 别 按 照 均 聚 物、 共 聚 物、 杂环类等进行讨 论； 综述了交联反应法、 溶胶 ’ 凝胶法、 辐照法、 化学沉积法等 涂 层 的 制 备 方 法。对 毛 细 管 电 泳 柱 和 微 流 控 芯 片 通 道 的改良具有一定的参考价值。 关键词 ： 毛细管电泳； 毛细管柱； 微流控芯片； 涂层材料； 涂层技术； 综述 中图分类号 ： (,#.= = = 文献标识码 ： )& & & 文章编号 ： $""" ’.1$+ （ !""# ） "$ ’"",+ ’",
!" 涂层材料
! ! 涂层材料分为动态涂层和静态涂层。动态涂层 是通过 调 节 缓 冲 液 的 离 子 强 度、 粘 度 以 及 "# 等 物 理量来改变 $%& ； 静态涂层 中 涂 层 材 料 与 管 壁 之 间 一般形成比较稳定的化学键， 作用力较强。 ! ! !" 动态涂层材料 ! ! 动态毛细管涂层被 广 泛 用 于 控 制 $%& ， 它是相 对于管壁涂渍或键 合 而 言 的 脱 活 方 法， 通过调节离 子强度或缓 冲 溶 液 的 粘 度 以 及 "# 值 来 使 $%& 发 生微小的变化。在这些涂层中， 二价金属阳离子、 烷 基胺离子以及烷基酰胺离子可以通过与毛细管表面 的硅醇基进行 交 换 来 减 小 ’()* 电 势 或 吸 附 到 毛 细 管表面覆盖硅醇基 活 性 点， 有时甚至使管壁电性逆 转。 +(,*-./- 等