1. 概述
與傳統的單一分離模式相比,微流控芯片電泳分離技術至少具有下述幾方面的特點:
(1)它通常作為微流控芯片系統眾多功能單元中的一個單元存在;
(2)它的載體材料豐富,有石英、玻璃、硅、和各種聚合物;
(3)它的各種分離式易于實現,過程控制簡單;
(4)它可和其他操作單元靈活組合、規模集成,應用范圍大幅度擴展。
發展至今,幾乎所有的電泳分離模式和很大一部分色譜分離模式都已在芯片上實現,包括膜分離在內的其他各種分離單元也在芯片上出現。
2. 電泳分離的基本問題
(1)電泳的譜帶遷移
電泳是電介質中帶電粒子在電場作用下以不同的速度定向遷移的現象。
(2)電泳的譜帶展寬
影響譜帶展寬的因素有兩類:一類是一般因素,包括柱內的擴散、自熱、吸附和柱外的進樣區帶長度、檢測窗口寬度等。就一般因為而言,芯片電泳和毛細管電泳沒有本質的差別,可以借鑒相關論著的闡述;另一類是特殊因素,指的是芯片上的彎道效應和不同芯片材料的不同吸附。
3、芯片電泳分離常見模式
(1) 一維芯片電泳
自由溶液區帶芯片電泳
自由溶液區帶芯片電泳是在開管通道中直接利用物質的質荷比差異實現分享的一種電泳模式,它也是各種電泳分離中最基本的一種,影響因素相對較少,容易在芯片上實現
(2)介質篩分芯片電泳
篩分芯片電泳是利用生物大分子和篩分介質(高分子溶膠或凝膠)之間的動態交纏作用,把被分離物質按照分子質量大小分開的一種技術,它是傳統的平板電泳和毛細管中研究最多,應用最廣的一種電泳分離模式。
(3)電色譜
芯片電色譜有三種模式:
A. 開管電色譜:是直接在芯片微通道表面制備固定相,不需要固定相填充或聚合,相對簡單,節省了很多處理步驟。
B. 填充電色譜:其制作需要在芯片的微通道內裝填固定相顆粒。
C, 整體電色譜:將丙烯酸酯之類的單體、交聯劑、制孔劑和光引發劑等混合后充入微通道,在紫外光的照射下引發丙烯酸酯類單體和交聯劑聚全成型,反應完成后將未聚合的單體和小分子洗掉,得到整體柱。
(4)膠來電動芯片色譜(MEKC)
表面活性劑加到緩沖液中,當濃度足夠大時,其分會聚焦在一起形成一個球體,稱之為膠束(micelle).
在含有膠束的緩沖溶液中實際上存在著類似于色譜的兩相,一是流動的水相,另一相是起到固定相作用的膠束相,溶質在這兩相之間分配,由其在膠束中不同的保留能力而產生不同的保留值。
A. 芯片梯度洗脫電色譜
B. 同步循環膠束電動色譜
同步循環膠束電動色譜是一種環行分離模式,它可以在一首尾相連的分離通道內,通過發換電壓,實現多次循環分離,從而增加分離距離,提高分離效率。
(5)芯片等電聚焦電泳
目前芯片等電聚焦的研究相對較少,主要可能是因為在通道相對較短的芯片上,等電聚焦的分離度難以提高,如果用很長的分離通道,則聚焦時間也相應延長,優勢不甚明顯,此外聚焦區帶的壓力推動所需的接口也不容易實現。
(6)芯片自由流電泳
自由流電泳是指在樣品隨緩沖液連續流動的正交方向加一直流電場,使被分離物質在流動的同時順電場方向作電遷移,按電泳倘度大小分享,并在流體末端被接取的一種技術。其分離度取決于流體向下流動的速度和電場的大小。
(7)介電電泳
電中性顆粒被放置于非均勻電場下時,會產生誘導極化并與電場E相互作用而產生介電泳動現象。當周圍環境的極化率大于顆粒的極化率時,則產生負向介電泳,顆粒向場強最低的區域移動。反之,為正向介電泳,顆粒向場強最高的區域移動。
4、多維芯片電泳
多維分離是指將幾種分離原理完全不同的分離方法集成,構建成多維分離系統,并用于對復雜樣品分離的一種方法。與一維分離模式相比,多維分離可以極大提高分辨率和峰容量,能夠便捷地調整分離選擇性,減小峰重疊,提供更多樣品信息。其中二維電泳(通常為等電聚焦結合凝膠篩分模式)是目前比較常見的多維分離方法。
(1)膠束電動色譜-自由溶液區帶電泳(MEKC-CZE)
前已提及MEKC的分離機理是基于被分離物在SDS膠束中分配平衡,而CZE則是基于被分離物的荷質比。兩種分離模式的偶合有可能增加分離過程的峰容量。
(2)開管電色譜-自由溶液區帶電泳(OCEC-CZE)
開管電色譜可以將混合物按分配系數分享,自由溶液區帶電泳可以將組分按荷質分離,將兩種分離模式偶合有可能增加分離過程的峰容量。
(3)等速電泳(ITP)-自由溶液區帶電泳(CZE)
作者課題組利用自制的帶有紫外檢測的微流控工作平臺,在石貢芯片上進行等速電泳-自由溶液區帶電泳二維分離了兩種類黃酮,同單獨的區帶電泳分離相比,檢測限降低了32倍。