【2017年整理】毛细管电泳芯片.ppt

毛细管电泳芯片;简介;在半导体工业已有的微加工技术的基础上，通过光蚀刻或微注模技术在芯片上制作出用于进样和分离的微小通道，是现阶段电泳芯片加工的一般途径。毛细管电泳分离以电渗流为主要驱动力，通过电压切换即可实现液体流动、进样和分离，不需要额外的泵和阀。另一方面通过光刻技术制成的电泳通道为自然连接，使整个系统的死体积小到可以忽略，再加上芯片易于阵列化，潜在价格低廉等原因，自90 年代初诞生以来，芯片毛细管电泳便得到了飞速的发展。下面将主要介绍芯片的加工技术，芯片中通道的设计和毛细管电泳技术在芯片上的应用。 ;1.芯片的材料和加工技术 2.芯片的构造 3.样品处理和衍生 4.检测方法 5. 应用; 1. 材料和加工技术 ; 玻璃材料的加工目前多采用标准的光蚀刻技术，主要包括4 步：膜的沉积、光刻、蚀刻及粘接。 膜的沉积：在玻璃表面喷涂上一层金属掩膜，通常是Cr/Au，在金属掩膜层上涂上一层光敏剂。 光刻：用适当波长的光经模板对芯片进行曝光，用适当的腐蚀液除掉已曝光部分的光敏剂和金属掩膜。 蚀刻：对芯片进行化学蚀刻，氢氟酸是最常用的蚀刻剂，可以通过控制温度来调控氢氟酸对玻璃的蚀刻速率，用轮廓曲线仪监测整个蚀刻过程。微通道蚀刻完成后，将芯片表面剩余的光敏物质膜和掩膜除掉。钻出芯片通道与外界连接的缓冲液池，可以钻在已蚀刻的基片上或另一片空白的玻璃基片上。 粘接：将已蚀刻完成的芯片和另一空白芯片键合起来，就可形成一个完整的芯片。通常采用加热的方法直接进行键合，即将玻璃或硅加热到一定温度，一般为五、六百度，使两芯片之间的表面粘接在一起，几小时到十小时后冷却。 聚合物芯片的制作技术与玻璃芯片有很大的区别，主要包括激光烧蚀（laser ablation），注模（injection molding），硅橡胶浇铸（silicon rubber casting）或热凸印法（hot embossing）。;2 芯片的构造;3.样品处理和衍生 ;自然界中大部分物质本身没有荧光，为进行激光诱导荧光（LIF）检测，通常需对它们进行荧光标记。标记可以在柱前完成，如在毛细管电泳分离之前，或在柱后完成，对已分离的物质进行标记并检测。 Jacobson 等在芯片上制作了1 nL 的微反应器用以实现柱前衍生。对背景电解质、样品及试剂进行电动控制，就可以实现对通道内流体的精确控制。对于柱后样品衍生，在毛细管电泳分离通道的末端集成一个微反应器即可实现。反应器可能会引起大约10%的谱带展宽。 ;4.检测体系;其他的可用于芯片的检测体系有质谱、电化学、喇曼光谱法及全息折射指数法（holographic tefractive index detection）等。 在最初的芯片毛细管电泳与电喷雾离子化质谱（ESI/MS）的联用中，只是利用芯片的电渗流将样品注入MS，而没有分离的功能。1999 年Harrison 等首先实现了芯片毛细管电泳在线分离与电喷雾离子化质谱（ESI/MS）的联用。 电化学检测由于体积小，有利于整个芯片系统的微型化，因此近年来也受到了很大的重视。Wooly 等利用电化学检测体系对DNA 片段进行了分析，为了减少分离高压的影响，工作电极位于距分离通道端口30 m 处，对电泳分离后的物质进行柱外检测，在这个装置中 Ⅲ限制性片段的间接检测限可达28 zmol。;;5. 应用;（1）核酸分析;由芯片毛细管电泳所进行的基因型分析是一个发展相当迅速的领域，可以对与各种遗传病有关的基因进行快速鉴定。 如血色病（hemochromatosis）、杜氏肌营养不良症（duchenne/becker muscuIar dystrophy）等。Wooly 等于1997 年使用芯片阵列毛细管电泳装置分析了来自HLA-H 基因（一种与遗传性血色病诊断有关的基因）的限制性片段，采用激光扫描法平行分析了12 个噻唑黄（thiazole orange）标记的样品。最近他们又利用具有96 个样品池、48 个分离通道的芯片，在8 min 内完成了96 个血色病样品的同时分析。Jacobson 等在一硅-玻璃芯片上进行了具有特殊位点的因缺失而引起杜氏肌营养不良症的多重PCR 产物分析。 以上工作表明毛细管电泳芯片在基因型鉴定领域具有极大应用潜力。;将以硅为材料制作的微型PCR 反应室集成在芯片上，就可以制成一个集成的DNA 全分析系统。 微型PCR 反应室具有快速的热循环性质，可以在45 min 内完成沙门氏菌基因的放大和分析。Jacobson 等在同一芯片上进行了细胞降解、多重PCR 放大及电泳分离，在芯片上将E. coIi 细胞降解、放大得到PCR 产物（bacteriophage ，escherichia coli genomic DN