电化学检测微全分析系统

　　1　前　言

　　1989年Manz[1]等提出了微型全化学分析系统(μ-TAS)的概念,它的特点是:分析速度快、信息量高、操作费用低、试样消耗小、污染少,此外μ-TAS将所有化学分析所需要的器件集成到一起,更有利于现场分析,可显著降低分析过程中可能出现的误差,为人们提供直接的分析数据和信息[2]。

　　μ-TAS是以分析化学为基础,微加工技术为依托的跨多种学科的领域,是当今分析仪器发展的前沿,对未来分析科学的发展将起很大的推动作用,因此发展μ-TAS是我国科学界面临的一个紧迫课题。

　　μ-TAS概念促使不同研究领域的研究人员以新的方式从事其研究工作[3],微型化检测器、微型化反应器,以及毛细管电泳芯片等微型分离器件在μ-TAS中的应用越来越广泛。伴随微加工技术的发展,适用于μ-TAS的微型化检测系统也得到相应的进展,目前主要使用激光诱导荧光光谱(LIF)检测,质谱(MS)检测器的研制也受到一定关注[4,5],但是这些检测方式尚需进一步缩小检测装置体积,降低成本,以便与芯片实验室匹配。相比而言,电化学检测是μ-TAS中很好的检测方式。电化学检测灵敏度高、选择性易于调变、试样用量少、成本低,特别是电化学检测装置特有的微型化的特点,与微加工技术很匹配[6]。近几年电化学检测在μ-TAS中的应用逐渐增多,安培法是应用较多的电化学方法,此外还有线性扫描、方波、吸附溶出伏安法、库仑法、电导和电势法、电化学发光(ECL)、电化学传感器等。

　　2　电化学检测在μ-TAS中的应用

　　2·1　安培法

　　安培检测一般采用光刻、化学镀、金属真空喷镀等方法制作纳米级的薄膜电极,或者采用印制方法制作厚度约10微米的厚膜电极作为工作电极,电极宽度一般介于10至300微米之间。安培检测已用于DNA片段、神经递质、人体代谢产物、氨基酸、糖、炸药、环境污染物的分析。

　　Ewing[7,8]等设计了一种CE进样、矩形毛细管道电泳分离、安培检测的连续分离分析装置。阵列电极对沿分离管道宽度方向分布的流出物选择性响应,并可以与样品在取样毛细管中的位置相对应,称为定位检测器,可给出三维分析信息,具有良好的时间精度和化学灵敏度,适用于连续变化的生物微环境的分析。

　　Matheis[9]等首次将电化学检测方式集成到CE芯片中(图1)。通过光刻技术在玻璃基底上制作Pt工作电极和对极。多巴胺、肾上腺素、儿茶酚的分离效率分别达21000/m、17000/m、12000/m理论塔板数,检测限分别达3·7uM、6·5uM、12uM。采用间接电化学方法检测了ΦχHaeⅢ受限消解产物和沙门氏菌PCR扩增产物。该分离分析系统具有较高检测灵敏度和分离效率,使芯片实验室概念成为现实。