一种新型的微化学分析器

　　1　引言

　　实验室中成功的分析大多包括样品处理、分离、分析等等,通常这些需要很多时间。因此,我们希望能够实现分析过程的自动化,从而提高速度、准确性及重复性。全化学分析系统便达到了这样的要求,它能够周期性地将化学信号转换成电信号,自动实现采样、样品输运、必须的化学反应、检测等过程,可以完成工业化学和生化过程中连续的浓度分析。如果一个全化学分析器所有的样品处理步骤与检测点极其靠近,那就可称为微化学分析器。微化学分析器在缩小尺寸的同时,还能够缩短分析时间,减少样品、缓冲液的消耗量,从理论上来说,微型化也减少了保留体积,有利于提高分离效率。

　　本文探讨了一种新型的微化学分析器:将毛细管区带电泳系统集成在单片的玻璃板上,从而既发挥了毛细管电泳在生命科学、生物技术、医学药物和环境保护等领域中极其广泛的应用价值,又大大缩小了体积,减少了样品消耗量。这种微化学分析器是90年代才开创的新领域,也是本世纪末的一个研究热点。

　　2　实验方法

　　2·1　沟道设计及制备

　　实验中,我们选用3mm厚普通平板玻璃作为基板,设计了一个“十”字型沟道(图1)。O为交叉点,能够有效地控制进样,T为检测点,分离沟道OT长4.5cm,整块基片尺寸是7×8cm².

　　沟道采用光刻及HF腐蚀的方法制得。首先在清洗后的玻璃板表面涂上光刻胶,经匀胶台甩胶后80~90℃前烘20min,在掩膜板下曝光后,用环己烷显影,乙酸丁脂溶液漂洗,140~150℃后烘半小时即可。刻蚀时使用HF/HNO3溶液,由于玻璃是各向同性腐蚀,刻蚀后的横截面近似于倒梯形结构,表面沟道宽度是腐蚀深度的2倍加上掩膜线宽度。实验中,掩膜线宽30μm,腐蚀深度15μm,沟道表面宽度60μm,其横截面积相当于内径为28μm的毛细管。剩余光刻胶用H2O2及浓H2SO4煮沸去除,去离子水冲洗。

　　2·2　电极制作及键合

　　实验中同时将电导率检测装置集成在玻璃板上,具体地说在另一块玻璃上通过蒸发、印刷电极等方法,获得Ag、Au或Pt电极。在贮液槽的位置钻孔,然后将两块玻璃板加热至软化点温度以上,保温半小时使其键合。为了防止软化时沟道变形甚至塌陷,可采用外加静电场的方法,使玻璃在软化点温度以下100~200℃范围内键合。实验中对于3 mm平板玻璃,普通加热键合温度为620℃,静电场下键合温度是500℃,若对玻璃表面进行抛光处理,可进一步降低键合温度。

　　2·3　实验过程

　　分离实验中采用0.02mol的TRIS缓冲液,首先将沟道内充满缓冲液,然后在CD沟道施加进样电压V1,通过电渗流的作用使样品充满CD管道。分离样品时在AB端口加上分离电压V2,电场将推动交叉点处样品溶液进入分离沟道AB,为了防止交叉点外样品继续流入AB管道,可在CD沟道施加辅助电压V3。因此,交叉点处体积即为进样体积,约为30pL.整个单片集成模型可重复使用,每次使用后,用去离子水清洗管道并且烘干。