微芯片电泳仪的研制

　　1　引　　言

　　毛细管电泳(capillary electrophoresis)技术是80年代末发展起来的,可以用于基因突变检测,遗传病和肿瘤诊断,血液分析,生物菌种鉴定,药物筛选和药理研究,蛋白质和核酸分析等多种领域。

　　90年代初研制出了电泳芯片技术,与常规的毛细管电泳技术相比,在一个芯片上可集成样品与检测试剂的混合、反应、分离和分析等一系列功能,具有多个样品的并行处理能力,由于其良好的散热性,可以在管道上施加更高的电压,样品分析速度得到了很大提高,使在线检测成为可能。

　　这里所研制的微芯片电泳仪结合配套的电泳芯片,具有分析速度快,重复性好,适应范围广的特点。

　　2　工作原理

　　微芯片电泳仪的工作原理是在电场作用下,利用样品中各成份在缓冲液中迁移速率的不同而实现分离,分离后样品中的待检离子依次通过设在微芯片毛细管一端的检测器检出。

　　由于芯片中管道的直径极小,产生的样品谱带体积也极小,因此在检测器的研制中,面临的主要问题是既要对样品作灵敏的检测,又不使其微小的区带展宽。在系统中采用了激光诱导荧光的检测办法。较其它检测方法(紫外检测、电化学检测等)相比,具有灵敏度高的优点,其检测下限可达10-15mol/l级。

　　激光诱导荧光检测方法的原理是:每种物质分子中都具有一系列紧密相隔的能级,称为电子能级,在物质吸收入射光的过程中,光子的能量便传递给了物质分子,于是电子从较低能级跃迁到较高能级,这个过程进行极快,约为10-15s,处于这种激发态的分子被称为电子激发态分子。处于激发态的分子是不稳定的,它可能通过辐射跃迁而返回基态,发生光子的发射。一般从溶液中观察到的荧光为斯托克斯荧光,即荧光发射的光子能量低于激发光的光子能量,也就是说,荧光比激发光具有更长的波长。荧光发射是一种随机过程,荧光的衰变属于单指数衰变过程,荧光的寿命一般为10-8s。

　　溶液的荧光强度与该溶液的吸光程度及溶液中荧光物质的荧光量子产率有关:

　　由此可见,荧光强度和入射光强、溶液浓度成正比。因此可用激光诱导荧光法检测样品的浓度。

　　荧光作为一种示踪粒子,反映了流体的流动情况,采用激光诱导荧光法,利用CCD可以观察流场,成为研究微流体过流特性的一种方法。

　　由于产生的荧光很弱,一般采用光电倍增管作为荧光检测器件。光电倍增管是探测紫外辐射、可见光和近红外辐射的一种电真空器件。它将接收到的光辐射变成电子流,然后经倍增放大,输出一个较大的电信号。执行光电变换的部分是光电阴极,简称光阴极。进行倍增放大的部分是倍增系统。倍增系统通常由几个到十几个倍增极和一个阳极组成。当光辐射入射到光阴极上时,光阴极吸收光子以后发射出一些电子,这些电子在电场的作用下打到第一倍增极上,由此激发出几倍于入射电子数目的二次电子,完成一次倍增。这些二次电子在电场作用下进一步打到第二倍增极上,产生更多的二次电子,完成二次倍增。经过多次倍增以后,倍增的电子流由阳极收集。和半导体光敏器件相比,光电倍增管200~900nm谱区有很好的响应。