毛细管电泳芯片41113105钟超群2014/12简介最近几年，以毛细管电泳为核心技术、以芯片为操作平台的芯片毛细管电泳技术迅速崛起，并成为微全化学分析系统（miniaturizedtotalchemicalanalysissystem，-TAS，又称芯片实验室，Lab-on-a-chip）的主流技术，有可能在化学分析领域引起新一轮变革。它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，这种快速分析的能力及分离泳道的阵列化，可以得到极高的单位信息量。芯片通常只消耗pL级的样品，并且可以在线实现样品的予处理及分析全过程，所有这些特点使得芯片毛细管电泳在新一代毛细管电泳仪的研制中，成为一个极为活跃的热点。分析仪器的芯片化曾在气相色谱中有所尝试，但该芯片装置一直未能实现商业化生产，这种尝试主要的成功之处在于将微机械技术引入到分析化学领域中。90年代初，开始了芯片毛细管电泳操作模式的研究。目前已在芯片上进行了荧光标记的氨基酸，DNA限制性片段，PCR产物，短链寡核苷酸及测序片段等的分离分析研究。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.材料和加工技术材料玻璃是目前使用最多的芯片材料，它的成功应用主要与其所具有的良好的光学性质、研究透彻的表面性质及从微电子工业引入的成熟的微加工技术有关。最近，各种聚合物材料也引起了大家的注意，这主要是由于聚合物芯片易于成形，且制作成本相对比较低廉。另外晶体硅、陶瓷、硅橡胶等材料也可用于芯片毛细管电泳的制作，但硅的半导体性质不太适合于高电场强度的电泳。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（laserablation），注模（injectionmolding），硅橡胶浇铸（siliconrubbercasting）或热凸印法（hotembossing）。加工技术2芯片的构造毛细管电泳芯片狭缝的深度一般为10~40m，宽度为60~200m。在最近几年中，毛细管电泳芯片的结构设计已取得了显著的进展。最初的毛细管电泳芯片制作在表面积比较大的基片（14.8×3.9cm）上，只有一条微通道。几年后出现了包括两条交叉通道及4个缓冲池（分别为样品池、废液池、阳极和阴极池）的芯片。Jacobson等通过将分离通道制作成弯曲的蛇形来增加分离有效距离。为了进一步增加分离距离，Manz等设计出了同步循环毛细管电泳芯片：通道为环行，每一边均带有一对电极，转换电极间的电压就可使分离物沿着环行通道迁移，从而延长分离距离。在芯片上制作微反应室可以在线实现样品予处理及柱后衍生。为了提高单位信息量，又产生了阵列毛细管电泳芯片。带有多条分离通道的毛细管电泳芯片具有其独特的设计要求，通常会受到底片的大...
