微流控(课堂PPT)
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固相萃取
固相萃取,可以很容易的将被分析物从复制 基质中提取出来,提高后续分析的可靠性, 同时还可以对样品进行富集,降低微流控芯 片对高灵敏度检测器的依赖。
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Chip-Based Solid-Phase Extraction Pretreatment for Direct Electrospray Mass Spectrometry Analysis Using an Array of
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色谱
色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分 配,以固定相对流动相中的混合物进行洗脱, 混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定 相移动,最终达到分离的效果。
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Fabrication of Fritless Chromatographic Microchips Packed with Conventional Reversed-Phase Silica Particles
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多通道辅助进样
多通道辅助进样指的是通过设置多条辅助通
道,后经样品源向芯片处理通道内输入样 品区带。
典型的多通道辅助进样方法有双十字静压力
电动进样,双十字电动进样,多T电动进样 法等。
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激光辅助进样
若样品带有荧光且采用荧光法检测,可不设 置辅助通道,而利用强激光对样品的漂白作 用直接在分离通道内形成样品区带。这种方 法实质上是一种“门”进样, “门”为强 激光束。大功率的激光束被分光器分为能量 不同的两束,能量大的作为“门”光速被聚 集到通道上游靠近样品池处,能量小的光束 被聚集到通道下游作为检测光束。
1.2 气、固样品进样
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1.1 液态样品进样
芯片进样的主流是液态样品进样,实际中主要有三种形式:区带样品进样、液滴样 品进样、连续样品进样。
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1.1.1 区带样品进样
单通道辅助进样 多通道辅助进样 激光辅助进样
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单通道辅助进样
单通道辅助进样就是通过在芯片内设置一 条辅助通道,后经样品源向芯片处理通道 内输入样品区带。
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Sample Filtration,Concentration and Separation Integrated on Microfluidic Devices
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Preconcentration of Proteins on Microfluidic Devices Using Porous Silica Membranes
根据上样和取样的方式不同分为完全电动, 完全压力、压力电动单通道辅助进样。
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完全电动单通道辅助进样
完全电动单通道辅助进样简称电动进样,指 的是以电动力作为其上样、取样的驱动力, 通过电压切换,在十字交叉口处形成样品区 带并将其引入芯片样品处理通道的方法。
依据电压施加策略的不同,分为简单、悬浮、 门、夹流进样。
缺点:存在进样歧视效应,即由于样品中 各组分的电动淌度不一样,电动淌度大的 进样量大,导致区带样品不能代表实际样 品的组成。
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完全压力单通道辅助进样
完全压力单通道辅助进样指的是仅利用压力将样品 区带引入样品处理通道的方法,简称压力进样。
在压力作用下流体的行为与样品组成、管壁带电状 态等基本无关,因此压力进样方法所引入的样品区 带在很大程度上可代表样品中各组分的真实组成, 但向微通道内施加压力操作繁琐,所需设备较精密、 较昂贵,所以该方法实际应用面较窄,主要集中于 芯片液相色谱类操作。
毛细管进样:将待测样品先预先吸入毛细管 中,形成一系列体积相对较大的液滴,然后 将毛细管与芯片连接,在注射泵的推动下, 与反应物形成小液滴开始反应。
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1.1.3 连续样品进样
在芯片上实现连续样品进样,通常需采用流 通式试样引入技术,即在芯片的分离分析通 道旁加工与其相连的专用的试样引入通道, 外界试样通过取样导管进入试样引入通道内, 再由此进入分离分析系统。
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Two-dimensional electrochomatography/capillary electrophoresis on a microchip
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Purrification of Nucleic Acids in Microfluidic Devices
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谢谢!
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On-Chip Integration of Sequential Ion-Sensing System Sased on Intermittent Reagent Pumping and Formation of Two-Layer Flow
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过滤
过滤是一种用于除去液态样品中颗粒状干扰 物的预处理手段。若以导管模式将液态样品 引入芯片中,仅需在样品源和芯片间加入一 个滤头即可对样品实施过滤预处理操作。若 以储液池模式将样品引入芯片中,则需在芯 片上集成过滤装置。
Monolithic Columns in a Polymeric Substrate
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液液萃取
液液萃取的目的是将被分析物从一种液体提 取到另一种与之不相容的液体中。实现这一 目的有两个,两相间的充分接触和萃取完成 后两相的完全的分离。在微流控芯片中,通 过两相在微通道内的“反向层流”实现上述 两个条件,从而达到高效的液液萃取。
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压力电动单通道辅助进样
压力电动单通道辅助进样是一种上样驱动力为压力, 取样驱动力为电动力的进样方法,简称压力电动进 样。
压力电动进样方法因其采用压力上样而使样品区带 能代表样品中各组分的真实组成,又因其采用电动 取样而与电泳、电色谱等重要芯片实验室单元操作 相容。与压力进样方法相似其推广也受限于压力上 样的技术门槛,但因生产压力的方式是多种多样的, 该方法在一个时期内是科学研究的热点之一,除静 压力电动进样方法外,还有注射泵致、气动微泵致 压力电动进样等。
芯片进样可由电场、注射泵、静压力、表面张力等方式 驱动。一般意义上的进样通常是针对液态样品,气态样 品也可以直接进样,固态样品在微粒化后,经气或液体 携带可被引入芯片样品处理通道。
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1.1 液态样品进样
1.1.1 区带样品进样
1.1.2 1.1.3
1 单通道辅助进样 2 多通道辅助进样 3 激光辅助进样 液滴样品进样 连续样品进样
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一次性试样引入
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1.3 气/固样品进样
气态样品也可以直接进样。 固态样品在微粒化后,经气或液体携带可
被引入芯片样品处理通道。
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2 样品处理技术
2.1 萃取
2.1.1 固相萃取 2.1.2 液液萃取
2.2 过滤 2.3 电泳 2.4 色谱
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2.1 萃取
萃取是利用物质在两相中保留行为的不同对 该物质进行提取的一种样品预处理方法。若 两相为互不相溶的两种液体,这种萃取称为 液液萃取;若两相分别为固相和液相,则称 为固相萃取。
微流控芯片功能单元二
1 如何向微流控芯片中引入样品 2 微流控芯片中的样品处理技术:萃取、 过滤、电泳、色谱等
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1 进样
进样是芯片实验室的关键技术之一,引入样品的量、形 态、方式都会对后续样品处理产生影响,而且由于芯片 体系微小,这种影响有时候是决定性的,所以进样是非 常关键的一步。
进样就是将样品引入芯片的样品处理通道或通道网络, 通常分为上样和取样两步。
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电泳
带电颗粒在电场作用下,向着与其电性相反 的电极移动,称为电泳(electrophoresis, EP)。利用带电粒子在电场中移动速度不同 而达到分离的技术称为电泳技术
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Electrophoretic Separation of Proteins on a Microchip with Noncovalent,Postcolumn Labelig
液滴的形成是水、油两相表面张力和剪切力 共同作用的结果。通过改变油相和水相的流 速,即改变表面张力和剪切力的相对大小, 可得到大小不同的液滴。
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反应物的引入
直接进样:当反应比较简单时,可用注射泵 直接将反应物包入液滴,以液滴形成时的条 件作为反应的初始条件,若反应步骤较多, 可以在芯片下游利用旁路通道向液滴内加入 另一种反应物,开始下一步反应。
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简单进样和悬浮进样时上样和取样都只涉及 单方向电场,操作简单,在预实验中较常用。
夹流进样涉及多方向电场,可以较好的控制 样品区带的量和长度,在实际中较常用。
门进样可向样品处理通道内连续输入区带, 缺点是输入区带的形态不规则。
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优点:操作简单,易于实施,是目前主流 的单通道辅助进样技术。
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1.1.2 液滴样品进样
液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操 纵小体积液体的技术。液滴的形成类似于乳化现象,传 统的乳化是在两互不相容的液体(如油和水)中加入适 量的表面活性剂并强烈搅拌,使油分散在水中,形成乳 化液;在微流控芯片上产生液滴,是将两种互不相容的 液体,以其中一种作为连续相,另一种作为分散相,分 散相以微小体积分散在连续相中,形成液滴。
根据分散相和连续相的不同,分为w/o(水为分散相, 油为连续相),O/W(水为连续相,油为分散相)型。一 般情况下,水相泛指水溶液,油相泛指与水互不相容的 有机溶剂。
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液滴的形成
水溶液和油同时从不同的微通道中流出,当 通道疏水时,油浸润微通道,包裹水溶液, 形成W/O型液滴;当通道亲水时,水浸润微通 道,包裹油相,形成O/W型液滴。