國(guó)家自然科學(xué)基金標(biāo)書-集成微流控芯片納米材料制備與分析應(yīng)用研究

1、集成微流控芯片納米材料制備與分析應(yīng)用研究申請(qǐng)人：*摘要本項(xiàng)目提出用流體動(dòng)力學(xué)聚焦法在集成微流控芯片的微管道中合成金屬，有機(jī)導(dǎo)電聚合物及它們的核/殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒，并在線對(duì)納米顆粒表面進(jìn)行修飾與功能化.然后用于樣品標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)在這一集成芯片上完成納米顆粒合成，修飾,標(biāo)記,樣品分析.AbstractTheprojectproposessynthesizingvariousnanoparticles(NPs)suchasmetalNPs,conductingpolymerNPs,andcore/shellNPsinthemicrochannelofanintegratedmicrofluidicchi

2、pbymeansofhydrodynamicfocusingandon-linefunctioningthosesynthesizedNPs.ThentheuseofthesefunctionalizedNPsdirectlytolabeltheanalyteofinterestfromsamplesandcompletingsynthesis,modification,labelinganddetectionontheintegratedmicrofludicsystem.重要意義本項(xiàng)目利用微流控芯片合成納米顆粒并在同一芯片上集成納米材料合成系統(tǒng)與樣品分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同一芯片完成納米材料合成，

3、在線標(biāo)記與樣品檢測(cè).將納米分析技術(shù)與微流控芯片分析有機(jī)結(jié)合，由于納米材料的獨(dú)特的功能與性質(zhì)，從而大大提高了芯片分析的靈敏度，同時(shí)不失芯片分析具有的其他優(yōu)點(diǎn).本項(xiàng)目提出的微流控芯片集成電分析化學(xué)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)該芯片分析儀的微型化，可攜帶并可用于現(xiàn)場(chǎng)分析.本項(xiàng)目提出的利用流體動(dòng)力學(xué)原理調(diào)控納米材料的合成等方面的基礎(chǔ)研究，對(duì)于納米材料的形成機(jī)制及其結(jié)構(gòu)特征也將富有成果.因此,本項(xiàng)目的研究將為促進(jìn)新一代微流控芯片分析的出現(xiàn)和發(fā)展有積極和重要意義.目前研究現(xiàn)狀集成微流控芯片，通稱為芯片實(shí)驗(yàn)室，是指把生物，環(huán)境和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離檢測(cè)等基本操作單位集成或基本集成在一塊幾平方厘米

4、的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù).1,2它是在1990年提出的微全分析系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的.3目前,芯片實(shí)驗(yàn)室分析已成為一個(gè)非常熱門的研究領(lǐng)域4-9它之所以倍受人們關(guān)注是因?yàn)槠涮攸c(diǎn)所決定的：（一），集成性.10集成的單元部件越來(lái)越多，集成的規(guī)模也越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)；（二）,分析速度極快；11（三）,高通量；10，11（四）,微型化可攜帶，適于即時(shí)，在線與現(xiàn)場(chǎng)分析；（五），能耗低，物耗少，污染小因而非常廉價(jià)，安全，被人為是一種環(huán)境友好的分析方法與“綠色”技術(shù).因此，芯片實(shí)驗(yàn)室研究顯得非常重要.例如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它可以使珍貴的生物樣品和試劑消

5、耗降低到微升甚至納升級(jí)，而且分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化學(xué)領(lǐng)域它可以使以前需要在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室花大量樣品、試劑和很多時(shí)間才能完成的分析和合成，將在一塊小的芯片上花很少量樣品和試劑以很短的時(shí)間同時(shí)完成大量實(shí)驗(yàn)；在分析化學(xué)領(lǐng)域，它可以使以前大的分析儀器變成平方厘米尺寸規(guī)模的分析儀，將大大節(jié)約人力與物力資源和能源.在環(huán)境領(lǐng)域，它使現(xiàn)場(chǎng)分析及遙控環(huán)境分析成為可能.芯片實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)跨多學(xué)科的研究領(lǐng)域，它涉及物理，化學(xué)，工程，醫(yī)學(xué)等.因而研究的范圍非常廣泛.不同的學(xué)科研究的側(cè)重點(diǎn)可能不一樣.分析化學(xué)家側(cè)重于把芯片實(shí)驗(yàn)室用做全分析系統(tǒng)，而有機(jī)化學(xué)家則把它用作微反應(yīng)器用來(lái)化學(xué)合成.目前,芯片實(shí)驗(yàn)室主要用于

6、分析，4-7分離12,13與化學(xué)合成14等領(lǐng)域.芯片實(shí)驗(yàn)室本身的一些理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究,3制作工藝研究，15,16適用新型材料開發(fā)等也在發(fā)展之中.例如，以芯片制作工藝而言，芯片制造已由手工為主的微機(jī)電（MEMS）技術(shù)生產(chǎn)逐漸朝自動(dòng)化、數(shù)控化的亞紫外激光直接刻蝕微通道方向發(fā)展，同時(shí)其他技術(shù)如，模板技術(shù)（SoftUthography）10等也廣泛應(yīng)用起來(lái)；芯片實(shí)驗(yàn)室的驅(qū)動(dòng)源從以電滲流發(fā)展到流體動(dòng)力、氣壓、重力、離心力、剪切力等多種手段.芯片實(shí)驗(yàn)室所用材料由最初的價(jià)格較為昂貴的玻璃和硅片，發(fā)展成以便宜的聚合物為材料，如聚二甲基硅烷（PDMS）、聚甲基異丁烯酸（PMMA）及其他各種塑料等.芯片實(shí)驗(yàn)室在

7、分析與合成研究方面最為廣泛.芯片實(shí)驗(yàn)室分析研究主要集中在以下幾個(gè)方面：檢測(cè)技術(shù)；17,18分離技術(shù)12,13與樣品制備技術(shù)包括取樣與進(jìn)樣，樣品處理等；及分析應(yīng)用研究等.19,20目前，芯片實(shí)驗(yàn)室最常用的檢測(cè)器是熒光21和電化學(xué)檢測(cè)器.18,22,23熒光法的靈敏度高.但現(xiàn)階段其體積仍然偏大.芯片的驅(qū)動(dòng)源和檢測(cè)裝置是芯片實(shí)驗(yàn)室儀器的主要組成部分，其體積的大小直接決定了芯片分析儀的大小，因此，人們正努力追求將這兩部分做到最小.電化學(xué)檢測(cè)由于其體積較小且靈敏度高，可制成便攜式分析儀在尺寸上和芯片實(shí)驗(yàn)室的概念匹配，所以在芯片實(shí)驗(yàn)室分析中的應(yīng)用研究較多。電化學(xué)檢測(cè)器的一般做法是將電極集成到芯片上，采用安

8、培或電導(dǎo)法進(jìn)行檢測(cè).但是一些因素，如電泳分離電壓對(duì)檢測(cè)電流的干擾等，是電化學(xué)檢測(cè)需要克服的。另外，其它檢測(cè)方法也在進(jìn)入這一領(lǐng)域，如質(zhì)譜（MS）,24不需標(biāo)記的SPR檢測(cè)25、核磁共振（NMR）,快速阻抗譜（FIS）檢測(cè)、NIR時(shí)間分辨熒光檢測(cè)等.分離技術(shù)以芯片毛細(xì)管電泳方法研究最多且最為成功，其他方法也在不斷的探索之中.目前，與分離,和檢測(cè)相比，在芯片上的樣品制備方面的研究還不見多.但是也在發(fā)展中，如芯片完成取樣，過(guò)濾等已見報(bào)道20芯片實(shí)驗(yàn)室分析在許多領(lǐng)域已有應(yīng)用.根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，在近五年，芯片實(shí)驗(yàn)室分析85%集中于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域.如臨床血細(xì)胞分析，26核酸分分析，27蛋白質(zhì)分析，28與藥物分析2

9、9等；10%于環(huán)境領(lǐng)域30,如重金屬分析31,化學(xué)毒氣及爆炸物等；少于5%用于食品及其他領(lǐng)域.芯片實(shí)驗(yàn)室用于化學(xué)合成1,14也有廣泛研究與報(bào)道.如常PCR擴(kuò)增.32目前，制備和開發(fā)納米材料，如納米顆粒，引起了人們的廣泛興趣，因?yàn)檫@些納米材料已經(jīng)在超靈敏分析，藥物釋放等顯現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景.微流控芯片現(xiàn)在也開始應(yīng)用于納米顆粒的合成.33-36已見的報(bào)道有：硅納米顆粒丁4半導(dǎo)體納米顆粒,33,36導(dǎo)電聚合物納米顆粒等.芯片實(shí)驗(yàn)室用于納米顆粒合成顯出它的優(yōu)勢(shì)，即在微管道里容易創(chuàng)造納米大小的反應(yīng)空間.因而反應(yīng)物在受現(xiàn)的空間里生成納米顆粒.在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，我們提出一種新方法即應(yīng)用流體動(dòng)力學(xué)聚焦法在

10、微流控心芯片上合成納米材料如納米顆粒，并實(shí)現(xiàn)在同一芯片上完成納米材料合成，在線標(biāo)記與樣品檢測(cè).這一方法有其優(yōu)勢(shì)：該方法非常簡(jiǎn)單，制作工藝也不復(fù)雜.并且實(shí)現(xiàn)在同一芯片上完成多項(xiàng)功能包括納米材料在線合成，修飾與功能化，樣品納米顆粒標(biāo)記與分析；在這里想特別指出的是：以前的芯片實(shí)驗(yàn)室研究基本上是把分析和合成分割開來(lái).事實(shí)上，只要找到好的切入點(diǎn)，則可以把化學(xué)合成和分析結(jié)合起來(lái)，使化學(xué)合成在芯片上為分析服務(wù).我們?cè)谶@里提出的微流控芯片材料合成與分析應(yīng)用就是把合成與分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在同一芯片上集成納米材料合成系統(tǒng)與樣品分析系統(tǒng).并在微流控芯片分析中引入納米分析技術(shù)，這將大大提高芯片分析的靈敏度，從而，促進(jìn)

11、微流控芯片分析在實(shí)際樣品分析中的應(yīng)用.事實(shí)上，檢測(cè)技術(shù)的靈敏度度是目前芯片實(shí)驗(yàn)室分析的重要挑戰(zhàn)之一，這是由于它只用微量樣品的結(jié)果.我們?cè)谖⒘骺匦酒袘?yīng)用納米分析技術(shù)，有助于此問(wèn)題的解決37研究方法與技術(shù)路線流體在微流管道里的流動(dòng)特性可用以下公式來(lái)表征Re=_Vavg式中Re雷諾數(shù)，L為長(zhǎng)度，為流體的粘度系數(shù)，為流體的密度，Vavg為流體平均流速.對(duì)于多數(shù)微管道,L為4A/P（這里,A為微管道橫截面積,P為管道的潤(rùn)濕參數(shù)）.由于微管道的小尺寸，雷諾數(shù)通常大大小于100甚至小于1.0.在這個(gè)范圍，流體的流動(dòng)完全是層流狀的（見圖1）,湍流不會(huì)發(fā)生.只有當(dāng)雷諾數(shù)大于2000時(shí)，過(guò)渡到湍流才會(huì)發(fā)生.因而

12、，在微管道流體的層流特性為我們提供了一種可以預(yù)測(cè)和調(diào)控子傳輸遷移的手段.20004000laminartransitionalturbulent圖1.在不同雷諾數(shù)下流體在管道中的流動(dòng)特性正是由于流體在微管道中具有這種特性，我們提出用調(diào)控流體動(dòng)力學(xué)的方法，即流體動(dòng)力學(xué)聚焦法來(lái)創(chuàng)造納米尺寸的反應(yīng)空間，讓不同的分子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入這一納米空間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng).由于受限的空間，納米顆粒被制備出來(lái).圖2顯示了調(diào)控流體動(dòng)力方法控制反應(yīng)區(qū)間的基本原理.利用流體動(dòng)力學(xué)原理，在主管道兩側(cè)對(duì)稱地通入兩流體，通過(guò)調(diào)控各流體的流動(dòng)參數(shù)，如流速等，在主微管道里可形成大小可調(diào)控的反應(yīng)空間（Wf）.這個(gè)大小可調(diào)控至納米范圍.因而反

13、應(yīng)物在受限的納米空間生成納米大小的顆粒.另外,納米顆粒的大小還可通過(guò)控制流體流動(dòng)的距離d來(lái)控制.納米顆粒的大小應(yīng)與反應(yīng)物流動(dòng)的距離成正比.當(dāng)然，這流動(dòng)距離d也不能太長(zhǎng).根據(jù)需要可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的d值.我們將用PDMS為材料，利用Softlithography技術(shù)（見圖3）制備集成微流控芯片.它有多步組成.我們將設(shè)計(jì)和制備含有兩層微通道的芯片.在這一芯片中，其中下層的微通道為主通道，用于運(yùn)輸樣品.上層的微通道為控制通道，用于控制主通道的樣品運(yùn)輸，具有開和關(guān)的功能.正是在這集成芯片中設(shè)有控制通道，為我們調(diào)制芯片上各功能單元提供了條件.我們將用氣壓為控制通道提供動(dòng)力，在控制通道中裝有少部分水.而流

14、動(dòng)通道中的動(dòng)力來(lái)自水壓或氣壓.SideSealgn«i*urf«c«E9powDevelopC*就PDNSpHpMvnswpholomaskPDM&Charmiimpnnegot削加叩imcaHydarnedrewnplwto的如st圖2流體力學(xué)控制反應(yīng)區(qū)間示意圖圖3,微流控芯片制作程序我們將應(yīng)用SEM,TEM,XPS,FTIR,熒光顯微鏡,電化學(xué)工作站等儀器來(lái)研究合成的納米顆粒,將微電極與微流控芯片集成，用電分析化學(xué)方法來(lái)完成對(duì)樣品的檢測(cè).整個(gè)研究項(xiàng)目可分成多步完成,即先用微流控芯片完成各個(gè)單元研究，成功后在把各個(gè)單元集成，最終實(shí)現(xiàn)在集成微流控芯片完成納

15、米顆粒合成，修飾,樣品標(biāo)記與電化學(xué)檢測(cè).研究?jī)?nèi)容芯片設(shè)計(jì)與制備我們將根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)不同的芯片,以PDMS為材料用圖3顯示的方法來(lái)制備不同需要的芯片.金屬納米顆粒制備用微流控芯片研制合成金，銀，銅等常規(guī)金屬納米顆粒.方法是將金屬離子溶液流入主通道，還原試劑溶液從兩側(cè)流入.通過(guò)調(diào)節(jié)流體參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)納米金屬顆粒的合成.一些半導(dǎo)體納米顆粒即量子點(diǎn)的合成也可通過(guò)一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).有機(jī)導(dǎo)電納米顆粒制備用微流控芯片研制合成有機(jī)導(dǎo)電聚合物納米顆粒.例如，聚叱咯，聚苯胺等.方法也是將單體溶液流入主通道，氧化試劑溶液從側(cè)通道流入.通過(guò)調(diào)節(jié)流體參數(shù)，有機(jī)導(dǎo)電聚合物納米顆粒將在微管道中生成，從而制備機(jī)導(dǎo)電聚合物納米顆粒

16、.功能化納米顆粒的合成我們進(jìn)一步提出用微流控芯片及前面談到的原理實(shí)現(xiàn)多步反應(yīng)，即將合成的納米顆粒在同一芯片上實(shí)現(xiàn)表面修飾與功能化.在圖2的基礎(chǔ)上，在主通道上下游適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)增加另一對(duì)側(cè)通道，用于流入修飾試劑溶液，則可在線實(shí)現(xiàn)對(duì)前面合成的納米顆粒表面功能化.圖4(A)顯示了這一微流控芯片的示意圖.這些功能化集團(tuán)可以是Nanoparticle.PEG圖4.(A)微流控芯片圖.(B)合成的功能化的納米顆粒核/殼納米顆粒制備.我們進(jìn)一步提出用微流控芯片及前面談到的原理制備核/殼納米顆粒.即將合成的納米顆粒在同一芯片上進(jìn)一步均勻沉積一層其它物質(zhì).這在原理上是可行的.因?yàn)樾律傻姆磻?yīng)產(chǎn)物要首先成核結(jié)晶,由于在

17、這一納米反應(yīng)器里，存在大量的前面合成的納米顆粒.所以反應(yīng)產(chǎn)物將附作在納米顆粒表面成核結(jié)晶.最終生成核/殼結(jié)構(gòu)納米顆粒.方法是在圖2的基礎(chǔ)上，在主通道上下游適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)增加另一對(duì)側(cè)通道，用于通入制備殼的反應(yīng)物溶液.原則是這些反應(yīng)溶液不能與前面的溶液參與化學(xué)反應(yīng).這樣則可在線制備核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒并且納米顆粒表面沉積的厚度可控.如果想使核/殼表面功能化，可用前面同樣的方法在主通道上下游適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)在增加另一對(duì)側(cè)通道用于流入修飾試劑溶液.納米顆粒在線標(biāo)記與分析應(yīng)用我們首次提出利用微流控芯片實(shí)現(xiàn)納米顆粒在線合成，修飾,標(biāo)記與分析.圖5顯示了這一集成微流控芯片的示意圖.我們將根據(jù)選擇的納米材料而選用相應(yīng)的分析方

18、法.電分析法和熒光分析法與我們的條件比較適合.例如,如果標(biāo)記的納米顆粒具有熒光，則我們可選用熒光分析法.但是，熒光分析法一般比較貴，且不易與微流控新片集成并最終實(shí)現(xiàn)微型化，可攜帶化目標(biāo).我們提出應(yīng)用納米顆粒于微流控芯片的放大分析，提高分析的靈敏度.微流控芯片使用的樣品量很小，因而提高微流控芯片分析的靈敏度度是至關(guān)重要的.納米顆粒標(biāo)記已成功應(yīng)用于放大的生物分析.但在微流控分析上的應(yīng)用還很少.我們可用電分析化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)樣品的分析檢測(cè).這樣圖5.微流控芯片納米顆粒在線合成，修飾，標(biāo)記與分析示意圖微流控裝置將與電極有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)檢測(cè).事實(shí)上，目前，電化學(xué)分析是微流控芯片分析應(yīng)用和研究最多的方法之

19、一.這是由于以下的原因：(1)目前的微加工技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)電極與微流控裝置的集成.(2)電化學(xué)分析簡(jiǎn)單,費(fèi)用底,非常節(jié)能.(3)電化學(xué)裝置已微型化，這與微流控芯片非常相配.因而實(shí)現(xiàn)整個(gè)分析裝置的微型化，自動(dòng)化，可攜帶化.最終可實(shí)現(xiàn)即時(shí)，在線，與現(xiàn)場(chǎng)分析.這里著重談一下標(biāo)記方法.可用兩種方法：(1)直接標(biāo)記分析對(duì)象，以蛋白質(zhì)分析為例，我們可在納米顆粒表面修飾NHS集團(tuán)(見圖3中功能化納米顆粒),該集團(tuán)能與蛋白質(zhì)的胺基生成肽鍵而將納米顆粒標(biāo)記在靶分子上.(2)間接標(biāo)記，以免疫分析為例,我們可將納米顆粒標(biāo)記在第二個(gè)抗體上.用抗體/抗原/抗體Sandwich結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)抗原的分析.總之,可根據(jù)實(shí)際需要而

20、選用適當(dāng)?shù)臉?biāo)記方法.在電極表面修飾特定分子，該分子能選擇性的識(shí)別靶分子.由于靶分子上標(biāo)記有電活性的納米顆粒，從而可實(shí)現(xiàn)用電化學(xué)技術(shù)靈敏地分析樣品中的靶分子.研究目標(biāo)(1)在集成流控芯片完成合成各種不同類型的納米顆粒，如無(wú)機(jī)納米顆粒(金，銀,銅等),有機(jī)導(dǎo)電納米顆粒(聚叱咯，聚苯胺等)及核/殼納米結(jié)構(gòu).(2)弄清納米材料在微通道中受控環(huán)境下的形成機(jī)制.(3)多功能集成并實(shí)現(xiàn)各功能單元的有機(jī)聯(lián)結(jié).在同一芯片上完成納米材料合成修飾，在線標(biāo)記并實(shí)現(xiàn)電化學(xué)檢測(cè).(4)應(yīng)用納米技術(shù)，提高芯片分析的靈敏度與選擇性.(5)將研制的集成微流控芯片用于生物分析或環(huán)境分析技術(shù).(6)實(shí)現(xiàn)集成微流控芯片高通量與靈敏檢

21、測(cè)并應(yīng)用于實(shí)際的生物樣品和環(huán)境樣品的分析.本項(xiàng)目的創(chuàng)新性1 .提出在微流控管道中利用調(diào)控流體動(dòng)力學(xué)方法，即流體動(dòng)力學(xué)聚焦法創(chuàng)造納米反應(yīng)空間，合成各種類型（如金納米顆粒，聚叱咯納米顆粒）的納米材料及包/殼結(jié)構(gòu)納米材料.2 .將化學(xué)合成與分析結(jié)合起來(lái)，并在線實(shí)現(xiàn)合成納米顆粒為分析服務(wù).3 .實(shí)現(xiàn)在同一芯片上納米材料在線合成，修飾與功能化，樣品納米顆粒標(biāo)記與分析；4 .在微流控芯片分析中引入納米分析技術(shù)，從而提高芯片分析的靈敏度本項(xiàng)目須解決的關(guān)鍵問(wèn)題1 .芯片上各個(gè)功能單元的有機(jī)聯(lián)接2 .微管道的鈍化，即防止分析物及納米顆粒在管道壁上的物理吸附.我們將利用PEG來(lái)修飾管道壁以減少非特意性吸附.本項(xiàng)目

22、可行性本項(xiàng)目申請(qǐng)人系中南民族大學(xué)教授，曾有在海外留學(xué)和工作經(jīng)歷.長(zhǎng)時(shí)間從事生物傳感器/生物芯片的開發(fā)與研究工作.特別是在制備和開發(fā)功能化納米材料方面卓有成績(jī).申請(qǐng)人在微流控芯片方面也有相當(dāng)長(zhǎng)的研究經(jīng)歷.并擁有相關(guān)專利.申請(qǐng)人提出的集成微流控芯片制備導(dǎo)電聚合物納米線曾引起國(guó)際上的關(guān)注并特邀參加了美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室舉辦的集成微流控芯片國(guó)際會(huì)議.中南民族大學(xué)將投入大量資金建立實(shí)驗(yàn)室包括微加工與超凈實(shí)驗(yàn)室等.另外,本校建有部級(jí)的材料化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大量?jī)x器設(shè)備可供本項(xiàng)目研究之用.初步研究成果1 .利用流體力學(xué)法合成導(dǎo)電聚合物納米顆粒2 .圖6(a)微流控芯片聚叱咯納米顆粒合成平面示意圖.(b)

23、圖通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)聚焦法在微流控芯片管道中合成的聚叱咯納米顆粒SEM圖像.我們用PDMS為材質(zhì)制備了了初級(jí)的微流控芯片(見圖6a).并利用這一芯片成功合成了聚叱咯納米顆粒.圖6(b)顯示了這種納米顆粒的SEM圖像.從此圖可以看出,聚叱咯顆粒的直徑約20納米并且大小分布基本均勻.通過(guò)調(diào)控流體參數(shù)，將可獲得更均勻顆粒.我們將進(jìn)一步優(yōu)化和設(shè)計(jì)新的微流控芯片以滿足更復(fù)雜與多元集成的需要.3 .集成微流控芯片制備導(dǎo)電聚合物納米線我們已初步設(shè)計(jì)了集成微流控芯片裝置用于電化學(xué)合成導(dǎo)電聚合物納米線.該裝置把微流控管道與微電極陣列有機(jī)組裝在一起.圖7A顯示了該裝置部分示意圖.該裝置由微管道及電化學(xué)池組成.這微通道

24、由兩部分組成，一是樣品流入通道(主通道);一是控制通道，它有幾個(gè)閥門，用于控制主通道流速.電化學(xué)系統(tǒng)由電化學(xué)池及三電極系統(tǒng)組成(微電極陣列為工作電極，珀片為對(duì)電極，銀/氯化銀線為參比電極，它位于工作電極附近).將有機(jī)導(dǎo)電聚合物的單體溶流入管道，并在某一微電極上施加氧化電位.由于電化學(xué)技術(shù)能控制電極表面聚合物的結(jié)晶及晶核的生長(zhǎng)，因而能制備電聚合物納米線.圖7B顯示了該方法在電極表面合成的制備的大量的聚叱咯納米線.由該圖可見聚叱咯納米線的直徑約50納米左右，聚叱咯納米線也非常均勻，并且納米線的長(zhǎng)度可達(dá)幾個(gè)微米.圖7(A)集成微流控芯片用于聚叱咯納米粒合成部分平面示圖像.(B).通過(guò)流體力學(xué)聚焦法在

25、微流控芯片管道中合成的聚叱咯納米線的SEM圖像.4 .微流控芯片蛋白質(zhì)熒光標(biāo)記與細(xì)胞分析我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了一種微流控芯片用于蛋白質(zhì)熒光標(biāo)記并用這種蛋白質(zhì)標(biāo)記物來(lái)識(shí)別細(xì)胞極其活性(見圖8A).該芯片由合成反應(yīng)室，四個(gè)細(xì)胞固定室組成.它能依序完成標(biāo)記，細(xì)胞固定已及細(xì)胞成像.在合成室里有三個(gè)閥門，它們不斷地依次打開和關(guān)閉，造成反應(yīng)物溶液在管道中流動(dòng)并混合.紅色標(biāo)識(shí)為控制管道，淺綠色標(biāo)識(shí)為樣品溶液流入管道.我們選用蛋白質(zhì)為EpidermalGrowthFactor(EGF),它們能識(shí)別在細(xì)胞表面含有EFG接受器的細(xì)胞.選用熒光物ALEXA標(biāo)記EGF.首先ALEXA與EGF在合成室反應(yīng)，然后將選用的細(xì)胞分

26、別在固定在下面的四個(gè)室里；打開控制管道，讓標(biāo)記了ALEXA的蛋白質(zhì)EGF分別流入細(xì)胞固定室并反應(yīng)一段時(shí)間.用緩沖溶液沖洗細(xì)胞室.然后這個(gè)芯片可在熒光顯微鏡下成像.圖8B顯示了兩種細(xì)胞的熒光圖像和白光圖像.從該圖8B可以看出A431細(xì)胞表面有EGF接受器，而3T3細(xì)胞則沒有.這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明我們制備的微流控芯片能提供一個(gè)平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上能完成多步功能和反應(yīng)包括樣品標(biāo)記，細(xì)胞固定與在線，即時(shí)分析.圖8(A)芯片結(jié)構(gòu)圖.紅色標(biāo)識(shí)為控制管道，淺綠色標(biāo)識(shí)為樣品溶液流入管道.(B)與熒光標(biāo)記的蛋白質(zhì)作用后，兩種細(xì)胞的白光顯微成像(上部)與熒光顯微成像(下部).研究計(jì)劃本項(xiàng)目計(jì)劃用三年時(shí)間完成2007,1

27、-2007,12.設(shè)計(jì),制備各種微流控芯片并用于各種納米顆粒的合成,表征.合成條件的優(yōu)化與芯片設(shè)計(jì)的優(yōu)化.微管道納米顆粒形成機(jī)制研究.2008,1-2008,12.具有多功能的集成微流控芯片設(shè)計(jì)，制備與納米顆粒合成，修飾與功能化，樣品標(biāo)記與分析應(yīng)用.納米顆粒標(biāo)記用于DNA分析，蛋白質(zhì)分析；功能化納米顆粒用于環(huán)境樣品富集與分析.2009,1-2009,12集成微流控芯片設(shè)計(jì)，制備與生物分析與環(huán)境分析應(yīng)用.本課題計(jì)劃在三年內(nèi)發(fā)表10-15篇高質(zhì)量論文，并望有芯片產(chǎn)品能用于實(shí)際樣品分析.參考文獻(xiàn)1. Oosterbroek,R.E.;vandenBerg,A.,Lab-on-a-Chip:Mania

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