微米柱陣列電泳晶片及蛋白質分離的研究

《微米柱陣列電泳晶片及蛋白質分離的研究》是依託重慶大學，由李鴻乂擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微米柱陣列電泳晶片及蛋白質分離的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李鴻乂
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

蛋白質分離是研究生命活動過程的重要基礎。常用方法之一是凝膠電泳法，包括平板凝膠電泳、毛細管凝膠電泳和微流控晶片凝膠電泳。它們所用的凝膠或凝膠柱不能重複使用；凝膠網路網孔形狀與尺寸不均一、不可控，不利於提高蛋白質分離度和批間重現性。本項目通過製作微米柱陣列電泳晶片，以形狀、尺寸均一且人工可控的微米柱陣列三維間隙結構模擬凝膠三維網狀結構，研究微米柱陣列電滲流場、微米柱表面特性以及蛋白質在微米柱陣列電泳中的電遷移行為與分離機理，建立多種分離模式的微米柱陣列電泳分離蛋白質，並將其用於臨床診斷；研究微米柱陣列等電聚焦與微米柱陣列膠束電動色譜聯用的二維微米柱陣列電泳法，用於分離分析複雜蛋白質混合物。相較常用凝膠電泳法，微米柱陣列電泳晶片能提高蛋白質分離度、批間重現性；可多次重複使用，成本低廉。本項目的研究將建立微米柱陣列電泳蛋白質分離法及其相關理論基礎，實現蛋白質分離的高分離度、高靈敏度、高重現性。

結題摘要

本項目是關於微米柱陣列微通道晶片電泳的開創性研究，基本達到預期目標。採用連續介質理論建立了微流體模型，運用多物理場耦合分析軟體COMSOL基於Poisson-Boltzmann方程建立了微米柱陣列微通道的多物理場模型。研究了微米柱陣列通道中電勢分布規律、電滲流場分布規律及電泳流場分布規律，並與中空微通道對比，以預測蛋白質在微米柱陣列中的分離行為規律。首次探明了微米柱陣列微通道中離子的電動傳輸規律和微觀運動規律。研究結果表明，微米柱陣列微通道中電泳樣品區帶會發生展寬與彎折，區帶展寬現象比傳統中空微通道更嚴重，不利於直接利用CZE模式分離蛋白質等在通道壁面有吸附的分子，需採用適宜表面塗層方法抑制蛋白質吸附以防止樣品區帶進一步展寬。利用微機電加工技術在矽片上製作了微米柱陣列微通道模具。反覆探索發現，由於加工技術原因，刻蝕所得模具形貌與設計預期的並不能完全一致，這將導致實際微米柱陣列微晶片電泳過程與理論計算結果存在差異。此外，本項目所研究的微米柱的高徑比相對較大，這些微米柱之間由於疏水作用而發生強烈排斥，影響了後續鍵合封接。項目實施過程中，最佳化了微米柱表面的塗層種類及其修飾方法，減弱了微米柱間的排斥作用且保證了後續鍵合封接的牢固程度，為微米柱陣列微晶片的廣泛研究奠定了技術基礎。