陣列式多通道芯片液相色譜初探

周拙恒 劉婭 張博

摘 要 分離技術(shù)的微型化不僅可以節(jié)約試劑和樣品，還具有高效、快速、高分辨和高通量等優(yōu)點(diǎn)。本研究以微流控芯片作為液相分離平臺，構(gòu)建了陣列式并行多通道分離與多道檢測系統(tǒng)。基于玻璃芯片、聚甲基丙烯酸甲酯芯片和聚二甲基硅氧烷芯片構(gòu)建了三重復(fù)合芯片作為分離平臺，實(shí)現(xiàn)了單張芯片上8個(gè)色譜填充床的制備。芯片系統(tǒng)的承壓考察實(shí)驗(yàn)證明，玻璃芯片可以作為可靠的芯片材料支持壓力驅(qū)動(dòng)的芯片液相色譜。通過層級式分流獲得單根芯片柱300 nL/min的納升級流速?？疾炝?通道芯片色譜分離的可行性和有效性，獲得了80000 plates/m的優(yōu)良柱效和保留時(shí)間RSD=1.1%的柱間重現(xiàn)性。以蛋白酶解物為樣品，考察了此系統(tǒng)在復(fù)雜生物樣品高通量分離分析中的應(yīng)用潛能。

關(guān)鍵詞 微流控芯片; 液相色譜; 芯片色譜; 并行多道; 高通量

1 引 言

自1990年Manz等[1]將電泳操作單元引入微流控芯片上以來，芯片電泳技術(shù)得到了長足發(fā)展[2]。毛細(xì)管平臺與芯片平臺在液體尺度上大體相近，得益于毛細(xì)管電泳技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，各種電泳模式逐步從毛細(xì)管向芯片實(shí)現(xiàn)自如轉(zhuǎn)換，展示出廣闊的應(yīng)用前景。與電泳相比，液相色譜具有更好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性; 同時(shí)，由于流動(dòng)相與固定相的作用機(jī)理可以有多種選擇，使其對分析物種類覆蓋范圍更寬。近幾十年來，高效液相色譜（HPLC）已成為藥物研發(fā)、環(huán)境保護(hù)、食品安全以及生物醫(yī)學(xué)研究中最重要的分離分析手段。但由于填充技術(shù)、接口技術(shù)、進(jìn)樣技術(shù)和儀器自動(dòng)化等多方面的挑戰(zhàn)，芯片液相色譜的發(fā)展遠(yuǎn)比芯片電泳遲緩[3]。在液相色譜平臺的微型化方面，毛細(xì)管微徑柱色譜，特別是納流液相色譜（Nano-LC）走在了發(fā)展前沿，已逐步成為蛋白質(zhì)組學(xué)分析的主要方法之一，Nano-LC與質(zhì)譜聯(lián)用是目前大規(guī)模蛋白質(zhì)鑒定的重要方法。與毛細(xì)管相比，微流控芯片與之尺度相當(dāng)，在微型化層面能滿足幾乎所有技術(shù)要求。 微流控芯片能夠通過微加工技術(shù)使得管路一次成型，有效避免了由于連接不當(dāng)帶來的死體積; 并且由于其集成性能強(qiáng)，樣品的前處理和下游目標(biāo)組分提取單元可以很好地與分離單元集成; 此外， 分離通道自身可以實(shí)現(xiàn)陣列化集成，從而縮短整個(gè)工作流時(shí)間，提高分析效率。可以預(yù)見，芯片液相色譜在蛋白質(zhì)組學(xué)的樣品分離中有廣闊的應(yīng)用前景。

對于芯片液相色譜系統(tǒng)而言，色譜柱加工技術(shù)無疑是整個(gè)分離平臺的核心，芯片液相色譜脫胎于毛細(xì)管液相色譜，相關(guān)的柱加工技術(shù)可以借鑒使用。同時(shí)，由于微加工技術(shù)的發(fā)展，也相應(yīng)出現(xiàn)了基于微制造的原位柱制作技術(shù)。最早出現(xiàn)的芯片柱加工技術(shù)是開管柱，其制作簡單，在所有制柱技術(shù)中最容易實(shí)現(xiàn)。Jacobson等[4，5]在玻璃芯片上鍵合C18固定相用以分離染料，理論塔板高度達(dá)到了4.5 mm。開管柱加工便捷，柱再生容易，但是由于其相比太低、柱容量有限，樣品很容易過載，因而近二十年來發(fā)展緩慢。為了提高柱內(nèi)固定相比表面積，He等[6]提出了COMOSS（Collocated monolith support structures）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用微加工技術(shù)在芯片分離通道中直接刻蝕出完全均一的微柱結(jié)構(gòu)， 用以提供固定相載體，并在表面鍵合聚苯乙烯磺酸作為固定相， 用于反相模式的電色譜分離，在4.5 cm長的柱床中獲得了35000塔板數(shù)。然而，這種逐步“雕刻”柱床的方式加工成本過高，制約了其進(jìn)一步研發(fā)和普及應(yīng)用。

與通過表面修飾形成的固定相不同，填充柱有更大的比表面積和柱容量。不同的商品化填料也為各類分析物的分離提供了便利。Yin等[7]自2005年起連續(xù)介紹了Agilent公司研制的高性能液相芯片色譜/質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)。他們利用激光燒蝕技術(shù)在聚酰亞胺芯片上設(shè)計(jì)了150 mm的分離孔道，填充3.5 mm Zorbax 300-SB C18反相填料，同時(shí)集成了納升級進(jìn)樣閥和電噴霧質(zhì)譜噴嘴，后端與質(zhì)譜系統(tǒng)連接。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，成功應(yīng)用于糖基化和磷酸化蛋白的分離分析。類似地，整體材料也被引入芯片色譜中，通常采用光照或加熱誘導(dǎo)芯片孔道中的單體溶液在原位發(fā)生聚合反應(yīng)，形成連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)柱床。通過三甲氧基硅烷基正丙基甲基丙烯酸酯進(jìn)行表面功能化處理，Zeng等[8]在聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片上制得了鍵合有β或γ-環(huán)糊精的聚甲基丙酰胺整體柱床用于氨基酸的手性分離。Throckmorton等[9]在玻璃芯片上采用紫外引發(fā)方式，聚合生成7 cm長的甲基丙烯酸酯類整體柱并應(yīng)用于多肽分離，在45 s內(nèi)分離出6種多肽。

目前， 芯片液相色譜均為單個(gè)分離通道，相比于納流液相色譜而言，只是平臺的方式由毛細(xì)管變?yōu)槲⒘骺匦酒?，并未充分發(fā)揮芯片在集成化方面的優(yōu)勢。由于生物醫(yī)學(xué)樣本數(shù)目多、體積小、成分復(fù)雜，迫切需要微尺度、高分辨、高通量的分離分析工具?；谖⒘骺匦酒亩嗤ǖ牢⒓{尺度分離平臺成為理想選擇。雖然核酸的高通量分析已經(jīng)成功地使用了96通道的毛細(xì)管和芯片電泳平臺，并出現(xiàn)了商品化的儀器，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在第一代基因測序中[10]， 但多通道的空心毛細(xì)管或芯片孔道無需填充，不僅制備和再生成本低，且簡單易行[11]。相對而言，多通道的微納色譜系統(tǒng)還鮮見報(bào)道，這主要是由于多根芯片柱的加工更具挑戰(zhàn)。此外，對于壓力驅(qū)動(dòng)的液相色譜系統(tǒng)而言，承壓與密封是關(guān)鍵。常用的PDMS芯片雖然易于設(shè)計(jì)和加工，但其彈性和透氣屬性使其無法勝任芯片上的HPLC操作[12]。綜合來看，石英毛細(xì)管、PDMS芯片、PMMA芯片與玻璃芯片在微納尺度加工和液相分離平臺構(gòu)建方面各有優(yōu)缺點(diǎn)[12]，如何有機(jī)地組合使用這些材料是有效構(gòu)建微納液相色譜分離系統(tǒng)的關(guān)鍵。

本研究利用芯片在多通道、多流路集成方面的特點(diǎn)，發(fā)展了陣列式液相色譜芯片，進(jìn)行高通量微納尺度液相分離。本研究在多通道色譜芯片設(shè)計(jì)與加工， 以及芯片柱制備方面取得的階段性成果，對其可行性和有效性進(jìn)行了初步評價(jià)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器、試劑與材料

JKG-2A光刻機(jī)（上海光學(xué)機(jī)械廠）; Nikon L150金相顯微鏡（日本 NIKON公司）; CK-250L超聲波打孔機(jī)（汕頭市金士達(dá)超聲機(jī)器制造公司）;? Centurion Q50烤瓷爐（美國 NEY公司）; Harvard PHD 2000精密注射泵（美國 Harvard公司）; KQ-50DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。依利特P230高壓泵（大連依利特分析儀器有限公司）; 手動(dòng)泵（美國 Unimicro Technologies公司）; PDC-002等離子體處理機(jī)（美國 Harrick Plasma公司）; Ultimate 3000納流泵（美國 Thermo Fisher公司）; 200 nL手動(dòng)進(jìn)樣閥（荷蘭 Valco Instrument公司）; ActiPix D100多道紫外柱上檢測器（英國 Paraytec公司）。

去鉻液（硝酸鈰銨洗液： 50 g硝酸鈰銨加12 mL HClO4，加水至300 mL）; 玻璃腐蝕液（HF-HNO3-H2O，5∶10∶85， V/V）; 二硫蘇糖醇（DTT）、碘乙酰胺（IAA）、三氟乙酸（分析純，美國Sigma-Aldrich公司）; 血管緊張素、細(xì)胞色素C、胰蛋白酶（試劑級，美國Sigma-Aldrich公司）; 乙腈（色譜純，德國Merck公司）; 實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）制備的超純水。

勻膠鉻版玻璃基片（型號SG2506，等級Um，鉻層厚度145 nm，光膠類別Az1805，膠厚570 nm）以及同型號拋光片均購自長沙韶光微電子公司; PMMA芯片（深圳日昌亞克力有限公司）; 螺絲密封膠圈（廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院金工室）; PEEK接頭（美國 IDEX公司）; 彈性石英毛細(xì)管（50 mm i.d.， 365 mm o.d.， 永年銳灃色譜器件有限公司）; PTFE套管（美國 Sigma-Aldrich公司）; PDMS單體和固化劑（美國 Dow Corning公司）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 芯片設(shè)計(jì)與制備 本研究所用多通道芯片如圖1所示。芯片主體結(jié)構(gòu)采用玻璃芯片鍵合而成，在其上游的石英毛細(xì)管輸送液體，通過PEEK接頭連接玻璃芯片; 在其下游的玻璃芯片與PDMS芯片通過等離子體鍵合，并在PDMS芯片上插入石英毛細(xì)管，導(dǎo)出每一通道的色譜流出液至下游的光學(xué)檢測單元。

玻璃芯片采用標(biāo)準(zhǔn)光刻結(jié)合濕法腐蝕制作（步驟如圖2）： （1）繪制掩膜 用AutoCAD繪圖軟件設(shè)計(jì)出芯片結(jié)構(gòu)，委托深圳清溢光電股份有限公司加工成60 cm×60 cm光刻掩膜菲林片。（2）曝光 使用JKG-ZA光刻機(jī)進(jìn)行曝光。曝光前用氮?dú)鈱⒀谀ぐ娲祪?，在暗室黃光下，將掩膜版帶有微圖形的一面朝下，小心覆蓋在鉻版玻璃基片上，并盡量避免相對移動(dòng)，以免擦傷鉻版表面的光刻膠，同時(shí)應(yīng)避免用手觸摸鉻版玻璃涂有光刻膠的一面。掩膜版與鉻版玻璃對準(zhǔn)后，放置在光刻機(jī)光圈下方，使光刻機(jī)光源發(fā)出的紫外光透過掩膜版照射到涂有光刻膠的玻璃基片上，曝光時(shí)間為80 s。（3）顯影 使用0.5% NaOH顯影液進(jìn)行顯影，顯影時(shí)間為7 s，輕微晃動(dòng)玻璃片，以大量超純水中沖洗，浸泡5 min后，取出用氮?dú)獯蹈桑?35℃下烘15 min，起堅(jiān)膜的作用，顯微鏡下觀察光刻效果。（4）去鉻層 將光刻好的玻璃基片置于去鉻液中，浸泡振蕩60～70 s，超純水沖洗干凈。顯微鏡下觀察微通道部分的Cr層完全除去。（5）刻蝕通道 將去鉻層的玻璃基片浸入盛有腐蝕液的塑料燒杯中，使鉻板玻璃與腐蝕液充分接觸，然后將其轉(zhuǎn)移至恒溫水浴鍋中?？刂坪銣厮″仠囟葹?5℃，根據(jù)所要得到的通道寬度、深度確定刻蝕時(shí)間（1 h），錐尾孔道部分因所需尺寸較小，第一次刻蝕時(shí)用膠帶封住?？涛g后取出，以大量流動(dòng)超純水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈桑藭r(shí)玻璃基片表面獲得一定深度的微凹槽結(jié)構(gòu)。（6）二次刻蝕 將錐尾部分膠帶揭開，暴露孔道繼續(xù)刻蝕15 min，得到錐尾部分孔道。（7）去光刻膠和鉻層 將腐蝕有微凹槽的玻璃基片置于丙酮中浸泡、輕輕振蕩，去除光刻膠。待玻璃表面由紅棕色變?yōu)榱咙S色，取出，以超純水徹底清除基片表面的光刻膠。將玻璃置于去鉻液中浸泡，直到露出透明的玻璃表面為止，以超純水沖洗干凈。（8）超聲鉆孔 采用CK-250L超聲波打孔機(jī)以超聲鉆孔的方式在玻璃芯片相應(yīng)的位置上加工小孔。芯片入口孔徑為2 mm，出口孔徑為0.5 mm。（9）鍵合前預(yù)處理 將玻璃基片和蓋片依次經(jīng)丙酮、乙醇、超純水各超聲清洗10 min，以除去玻璃基片表面的殘余光膠、玻璃碎片、塵埃顆粒等。將玻璃基片與蓋片在濃H2SO4-H2O2（3∶1，V/V）溶液中浸泡8～12 h。（10）高溫鍵合 將玻璃基片和蓋片從濃硫酸中取出，在流動(dòng)的超純水中清洗，至玻璃表面形成薄薄的水膜，將基片和蓋片合并，用氮?dú)獯蹈?。接著放入程序升溫烤瓷爐中，設(shè)置升溫程序： 10 min 內(nèi)從室溫升至100℃，恒溫l h，然后在30 min內(nèi)升至580℃，恒溫鍵合2 h，再緩慢降至室溫。鍵合前，在芯片的下面和上面分別墊表面清潔后的硅片，并用鐵夾將其固定，以保證芯片的平整和光潔，并能防止鍵合過程中基片和蓋片之間出現(xiàn)相對滑動(dòng)。

2.2.2 芯片柱填充 將1 mg 5 mm C18反相填料與1.5 mL 乙腈在超聲條件下混勻，制得填料勻漿液，用高壓恒流泵填充，在用高壓泵填充之前可先用手動(dòng)泵預(yù)填充約0.1 cm，使其形成基石效應(yīng)，形成穩(wěn)固的柱塞。在用高壓泵填充時(shí)，首先使用較低壓力填充，當(dāng)填充到2 cm時(shí)，使用高壓填充。在倒置顯微鏡下觀測，當(dāng)填充到所需要的長度（2.5 cm）時(shí)，可不再加壓，待其壓力降到0 psi時(shí)，卸下芯片，完成填充。在芯片柱使用之前，需連接至高壓泵對柱床進(jìn)行平衡和壓實(shí)。由于在芯片柱床的入口端沒有柱塞，在使用過程中避免柱壓的驟降，降低填充床彈出的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 接口設(shè)計(jì)與加工 由于芯片柱陣列需要和上游的納流泵以及下游的光學(xué)檢測器耦合，因此需要設(shè)計(jì)牢固的芯片接口裝置。在入口端，在兩塊3 cm×8 cm的PMMA芯片上利用車床銑出4個(gè)螺紋孔，以4個(gè)不銹鋼螺釘固定兩張芯片。兩張PMMA芯片內(nèi)部依次夾入PEEK接頭、密封圈和玻璃芯片。在其中一片中央鉆出孔徑為2 mm的圓孔用以固定PEEK接頭，接頭與玻璃芯片連接處點(diǎn)入0.8 mm的橡膠圈密封，經(jīng)承壓測試，入口端在600 psi條件下無漏液情況發(fā)生。入口密封裝置示意圖如圖3所示。

芯片出口端需與毛細(xì)管連接，用以將洗脫液接出，進(jìn)行柱上紫外檢測。將PDMS單體與固化劑以質(zhì)量比10∶1混合，充分?jǐn)嚢杌靹颍谷氩Ａ囵B(yǎng)皿中，真空脫氣。將盛有預(yù)聚體的培養(yǎng)皿放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，65℃固化2 h。將固化好的PDMS切割成0.5 cm×1.0 cm小塊，中央位置用打孔器開孔徑為1.2 mm的小孔。打孔后的小塊和玻璃芯片一起放入等離子處理機(jī)真空處理2 min，將小塊上的孔和芯片上的孔對準(zhǔn)后貼合，然后依次在孔內(nèi)插入PTFE套管和毛細(xì)管，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管和芯片的連接（圖4）。

2.2.4 蛋白酶解 稱取6 mg細(xì)胞色素C，溶于150 mL NH4HCO3緩沖溶液（40 mmol/L，pH 8.0）中，加入48 μL DTT溶液（50 mmol/L）， 56℃水浴45 min。冷卻至室溫后加入162 μL IAA（55 mmol/L），黑暗中放置30 min。加入適量的胰蛋白酶，使蛋白質(zhì)與酶的質(zhì)量比為50∶1， 37℃下水浴2 h。加入等量的酶， 37℃水浴17～18 h，加入適量甲酸終止反應(yīng)。將此樣品脫鹽，加入適量的緩沖液， 于

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20℃保存，待用。

2.2.5 芯片色譜分離 （1）烷基苯色譜分離條件 樣品： 烷基苯，進(jìn)樣量： 200 nL（每柱25 nL），流動(dòng)相： 60%（V/V）乙腈， 總流速： 2.4 mL/min（每柱300 nL/min），檢測波長： 214 nm。（2）蛋白酶解物色譜分離條件 樣品： 細(xì)胞色素C酶解產(chǎn)物，進(jìn)樣量： 200 nL（每柱25 nL）。流動(dòng)相A： 0.05%（V/V）三氟乙酸溶液; 流動(dòng)相B： 0.05%（V/V）三氟乙酸的乙腈溶液。梯度洗脫： 0～4 min，5% B; 4～30 min， 5%～60% B; 30～60 min，60% B?？偭魉伲?2.4 mL/min（每柱300 nL/min），檢測波長： 214 nm。

3 結(jié)果與討論

3.1 芯片設(shè)計(jì)與加工

本研究采用的芯片設(shè)計(jì)如圖1所示。此芯片分為4個(gè)功能區(qū)域： （1）樣品與液體引入?yún)^(qū)、 （2）分流區(qū)、 （3）填充柱床區(qū)、 （4）出口區(qū)。由于采用了壓力模式的液相色譜分離，所以芯片主體材料選擇了能夠耐受高壓的玻璃芯片。然而，在選擇芯片的上下游接口材料時(shí)，除了承壓問題，還需要綜合考慮芯片材料的易加工性。因此，在樣品與液體引入?yún)^(qū)，在玻璃芯片母體之上，以三層夾心的方式在玻璃芯片上下層耦合了PMMA芯片。這主要是因?yàn)镻MMA材料易于螺紋鉆孔，通過PEEK螺絲與刃環(huán)引入并固定上游的石英毛細(xì)管，實(shí)現(xiàn)壓力下液體的導(dǎo)入（圖3）。

在出口區(qū)，為了將液體導(dǎo)出至下游的光學(xué)檢測單元，使用了8根石英毛細(xì)管。由于在芯片色譜分離的末端（即出口區(qū)）是降壓的終點(diǎn)，故無需擔(dān)心壓力密封問題。同樣， 從易于加工的角度考慮，出口區(qū)選用了彈性PDMS芯片，既有利于鉆孔插入毛細(xì)管，又可與玻璃芯片穩(wěn)定鍵合，加工難度明顯降低。

針對微納尺度流體的獲得與控制，通常采用大比例分流比的方式獲得，如母液流速1 mL/min，采用1∶1000的分流比， 即可獲得1 mL/min的流速。本研究需要同時(shí)獲得8個(gè)通道的納升級流速。采用如圖1所示的（分流區(qū)）層級分流的方案，即將母液以1分2、2分4、4分8的方式逐級分為每個(gè)通道1/8的母液流量。本研究中，納流泵輸送的母液流量控制在2.4 mL/min，即可獲得每個(gè)通道300 nL/min的流量。研究表明，在保證加工準(zhǔn)確無誤（包括光刻、芯片對準(zhǔn)等）的情況下，此芯片可以穩(wěn)定可靠地獲得納升級的流量。

3.2 芯片柱床填充

與經(jīng)典的柱液相色譜方式相同，芯片柱的制備也是實(shí)現(xiàn)芯片色譜的技術(shù)關(guān)鍵。本研究組創(chuàng)建的單顆粒塞法能夠很好地解決毛細(xì)管填充柱的制備問題[13～18]。類似地，芯片柱的填充首先也要解決柱塞的問題，即將填料顆粒限制在芯片柱床中，同時(shí)載液又能排出?；谛酒目杉庸ば?，本研究直接在芯片柱床的下游設(shè)計(jì)制造了細(xì)內(nèi)徑的錐尾孔道（圖5），使填料顆粒形成基石效應(yīng)[13]，將填料限制于柱床內(nèi)。此錐尾孔道寬度20 mm，對于5 mm填料，能夠很好地形成基石效應(yīng)，且填料不流失。

陣列式的8根芯片柱是逐一填充完成的。先將勻漿液由樣品及洗脫液入口引入; 同時(shí)，將7根芯片柱的下游出口堵塞，僅留下欲填充的芯片柱下游保持敞開。待該芯片柱床填充完畢，即停止填充; 然后將填充好的芯片柱床尾端封閉，同時(shí)打開下一根欲填充柱床的封堵，其余7根保持封閉，依次填充至8根柱床全部填充完畢。

微通道尺寸如下： 分流區(qū)孔道寬度300 mm，柱床寬度100 mm，柱床長度25 mm，錐尾部分寬度20 mm， 錐尾部分長度5 mm。

對制備好的芯片柱床形貌進(jìn)行了表征，割去芯片柱床一段噴鉑后拍攝掃描電鏡圖。如圖5所示，芯片孔道因化學(xué)刻蝕呈倒U型，填充床在同一橫截面處緊密程度一致，在柱床兩側(cè)邊緣區(qū)域仍然有較好的填充床。

3.3 平臺構(gòu)建

在芯片柱陣列裝置的入口端依次連入PEEK接頭、PTFE套管和毛細(xì)管; 毛細(xì)管另一端連接進(jìn)樣閥和高壓納流泵（圖6）。柱陣列下游插入8根相同長度（10 cm）的毛細(xì)管（50 mm ID），毛細(xì)管距末端3 cm處用電阻絲燒出1 cm寬光學(xué)檢測窗口，將8根毛細(xì)管捆扎成束置于多道紫外檢測器的檢測卡槽中。搭建完成后的平臺如圖6所示。使用了ActiPix多通道紫外檢測器，此檢測器基于紫外分光光度法， 能夠同時(shí)容納1～8個(gè)通道的毛細(xì)管同步檢測。本研究選定波長214 nm，對烷基苯和多肽混合物進(jìn)行分析。

3.4 芯片色譜應(yīng)用與評價(jià)

首先在等度洗脫條件下考察了此芯片柱的分離效果。以4種烷基苯的混合物為標(biāo)準(zhǔn)品，在60%（V/V）乙腈條件下進(jìn)行等度分離。由圖7可見，4種烷基苯均獲得了良好的分離，且8根芯片柱之間重現(xiàn)性良好。以最后一個(gè)峰即丁苯為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算8根芯片柱平均柱效為2000 plates，即80000 plates/m，plate高度12.5 mm。顯然，對于5 mm硅膠顆粒填料，柱效令人滿意。但是，需要指出的是，此芯片柱的前端（分流區(qū)）和后端（毛細(xì)管）的連接管路都會造成死體積，并影響柱效。

在梯度洗脫條件下，以蛋白質(zhì)細(xì)胞色素C的酶解物為樣品，評價(jià)色譜性能。如圖8所示，8根芯片柱均獲得了較理想的分離效果，且柱與柱間重現(xiàn)性良好。以色譜圖中部最高峰（保留時(shí)間約33 min）為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算8根芯片柱梯度分離的保留時(shí)間柱間重現(xiàn)性，結(jié)果令人滿意（RSD=1.1%，n=8）。同樣地，還計(jì)算了峰面積（最后一個(gè)高峰，約39 min處）和分離度（最后兩個(gè)高峰，約38和39 min處）的柱間重現(xiàn)性，也獲得了令人滿意的結(jié)果（峰面積RSD=3.4%，分離度的RSD=2.0%，n=8）。

芯片柱陣列的等度和梯度分離結(jié)果都顯現(xiàn)出優(yōu)良的柱間重現(xiàn)性，說明芯片的8個(gè)通道加工具有良好的精密度; 同時(shí)，也說明采用的顆粒填充法制備的芯片柱床具有良好的穩(wěn)定性和柱間重現(xiàn)性，柱與柱之間保證了良好的分離同步性。

值得注意的是，此陣列式芯片色譜裝置是由三類芯片單元（玻璃芯片、PMMA芯片和PDMS芯片）與石英毛細(xì)管組合而成。實(shí)際操作中，各單元的制備需分別進(jìn)行控制，而各個(gè)單元制備完成后的組裝相對簡單。并且，組裝完成后從上機(jī)測試到后續(xù)分離均能夠穩(wěn)定運(yùn)行。本研究中使用的陣列芯片裝置在一個(gè)月的測試與運(yùn)行中，均保持穩(wěn)定，未發(fā)生堵塞、泄漏等問題。

4 結(jié) 論

基于微流控芯片技術(shù)發(fā)展了一種陣列式多通道色譜芯片。在填充法制備芯片柱床的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作了芯片柱陣列的上游承壓接口和下游毛細(xì)管連接單元，初步構(gòu)建了多通道芯片色譜分離平臺，并考察了其在生物樣品多道分離分析方面的可行性。結(jié)果表明，此芯片柱陣列能夠獲得高柱效、高重現(xiàn)性的分離效果。本研究提出的基于微加工制造的制柱方法有望用于多通道色譜柱陣列制備，其并行多道的特征有望在高通量篩查分析方面起重要作用?；谛酒嚵袠?gòu)建的并行多道色譜分離平臺有望與多種分離與檢測模式耦合，在芯片中集成多維分離分析平臺，對提高蛋白質(zhì)組學(xué)的分析通量與分辨率有重要意義。同時(shí)，需要指出，本研究僅展示了在芯片上構(gòu)建陣列式多通道色譜柱，并進(jìn)行填充和同步分離的可行性。在未來的工作中，還需要構(gòu)建多柱進(jìn)樣技術(shù)，并嘗試在線耦合捕集小柱單元，針對實(shí)際的生物樣品完成在線清洗、富集等操作，真正實(shí)現(xiàn)生物醫(yī)學(xué)樣本的高通量篩查分析。

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