微型化高速毛细管电泳生化分析仪的研制

根据当前国际微流控芯片和高速毛细管电泳领域的发展现状，在研究组发展的皮升级平移自发进样、缺口管阵列自动换样和正交型光路荧光检测技术的基础上，研制完全具有自主知识产权的微型化通用型高速毛细管电泳生化分析仪。分析仪采用平移自发进样方法结合短毛细管体系的设计，实现高速毛细管电泳分离操作，完全不同于基于微流控芯片的高速毛细管电泳系统，以打破国外在该领域商品化仪器中形成的技术垄断。分析仪内集成皮升级进样系统、毛细管电泳系统、自动样品更换系统、高灵敏荧光检测和数据处理系统，以及仪器控制、显示和电源系统，以实现整体系统的微型化、集成化和自动化。将分析仪应用于氨基酸、多肽、蛋白质和DNA等重要生化样品的快速分离，为生命科学的基础研究，分子水平上的疾病诊断，药品、食品和饲料的质量控制等提供先进的技术平台。

本项目在研究团队前期研究成果基础上，进行了微型化高速毛细管电泳生化分析仪的研制工作，研制成功多个具有自主知识产权的高速毛细管电泳系统和样机，并应用于氨基酸、手性氨基酸、蛋白质和DNA等生化样品的快速分离。.研究中，首先开展了构成分析仪的各单元子系统的研制工作，包括微流控皮升级进样系统、自动样品更换系统、短毛细管电泳系统、微型高灵敏激光诱导荧光（LIF）检测系统、分析仪的控制和显示系统等。发展出多个针对不同试样和应用的进样方法，包括基于缺口管阵列的多模式皮升级进样法，针对蛋白质样品的部分平移自发进样法，面向空间应用的封闭体系进样法等。提出一种简单可靠的加工锥形毛细管尖端的方法。研制成功微型化LIF检测系统，系统集成半导体激光光源、共聚焦光路元件、微型化光电倍增管及信号记录和处理等单元。还利用在实验中发现的激光反射光斑与荧光光斑分离的现象，显著提高共聚焦型LIF系统对毛细管内样品的检测灵敏度，对荧光素样品的检测限达到6.6×10-14 M。在此基础上，将各单元子系统集成化，建立了多个毛细管电泳分析系统，并对其分析性能进行了系统的优化和完善。其中通用型高速毛细管电泳生化分析仪，将皮升级进样、毛细管电泳、自动样品更换、LIF检测和数据处理单元，以及仪器控制、显示和电源单元均集成于分析仪内，实现了系统的微型化、集成化和自动化，样机大小为23×17×19 cm（长×宽×高）。分析仪成功应用于氨基酸、手性氨基酸、蛋白质和DNA样品的快速分离，其中可在7 s内完成6种氨基酸的高速分离，最快可在1秒内完成3种氨基酸的超高速分离。在氨基酸分离中，分离效率可达2,200,000 /m至4,120,000 /m之间，相应的塔板高度为0.24 μm-0.45 μm。还研制成功超微型掌上高速毛细管电泳系统，实现了系统的进一步的微型化，整机尺寸只有9×7.5×7.7 cm（长×宽×高），是目前文献报道的最小的高速毛细管电泳仪。此外，还研制了适于多样品和纳升级液滴样品阵列的自动化高速毛细管电泳系统，在显著降低样品量的同时，还提出了一种实现微流控液滴系统与毛细管电泳系统联用的新模式。基于顺序注射系统，还研制了面向空间生物学研究的全封闭液路-自动化快速毛细管电泳系统。.上述研制的仪器有望为生命科学的基础研究，分子水平的现场疾病诊断，药品、食品和饲料的质量控制，空间生物学研究等提供先进的技术平台。