用于痕量元素检测的低电压电泳芯片集成系统研究

Determination of the selenium contents of Enshi Tujia and Miao Autonomous Prefecture selenium-enriched green tea as the breakthrough point, this applying project is mainly to solve the key scientific problems，which include the micro-nano fabricating technology, the detection mechanism，the weak signal detection and the system integration of low-voltage electrophoresis microchip, etc. The main research contents include:.(1)Study on the fabricating technology and performance analysis of low-voltage electrophoresis microchip suitable for the trace elements rapid detection, which is includes: ①Study on the electrically driven fluid transmission performance and temperature distribution, and to obtain the optimized design parameter of electrode array and micro-channel structure. ②Study on the processing, preparation and integration package of microarray electrodes, array-microchannel, and contactless conductivity detector. ③Study on the separation theory and movement electric field model of low-voltage electric driving, and the contactless conductivity detection theory model of microchip, and so an..(2)Study on the integrated system construction and rapid determination of trace elements, which is includes: ①The control strategy of low-voltage DC, AC driving. ②Building the integrated system of low-voltage electrophoresis microchip. ③Collecting the contactless capacitive coupling conductance signal, noise reducing, the chromatogram baseline correction of trace elements. ④Study on the difference of selenium-enriched green tea trace elements electrochromatography using the low voltage microchip detecting and other detection method, and so on..This applying project research contents involve the intercross and syncretize in micro-fluidic technology, information technology and biomedical application fields, which is a current international research hotspots. The project implementation can be laid a theoretical and technical foundation for lab on a chip in a real sense.

本项目以恩施州富硒茶硒含量检测为切入点，主要解决低电压电泳芯片微纳制造技术、检测机理、微弱信号检测和系统集成等关键科学问题。主要研究内容包括：.（1）适用于痕量元素快速检测的芯片制备及性能研究。包括：①研究芯片内电驱动微流体传输性能、温度分布特征，得到优化的阵列电极、微通道结构参数；②研究微阵列电极、微通道、芯片非接触电导检测器的加工、制备及芯片一体化封装；③研究低压电驱动分离理论、运动电场模型及芯片非接触电导检测理论模型。.（2）系统构建及痕量元素快速测定。包括：①研究低压直流、交流驱动控制策略；② 搭建低电压电泳芯片集成系统；③研究芯片非接触电容耦合电导信号提取、降噪及痕量元素色谱图基线修正；④研究富硒茶痕量元素低压芯片电色谱法与其他检测法差异性。.本项目研究内容涉及微流控技术、信息技术与生化应用领域的交叉与融合，是当前国际国际科研前沿热点，将为形成真正的芯片实验室奠下理论和技术基础。

本项目主要解决低电压电泳芯片微纳制造技术、检测机理、微弱信号检测和系统集成等关键科学问题。项目组在研期间主要围绕低电压电电泳芯片仿真、制备以及控制，多通道芯片非接触电导检测器模型建模，单芯片集成、芯片在线联用以及系统集成等方面开展了研究。. 在低电压电电泳芯片建模与仿真方面，研究了低电压电泳芯片微通道内电场及流场分布, 探讨了了不同微通道宽度、不同电极间距条件下，电极间电场强度分布情况；微通道内多电极条件下电场强度分布情况；芯片内“十字”交叉形进样方式以及芯片内流体“弯道效应”。研究这些对低电压电泳芯片阵列电极分布、微沟道参数优化等提供设计指导。. 在芯片非接触电导检测器建模与仿真方面，研究了芯片非接触电导检测理论、电路模型，分析了影响检测灵敏度因素，如屏蔽电极、检测器参数，并分析了激励信号对检测效果的影响。在此基础上，探讨了适合于双通道平面四电极非接触电导检测器（C4D）检测原理，为多通道在线检测、基线校正提供理论模型。.在低电压电泳芯片制备方面，研究了基于PDMS微沟道的加工技术，芯片微沟道表面改性；基于ITO玻璃的微阵列电极、检测电极加工工艺；研究了微通道、阵列电极、检测电极的一体化封装。. 在单芯片集成方面，开展了芯片上微流体器件、微型生化反应机构及微型检测结构的合理布局、协调控制研究。. 在低电压电泳芯片系统集成平台方面，主要研究了适合低电压电泳芯片控制的移动电场控制IP核，多通道高速采集IP核设计，基于DDS技术的信号发生器IP核，片上数字锁定放大器IP核以及CIC+FIR级联数字滤波器IP核。. 在低电压电泳芯片电色谱信号检测方法及在线联用相关技术方面，主要研究了信号提取、降噪及痕量元素色谱图基线修正方法；开展了原子荧光法硒元素含量测定及硒蛋白质的提取方面的研究；并对与芯片检测相适应的在线联用检测相关技术进行了初步探讨。