用于硒形态分析的微流控芯片-原子荧光在线联用系统研究

Determination of the selenium contents and speciation analysis of Enshi Tujia and Miao Autonomous Prefecture selenium-enriched green tea as the breakthrough point, to study an on-line microfluidic chip with atomic fluorescence spectrometry, and this applying project is mainly to solve some key scientific problems on combination technology between low-voltage electrophoresis microchip and atomic fluorescence spectrometry. The main research contents include: (1)Study on the fabricating technology and performance analysis of microfluidic chip suitable for the selenium speciation analysis, which is includes: ①Study on the design of low-voltage electrophoresis microchip unit and the control performance of microfluid; ②Study on the design of micro-mixer unit and the transmission performance of microfluid; ③ Study on the design of micro gas-liquid separator unit and the gas-liquid separation performance; ④Study on the interface technology of system and the design, processing, preparation and integration package of chip, and so an. (2)Study on the integrated system construction and rapid determination of selenium compounds, which is includes: ①Building the integrated system. ② Study on the chiplevel TU on-line prereduction mechanism ③Study on the weak atomic fluorescence spectrometry signal collecting, noise reducing, the chromatogram baseline correction of trace elements. ④Study on the difference of selenium-enriched green tea trace elements electrochromatography using atomic fluorescence spectrometry 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及硒形态分析为切入点，拟研究一种基于微流控芯片的原子荧光光谱分析系统，主要解决低电压驱动芯片电泳与原子荧光光谱联用技术中的若干关键科学问题。主要研究内容包括： （1）适用于硒形态分析快速检测的微流控芯片制备及性能研究。包括：①研究低电压驱动芯片毛细管电泳单元设计及其微流体控制性能；②研究微混合器单元设计及其微流体传输性能；③研究微气液分离器单元设计及其气液分离性能；④研究系统联用接口技术以及芯片加工、制备及一体化封装； （2）系统构建及硒化合物的快速测定。包括：①搭建在线联用系统；②研究芯片级硫脲（TU）在线预还原机制；③研究微弱原子荧光光谱信号提取、降噪及谱图基线修正；④研究富硒茶硒元素的原子荧光光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驱动芯片电泳与原子荧光光谱联用技术中的若干关键科学问题。项目组在研期间主要围绕微流控芯片制备，微混合器、微型气液分离器与微型原子化器等单元仿真分析、设计、控制，芯片在线联用以及系统集成等方面开展了研究。. 在微流控芯片模拟仿真及参数优化方面，针对于微流控芯片中低压驱动芯片、微混合、微型原子化等单元进行了建模与仿真分析。研究了不同微通道宽度、不同电极间距条件下，电极间电场强度分布情况；研究了芯片内“十字”交叉形进样方式以及芯片内流体“弯道效应”。对于微混合单元进行了激励信号及改变其电压、频率等参数对微混合效果影响分析。对于微型原子化微等离子体单元研究了平板-平板、多针-平板、筛网-筛网型三种电极结构对平板型微型原子化器放电特性的影响。. 在芯片制备及单芯片集成方面，研究了微气液分离、微混合、微反应单芯片集成；研究了ITO阵列电极制备、PDMS微沟道加工以及芯片封装等，并对芯片的封装工艺进行了研究。开展了芯片上微流体器件（如储液池、微通道、微阵列等）、微型生化反应机构及微型检测结构（如微反应器、微混合器、微气液分离器、温度控制单元等）的合理布局、协调控制研究。. 在微流控芯片——原子荧光在线联用系统平台方面，研究了低电压驱动阵列电极移动电场控制算法及控制IP核设计；研究了多通道高速采集IP核设计；研究了基于DDS技术的多路信号发生器IP核；研究了微弱信号检测片上数字锁定放大器IP核设计；研究了CIC+FIR级联数字滤波器IP核；研究了用于DBD型微型原子化器的微等离子体电源模块设计；搭建了基于SOPC技术的微流控芯片-原子荧光在线联用一体化集成系统。. 在微流控芯片信号检测方法及在线联用相关技术研究方面，研究了数学形态滤波算法、CIC和FIR级联数字滤波器在微流控芯片电泳中的检测方法；研究了原子荧光法硒元素含量测定及蛋白质的提取；研究了近红外光谱技术在恩施富硒绿茶品质判别方面应用；并针对与微流控芯片检测相适应的DBD-AFS联用技术进行了研究。