【知識拓展】文獻綜述類:電泳-顆粒操控技術

2021-01-14 新能源領域前沿研究

帶電顆粒在電場作用下，向著與其電性相反的電極移動，稱為電泳(electrophoresis, EP)。利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達到分離的技術稱為電泳技術。電泳分離被認為是生物化學中用於分離生物分子（例如蛋白質，肽，DNA和細胞）的常用技術。

圖1. 電泳現象

1. 1807年，由俄國莫斯科大學的斐迪南·弗雷德裡克·羅伊斯（Ferdinand Frederic Reuss）最早發現[文獻]。1936年瑞典學者A.W.K.蒂塞利烏斯設計製造了移動界面電泳儀，分離了馬血清白蛋白的3種球蛋白，創建了電泳技術。

2. Hall等人提出並比較這RecA-DNA和沒有塗層的DNA分子的測量結果，研究了納米孔對分子幾何和電荷的敏感性，發現作用於核蛋白絲的淨力比作用於裸dsDNA分子的淨力大2-4倍，並且隨著鹽濃度的降低而增加。

圖2. 作為鹽濃度函數的電泳力

3. Bulushev等人測量了失速力（負電泳力），並繪製了位於不同大小納米毛細管內的作用在DNA上相關力隨位置的分布圖。

圖3. 負電泳力

4. Peng等人設計了一種可攜式微流體電泳力的手指動力液滴致動裝置。壓電元件陣列連接到電極，通過手指按壓，使液滴帶電並在電泳力作用下運動。成功實現了液滴的運輸和合併，並確認可以通過體液操縱液滴，比如唾液等。

圖4. 手指驅動式電泳力液滴操控系統

5. Jeon 等人使用壓力驅動誘導的小型化自由流動電泳進行顆粒連續分離。在壓力驅動和電場的作用下分析了粒子運動，從而開發出一種新的基於電泳的分離裝置，能有效地分離納米尺寸到微米尺寸的顆粒，並具有高於97%分離效率。

圖5. 分離裝置與分離過程示意圖

6. Inami開發一種具有較好經濟效益且靈活的微全分析系統，可以利用光電導基板，在沒有流動通道的情況下操縱微粒子，改變粒子受力以及運動路徑。實現了電泳粒子的收集和雷射誘導圖案的提取。光學控制可動態重新配置虛擬通道，分離器，濾波器和混頻器，以實現高功能的分析設備。

圖6. 收集顆粒並沿虛擬通道流動

7. Bikos使用簡單的實時光學跟蹤從PEG陰離子瓊脂糖凝膠中的陰離子納米球散射的光，定量研究圓柱電泳幾何形狀如何影響這些納米球隨時間的傳播和分離。

8. Franze等人描述了在單顆粒模式下使用毛細管電泳電感耦合等離子體質譜法鑑定，分離和檢測工程納米顆粒的方法，獲得了有關顆粒數，顆粒平均尺寸，尺寸分布和元素組成的信息，並首次在三維單粒子電泳圖中顯示。

9. Zhu等人研究發現pH控制的鈍化凝膠電泳可用於有效分離具有不同表面電荷基團但具有相同形狀，尺寸和表面電荷密度的膠體納米顆粒的混合分散體。

10. Huang等人用精確控制的高壓電極同時測定和分離微晶片電泳中的無機陽離子和陰離子，一個彎曲分離通道和改進的Y型微晶片。通過精確控制的高壓，陽離子和陰離子可以根據我們的要求在微通道中遷移，並由內部內置的探測器依次檢測，離子物質（K+,Na+,Li+,Cl-,F-,PO43-）的混合物被成功分離並通過兩種方法重複檢測。

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