蛋白質分離玻璃微流控晶片的製作方法

2020-12-03 解小妍說科技

微流控晶片(microfluidicchip)可以把化學或生物等領域所涉及的多個基本操作單元集成到一塊很小的晶片上，進而實現常規化學或生物實驗室的各種功能[1].

隨著微製造技術和電子技術的不斷進步，微流控晶片分析系統得到了迅速的發展.由於玻璃具有諸多優異性能，因此玻璃成為製作微流控晶片的首選材料[23].但目前在玻璃晶片的製作過程中對製作工藝仍然要求較高，依賴於專門的設備、環境條件，以及專業技術人員，普通實驗室製作困難，這無疑成為微流控技術普及和發展的技術瓶頸之一.

玻璃微流控晶片製作包括掩膜的製作、光刻、刻蝕、打孔、鍵合5個基本的步驟，這種工藝較穩定且易於控制，因此一直延用至今，其中刻蝕和鍵合是關鍵技術.目前文獻報導的玻璃刻蝕工藝普遍採用溼法刻蝕，即通過化學刻蝕液和玻璃晶片的化學反應而形成細微的微流控通道結構，該方法無須昂貴設備，成本低，在國內較多採用，但目前文獻報導的方法較多，沒有統一的製作標準.本文作者系統研究了溼法刻蝕過程，發現刻蝕配方、刻蝕時間、振蕩方向等因素對微流控晶片製作效果有較大影響.對有代表性的兩種鍵合方法進行了比較和優化.通過對刻蝕和鍵合這兩個關鍵環節較全面和深入的探討，改進玻璃微流控晶片的製作工藝，並成功將所製作的晶片應用於蛋白分離，提高了晶片製作方法的通用性，有利於更多科研實驗室能夠自主完成微流控晶片製作.

採用經優化方法製作如圖1所示的等電聚焦與區帶電泳兩種電泳模式耦聯的二維微流控蛋白質電泳晶片，圖1(a)晶片結構的第二維4通道並行，圖1(b)晶片結構中第二維為16個並行通道，其中 B代表緩衝液池，S為樣品池，SW 為樣品廢液池，BW為緩衝液廢液池.採用圖1(a)所示的第二維4通道並行結構晶片進行了肌紅蛋白，過氧化氫酶和碳酸苷酶3種蛋白的二維晶片電泳分離.首先在第一維通道內充滿3種蛋白和游離兩性電解質的混合物，之後在S和SW 酸鹼池之間加電進行等電聚焦，聚焦完成後停止在 S和 SW 端加電，改為在第二維 B和 BW 緩衝液池加電，將第一維聚焦形成的條帶轉入第二維進行分離.使用螢光顯微鏡觀察和記錄分離過程，所得分離圖像採用ImageJ軟體進行3D 圖像轉換.採用同樣的加電方式使用圖1(b)所示的

刻蝕時間對通道參數的影響採用刻蝕方法1進行刻蝕，完成晶片打孔和鍵合後將 FITC溶液注入晶片通道，將通過雷射共聚焦顯微鏡進行斷層掃描，從 FITC 的螢光圖像觀察通道的輪廓，並參考文獻[5]方法對圖像進行處理可以得到晶片內壁通道的橫截面圖，從而測量通道內壁的寬度、深度.利用螢光顯微鏡的標尺測量當掩膜寬度為45μm 時，分別刻蝕90,60,30min後的通道寬度，如圖3所示.結果表明當恆溫振蕩器的振蕩方向與通道軸向方向平行時(簡稱平行振蕩),在晶片通 道 的 橫 向 (芯 片 寬 度)平 均 刻 蝕 速 率 約 為1μm/min;測量通道深度，在60min以內通道的縱向(深度)刻蝕速率約為1μm/min,隨著時間延長刻蝕速率越來越慢，刻蝕90min與刻蝕時間 60min的通道深度相差不大.

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