Материалы научного семинара "Микрочиповые технологии в аналитической химии". Рубрика в журнале - Научное приборостроение
Аналитические приборы: милли-, микро- и нано-горизонты
Статья научная
Обсуждаются тенденции развития современного аналитического приборостроения. Рассмотрен процесс миниатюризации приборов. Отмечены преимущества систем полного химического анализа (СПА) и микроаналитических систем (МАС) при анализе широкого круга объектов.
Бесплатно
Высокие технологии в микробиосепарации (по материалам обзора ж. "Electrophoresis", 2004 г.)
Статья научная
Настоящая статья является авторизованным переводом с англ. яз. обзора [1] Yan Li с соавторами "Капиллярная электрохроматография пептидов и белков" (Electrophoresis, 2004). В статье дается обзор последних достижений в биоанализе с использованием капиллярной электрохроматографии (КЭХ) в разделении белков и пептидов. Кратко рассмотрены основные принципы КЭХ. Большое внимание уделяется разработке новых стационарных фаз и новых конструкций колонок, указываются их достоинства и недостатки. Рассмотрены появившиеся в последнее время новые технологии изготовления колонок для КЭХ, прежде всего монолитных, которые должны обеспечить высокую скорость и эффективность разделения. Представлены различные аналитические платформы КЭХ: КЭХ c использованием давления, высокоэффективная микрожидкостная хроматография (микро-ВЭЖХ) с использованием электрического напряжения, на микрочипах и многомерная электрохроматография. Рассматриваются различные методы детектирования, в первую очередь масс-спектрометрия (гибридные приборы с встроенным микрофлюидным чипом).
Бесплатно
Статья
В результате испытаний прибора для электрофореза на микрочипах Microchip Electrophoresis System MCE-2010 фирмы Shimadzu найдены условия получения воспроизводимых пиков урацила и хромата как модель-ных низкомолекулярных соединений. Показано, что прибор MCE-2010 характеризуется экспрессностью электрофоретического разделения и высокой воспроизводимостью времени выхода и площади пиков. Дос-тигнуто 7-10-кратное повышение экспрессности определения по сравнению с традиционным капиллярным зонным электрофорезом. Пределы обнаружения урацила и хромата составляют 2 и 1 мкг/мл соответственно.
Бесплатно
Информативные сигналы при электрофорезе на микрочипе: математические модели и оценки
Статья научная
Рассмотрены возможные направления развития алгоритмов обработки и оценивания аналитических сигналов электрофоретических приборов на основе микрофлюидных чипов: моделирование информативных сигналов (пиков) и неинформативных составляющих (дрейф базовой линии и высокочастотная шумовая помеха). На основе этой информации могут быть установлены источники помех, определены наилучшие алгоритмы оценивания сигнала и модифицированы критерии разделения соседних пиков. На примере электрофореграмм, полученных при разделении смеси фрагментов ДНК на микрофлюидном чипе, показана эффективность традиционных экономичных методов первичной обработки сигналов - компенсация трендов и фильтрация, а также состоятельность новой методики оценивания площади пика и применимость метода главных компонент при многоканальных измерениях в случаях сложности локализации границ пиков.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование проточной экстракции кобальта по реакции с 2-нитрозо-1-нафтолом на границе раздела фаз в системе вода-толуол с термолинзовым детектированием в кварцевом микрофлюидном чипе со сложной формой сечения канала и модификацией части поверхности гидрофобными группами (октадецилсилан). Определены диапазоны стабильности поверхности раздела фаз при различных скоростях водной и органической фаз и оптимальные скорости обеих фаз для проведения процессов экстракции (6 и 0.05 мкл/мин соответственно), а также оптимальное положение детектирования в микроканале. Для инициации процессов переноса вещества через границу раздела фаз предложено использовать прием резкого снижения скорости потока органической фазы (начальная скорость органической фазы 5 мкл/мин) при постоянной скорости водной фазы, что позволило сократить время определения и повысить чувствительность и воспроизводимость определения. Предел обнаружения кобальта 3 × 10-8 М, диапазон определяемых концентраций 2.0 × 10-7--8.0 × 10-6 М, относительное стандартное отклонение измерений в этом диапазоне не превышает 0.03.
Бесплатно
Математическое моделирование в микрофлюидике: основные положения
Статья
Представлен обзор основных подходов к математическому моделированию процессов формирования скоростных, концентрационных, электрических и тепловых полей в элементах микрофлюидных аналитических систем. Рассматриваются и анализируются основополагающие базовые положения (уравнения, условия, режимы), используемые при описании процессов массо- и теплопереноса.
Бесплатно
Статья
Предложена оригинальная система двух гомогенных растворов, представляющих собой смеси гептан-хлористый метилен-ацетонитрил и вода-ацетонитрил, при смешивании которых происходит образование трех сосуществующих фаз. Первая органическая фаза содержит преимущественно гептан, вторая (акцепторная) органическая фаза включает ацетонитрил, хлористый метилен и небольшое количество гептана, третья фаза состоит преимущественно из воды. При введении двух исходных фаз в микроканал чипа размерами 200 мкм (Ш) × 100 мкм (Г) показана возможность образования трехфазного потока со стабильной поверхностью раздела между всеми фазами. Проведено изучение процесса массообмена в образующейся трехфазной системе на примере распределения родамина 6G, включенного в состав начального водно-ацетонитрильного раствора, при введении в систему хлорида калия и без него. Для равновесных условий распределения родамина между фазами при смешивании начальных растворов в стеклянном цилиндре измерены аналитические характеристики процесса массообмена (коэффициенты концентрирования и распределения) при различных объемных соотношениях начальных растворов. Для динамических условий проведения экстракции родамина в микроканале чипа показана возможность протекания массообмена до равновесного состояния за время около 1 секунды с момента начала контакта начальных фаз. Малое время установления равновесия в микроканале чипа обусловлено диффузией вещества на малые расстояния в поперечном сечении микроканала, большим отношением площади межфазной границы к объему фаз, а также механизмом протекания массообмена в условиях выделения большей части ацетонитрила из исходного водно-органического раствора в отдельную фазу с одновременным переходом в нее молекул красителя.
Бесплатно
Микрофлюидная система для сорбционного концентрирования и разделения
Статья
В статье обсуждаются возможности реализации стадии сорбционного концентрирования и разделения в микрофлюидных устройствах. Рассматриваются и анализируются способы получения сорбентов c заданными свойствами и перспективы адаптации имеющейся методологической базы применительно к микрофлюидным аналитическим устройствам.
Бесплатно
Микрофлюидные системы как основа аналитических приборов нового типа
Статья
23 марта 2007 г. в ИАнП РАН прошел 12-й семинар "Микрочиповые технологии в аналитической химии". По программе семинара были сделаны следующие доклады. 1. (Био)сенсоры и системы наноэлектродов. Карякин А.А. (химический факультет МГУ, Москва). 2. Анализ ДНК в микрофлюидном чипе методом полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени. Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д.В., Сляднев М.Н. (СПбГУ, фирма "Люмекс", С.-Петербург). 3. Информационные сигналы при электрофорезе на микрочипе: статистические модели и методы обработки. Буляница А.Л. (ИАнП РАН, С.-Петербург). 4. Электрокинетические потоки в микрофлюидных устройствах. Тупик А.Н. (СПбТУ ИТМО, ИАнП РАН, С.-Петербург). В работе семинара участвовали научные сотрудники и специалисты МГУ им. М.В. Ломоносова, СПбГУ, Института химии силикатов РАН, ФТИ РАН, ФГУП "НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова", фирмы "Люмекс" и ИАнП РАН. Материалы докладов и сообщений семинара, переработанные авторами в статьи, а также оригинальные статьи по тематике семинара составили этот раздел.
Бесплатно
Микрофлюидные устройства с точки зрения технологии полимерных композитов
Статья
Применение композитных материалов при изготовлении микрофлюидных устройств позволяет получить функциональные элементы (каналы, реакторы, мембраны, фильтры и т. п.), обладающие заданными свойствами. В работе обсуждается вариант внедрения в полимерные материалы наноразмерных наполнителей как способ создания композитов, наиболее подходящих для получения микроструктур методом лазерной абляции.
Бесплатно
Микрофлюидные чипы из полиметилметакрилата: метод лазерной абляции и термического связывания
Статья
Метод лазерной абляции (ЛА) полимеров в сочетании с методом термической герметизации микроструктур рассмотрен как способ, позволяющий оперативно получать микрофлюидные устройства (в том числе - микрофлюидные чипы) для аналитических приборов. Обсуждены особенности метода ЛА. Описаны модели, используемые для оценки получаемых структур - каналов. Приведены экспериментальные результаты, полученные при формировании микроразмерных структур в пластинах и пленках из полиметилметакрилата (ПММА). Показано, что геометрические характеристики и размеры получаемых структур зависят от параметров светового излучения, характеристик установки и свойств полимерного материала. При целевом выборе и контроле этих параметров можно формировать воспроизводимые микроструктуры в ПММА-образцах.
Бесплатно
Микрочиповая мультиреакторная система для биохимического анализа
Статья
Статья посвящена разработке и оптимизации мультиреакторной микрочиповой системы для биохимического анализа с управлением температурными режимами с помощью Пельтье-элементов и с флуоресцентным детектором на основе ПЗС-матрицы и светодиода. Приведены результаты оптимизации топологии ячеек ввода проб микрочипа и оптимизированные условия модификации поверхности микрочипа для одновременного ввода нескольких проб, причем при объеме каждого микрореактора 250 нл для проведения реакций требуется всего 3-5 мкл смеси. Также получены характеристики режимов работы системы термоциклирования и поддержания температуры в микрореакторах. Подобраны условия пассивации поверхности микрореакторов для предотвращения ингибирования биохимических реакций. Продемонстрированы возможности созданной системы на примере проведения ПЦР в режиме реального времени в микрореакторах чипа и показано, что при начальном содержании целевой ДНК в пробе ~10^4 копий для получения положительной идентификации требуется всего 14 мин. Показано, что созданная система позволяет регистрировать кинетику биохимической реакции взаимодействия катехоламинов с красителем NBD-F, и приведены результаты изучения реакции дериватизации катехоламинов с образованием флуоресцирующих продуктов в микрореакторах чипа в зависимости от рН реакционной смеси и температуры.
Бесплатно
Статья
Изучение литературных данных показывает, что одним из перспективных методов анализа ДНК является метод капиллярного электрофореза на микрочипе. Многие компании и фирмы уделяют внимание разработке микрочиповых технологий и приборов для экспресс-анализа биологических веществ. При создании микрочиповых устройств и систем прослеживаются тенденции получения многоканальных приборов, интеграции в микрочипы вспомогательных элементов, встраивания микрочиповых устройств в аналитические приборы (микроскопы высокого разрешения, масс-спектрометры и т. д.). Одной из проблем при разработке методик анализа ДНК на микрочипе является выбор и синтез сепарационной матрицы, позволяющей получить эффективное разделение фрагментов. Приведены результаты исследований по синтезу полидиметилакриламида с заданными свойствами. Обсуждены данные, полученные при электрофоретическом разделении смеси маркеров молекулярного веса ДНК на стеклянном микрочипе с разными характеристиками сепарационной среды
Бесплатно
Моделирование процессов тепло- (массо-) переноса в микроканалах при чип-реализации электрофореза
Статья научная
В работе анализируется роль этапа математического моделирования процессов переноса тепла и вещества для решения общей задачи разработки микрофлюидной аналитической системы и проведения на ней химического и биологического анализа. Среди множества задач моделирования выделена следующая: исследование эффективности способов управления анализом многокомпонентных смесей химических и биологических веществ при чип-реализации электрофореза. Также рассмотрены сопутствующие вопросы, связанные с оптимизацией различных стадий анализа, включая обработку информативных сигналов.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена оптимизации микрофлюидной аналитической системы (МФАС), предназначенной для осуществления полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РВ) в стеклянно-кремниевом микрочипе, содержащем 16 микрореакторов объемом 1.3 мкл каждый. Приведены оценки методов модифицирования поверхности микрореакторов и доказано, что предложенное полимерное покрытие на основе полиметилметоксисилоксана позволяет предотвратить ингибирование ПЦР. Предложенная методика модифицирования позволила создать высокий контактный угол смачивания кремниевой поверхности водой и значительно снизить время подготовки микрочипа к анализу. Проведенные оценки показали, что созданная мультиреакторная ПЦР-МФАС позволяет осуществлять определение ДНК методом ПЦР-РВ с эффективностью, равной теоретическому пределу.
Бесплатно
На пути к новому поколению аналитических приборов
Статья
В данном разделе очередного выпуска журнала "Научное приборостроение" помещены материалы одного из заседаний семинара (С.-Петербург, 3 марта 2005 г.). Вступительное слово председателя семинара акад. Ю.А. Золотова.
Бесплатно
Экспрессное определение ДНК методом полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени
Статья научная
Статья посвящена оптимизации условий протекания полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени (ПЦР-РВ) в микрофлюидной аналитической системе. Проведено сравнение способов оценки температуры внутри микрореакторов и доказано, что контактный способ оценки температуры позволяет адекватно отразить температуру, достигаемую внутри микрореакторов микрофлюидного чипа. Проведена оптимизация режимов амплификации и показано, что сокращение времени поддержания температуры на стадиях термоциклирования позволяет значительно сократить время анализа без уменьшения чувствительности и значительного падения эффективности ПЦР. Показано, что определение 5 копий ДНК в микрореакторе составляет всего 18 мин.
Бесплатно
Электрокинетические потоки в микрофлюидных устройствах
Статья научная
Представлены экспериментальные результаты исследований электроосмотических потоков в микрофлюидных чипах. Выявлено, что химические и термические процессы при герметизации микрочипов оказывают влияние на свойства поверхности каналов, определяя величину подвижности электроосмотического потока. Показано, что способ обработки поверхности пластин перед герметизацией и материалы канализированной и защитной пластин микрофлюидного чипа влияют на характер изменения скорости электроосмотического потока.
Бесплатно
