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研究生: 劉耿仁
論文名稱: 電泳晶片以鈀膜為導電界面的安培偵測系統: 針對樣品堆疊技術之研究
指導教授: 陳俊顯
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 109
中文關鍵詞: 電泳晶片鈀膜導電界面安培偵測場放大樣品堆疊技術
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  • 場放大樣品堆疊技術(field-amplified sample stacking, FASS)是將樣品溶於低導電度的溶液中(如純水),於施加電場下,因樣品區帶所感受到的電場強度較緩衝溶液區帶大,而達成樣品濃縮堆疊的效果。在進行FASS實驗時,低導電度區段的訊號會產生上飄或下降的現象而影響偵測。本研究的重點在於如何在安培偵測法的電泳晶片實驗中,將堆疊的樣品送往分離通道中作偵測,並且同時移除或降低低導電度區段的干擾。
    本研究採用三種不同通道設計的電泳晶片,結合鈀膜導電介面與安培偵測法來探討FASS濃縮技術。三種晶片的設計包括最典型的十字型通道與雙T型通道。進樣模式皆是施加正電壓於樣品槽(sample reservoir)、鈀膜為接地端;分離模式則是切換正電壓於緩衝溶液槽(buffer reservoir)、鈀膜接地。我們發現藉由簡單的設計,結合FASS的概念,可以產生訊號放大的效果。我們在緩衝溶液中添加陽離子型界面活性劑(cetyltrimethyl- ammonium bromide)降低通道中的電滲流,以改善樣品區帶寬度。實驗結果證實的確可以提高理論板數、降低樣品訊號寬度。在電泳晶片結合FASS技術的偵測表現方面,本研究針對神經傳導物質多巴胺(dopamine, DA)的偵測,放大倍率可達80倍左右且具有良好的訊號強度再現性(RSD: 2.3 %)與偵測極限(LOD: 5 nM, S/N = 3)。


    總目錄 第一章 毛細管電泳及電泳晶片的簡介 1 1-1 毛細管電泳技術的緣起 1 1-2 毛細管電泳分離的原理 5 1-2-1 電泳流(electrophoretic flow) 5 1-2-2 電滲流(electroosmosis flow) 6 1-2-2-1 電滲流原理與界面電位(zeta potential) 6 1-2-2-2 電滲流的控制 8 1-2-2-3 電滲流的流型(flow type) 11 1-3 粒子的遷移時間與遷移速率 12 1-4 毛細管電泳裝置簡介 13 1-5 電泳晶片(microchip)簡介 14 1-6 電泳晶片的發展現況 15 1-7 電泳晶片的基材簡介 21 1-8 電泳晶片的通道製作方法 22 1-9 電泳晶片的黏合方式 25 1-10 電泳晶片偵測技術的簡介 26 1-10-1 電化學偵測法 26 1-10-2 安培偵測法(amperometric detection) 27 1-11 導電界面的應用 28 第二章 毛細管電泳及電泳晶片的線上預濃縮技術 31 2-1 線上預濃縮(on-line preconcentration)技術簡介 31 2-1-1 場放大樣品堆疊法(field-amplified sample stacking, FASS) 32 2-1-2 大體積樣品堆疊法(large-volume sample stacking, LVSS) 33 2-1-3 間接酸鹼環境堆疊法(pH-mediated stacking, pH-MS) 35 2-1-4 掃集式濃縮法(sweeping) 36 2-2 其他預濃縮技術簡介 38 2-2-1 固相萃取法(solid-phase extraction, SPE) 39 2-2-2 薄膜預濃縮法(membrane preconcentration, mPC) 39 2-3 電泳晶片結合樣品預濃縮技術的相關文獻 40 2-4 樣品預濃縮技術中EOF對樣品區帶寬度的影響 43 2-5 樣品預濃縮技術中低導電度溶液對解析度的影響 44 2-6 樣品預濃縮技術對基線的影響 46 第三章 實驗部分 48 3-1 實驗藥品及器材 48 3-1-1 藥品 48 3-1-2 實驗器材與儀器設備 50 3-2 電泳晶片的製作 56 3-2-1 PDMS通道製作 57 3-2-1-1 矽晶片基模製作 57 3-2-1-2 矽基模表面凸起微結構的高度與寬度測量 58 3-2-1-3 PDMS的簡介與製作 60 3-2-1-4 PDMS通道製作的注意事項 62 3-2-2 電極的製作 62 3-2-2-1 玻璃片的清洗 62 3-2-2-2 光罩的製備 63 3-2-2-3 蒸鍍電極 64 3-2-3 電泳晶片黏合 66 3-2-3-1 電泳晶片黏合過程 67 3-2-3-2 電泳晶片黏合過程之注意事項 68 3-3 電泳晶片實驗流程 68 3-3-1 分析物與緩衝溶液配製 69 3-3-2 實驗系統架設 70 3-3-3 電泳晶片前處理 72 3-3-4 分析物填充方式 73 3-3-5 分析物進樣與分離模式 73 3-4 實驗參數選擇與探討 74 3-4-1 分析物氧化還原電位的判定 75 3-4-2 工作電極偵測電位的選擇 75 3-4-3 雙電極安培偵測系統的選擇 77 第四章 結果與討論 79 4-1 實驗研究緣起與動機 79 4-2 通道設計對FASS技術的研究 80 4-2-1 十字型通道結合FASS濃縮技術的探討 82 4-2-2 雙T型通道A結合FASS濃縮技術的探討:關於分離效果 87 4-2-3 雙T型通道B (縮短樣品槽到中央通道距離):訊號放大機制說明 91 4-3 電泳晶片的偵測表現(關於雙T型通道B) 96 4-3-1 訊號強度的再現性探討 96 4-3-2 收集效率探討 97 4-3-3 放大倍率的探討 99 4-3-4 偵測極限的探討 103 4-4 本章結論 104 第五章 參考文獻 105 圖目錄 圖1-1、(A)毛細管壁矽醇基(Si-OH)解離 (B)電雙層示意圖 8 圖1-2、毛細管內電滲流遷移率受溶液pH值的影響 9 圖1-3、(A)電滲流 (B)層流的流型剖面與相對應的溶質區帶 11 圖1-4、電滲流及電泳流對正負粒子遷移速率的影響 13 圖1-5、毛細管電泳裝置示意圖 14 圖1-6、(A)在2001年本實驗室提出以鈀為導電界面的電泳晶片 29 (B)不同電場強度下的背景雜訊值 29 圖2-1、FASS模式示意圖 33 圖2-2、LVSS模式示意圖 34 圖2-3、pH-MS模式示意圖 36 圖2-4、Sweeping模式示意圖 38 圖2-5、2001年Lichtenberg於電泳晶片提出full-column stacking技術 42 圖2-6、樣品預濃縮技術中EOF對樣品區帶寬度的影響示意圖 44 圖2-7、低導電度溶液量的多寡對解析度的影響 45 圖2-8、有無移除低導電度溶液對解析度的影響 46 圖2-9、樣品預濃縮技術對基線的影響 47 圖3-1、直流高電壓電源供應器與桌上型直流電源供應器的連接線路圖 53 圖3-2、控制樣品注入時間的計時器線路圖 55 圖3-3、矽基模上光阻、微影、去光阻過程 58 圖3-4、矽基模表面凸起微結構的高度與寬度測量 59 圖3-5、PDMS通道製作過程與結果觀察 61 圖3-6、蒸鍍電極時所用的光罩。(A)蒸鍍金工作電極的光罩 63 (B)蒸鍍鈀導電界面的光罩 63 圖3-7、真空蒸鍍過程示意圖 65 圖3-8、(A)氧氣電漿顏色 (B)電泳晶片黏合完成圖 68 圖3-9、本實驗的系統裝置圖 71 圖3-10、十字與雙T型通道的分析物進樣與分離模式 74 圖3-11、1 mM DA於100 mM MES (pH 5.50)的CV 75 圖3-12、本實驗室於2004年電泳晶片結合雙電極偵測模式所得的動態伏安圖 77 圖3-13、(A)單電極 (B)雙電極模式下,上游電極測得的DA與CA氧化電流訊號 78 圖4-1、探討FASS-CE-EC技術的三種通道設計 81 圖4-2、十字型通道:FASS進樣與分離模式 83 圖4-3、十字型通道:FASS的濃縮效能 84 圖4-4、十字型通道:FASS技術中EOF對樣品區帶寬度的影響 86 圖4-5、雙T型通道A:FASS進樣與分離模式 87 圖4-6、雙T型通道A:進樣秒數對分離效果的影響 89 圖4-7、雙T型通道A結合FASS技術的電泳圖 91 圖4-8、雙T型通道B:訊號放大機制說明圖 94 圖4-9、兩種雙T型通道的偵測靈敏度比較 95 圖4-10、雙T型通道B:分析物DA訊號強度的再現性 96 圖4-11、雙T型通道B:管柱內雙電極系統以FASS濃縮技術探討收集效率的電泳圖 99 圖4-12、十字型通道:nonstacking時,不同進樣秒數下的DA訊號強度變化圖 101 圖4-13、雙T型通道B:低濃度的DA電泳圖 103 表目錄 表1-1、控制電滲流大小的方法 10 表1-2、電泳晶片所能承受電場強度與鈀膜厚度的關係 30 表1-3、電泳晶片結合電化學偵測探討DA偵測極限之文獻列表 80 表1-4、電泳晶片結合FASS濃縮技術探討放大倍率之文獻列表 102

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