Функциональные элементы микроаналитических систем и некоторые инженерные решения по их реализации

3.3 Функциональные элементы микроаналитических систем и некоторые инженерные решения по их реализации

Рассмотрим какие основные функциональные элементы необходимо
миниатюризировать при переходе к микроаналитической системе для
ее функционирования: модули для автоматического забора пробы,
система резервуаров для носителей, реагентов и проб; система терми-
ческой активации (нагреватель, датчиктемпературы); пробоподготов-
ки, химической или термической обработки; система транспорта жид-
кой или газообразной среды-носителя и раствора аналита; система до-
зирования, сепарации компонентов пробы за счет межфазного
распределения или разности подвижности в поле потенциальных сил,
идентификации компонентов (сенсор или линейка сенсоров, детек-
тор), утилизации или накопления продукта, первичного структуриро-
вания информации и, наконец, система передачи данных, в том числе
дистанционной (рис. 3.3).

Применение принципов поточ но-инжекционного анализа обеспе-
чивает непрерывность работы микроаналитической системы, которая
характеризуется использованием проточной системы доставки ресур-
сов, непрерывно восполняемых и заменяющих ручное манипулирова-
ние аналитика. Скорость функционирования при этом ограничивает-
ся, главным образом, диффузионным фактором, который сведен до ми-
нимума благодаря малым величинам путей миграции компонентов
анализа до места реакции. Адресный транспорт компонентов анализа
часто осуществляется с помощью капиллярного электрокинетическо-
го эффекта. Выбор этого типа транспорта определяется особенностя-
ми электрокинетического течения жидкости в капилляре, вызываемо-
го движением двойного электрического слоя в электрическом поле,
прежде всего характерным плоским профилем линейной скорости по-
тока в поперечном сечении капилляра. Несмотря на относительно
низкий коэффициент полезного действия (менее 30 %), что является
существенным недостатком, электрокинетический насос, будучи не-
механическим капиллярным устройством, обладает практически бес-
конечной топологической гибкостью. Недостатком является необхо-
димость обеспечения высокой напряженности электрического поля и
требование низкой электролитической проводимости среды,
то есть низкой концентрации солевого буфера, что может быть недос-
таточно для стабилизации биомолекул.

Рис. 3.3. Эскиз гибридно-интегральной микроаналитической системы:

1 — подложка; 2 — герметизирующая крышка;

3 — резервуар для пробы и ее первичной обработки; 4 - реактор; 5 - смеситель;

6 — узел сепарации компонентов пробы за счет межфазного распределения или разности подвижности в ноле потенциальных сил ;

7 - узел идентификации компонентов (сенсор или линейку сенсоров, детектор;

Рекомендуемые материалы

8 - термостат; 9 - емкости для реагентов;

10 - емкость для утилизации или накопления продукта;

11 — емкость для рабочей жидкой среды; 12 - интерфейс к модулю первичного структурирования информации и передачи данных, в том числе дистанционному

Электрофоретический принцип движения также является гибким
и удобным способом адресной доставки компонентов анализа к месту
осуществления его очередной стадии. Наряду с немеханическими насо-
сами, имеются разработки в области микромеханических насосов и
клапанов, которые еще не нашли достаточно широкого применения в
микроаналитических системах, но имеют хорошие перспективы при
создании их интегрированных вариантов. Основные функциональные
элементы микроаналитических систем и принципы их реализации при-
ведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Основные функции, принципы их реализации и конструктивно-технологические решения микроаналитических систем

Для реализации приведенных в таблице 3 модулей, функций и кон-
структивных решений необходимы современные микротехнологии и
понимание принципов масштабирования и миниатюризации, исполь-
зуемых при создании гибридно-интегральных аналитических
микросистем.