Диссертация (Миниатюризация циклического инжекционного фотометрического и флуориметрического анализа), страница 3

Воспроизведено из [52] с изменениями.ВкачествеАналитическиедетекторавозможностииспользовалифотоумножительнуюразработанногоустройстватрубку.былипродемонстрированы на примерах определения мочевой кислоты в плазме крови имоче, и пероксид бензоила в муке. В основе определения в обоих случаях лежалоизменение интенсивности хемилюминесценции люминола. В случае определения15мочевой кислоты взаимодействие с люминолом происходило в присутствииферроцианида калия. Расход пробы составил 160 нл на один анализ.БылоразработаномикрофлюидноеустройствоПИАсрентгено-флуоресцентным детектированием (Рисунок 6) [53]. Микрофлюидное устройствобыло изготовлено из кварцевого материала и имело простую топологию: два каналадля подачи растворов и прямой канал для детектирования. Каналы микрочипаимели прямоугольное сечение, размером 100 × 40 мкм. Аналитическиевозможности разработанного устройства были продемонстрированы на примереопределения Zn в стандартных растворах.

Расход пробы на один анализ составил80 мкл.Рисунок 6. Топология микрофлюидного устройства ПИА (а). Сечение каналамикрофлюидногоустройства(б).Схемасистемыдетектирования(с).Воспроизведено из [53] с изменениями.Для определения активности β-глюкоцереброзидазы в фибробластах иэпителиальных клетках разработано микрофлюидное устройство проточноинжекционного анализа с флуориметрическим детектированием (Рисунок 7) [54].Микрофлюидное устройство былоизготовлено при помощи технологиифотолитографии и литья по полученной микрофабрикованной форме изполидиметилсилоксана.

Смесительный канал, выполненный в форме меандра,имел следующие геометрические параметры: ширина – 300 мкм, глубина – 50 мкм,длина – 1 м. Длина смесительного канал 1 м обеспечивала эффективноеперемешивание растворов в ходе аналитической реакции. Система детектированиясостояла из спектрофлюориметра и источника возбуждающего излучения (длина16волны 320 нм), кварцевые оптические кабели которых были закреплены нарасстоянии 600 мкм от канала для детектирования. Суммарный объем реакционнойсмеси в зоне детектирования составлял 7,5 нл.Рисунок 7.

Микрофлюидное устройство проточно-инжекционного анализа дляфлуориметрическогоопределенияактивностиβ-глюкоцереброзидазы.Воспроизведено из [54] с изменениями.Другоемикрофлюидноеустройстворазработанодляпроточно-инжекционного флуориметрического определения ионов аммония в дождевой иречной водах (Рисунок 8) [55]. Устройство было изготовлено при помощитехнологии фотолитографии и литья по полученной микрофабрикованной формеиз полидиметилсилоксана. Микрофлюидное устройство обладало Y-образнойтопологией, ширина каналов составляла 600 мкм, глубина – 80 мкм. В прямомканале устройства (длина 45 мм) были изготовлены V-образные препятствия дляувеличения эффективности перемешивания растворов в потоке. Растворы подавалив каналы микрофлюидного устройства при помощи шприцевого насоса.

В основеопределения ионов аммония лежала реакция их взаимодействия с ортофтальальдегидом в присутствии сульфита натрия. В качестве источника светаиспользовали светодиод, детектором служила фотоумножительная трубка. Длина17волны возбуждающего излучения составляла 365 нм, максимум флуоресценциисоответствовал 425 нм. Детектор располагали напротив источника света, поэтомудля предотвращения попадания в него возбуждающего излучения использовалисветофильтр (360 ± 12 нм).Рисунок 8. Топология микрофлюидного устройства для проточно-инжекционногофлуориметрического определения ионов аммония. Воспроизведено из [55] сизменениями.В работе [56] описано микрофлюидное устройство проточно-инжекционногоанализа для флуориметрического определения ионов свинца (II) в воде.Микрофлюидное устройство было изготовлено при помощи технологиифотолитографии и литья по полученной микрофабрикованной форме изполидиметилсилоксанаиобладалоY-образнойтопологией(Рисунок9).Оптоволоконные кабели источников возбуждающего излучения и детектора былизакреплены на микрофлюидном устройстве.

В качестве источников светаиспользовали два одинаковых светодиода, расположенных на одной оси с двухсторон от оптического канала, длина волны возбуждающего излучения составляла365 нм. Детектор – фотоумножительную трубку, располагали под углом 90градусов относительно источников света. Для селективного определения ионов18свинца (II) использовали реагент Calix-DANS4. В основе определения лежалэффект тушения флуоресценции реагента в присутствии аналита.Рисунок 9. Схема проточно-инжекционного флуориметрического определенияионов свинца (II) в воде.

Воспроизведено из [56] с изменениями.Для определения ионов железа (III) в природных водах было разработаномикрофлюидное устройство проточно-инжекционного фотометрического анализас T- образной топологией (Рисунок 10) [57]. В основе фотометрическогоопределения лежала реакция комплексообразования ионов железа (III) с нитрозор-солью в среде ацетатного буферного раствора (рН=5,0). Максимум оптическойплотности, образующегося комплекса, соответствует длине волны 720 нм.

Каналымикрофлюидного устройства (ширина – 200 мкм, глубина – 50 мкм, длина – 20 мм)были изготовлены при помощи технологий лазерной фотоабляции на пластине изполиметилметакрилата. Герметизировали каналы при помощи склеиванияпластины из ПММА с пластиной из полидиметилсилоксана (ПДМС). В ПДМСпластине располагали оптический канал (длина оптического пути 10 мм), с двухсторон которого располагали оптоволоконные кабели источника света и детектора,в качестве которых использовали вольфрамовую лампу и портативныйспектрометр.

Растворы пробы и реагента подавали в каналы микрофлюидногоустройства при помощи перистальтического насоса со скоростью 30 мкл/мин.19Производительность анализа составила 40 проб в час. Объем пробы на один анализсоставил 5 мкл.Рисунок 10. Схема проточно-инжекционного определения ионов железа (III) вприродных водах на микрофлюидном устройстве: 1, 2, 3 – каналы для ввода пробы,буферного раствора, раствора реагента, соответственно; 4 – кран-переключатель; 5– перистальтический насос; 6 – источник света; 7 – детектор; 8 – сброс растворов.Воспроизведено из [57] с изменениями.В статье [58] проводили сравнение эффективности использования ПДМСмикрочипов с Т-образной и Y-образной топологиями каналов для подачи растворовв устройство на примере иммуноферментного определения алкилфенолполиэтоксилатов (АФЭ) в воде (Рисунок 11).

ПДМС-микрочипы изготавливали сприменениемтехнологиифотолитографииилитьяпополученноймикрофабрикованной форме, ширина каналов составляла 1,5 мм, глубина – 80 мкм.Подачу растворов в каналы микрочипа осуществляли при помощи шприцевыхнасосов со скоростью 40 мкл/мин. Для иммуноферментного определения АФЭиспользовали два подхода.

В первом случае, антитела для AФЭ иммобилизировалинепосредственно в канале чипа, длина которого составляла 35 мм, за счетадсорбции на поверхности ПДМС. Этот подход реализовали в микрочипе с Тобразным расположением каналов подачи растворов. Во-втором случае, антитела20для AФЭ иммобилизировали на поверхности микрогранул, которые помещали вканал чипа. Данный подход применяли в микрочипе с Y-образной топологией.Рисунок 11. Топология микрочипа с Т-образным расположением каналов подачирастворов (а). Топология микрочипа с Y-образным расположением каналов подачирастворов (б).

Воспроизведено из [58] с изменениями.В качестве источника света использовали изготовленный авторамисветодиод, излучающий свет на длине волны 546 нм. Детектором служилфотодиод,такжеизготовленныйавторами,передкоторымрасполагалисветофильтр (545 ± 10 нм) для предотвращения попадания излучения от источникасвета. Интенсивность флуоресценции резоруфина детектировали на длине волны586 нм.В результате сравнения двух подходов, авторы пришли к заключению, чтопроизводительность анализа на чипе с Y-образной топологией и использованиеммикрогранул с иммобилизированными антителами значительно сокращает времяанализа по сравнению с чипом Т-образной топологии, где производилииммобилизацию в канале чипа.

Время анализа в первом случае составляло менее10 минут, во втором 3 часа.В последнее время наибольшее распространение среди микрофлюидныхустройств ПИА получила топология с Y-образным расположением каналов подачирастворов в устройство. Так, в [45] авторы разработали микрофлюидный чип,изготовленный из ПДМС с фотометрическим детектированием для определенияфосфат-ионов в природных водах по реакции с малахитовым зеленым (Рисунок 12).21Рисунок 12. Топология микрофлюидного чипа с Y-образным расположениемканалов подачи растворов для определения фосфат-ионов в природных водах пореакции с малахитовым зеленым: вид сверху(a), вид сбоку (б).

Воспроизведено из[45] с изменениямиПДМС-микрофлюидный чип изготавливали при помощи технологиифотолитографии и литья по полученной форме. Топология устройства включала всебя два канала для подачи растворов, смесительный канал (длина 33,4 см) и каналдля сброса растворов. Ширина и глубина каналов составили 1,5 мм и 80 мкм,соответственно. Подачу растворов в микрофлюидное устройство осуществлялипри помощи двух шприцевых насосов со скоростью 50 мкл/мин. При помощипервого шприцевого насоса в микрофлюидное устройство подавали непрерывныйпоток раствора носителя – 0,35 М раствор серной кислоты, в которыйинжектировали 100 мкл пробы, содержащей фосфат-ионы.

При помощи второгошприцевого насоса, подавали смешанный раствор реагента (2,2∙10-4 М раствормалахитового зеленого; 0,11 М молибдата аммония; 1,3 М серной кислоты).Аналитическаяреакцияпроходилавсмесительномканале,приэтомперемешивание растворов происходило за счет диффузии. В качестве источникасвета использовали изготовленный авторами светодиод (длина волны 612 нм),детектором служил фотодиод, также изготовленный авторами, с максимальнойчувствительностью в диапазоне 600 – 700 нм. Источник света и детекторрасполагали напротив друг друга, длина оптического пути составляла 5 мм.22Производительность анализа составила 10 проб в час. Расход пробы составил 100мкл на один анализ.Для проточно-инжекционного фотометрического определения Fe (III) пореакции с норфлоксацином в природных водах был разработан микрофлюидныйчип с Y-образным расположением каналов подачи растворов (Рисунок 13) [59].Рисунок 13.

Схема проточно-инжекционного фотометрического определения Fe(III) по реакции с норфлоксацином на микрофлюидном чипе: 1 – каналы для вводарастворов пробы, 2 – канал для ввода раствора норфлоксацина, 3 – канал для вводаацетатного буферного раствора (рН=4,0), 4 – кран-переключатель, 5 – микроперистальтический насос, 6 – микрочип, 7 – светодиод, 8 – спектрометр, 9 – сброс,10, 11 – каналы для подачи растворов в чип, 12 – смесительный канал, 13 – каналдля сброса растворов. Воспроизведено из [59] с изменениями.Разработанный микрофлюидный чип состоял из двух различных полимерныхпластин: пластины из ПММА, в которой методом лазерной абляции былиизготовлены каналы устройства и покровной пластины из ПДМС.