基于微液滴纸喷雾离子化的“质谱传感器”的构建与应用

发布时间：2017-06-20 03:11

  本文关键词：基于微液滴纸喷雾离子化的“质谱传感器”的构建与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：开发高选择性、高灵敏度和快速时间响应的分析方法是对复杂微环境进行化学监测的前提。但是,目前常用的电化学和光学传感器往往针对已知物,并且分析物需要具备相应的响应活性。质谱作为一种免标记、分子特异性、灵敏的通用分析方法,将其发展为传感器显然具有重要的研究价值。本文以连续微液滴的纸喷雾离子化为基础,构建了一种新型的“质谱传感器”,同时与微流控技术结合建立在线集成分析平台,并利用这些方法开展相关生命分析化学应用研究:首先综述并分析了微液滴系统、微流控技术和质谱分析等领域的发展状况和技术瓶颈,论证构建“质谱传感器”的意义。以重力和静电作用作为推动力,提出了一种新的亚微升级大小液滴生成和在线纸喷雾离子化质谱分析方法,并研究了影响微液滴大小和时间间隔的因素。每一个微液滴均可在离子流图中产生一个独立的峰。这一“质谱传感器”成功用于胺醛缩合反应的监控和水果中分子的直接分析和定位,从而初步表明了其应用前景。进一步,利用更细的毛细管产生更小的液滴,同时引入微透析单元,建立微透析-纸喷雾离子化-质谱分析系统。此外,二氧化硅包被的纸基质使纸喷雾离子化性能得到显著提升。对于体积为50 nL的微液滴,方法最高分辨率可以达到约1.5 s。细胞培养液中葡萄糖浓度的在线监控得以实施,并以激素对其的调控作为模型开展研究。为了建立自动化、在线的多通道微流控芯片-质谱分析平台,设计并制作了一套装置用于毛细管的微取样。毛细管的运动通过电脑编程,从而以微液滴的形式(体积一般几十纳升)从不同的微流控通道内吸取样品,样品之间被空气柱间隔。浓度梯度实验证明方法的可行性和分析性能后,利用质谱滴定法测定了非共价蛋白质-蛋白质复合物中结合常数。最后,引入细胞培养单元,以乳酸外排为例,通过在线微流控芯片-质谱分析平台研究细胞代谢。细胞代谢物的实时监控、药物对不同类型细胞差异化作用效果、药物的剂量-响应评价等三方面工作得以开展,展示了这一平台在细胞分析中的潜力。
【关键词】：质谱 纸喷雾离子化 微液滴 微流控芯片 细胞分析
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.63;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 主要符号对照表9-11
• 第1章 微液滴系统、微流控技术与质谱分析11-27
• 1.1 引论11
• 1.2 微液滴系统研究11-16
• 1.2.1 微液滴的产生13-14
• 1.2.2 微液滴系统的在线分析方法14-16
• 1.3 微流控技术与生命分析化学研究16-21
• 1.3.1 纸基微流控芯片16-19
• 1.3.2 微流控芯片与质谱的联用分析19-21
• 1.4 质谱离子化技术21-25
• 1.4.1 常态离子化21-24
• 1.4.2 纸喷雾离子化24-25
• 1.5 本研究主要内容和意义25-27
• 第2章 液滴连续生成和纸喷雾离子化质谱监控方法的建立与应用27-40
• 2.1 本章引论27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 材料和试剂28
• 2.2.2 液滴的产生28
• 2.2.3 纸喷雾离子化和质谱28-29
• 2.2.4 胺醛缩合反应的监控29
• 2.2.5 水果分析29-30
• 2.3 结果与讨论30-39
• 2.3.1 亚微升级大小液滴的产生30
• 2.3.2 液滴体积和时间间隔的控制30-33
• 2.3.3 模式分析物33-34
• 2.3.4 胺醛缩合反应的监控34-36
• 2.3.5 水果中分子的直接检测和定位36-39
• 2.4 小结39-40
• 第3章 纸喷雾离子化接口微取样液滴与质谱用于细胞培养的化学监控40-53
• 3.1 本章引论40-41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.2.1 材料与试剂41
• 3.2.2 微液滴产生和纸喷雾离子化质谱41-42
• 3.2.3 微透析单元的建立和整合42
• 3.2.4 细胞培养和在线化学监控42
• 3.3 结果与讨论42-52
• 3.3.1 微液滴产生42-44
• 3.3.2 纸喷雾离子化质谱性能与优化44-47
• 3.3.3 定量分析47-48
• 3.3.4 微透析提取效率48-49
• 3.3.5 细胞培养液的在线化学监控49-52
• 3.4 小结52-53
• 第4章 在线多通道微流控芯片-质谱及其在量化蛋白质非共价相互作用中的应用53-66
• 4.1 本章引论53-54
• 4.2 实验部分54-57
• 4.2.1 材料与试剂54
• 4.2.2 微流控芯片制作54-55
• 4.2.3 微流控芯片 -质谱平台构建和浓度梯度实验55-56
• 4.2.4 蛋白质分析56-57
• 4.3 结果与讨论57-65
• 4.3.1 多通道微流控芯片 -质谱分析性能57-58
• 4.3.2 苯丙氨酸 -瓜氨酸浓度梯度实验58-61
• 4.3.3 蛋白质非共价作用量化分析61-65
• 4.4 小结65-66
• 第5章 在线微流控芯片-质谱研究细胞代谢：以乳酸外排为例66-77
• 5.1 本章引论66-68
• 5.2 实验部分68-69
• 5.2.1 材料与试剂68
• 5.2.2 乳酸的纸喷雾离子化检测68
• 5.2.3 基于微流控芯片的细胞培养及其外排乳酸的质谱监控68
• 5.2.4 药物评价68-69
• 5.3 结果与讨论69-75
• 5.3.1 乳酸质谱分析条件的优化69
• 5.3.2 定量分析69-73
• 5.3.3 Hep G2细胞和MCF-7 细胞的乳酸代谢73-74
• 5.3.4 α-CHC对不同细胞作用效果的差异性74-75
• 5.3.5 α-CHC作用的剂量-响应信息75
• 5.4 小结75-77
• 第6章 结论77-79
• 6.1 研究总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-94
• 致谢94-96
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果96-99

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