表面改性微芯片电泳分离分析保健品中的功效成分.pdf
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1、 年 月 研究论文:收稿日期:共同第一作者通讯联系人:(夏凌);:(肖小华);:(李攻科)基金项目:国家自然科学基金面上项目(,);国家自然科学基金重点项目();广东省自然科学基金();广东省药品监督管理局项目():(,);();();()表面改性微芯片电泳分离分析保健品中的功效成分刘惠珍,陈雅莉,夏 凌,肖小华,李攻科(中山大学化学学院,广东 广州)摘要:微芯片电泳(,)分离效率高、试剂和样品消耗量少、易实现多操作单元集成,在食品、环境和药物等领域应用广泛。环烯烃共聚物(,)等聚合物微芯片材料成本低、制作简便,但电泳过程中通道表面易发生非特异性吸附,且电渗流不稳定,限制了其应用。这些不足可通
2、过 表面改性解决。本文采用静态涂层和动 静态涂层联合策略,研制通道表面改性 微芯片,结合激光诱导荧光(,)检测,发展了简单高效的 分离分析方法,用于保健品中功效成分检测。通过负电荷涂层微通道表面改性方法,可以提高 对阳离子氨基酸的分离效果,而通过动 静态涂层结合的微通道表面改性方法,可以提高 对阴离子氨基酸的分离效果。负电荷涂层由 微通道表面的疏水氨基酸吸附、戊二醛固定化和亲水氨基酸功能化构建,正电荷涂层由 微通道表面的缬氨酸吸附、羧基活化和乙二胺功能化构建,动态涂层通过向微通道引入含有羟丙基甲基纤维素与十二烷基硫酸钠的缓冲液自动形成。实验研究了表面改性微通道的理化性质和电泳分离的影响因素,并
3、将所建立的方法用于儿童保健品中赖氨酸和 氨基丁酸以及运动饮料中天冬氨酸与牛磺酸 的检测,儿童保健品中赖氨酸和 氨基丁酸的加标回收率为 ,相对标准偏差(),运动饮料中天冬氨酸与牛磺酸的加标回收率为 ,。分析结果与 方法的测定结果吻合,该法在保健品中氨基酸分离分析中有应用前景。关键词:表面改性;微芯片;电泳;环烯烃共聚物;保健品中图分类号:文献标识码:,(,):(),(),(),色谱第 卷 ,()(),(),引用本文:刘惠珍,陈雅莉,夏凌,肖小华,李攻科 表面改性微芯片电泳分离分析保健品中的功效成分 色谱,():,():;();微 芯 片 电 泳(,)的分析效率比普通毛细管电泳(,)高,且 系统试
4、剂和样品消耗量少、易于高度集成、有助于现场分析,在生物医学和药物分析、环境监测、法医调查和临床诊断等方面应用广泛。微芯片表面改性方法包括静态涂层改性和动态涂层改性。动态涂层通过在缓冲液中添加聚合物或表面 活 性 剂 改 变 电 渗 流(,)来实现,操作方便且过程可逆,但涂层容易脱落。静态涂层改性是电泳微芯片最有效的表面改性方法,涂层稳定且可提高电泳重现性。常见静态涂层改性方法包括紫外接枝法、等离子处理法和多层化学沉积法。采用阴离子静态涂层对微通道进行改性,能产生阳离子,用于阳离子分析物分离。保健品中常见的阳离子氨基酸有 氨基丁酸和赖氨酸。氨基丁酸是哺乳动物中枢神经系统中主要的抑制性神经递质,它
5、影响大脑发育,在促进神经元发育、预防失眠等方面发挥重要作用。口服赖氨酸能增加生长激素释放,有助于人体钙吸收和肾脏保护,增加骨胶原交联过程。阴离子静态涂层可提高 对阳离子氨基酸的分离效果,但不适用阴离子氨基酸分析。采用动 静态涂层结合的环烯烃共聚物(,)微通道表面改性方法,可提高 对阴离子氨基酸的分离效果。牛磺酸和天冬氨酸等阴离子氨基酸常作为有消除疲劳、提高记忆力等功效的保健品中的功效成分。牛磺酸是重要神经递质、抗氧化剂,能调节葡萄糖和脂质,影响能量代谢,常被添加到婴儿食品和运动饮料中,是合法的食品添加剂。天冬氨酸是有酸性侧链的蛋白源性氨基酸,能刺激神经元受体,是哺乳动物大脑中主要兴奋性神经递质
6、,它参与葡萄糖生成,可维持正常能量代谢,对瞬时脑力劳动负荷后能量修复有积极作用。氨基丁酸和赖氨酸常用检测方式包括高效液相色谱法()、比色法、荧光传感器检测、电化学检测、等。而牛磺酸和天冬氨酸检测方法有色谱法、电化学法、第 期刘惠珍,等:表面改性微芯片电泳分离分析保健品中的功效成分核磁共振法等。本研究采用光学性能好、惰性且低成本的 作为 芯片基底材料,在 微芯片通道表面通过疏水氨基酸吸附、戊二醛(,)固定化和亲水氨基酸功能化构建静态涂层,提高阳离子分析物的 分离效果,结合激光诱导荧光(,)检测,用于儿童保健品中赖氨酸与 氨基丁酸 分离分析;采用动 静态涂层结合微芯片通道表面改性方法,通过缬氨酸吸
7、附、羧基活化和乙二胺(,)功能化在 微通道构建静态涂层,向 微 通 道 引 入 含 有 羟 丙 基 甲 基 纤 维 素(,)与十二烷基硫酸钠(,)的缓冲液形成动态涂层,提高阴离子分析物 分离性能,结合 检测,用于运动饮料中天冬氨酸与牛磺酸的分离分析。实验部分 仪器与试剂 高压电源(美国 公司);摄像机和 倒置荧光显微镜(日本尼康株式会社);电子天平(上海天平仪器厂);数控雕刻机(深圳市捷丰泰科技有限公司);自制 检测器(由 激光二极管、二色镜、长通滤波器和 雪崩光电二极管构成);多 功 能 数 据 采 集 卡(,);高效液相色谱仪(日本岛津株式会社);高速冷冻离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限
8、公司);射 线 光 电 子 能 谱 仪(,赛 默 飞,美 国);接触角测量仪(克吕士,德国);冷场发射扫描电镜(,日本电子株式会社,日本)丙氨酸(,(纯度,下同)、缬氨酸(,)、亮氨酸(,)、异亮氨酸(,)、甲硫氨酸(,)、脯氨酸(,)、色氨酸(,)、苯丙氨酸(,)、天冬氨酸(,)、氨 基 丁 酸(,)、赖氨酸(,)、精氨酸(,)和 牛 磺 酸(,)购于百灵威科技有限公司(北京)。乙基(二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(),)、羟 基 琥 珀 酰 亚 胺(,)、硼砂()和()、磷酸二氢钠()、氢氧化钠()与乙腈(色谱级)购于阿拉丁试剂有限公司(上海)。氟硝基,苯并恶二唑(,)、(,)购于上海麦克
9、林生化有限公司(上海)。()购于 生命科学有限公司(上海)。磷酸盐缓冲液(,()购于赛国生物科技有限公司(广州)。碳酸氢钠()、()、三水合乙酸钠和甲醇(色谱级)购于广州化学试剂厂,实验用水均为由 纯化系统得到的超纯水()。色谱柱(,北京 科技有限公司)。儿童保健品(压片糖果)和运动饮料购于零售店。微芯片制作 微芯片通过数控铣床机械雕刻法建立微通道,使用打孔器打孔,通过热压技术封装构建,详细制作过程参考文献。微芯片通道网络设计如图,包括 个通道段,所有通道均宽 ,深 ;分离通道长 ,其他 个通道长 。微通道雕刻完成后在 个通道端处打孔,乙醇超声洗净后于 烘干。然后将其置于 烘箱中热压 封装构建
10、微芯片。将 离心管盖打孔后作为储液池,使用由 溶解到甲苯中制作成的胶水将储液池连接到 个孔处,放置过夜。表面改性和表征 负电荷涂层 微通道表面负电荷涂层通过疏水氨基酸吸附、固定化、亲水氨基酸功能化构建,如图。首先,将 (质量分数)疏水氨基酸 溶液充满通道,室温静置 后用蒸馏水冲洗所有通道,烘干;其次,将 ()水溶液充满通道,室温静置 后用蒸馏水冲洗所有通道,烘干;最后,将 (质量分数)亲水氨基酸 溶液充满通道,室温静置 后用蒸馏水冲洗所有通道,烘干制得微芯片,保存备用。色谱第 卷图 ()芯片电泳、()负电荷涂层及()正电荷涂层 表面改性过程的示意图 (),()():;:;:();:;:通过 表
11、征改性 芯片表面基团。通过接触角测量仪测量接触角研究 表面亲水性。在具有负电荷涂层 微通道内充满含有 标记氨基酸混合物的 硼砂缓冲液()并静置 ,用去离子水冲洗 后检测,用倒置荧光显微镜拍摄 微通道照片,使用 处理图片得到荧光强度图,通过荧光强度研究 表面吸附情况。通过 表征改性前后微通道表面平整度。正电荷涂层 微通道表面正电荷涂层通过 吸附、羧基活化、功能化构建,如图。首先,将 (质量分数)溶液充满通道,室温静置 后用蒸馏水冲洗所有通道,烘干;其次,将含有 (质量分数)的 溶液充满通道,室温静置过夜后用蒸馏水冲洗所有通道,烘干;最后,将 (质量分数)溶液充满通道,室温静置 后用蒸馏水冲洗所有
12、通道,烘干制得微芯片,储存备用。动态涂层通过将含有 (质量分数)和 (质量分数)的 硼砂缓冲液引入 通道自动形成。通过 表征改性 芯片表面基团,通过接触角测量仪测量接触角研究 表面亲水性。在 微通道内充满含有 标记 与 的 硼砂缓冲液(),静置 ,用去离子水冲洗 后检测,研究吸附性能。实验方法 依次用水和缓冲液冲洗微芯片通道 。将样品溶液置于储液池,将缓冲液先填充到其余储液池中,采用门控进样模式将样品进样到分离通道中。然后在储液池 和 处施加高电压形成稳定样品流;随后,将储液池 处高电压切换到接地,实现样品进样,进样时间为 ;进样完成后马上在储液池 和 处施加电压(),为分离通道提供合适电场,
13、实现电泳分离。或在储液池 和 处施加高电压形成稳定样品流;随后把储液池 处高电压切换到接地,实现样品进样,进样时间 ;进样完成后马上在储液池 和 处施加高电压,实现电泳分离。通过 检测器检测样品,通过 和 数据分析工具分析得到的电泳图。样品制备 儿童保健品:精确称量 研磨后的儿童保健品,溶解在 纯水中,涡旋混合 ,超声波辅助萃取 ,萃取液以 转速离 第 期刘惠珍,等:表面改性微芯片电泳分离分析保健品中的功效成分心 ,上清液用 膜过滤后,滤液待测。运动饮料:取 样品用 膜过滤后,滤液待测。标准品衍生化:将 甲醇溶液分别加入 不同质量浓度的()、()、()及()溶液中,水浴反应 ,冷却至室温后,储
14、存在 备用。样品衍生化:将 甲醇溶液加到 待测液中,衍生化方法同上。图 ()静态涂层改性 表面 光谱图,()、()、()峰拟合图,()负电荷涂层 板上接触角,()微通道中空气水界面轮廓图以及静态涂层()涂覆前和()涂覆后 通道表面对氨基酸的吸附 ()(),(),(),()(),()():液相色谱方法保健品中 和 采用 标准方法,做对比实验。流动相为 乙酸钠水溶液乙腈(,)。采用 色谱柱作为分析柱,进样体积 ,柱温为 ,流速为 ,紫外检测波长为 。和 采用 法做对比实验。流动相为 磷酸二氢钠水溶液(质量分数为的氢氧化钠溶液调节 至 )乙腈(,)。采用 色谱柱作为分析柱,进样体积 ,柱温为 。流速
15、为 ,紫外检测波长为 。结果与讨论 静态表面改性微芯片 改性微芯片的性能表征 通过疏水氨基酸(以 为例)吸附、固定化、亲水氨基酸(以 为例)功能化在 通道表面构建 层静态涂层。通过 表征确定其是否成功涂覆在 表面,并考察了静态涂层改性微芯片表面亲水性和抗吸附性能。涂层表征 为确定 静态涂层改性 微芯片表面的元素组成,进行了 表征。如图,、和 的特征峰分别出现在 、和 处。根据其化学结构,峰被拟合为 个成分。如图,、和 处主要成分分别来自碳碳单键()、碳氮单键()以及羧基()中的碳,峰被拟合为 色谱第 卷个成分。如图,处主要成分来自 中的氮。如图,峰被拟合为 个成分。其中 和 处主要成分分别来自
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