场效应放大样品堆积行为仿真

龚晨， 梁斯佳， 周建光

(浙江大学 浙江大学智能系统与控制研究所， 浙江 杭州 310027)

将毛细管电泳小型化为平面微流控芯片具有分析时间短、样品量减少和电导率提高等多种优势，芯片上电泳的一个缺点是微通道的深度较小，约为10 μm，导致检测路径更短。与常规电泳相比，会降低片上电泳的检测灵敏度。通过将电泳分离与在线样品预富集方法[1]结合使用，可以大大提高检测灵敏度，如场效应放大的样品堆叠(FASS)[2-5]、离子浓度差极化(ICP)[6-9]和pH梯度聚焦[10]。在各种样品预富集方法中，FASS由于其简单性和易于实施性而最受欢迎。在FASS中，通过创建高浓度和低浓度电解质的相邻区域来建立背景电解质的电导率梯度。首先将样品分析物混入低电导率的背景电解质中。施加电场后，分析物会从低电导率区域迁移到高电导率区域，从而在整个电导率梯度上迁移。电导率梯度会在本地电场中建立一个梯度，与低电导率区域相比，这会导致分析物在高电导率区域(由于较低的局部电场)而缓慢迁移。电迁移速度的这种差异会导致分析物堆积在高电导率区域中。通常，在FASS中，堆积前后的分析物浓度明显小于背景电解质种类的浓度，因此，分析物不会影响电导率梯度。因此，如果pH和离子强度[11]对电解液的电泳迁移率的影响是，理想的浓度增加等于高电导率电解质和低电导率样品的电导率之比。实验证明，FASS可使片上电泳的检测灵敏度提高1 000倍[12]。在理论上，如果没有分子扩散和不均匀的流体流动，则FASS中的样品分析物迁移到高电导率区域后会立即达到其最大允许浓度。……