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自由流电泳是一种独特的半制备型分离技术。在20世纪九十年代微机电加工技术的推动下,自由流电泳芯片逐渐向微型化方向发展。由于自由流电泳芯片的分离腔室无需固相支持介质,同时兼备可连续性操作、分离条件温和、样品用量少、可自动化等诸多特点,所以备受研究者的欢迎。然而,要想使该技术得到成熟应用,甚至胜任空间生物样品处理的任务,解决自由流电泳芯片的性能稳定性问题是关键所在。因此,在国家重大科学仪器专项项目的支持下,本课题希望研制一个性能稳定的、能用于分离蛋白质和核酸的自由流电泳芯片,为生物样品的分离纯化提供新的技术平台。本课题开展了以下三方面的实验研究:(1)研制了一个性能稳定的玻璃基自由流电泳芯片。通过COMSOL Multiphysics3.5a仿真软件的模拟,首先确定芯片分离腔室的几何结构;从水被电解产生的气泡对芯片分离稳定性的影响的角度进行实验,最终确定基本上解决气泡干扰问题的自由流电泳芯片模型;通过电流监控法,以一字形通道玻璃基微流控芯片考察羟甲基纤维素动态涂层对电渗流的影响,确定0.5%(w/w)的羟甲基纤维素浓度为抑制电渗流的合适条件,然后将该条件运用到自由流电泳芯片,得到的结果表明:羟甲基纤维素动态涂层减弱了电渗流所引起的水力展宽现象,提高了芯片的分离分辨率。(2)优化了自由流电泳芯片的电泳条件。以FITC-BSA:FITC-溶菌酶:FITC-胃蛋白酶=1:1:1(v:v:v)混合物为待分离样品,通过从电场强度、样品流速和缓冲液pH三个方面的考察,最终确定该芯片的合适电泳条件:电场强度为81.82V/cm,样品流速为3μl/min,缓冲液为pH=5。(3)实现了在自由流电泳芯片中分离纯化蛋白质和核酸。在自由流电泳芯片中,不仅实现了标准蛋白质与DNA(BSA、溶菌酶和小牛胸腺DNA)的分离,而且也达到分离细胞提取物(Jurkat细胞全蛋白与小牛胸腺DNA混合物)的目的。此外,通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和DNA琼脂糖凝胶电泳两种方法对收集到的芯片分离物进行离线检测,得到的结果表明,该自由流电泳芯片对蛋白质和核酸有较好的分离效果。本课题成功研制一个性能稳定的、能用于分离蛋白质和核酸的玻璃基自由流电泳芯片。这样的新研究成果将有望为临床医学上的生物样品处理提供有利的支持,为空间生命科学的研究提供帮助。