|
Книга посвящена одному из
наиболее быстро развивающихся и перспективных направлений химического анализа
- методам с использованием принципиально новых аналитических приборов на
микрофлюидных чипах. Их применение обещает сокращение времени анализа, относительно
небольшую его стоимость, компактность приборов, очень малый расход реагентов и
др.
Эти методы уже находят
применение в исследованиях. Эта книга - первая на русском языке по этой
тематике. В ней собраны ранее опубликованные статьи российских авторов по
микрофлюидным аналитическим методам и приборам. Материал отражает современное
состояние в этой области аналитической химии.
Рассмотрены особенности
протекания аналитических реакций, процессов разделения и концентрирования в
микроканалах; освещены процессы генерации аналитического сигнала в
низкоразмерных системах; описаны модели тепло- и массопереноса и взаимодействия
веществ в микроканалах. Обсуждены технологии создания микрофлюидных чипов,
рассмотрены возможности создания устройств для пробоподготовки и практически
для всех современных методов разделения и концентрирования. Среди методов
анализа уделено внимание хроматографии и капиллярному электрофорезу (включая
их варианты, которые можно реализовать только в микропространстве),
спектроскопическим и электрохимическим методам анализа в микрофлюидных
устройствах. Отдельная глава посвящена анализу биологических и медицинских
объектов.
Содержание
| Предисловие |
| I. Введение в проблему и общие возможности |
| Золотов Ю.А. Аналитические схемы на чипе (микроприборы) | | 7 |
| Золотов Ю.А. На пути к новому поколению аналитических приборов | | 10 |
| Золотов Ю.А. Микрофлюидные системы как основа аналитических приборов нового типа | | 12 |
| Беленький Б. Г., Комяк Н.И., Курочкин В.Е., Евстрапов А. А., Суханов В. Л. Микрофлюидные аналитические системы | | 13 |
| Борзенко А. Г. Аналитические приборы: милли-, микро- и нано-горизонты | | 49 |
| II. Технология создания микрофлюидных чипов |
| Поздняков А. О., Евстрапов А. А., Лишевич И. В. Микрофлюидные устройства с точки зрения, технологии полимерных композитов | | 62 |
| Евстрапов А. А., Лукашенко Т. А., Горный С. Г., Юдин К. В. Микрофлюидные чипы из полиметилметакрилата: метод лазерной абляции и термического связывания | | 67 |
| Евстрапов А.А., Поздняков А. О., Горный С.Г., Юдин К.В. Формирование края микроразмерного канала в полиимидах методом лазерной абляции | | 80 |
| Рудницкая Г.Е., Евстрапов А. А. Микрочиповые устройства для полимеразной цепной реакции. Основные принципы ПЦР. Конструкция и материалы микрочипов | | 86 |
| Evstrapov A. A., Esikova N.A., Rudnitskaja G.E., Antropova T. V. Application of porous glasses in microfluidic devices | | 107 |
| III. Математическое моделирование микрофлюидных чипов |
| Тупик А.Н., Евстрапов А. А. Исследования движения потоков вещества в микрофлюидных чипах | | 114 |
| Евстрапов А. А., Буляница А. Л., Рудницкая Г.Е., Беленький Б. Г., Петряков А. О., Курочкин В. Е. Особенности применения алгоритмов цифровой фильтрации электрофореграмм при анализе веществ на микрочипе | | 119 |
| Буляница А.Л., Евстрапов А.А., Рудницкая Г.Е. Метод моментов при расчете параметров каналов в микроразмерных системах | | 129 |
| Евстрапов А. А. Физические методы управления движением и разделением микрочастиц в жидких средах. I. Диэлектрофорез, фотофорез, оптофорез, оптический пинцет | | 144 |
| Буляница А. Л. Управление микропотоками вещества в канале микрофлюидного чипа с помощью регулируемых тепловых полей | | 169 |
| Буляница А. Л. Математическое моделирование в микрофлюидике: основные положения 177 Буляница А. Л. Моделирование процессов тепло- и массопереноса в микроканалах при чип-реализации электрофореза | | 199 |
| Буляница А. Л., Рудницкая Г.Е., Евстрапов А. А. Информативные сигналы при электрофорезе на микрочипе: математические модели и оценки | | 210 |
| Тупик А.Н., Рудницкая Г.Е., Лукашенко Т. А. Электрокинетические потоки в микрофлюидных устройствах | | 222 |
| IV. Разделение и концентрирование |
| Сляднев М.Н., Казаков В. А., Макаров Е.Д., Ганеев А. А., Москвин Л.Н. Микрофлюидная жидкостная система экстракции с химически индуцированным образованием трех фаз в потоке | | 230 |
| Моросанова Е.И., Зимин В.Н., Амеличев В. В., Годовицын И. В., Логинова К. А., Борзенко А. Г., Золотое Ю.А. Микрофлюидная система для сорбционного концентрирования и разделения | | 243 |
| Smirnova A., Mawatari К., Hibara A., Proskurnin M.A., Kitamori T. Micro-multiphase laminar flows for the extraction and detection of carbaryl derivative | | 249 |
| Смирнова А. П., Проскурнин М.А., Маватари К., Хибара А., Китамори Т. Исследования проточной экстракции при помощи термолинзовой микроскопии в микрофлюидных чипах на примере трис-(2-нитрозо-1-нафтолата) кобальта(III) | | 257 |
| Smirnova A., Shimura К., Hibara A., Proskurnin M.A., Kitamori T. Application of a micro multiphase laminar flow for extraction and detection of derivatized carbamate pesticides in microchip | | 271 |
| Smirnova A. P., Shimura K., Hibara A., Proskurnin M.A., Kitamori T. Pesticide analysis by MEKC on a microchip with hydrodynamic injection from organic extract | | 281 |
| V. Хроматография и электрофорез |
| Беленький Б. Г., Курочкин В. Е. Высокоэффективный капиллярный электрофорез и микрофлюидные чип-анализаторы. I. Приборы высокоэффективного капиллярного электрофореза | | 289 |
| Беленький Б. Г. Высокоэффективный капиллярный электрофорез и микрофлюидные чип-анализаторы. II. Микрофлюидные чип-анализаторы | | 307 |
| Беленький Б. Г. Новейшие методы капиллярного электрофореза | | 321 |
| Беленький Б. Г. Высокие технологии в микробиосепарации (по материалам обзора журнала "Electrophoresis", 2004) | | 360 |
| Проскурнин М.А., Нечаев М.А., Пирогов А. В., Шпигун О. А. Демонстрация возможности определения низкомолекулярных веществ (урацила и хромат-ионов) на приборе для электрофореза на микрочипах Shimadzu MCE-2010 | | 385 |
| VI. Спектроскопия |
| Sorouraddin H.M., Hibara A., Proskurnin M.A., Kitamori T. Integrated FIA for the determination of ascorbic acid and dehydroascorbic acid in a microfabricated glass channel by thermal lens microscopy | | 391 |
| Proskurnin M.A., Tokeshi M., Slyadnev M.N., Kitamori T. Optimization of the optical-scheme design for microchip-based photothermal lensing | | 400 |
| Proskurnin M.A., Slyadnev M.N., Tokeshi M., Kitamori T. Optimisation of thermal lens microscopic measurements in a microchip | | 408 |
| Проскурнин М. А., Пирогов А. В., Сляднев М. И., Борзенко А. Г., Золотое Ю. А. Сравнение возможностей термолинзового детектирования в капиллярах и микрофлюидных чипах | | 427 |
| Smirnova A., Proskurnin M.A., Bendrysheva S.N., Nedosekin D.A., Hibara A., Kitamori T. Thermooptical detection in microchips: from macro- to micro-scale with enhanced analytical parameters | | 436 |
| VII. Анализ биологических и медицинских объектов |
| Беленький Б. Г. Мультиплексная микродиагностика на основе биоузнавания: четыре поколения биосовместимых микрофлюидных систем | | 459 |
| Евстрапов А. А., Буляница А. Л., Курочкин В.Е., Петряков А. О., Рудницкая Г.Е., Сальникова Т. А., Алексеев Я. И. Экспресс-анализ олигонуклеотидов на планарном микрофлюидном чипе | | 467 |
| Евстрапов А. А., Рудницкая Г.Е., Петухова Н.А. Микрочиповые технологии в биологических исследованиях. Экспресс-анализ ДНК: сепарационные матрицы для разделения ДНК | | 477 |
| Сляднев М.Н., Казаков В. А., Лаврова М.В., Ганеев А. А., Москвин Л.Н. Микрочиповая мультиреакторная система для биохимического анализа | | 496 |
| Сляднев М.Н., Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д. В., Крисько А. В., Ганеев А. А. Экспрессное определение ДНК методом полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени | | 509 |
| Сляднев М.Н., Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д. В., Крисько А. В., Ганеев А. А. Модифицирование поверхности микрореакторов микрофлюидного чипа для проведения полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени | | 516 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Начавшиеся в начале 1990-х
годов прошлого века, главным образом в Швейцарии, работы по созданию
аналитических приборов на микрочипах с использованием микрофлюидных систем
привлекли внимание и российских специалистов. Первые статьи на русском языке -
информационно-пропагандистского характера - были опубликованы в 1996-1997
годах (Ю.А. Золотов - 1996; Б. Г. Беленький и др. - 1997). Б. Г. Беленький даже
выступил с докладом о микрочипах на заседании президиума Российской академии
наук. Экспериментальные работы были развернуты главным образом в Институте
аналитического приборостроения РАН, затем также в Санкт-Петербургском
электротехническом институте (ЛЭТИ), Санкт-Петербургском и Московском
университетах, Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН.
Углублению работы в этом
направлении способствовали совместные работы участников "проекта" с зарубежными
коллегами (Т. М. Зимина), продолжительная работа молодых специалистов в Японии
(М. А. Проскурнин, М. Н. Сляднев, А. П. Смирнова). Организующую,
консолидирующую роль сыграл Семинар по микрочиповым технологиям,
организованный Московским университетом и Институтом аналитического
приборостроения РАН. Семинар заседал поочередно в Москве и Петербурге, было
проведено 12 заседаний; материалы некоторых заседаний были опубликованы,
большую организационную работу провел секретарь семинара А. Г. Борзенко.
За период с 1996 по 2009
гг. по рассматриваемому направлению российскими специалистами опубликовано
около 60 работ. Поскольку на русском языке нет пока ни одной книги по
микрофлюидным системам, казалось целесообразным собрать все эти публикации под
одной обложкой. Важность и перспективность микрочипового направления
аналитического приборостроения безусловно оправдывает этот паллиативный шаг.
Нелегко было найти принцип
расположения статей. Точнее говоря - выбрать между хронологическим
расположением и содержательным. Было решено принять принцип, основанный на
содержании публикаций.
Надо также отметить, что
некоторые участники "незримого коллектива", авторы статей этого сборника,
написали главы о микроаналитических приборах в новейшие вузовские учебники по
аналитической химии (М. А. Проскурнин, М. Н. Сляднев). Есть интересное
приложение к книге Эккерта "Химические сенсоры", написанное Т. М. Зиминой и В.
В. Лучининым.
В подготовке этой книги
основную роль сыграл докт. хим. наук М. А. Проскурнин - председатель Рабочей
группы по микрофлюидным системам Научного совета РАН по аналитической химии,
при активном участии канд. хим. наук М. Н. Сляднева и канд. техн. наук А. А.
Евстратова.
Ю. А. Золотов, В. Е. Курочкин
|
