功能化微通道反應(yīng)器的研究進(jìn)展

李鳳喜 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心

一、引言

微通道反應(yīng)器是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由微米級(jí)（通常10~300微米）通道構(gòu)成的微反應(yīng)器。微通道反應(yīng)器也稱為微反應(yīng)器、微流控芯片、微芯片，其內(nèi)部微通道具有極大的比表面積，具有良好的傳熱、傳質(zhì)能力，具有試劑用量少、容易規(guī)模化集成和高通量反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)藥和精細(xì)化工等領(lǐng)域具有廣泛前景。

二、功能化微通道反應(yīng)器

功能化微通道反應(yīng)器是指通過(guò)物理或化學(xué)的方法，將具有不同功能的物質(zhì)負(fù)載在微通道反應(yīng)器的通道上，或者將具有不同功能的物質(zhì)與制備微通道反應(yīng)器的基材復(fù)合以后制成微通道反應(yīng)器，通過(guò)功能性物質(zhì)的修飾，賦予微通道反應(yīng)器不同的性能。

（一）使用功能化的材料制備微通道反應(yīng)器

陶呈安等[1]利用脂肪胺對(duì)石墨烯進(jìn)行改性得到親油性基團(tuán)修飾的石墨烯，然后加入有機(jī)硅氧烷的前驅(qū)體中，并加入有機(jī)硅氧烷交聯(lián)劑進(jìn)行混合，再將混合物加入含有到微流控芯片模板的器皿內(nèi)加熱固化，脫模后得到了石墨烯-聚有機(jī)硅氧烷復(fù)合材料微流控芯片。該微流控芯片適合作為光加熱平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用，加熱效果好、加熱快速高效，適用的光譜范圍寬。胡志遠(yuǎn)[2]提出了一種由全氟蓋片、全氟彈性薄膜和全氟基片組成的全氟聚合物微反應(yīng)器，適用強(qiáng)酸堿、有機(jī)溶劑、高溫等苛刻的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。其背景技術(shù)中記載了材料為全氟聚醚（PFPE）的微流控芯片，該芯片適用于DNA的有機(jī)合成。

（二）微通道反應(yīng)器進(jìn)行功能化修飾

申剛義等[3]用堿和酸對(duì)毛細(xì)管進(jìn)行預(yù)處理，然后將氧化石墨烯或羧酸功能化石墨烯固定在毛細(xì)管內(nèi)壁，得到石墨烯基質(zhì)的毛細(xì)管電色譜，再將蛋白酶溶液導(dǎo)入石墨烯基質(zhì)的毛細(xì)管電色譜的一端，孵化，緩沖液沖洗，得到基于功能化石墨烯的毛細(xì)管電色譜酶微反應(yīng)器，該微反應(yīng)器可用于酶動(dòng)力學(xué)測(cè)定、酶催化水解及藥物篩選。張單單等[4]對(duì)PDMS微流控芯片先進(jìn)行等離子體活化，然后進(jìn)行硅烷化處理，處理后的微流控芯片在交聯(lián)劑（如EDC）的作用下與多聚賴氨酸共價(jià)結(jié)合，制備了多聚賴氨酸修飾的PDMS微流控芯片。該方法使得芯片表面與多聚賴氨酸共價(jià)結(jié)合，從而避免了多聚賴氨酸以物理吸附的方式連接在芯片表面，與芯片結(jié)合不牢固，導(dǎo)致使用過(guò)程中多聚賴氨酸容易脫落的問(wèn)題。這種方法也可用于DNA芯片、蛋白芯片的表面修飾。梁汝萍等[5]在弱堿性條件下，通過(guò)去甲腎上腺素（PNE）自聚合作用在PDMS微流控芯片的通道內(nèi)形成PNE涂層，得到聚去甲腎上腺素功能化微流控芯片，用于藥物（氧氟沙星）對(duì)映體、氨基酸（苯丙氨酸）對(duì)映體以及二肽對(duì)映體的分離。由于PNE在兒茶酚基團(tuán)旁邊的脂肪碳原子上連接有羥基，改善了PDMS微流控芯片通道的生物相容性、親水性以及電滲流穩(wěn)定性。

浙江工業(yè)大學(xué)賈建洪等人研究了全氟磺酸樹(shù)脂/固體酸（或銅錳復(fù)合物）微纖化微通道反應(yīng)器，其先制備出全氟磺酸樹(shù)脂/固體酸（或銅錳復(fù)合物）混合液，然后將全氟磺酸樹(shù)脂/固體酸（或銅錳復(fù)合物）混合液注入反應(yīng)器的微通道中，真空干燥，得到全氟磺酸樹(shù)脂/固體酸（或銅錳復(fù)合物）微纖化微通道反應(yīng)器。該制備方法簡(jiǎn)單，采用全氟磺酸樹(shù)脂作為載體，將固體酸催化劑或銅錳復(fù)合物催化劑負(fù)載在全氟磺酸樹(shù)脂上，全氟磺酸樹(shù)脂烘干后會(huì)形成微纖孔洞，反應(yīng)液通過(guò)孔洞時(shí)與催化劑充分接觸，提高了催化效率。浙江工業(yè)大學(xué)上虞研究院有限公司許萌等選用硅基微通道反應(yīng)器作為載體，用硅烷改性劑對(duì)微通道反應(yīng)器的內(nèi)表面進(jìn)行改性，使其表面含有氨基，然后利用EDC將羧基與氨基相互交聯(lián)，再磺化制備得到磺化石墨烯修飾的微通道反應(yīng)器。華東師范大學(xué)李剛等人以PVP與HEC的混合篩分介質(zhì)作為修飾劑，配制修飾劑溶液，然后分別用濃硫酸、鹽酸對(duì)DNA微流控芯片的微通道進(jìn)行預(yù)處理，再將熒光染料添加至修飾劑，然后將其注入經(jīng)過(guò)預(yù)處理的DNA微流控芯片的微通道內(nèi)，得到混合篩分介質(zhì)修飾的DNA微流控芯片，被修飾的芯片成為高效優(yōu)質(zhì)的DNA電泳分析器具。濟(jì)南大學(xué)壽崇琦等人對(duì)PDMS微流控芯片進(jìn)行預(yù)處理，然后用氮?dú)鈱⒐柰榕悸?lián)劑壓入微通道內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，再將含有端羥基超支化聚胺-酯和催化劑的甲醇溶液壓入到微通道內(nèi)，反應(yīng)后得到端羥基超支化聚胺-酯改性的PDMS微流控芯片。該微流控芯片可用于敵敵畏、馬拉硫磷、辛硫磷、三唑磷或毒死蜱等農(nóng)藥殘留檢測(cè)。衢州學(xué)院的劉佳等人對(duì)微通道反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)處理，然后將制備的納米TiO2溶膠注入微通道反應(yīng)器的通道內(nèi)，在紅外光源下光照后，清洗通道，得納米TiO2修飾的微通道反應(yīng)器，TiO2賦予了微通道反應(yīng)器催化功能，可用于廢水中有機(jī)物的催化降解。KERNS S J et al[6]提出了一種微通道功能化表面改性的方法，將雙功能交聯(lián)劑進(jìn)行活化，使其與微流體基體的表面暴露的基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，然后再與疏水改性分子接觸，產(chǎn)生官能化的基材表面，改善了微通道反應(yīng)器的疏水性能。

三、結(jié)語(yǔ)

在微通道反應(yīng)器的微通道上修飾不同的物質(zhì)，賦予微通道反應(yīng)器不同的性能，可以根據(jù)具體的功能需求來(lái)制備不同功能化的微通道反應(yīng)器，該方法簡(jiǎn)單。相較于對(duì)基材進(jìn)行功能化修飾以后再成型制備功能化微通道反應(yīng)器，適用范圍更廣。