Одной из важных и перманентных тенденций химического анализа является его миниатюризация.

МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет, Москва

В результате испытаний прибора для электрофореза на микрочипах Microchip Electrophoresis System MCE-2010 фирмы Shimadzu найдены условия получения воспроизводимых пиков урацила и хромата как модельных низкомолекулярных соединений. Показано, что прибор MCE-2010 характеризуется экспрессностью электрофоретического разделения и высокой воспроизводимостью времени выхода и площади пиков. Достигнуто 7–10-кратное повышение экспрессности определения по сравнению с традиционным капиллярным зонным электрофорезом. Пределы обнаружения урацила и хромата составляют 2 и 1 мкг/мл соответственно.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

Предложена оригинальная система двух гомогенных растворов, представляющих собой смеси гептан—хлористый метилен—ацетонитрил и вода—ацетонитрил, при смешивании которых происходит образование трех сосуществующих фаз. Первая органическая фаза содержит преимущественно гептан, вторая (акцепторная) органическая фаза включает ацетонитрил, хлористый метилен и небольшое количество гептана, третья фаза состоит преимущественно из воды. При введении двух исходных фаз в микроканал чипа размерами 200 мкм (Ш) x 100 мкм (Г) показана возможность образования трехфазного потока со стабильной поверхностью раздела между всеми фазами. Проведено изучение процесса массообмена в образующейся трехфазной системе на примере распределения родамина 6G, включенного в состав начального водно-ацетонитрильного раствора, при введении в систему хлорида калия и без него. Для равновесных условий распределения родамина между фазами при смешивании начальных растворов в стеклянном цилиндре измерены аналитические характеристики процесса массообмена (коэффициенты концентрирования и распределения) при различных объемных соотношениях начальных растворов. Для динамических условий проведения экстракции родамина в микроканале чипа показана возможность протекания массообмена до равновесного состояния за время около 1 секунды с момента начала контакта начальных фаз. Малое время установления равновесия в микроканале чипа обусловлено диффузией вещества на малые расстояния в поперечном сечении микроканала, большим отношением площади межфазной границы к объему фаз, а также механизмом протекания массообмена в условиях выделения большей части ацетонитрила из исходного водно-органического раствора в отдельную фазу с одновременным переходом в нее молекул красителя.

Санкт-Петербургский государственный университет, химический факультет
(Сляднев М.Н., Казаков В.А., Макаров Е.Д., Ганеев А.А., Москвин Л.Н.)

НПФ АП "Люмэкс", Санкт-Петербург (Сляднев М.Н., Казаков В.А., Ганеев А.А.)

В статье обсуждаются возможности реализации стадии сорбционного концентрирования и разделения в микрофлюидных устройствах. Рассматриваются и анализируются способы получения сорбентов c заданными свойствами и перспективы адаптации имеющейся методологической базы применительно к микрофлюидным аналитическим устройствам.

ИМГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет, Москва
(Моросанова Е.И., Логинова К.А., Борзенко А.Г., Золотов Ю.А.)

ГУ НПК "Технологический центр" МИЭТ, г. Зеленоград
(Зимин В.Н., Амеличев В.В., Годовицын И.В.)

Изучение литературных данных показывает, что одним из перспективных методов анализа ДНК является метод капиллярного электрофореза на микрочипе. Многие компании и фирмы уделяют внимание разработке микрочиповых технологий и приборов для экспресс-анализа биологических веществ. При создании микрочиповых устройств и систем прослеживаются тенденции получения многоканальных приборов, интеграции в микрочипы вспомогательных элементов, встраивания микрочиповых устройств в аналитические приборы (микроскопы высокого разрешения, масс-спектрометры и т. д.). Одной из проблем при разработке методик анализа ДНК на микрочипе является выбор и синтез сепарационной матрицы, позволяющей получить эффективное разделение фрагментов. Приведены результаты исследований по синтезу полидиметилакриламида с заданными свойствами. Обсуждены данные, полученные при электрофоретическом разделении смеси маркеров молекулярного веса ДНК на стеклянном микрочипе с разными характеристиками сепарационной среды.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Евстрапов А.А., Рудницкая Г.Е.)

Институт высокомолекулярных соединений РАН, Санкт-Петербург (Петухова Н.А.)

Статья посвящена разработке и оптимизации мультиреакторной микрочиповой системы для биохимического анализа с управлением температурными режимами с помощью Пельтье-элементов и с флуоресцентным детектором на основе ПЗС-матрицы и светодиода. Приведены результаты оптимизации топологии ячеек ввода проб микрочипа и оптимизированные условия модификации поверхности микрочипа для одновременного ввода нескольких проб, причем при объеме каждого микрореактора 250 нл для проведения реакций требуется всего 3–5 мкл смеси. Также получены характеристики режимов работы системы термоциклирования и поддержания температуры в микрореакторах. Подобраны условия пассивации поверхности микрореакторов для предотвращения ингибирования биохимических реакций. Продемонстрированы возможности созданной системы на примере проведения ПЦР в режиме реального времени в микрореакторах чипа и показано, что при начальном содержании целевой ДНК в пробе ~104 копий для получения положительной идентификации требуется всего 14 мин. Показано, что созданная система позволяет регистрировать кинетику биохимической реакции взаимодействия катехоламинов с красителем NBD-F, и приведены результаты изучения реакции дериватизации катехоламинов с образованием флуоресцирующих продуктов в микрореакторах чипа в зависимости от рН реакционной смеси и температуры.

Санкт-Петербургский государственный университет, химический факультет
(Сляднев М.Н., Казаков В.А., Лаврова М.В., Ганеев А.А., Москвин Л.Н.)

НПФ АП "Люмэкс", Санкт-Петербург (Сляднев М.Н., Казаков В.А., Лаврова М.В., Ганеев А.А.)

Представлен обзор основных подходов к математическому моделированию процессов формирования скоростных, концентрационных, электрических и тепловых полей в элементах микрофлюидных аналитических систем. Рассматриваются и анализируются основополагающие базовые положения (уравнения, условия, режимы), используемые при описании процессов массо- и теплопереноса.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Применение композитных материалов при изготовлении микрофлюидных устройств позволяет получить функциональные элементы (каналы, реакторы, мембраны, фильтры и т. п.), обладающие заданными свойствами. В работе обсуждается вариант внедрения в полимерные материалы наноразмерных наполнителей как способ создания композитов, наиболее подходящих для получения микроструктур методом лазерной абляции.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Поздняков А.О., Евстрапов А.А.)

СПБ ГПУ, кафедра "Физика металлов и компьютерные технологии в металловедении"
(Лишевич И.В.)

Метод лазерной абляции (ЛА) полимеров в сочетании с методом термической герметизации микроструктур рассмотрен как способ, позволяющий оперативно получать микрофлюидные устройства (в том числе — микрофлюидные чипы) для аналитических приборов. Обсуждены особенности метода ЛА. Описаны модели, используемые для оценки получаемых структур — каналов. Приведены экспериментальные результаты, полученные при формировании микроразмерных структур в пластинах и пленках из полиметилметакрилата (ПММА). Показано, что геометрические характеристики и размеры получаемых структур зависят от параметров светового излучения, характеристик установки и свойств полимерного материала. При целевом выборе и контроле этих параметров можно формировать воспроизводимые микроструктуры в ПММА-образцах.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Евстрапов А.А., Лукашенко Т.А.)

ООО "Лазерный центр", Санкт-Петербург (Горный С.Г., Юдин К.В.)

В работе приводится краткий обзор состояния исследований фуллеренов и углеродных нанотрубок — веществ, перспективных в науке и технике. В последние годы достигнут значительный прогресс в технологии синтеза углеродных нанокластеров и нанокомпозитов, применение которых открывает новые возможности в технике, медицине и промышленности.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Данная статья, открывающая цикл работ, посвящена общему описанию основных направлений исследования, непосредственно связанных с новыми возможностями "нулевой" эллипсометрии, метрологией эллипсометрии, а также с реальной структурой поверхности.

Институт прикладной физики НАН Украины, г. Сумы

Для сочетания многоотражательного времяпролетного масс-спектрометра (МО-ВПМС) с непрерывными источниками ионов, такими как электроспрей, предложена схема накопления ионов в ловушке в промежутках между редкими импульсами ускорителя. В настоящей работе в качестве накопителя ионов предлагается газонаполненный сегментный квадруполь с радиочастотным улавливанием и аксиальным выбросом. Проведены расчеты такого накопителя и рассмотрены процессы захвата, столкновительного охлаждения и импульсного выброса ионов. Экспериментальные исследования накопителя показали практически полное преобразование непрерывного ионного пучка в импульсный и возможность долговременного (до нескольких секунд) удерживания ионов. Удовлетворительные параметры пучка достигаются при достаточном охлаждении (определяемом временем нахождения и давлением в ловушке, более 5 мс x мторр), малом давлении газа (не более 1 мторр), что позволяет избежать рассеивающих столкновений, и при малой загрузке ловушки (менее 100 000 зарядов). Комбинация этих требований ограничивает полный ток пучка до 3 пА, при котором ионный поток может быть конвертирован в импульсы минимальной длительности.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Времяпролетный анализатор с зигзагообразной траекторией, формируемой планарными зеркалами и периодической системой линз, был ранее предложен авторами для повышения разрешающей способности при сохранении пропускаемого массового диапазона. Предельная разрешающая способность анализатора экспериментально исследовалась в режиме зацикливания ионных траекторий и при энергии 100 эВ достигала 200 000. В настоящей работе подобные исследования проведены при более высокой энергии 2 кэВ, достигнута длина пролета более 10 км и продемонстрирована разрешающая способность порядка 1000 000. Показано, что кратковременная нестабильность источников питания является наиболее лимитирующим фактором для достижения бoльших времен пролета и высокого разрешения.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург