23 марта 2007 г. в ИАнП РАН прошел 12-й семинар "Микрочиповые технологии в аналитической химии". По программе семинара были сделаны следующие доклады. 1. (Био)сенсоры и системы наноэлектродов. Карякин А.А. (химический факультет МГУ, Москва). 2. Анализ ДНК в микрофлюидном чипе методом полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени. Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д.В., Сляднев М.Н. (СПбГУ, фирма "Люмекс", С.-Петербург). 3. Информационные сигналы при электрофорезе на микрочипе: статистические модели и методы обработки. Буляница А.Л. (ИАнП РАН, С.-Петербург). 4. Электрокинетические потоки в микрофлюидных устройствах. Тупик А.Н. (СПбТУ ИТМО, ИАнП РАН, С.-Петербург). В работе семинара участвовали научные сотрудники и специалисты МГУ им. М.В. Ломоносова, СПбГУ, Института химии силикатов РАН, ФТИ РАН, ФГУП "НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова", фирмы "Люмекс" и ИАнП РАН. Материалы докладов и сообщений семинара, переработанные авторами в статьи, а также оригинальные статьи по тематике семинара составили этот раздел.

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

Проведено исследование проточной экстракции кобальта по реакции с 2-нитрозо-1-нафтолом на границе раздела фаз в системе вода—толуол с термолинзовым детектированием в кварцевом микрофлюидном чипе со сложной формой сечения канала и модификацией части поверхности гидрофобными группами (октадецилсилан). Определены диапазоны стабильности поверхности раздела фаз при различных скоростях водной и органической фаз и оптимальные скорости обеих фаз для проведения процессов экстракции (6 и 0.05 мкл/мин соответственно), а также оптимальное положение детектирования в микроканале. Для инициации процессов переноса вещества через границу раздела фаз предложено использовать прием резкого снижения скорости потока органической фазы (начальная скорость органической фазы 5 мкл/мин) при постоянной скорости водной фазы, что позволило сократить время определения и повысить чувствительность и воспроизводимость определения. Предел обнаружения кобальта 3·10^-8 М, диапазон определяемых концентраций 2.0·10^-7÷8.0·10^-6 М, относительное стандартное отклонение измерений в этом диапазоне не превышает 0.03.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет
(Смирнова А.П., Проскурнин М.А.)

Японское агентство по науке и технологии (JST), Хончо, Кавагути, Саитама, Япония
(Смирнова А.П., Китамори Т.)

Факультет прикладной химии, Отделение технических наук, Токийский университет, Япония (Маватари К., Хибара А., Китамори Т.)

Статья посвящена оптимизации микрофлюидной аналитической системы (МФАС), предназначенной для осуществления полимеразно-цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РВ) в стеклянно-кремниевом микрочипе, содержащем 16 микрореакторов объемом 1.3 мкл каждый. Приведены оценки методов модифицирования поверхности микрореакторов и доказано, что предложенное полимерное покрытие на основе полиметилметоксисилоксана позволяет предотвратить ингибирование ПЦР. Предложенная методика модифицирования позволила создать высокий контактный угол смачивания кремниевой поверхности водой и значительно снизить время подготовки микрочипа к анализу. Проведенные оценки показали, что созданная мультиреакторная ПЦР-МФАС позволяет осуществлять определение ДНК методом ПЦР-РВ с эффективностью, равной теоретическому пределу.

Санкт-Петербургский государственный университет, химический факультет
(Сляднев М.Н., Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д.В., Ганеев А.А.)

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

Статья посвящена оптимизации условий протекания полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени (ПЦР-РВ) в микрофлюидной аналитической системе. Проведено сравнение способов оценки температуры внутри микрореакторов и доказано, что контактный способ оценки температуры позволяет адекватно отразить температуру, достигаемую внутри микрореакторов микрофлюидного чипа. Проведена оптимизация режимов амплификации и показано, что сокращение времени поддержания температуры на стадиях термоциклирования позволяет значительно сократить время анализа без уменьшения чувствительности и значительного падения эффективности ПЦР. Показано, что определение 5 копий ДНК в микрореакторе составляет всего 18 мин.

Санкт-Петербургский государственный университет, химический факультет
(Сляднев М.Н., Лаврова М.В., Еркин М.А., Новолоцкий Д.В., Ганеев А.А.)

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

Рассмотрены возможные направления развития алгоритмов обработки и оценивания аналитических сигналов электрофоретических приборов на основе микрофлюидных чипов: моделирование информативных сигналов (пиков) и неинформативных составляющих (дрейф базовой линии и высокочастотная шумовая помеха). На основе этой информации могут быть установлены источники помех, определены наилучшие алгоритмы оценивания сигнала и модифицированы критерии разделения соседних пиков. На примере электрофореграмм, полученных при разделении смеси фрагментов ДНК на микрофлюидном чипе, показана эффективность традиционных экономичных методов первичной обработки сигналов — компенсация трендов и фильтрация, а также состоятельность новой методики оценивания площади пика и применимость метода главных компонент при многоканальных измерениях в случаях сложности локализации границ пиков.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Представлены экспериментальные результаты исследований электроосмотических потоков в микрофлюидных чипах. Выявлено, что химические и термические процессы при герметизации микрочипов оказывают влияние на свойства поверхности каналов, определяя величину подвижности электроосмотического потока. Показано, что способ обработки поверхности пластин перед герметизацией и материалы канализированной и защитной пластин микрофлюидного чипа влияют на характер изменения скорости электроосмотического потока.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Рассмотрены тепловые режимы работы прибора АНК-16/32 (анализатора нуклеиновых кислот). Исследована зависимость напряжения, подаваемого на элемент Пельтье, и скорости проведения ПЦР-РВ. Произведен анализ разности температур планшета и реакционной смеси.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Работа посвящена изучению идеального фазового компенсатора с диагональной матрицей Джонса. Предложен процесс оптической юстировки, обеспечивающий при наличии механизма пространственной ориентации переход к идеальному компенсатору. Получены формулы для комплексного параметра ρ (действительных параметров δ и f), определяющего матрицу Джонса идеального компенсатора. В связи с этим изучена четырехмерная матрица однородного анизотропного слоя для случая произвольной ориентации двух главных осей в плоскости падения светового луча. Рассмотрены методы регулирования основного фазового параметра δ включая процессы температурной стабилизации и способы изменения величины этого параметра за счет изменения угла падения светового луча на пластину компенсатора.

Институт прикладной физики НАН Украины, г. Сумы (Семененко А.И.)

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Семененко И.А.)

В работе предложен подход, позволяющий рассчитывать характеристики ультразвуковых резонансных камер, состоящих из пьезоэлектрического излучателя и многослойной жидкой камеры, граничащей в общем случае с жидким полупространством. Предложенный подход позволяет получить исчерпывающую информацию о физических процессах в камере. В качестве примеров рассмотрены ненагруженный излучатель, а также излучатель, нагруженный на акустическое сопротивление с постоянным и с частотно зависимым импедансами.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Время-частотные преобразования (ВЧП), используемые для анализа сигналов, имеют способность видоизменять свою форму и характеристики двумерного представления нестационарного сигнала при задании вида так называемой ковариантности — свойства модификации формы ВЧП, связанной с временным или частотным масштабированием анализируемого сигнала. Расширенная трактовка свойства ковариантности отражена в изменении аналитической формы представления ВЧП. Рассмотрены элементы теории получения ВЧП различного вида и мера адаптации их к специфике анализируемого сигнала. Дано обобщение методологии построения преобразований нестационарного сигнала в информационно-измерительных системах. Основные структуры ВЧП показаны ранее (см. "Научное приборостроение", 2002, т. 12, № 2 и №3).

Санкт-Петербург

Описываемое устройство относится к области приборостроения, а именно к обеспечению временнoй привязки регистрируемой информации в автономных информационно-измерительных системах (АИИС), например в донных геофизических станциях. Цель работы — повышение точности временнoй привязки в АИИС с ограниченным потреблением энергии питания.

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва (Левченко Д.Г., Носов А.В.)

ОКБ океанологической техники РАН, Москва (Парамонов А.А.)

Московский инженерно-физический институт (Симонов В.Н.)