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目前，芯片毛细管电泳由于其分析时间短、通量高、样品和试剂消耗量少、易于微型化和集成化等优点，成为分析化学的一个重要研究方向，已成功地用于基因分析、免疫分析、单细胞分析、药物分析、临床检测、环境监控等诸多领域。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于易于制作、可批量生产、光透性好、易与PDMS及其它材料封合、无毒、低成本、固化温度低等诸多优点，在构建多功能芯片中得到了广泛的应用与发展。但是将PDMS用于微芯片电泳仍需克服它的不足，例如电渗流(EOF)不稳定、表面疏水性较强、易于吸附分析物等。这大大限制了可以在PDMS芯片上进行分析的物质的种类，并导致较低的分离效率。本论文针对这些问题，建立了五种简单、有效的PDMS表面修饰新技术，实现了EOF的操控，降低了分析物的吸附，提高了分离效率，具体成果如下：
1．非离子表面活性剂动态修饰PDMS芯片分离氨基酸
氨基酸可以与PDMS发生强烈的相互作用而在其表面产生不可逆的吸附。我们提出了一种简单的动态修饰方法来降低氨基酸在PDMS表面的吸附，直接将非离子表面活性剂(吐温-20)添加到运行缓冲溶液中，吐温-20的烷基疏水链通过疏水相互作用而固定在PDMS表面，而它的聚氧乙烯链部分(包括聚氧乙烯环和聚氧乙烯环链)则形成亲水性的网络。该亲水层可以很好地抑制氨基酸在PDMS表面的吸附。修饰后，电渗流得到稳定控制，四种氨基酸(精氨酸、脯氨酸、组氨酸和苏氨酸)在80 s内实现基线分离(分离管道长：3.7 cm，检测电极：铜微盘电极，检测模式：柱端安培检测)。在优化的条件下，精氨酸、脯氨酸、组氨酸和苏氨酸在50─600 μM范围内呈良好的线性，检测限分别为14、15、11和13μM。采用非离子表面活性剂(吐温-20)动态修饰实现了高重现的氨基酸的分离，相对标准偏差均小于2.4％。
2．金纳米粒子修饰PDMS芯片分离多巴胺和肾上腺素
多巴胺和肾上腺素在未修饰或杂化的PDMS芯片上很难实现基线分离。为了提高分离效率，我们将金纳米粒子用于PDMS芯片表面修饰。先在PDMS表面吸附一层线性聚乙烯亚胺，再组装柠檬酸保护的金纳米粒子修饰PDMS通道。在修饰的PDMS芯片上，使用单根碳纤维柱电极采用柱内安培检测模式，成功实现了多巴胺和肾上腺素的基线分离与检测。详细优化了分离与检测的各个实验参数，采用30 mM磷酸盐缓冲液(PBS，pH 7.0)作为运行缓冲液，在+800 V的分离高压下，在3.7cm的分离通道内100s即可实现多巴胺和肾上腺素的基线分离。多巴胺和肾上腺素的线性范围均为25—600 μM，检测限分别为2μM和5μM。该修饰方法呈现长期的稳定性和很好的重现性，修饰的PDMS芯片可以连续使用两周。
3．白蛋白修饰PDMS微芯片高效电泳分离
利用层层组装技术(LBL)，将白蛋白修饰于PDMS微芯片通道表面，提高了分离效率。组装了两种白蛋白薄膜，一是通过依次固定一层聚阳离子电解质壳聚糖(Chit)—金纳米粒子(GNPs)和白蛋白(Albu)修饰PDMS通道，二是通过连续组装溶菌酶(Lys)和Albu修饰PDMS通道。用神经递质(多巴胺，DA；肾上腺素；EP)和环境污染物(对苯二胺，p—PDA：4-氨基酚，4-AP；对苯二酚，HQ)作为两组分离模型来研究功能化的PDMS芯片的分离效果。结果显示，在这些分析物在这两种白蛋白薄膜修饰的PDMS微芯片上，在140 s内获得有效分离(分离管道长：3.7 cm，检测电极：根碳纤维电极，检测模式：柱内安培检测)。DA、EP、p—PDA、4-AP和HQ的检测限在Chit—GNPs—Albu修饰的芯片上分别为2、5、8、12和14 μM(S/N=3)，在Lys—Albu修饰的芯片上分别为2、3、7、10和12 μM(S/N=3)。该修饰实现了通道表面性质均一化，提高了分离的重现性和稳定性。
4．神经递质类分子在葡萄糖氧化酶修饰PDMS微芯片上的高效分离
将葡萄糖氧化酶用于构建功能化PDMS芯片，联用柱内安培电化学检测模式，快速分离并检测了神经递质类分子。四种神经递质类分子(5—羟基色氨，5—HT；多巴胺，DA；肾上腺素，EP；多巴酚丁胺，DBA)作为一组模型分离体系来研究功能化的PDMS芯片的分离效果。功能化PDMS芯片通过层层组装技术在通道表面依次固定聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和GOx得到。修饰后，EOF得到了很好的抑制。本章详细优化了实验参数。结果表明，在修饰的芯片上这些分析物可以在110 s内有效地分离(分离管道长：3.7 cm，检测电极：根碳纤维电极，检测模式：柱内安培检测)。高效的分离归功于较低的EOF以及分析物与所固定的GOx的相互作用。在分离电压为1000 V时，DA、5—HT、EP和DBA的理论塔板数分别为2.19×105、1.89×105、1.76×105和1.51×105N/m，检测限分别为2、2、3和7 μM(S/N=3)。
5．蛋白质等生物分子在原位接枝亲水性聚合物修饰PDMS芯片上的分离
提出了一种简单、绿色的PDMS表面修饰方法，该法可以成功地抑制蛋白质的非特异性吸附，实现生物分子的分离与检测。碳二亚胺活化的甲基—聚乙烯醇通过水相原位接枝到壳聚糖预修饰的PDMS表面形成亲水性界面。在碱性条件下，壳聚糖的多聚糖链骨架可以通过疏水相互作用和氢键作用强烈地吸附在PDMS表面，甲基—聚乙烯醇可以在其与水的界面产生亲水区域，形成刷子状的修饰层，进而呈现很好的抗生物分子的非特异性吸附的能力，该方法可以大大提高生物分子分离的效率和重现性。在修饰的PDMS芯片上，氨基酸和蛋白质可以被有效的分离。该方法可应用于生物相容性、亲水的表面制备，并将拓展芯片在生化分析的应用。