微流控芯片技术在药物化学实验中的应用要点分析

微流控芯片技术在药物化学实验中的应用要点分析

于跃

黑龙江德顺长中药饮片有限公司

【摘 要】微流控技术适用于微米尺度空间，主要用于操作微流体。该技术具备自动化特征，灵敏程度较高，可实现集成化，成本投入较少，分辨率高等优势，正因如此在化学药物以及生物化学等领域中应用广泛。基于此，文章对微流控芯片技术在药物化学实验中的应用进行分析探究，设计简单微通道反应装置，以邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯作为主要材料，改进流速、反应温度等。结果表明该方法具有可行性，可缩短反应时间，具有经济优势，为流控技术在药物化学方面的应用提供了更好的契机。

【关键词】微流控芯片技术；药物化学实验；应用要点

微流体是指在微米尺度空间内部流动的流体，基于此生成的操作技术即为微流控技术。微流体规格极小，容易控制，正因如此在化学以及生物化学等方面应用频繁，发展前景良好。基于微流控研发微流控芯片集常规化学、生物等不同专业为一体，自动化水平较高、具有集成优势，成本投入较少，近年来已经成为化合物合成主要发展方向。一般情况下微通道内流动的流体均是微米级别，流动过程受惯性影响较小，黏性力是其中的主导，探究其特性发现属于典型层流。

1微通道反应芯片设计及制作

文章基于聚二甲基硅氧烷创建微通道反应芯片，该材料具有良好的通气性，易于成型，兼容效果良好，毒性物质占比较低，容易封接，制作时需针对硅片采取预处理，均匀涂抹胶液，前烘，曝光等多项措施。硝苯地平合成阶段要考虑微通道对其造成的影响，特别是最终收率。微通道生成的作用会使所用液体按照既定比例混合在一起，体现出均匀性，不仅如此微流体在通道内能够随意流动稳定性不会因此而受到影响。分析合成硝苯地平所需条件，针对微通道反应芯片进行预热、混合等操作。此次试验创建的微通道结构反应图如图1所示，包括两个注射泵、温度加热设施和反应芯片各一个。反应芯片是由预热及混合模块组成，前者配有两个独立通道，后者配有混合器以及适用于弯道的则增强混合设施，芯片上层安置PDMS基片。下部分为光学玻璃基片。

图 1 搭建微通道合成装置实物图

2实验部分

2.1实验试剂

合成实验试剂：邻硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯、浓氨水、乙酸铵、无水乙醇等。芯片制作试剂：30%过氧化氢、PDMS-A液、PDMS固化剂、光刻胶SU8、乳酸乙酯、异丙醇等。

2.2实验仪器

电热恒温水浴锅、电子天平、电热恒温鼓风干燥箱、真空泵、紫外深度光刻机、数控超声波清洗器、匀胶台、烘片机、水平摇床、四维旋转混匀器、基本型等离子清洗机和注射泵等。

2.3实验步骤

选用容量合适的注射器，吸取污水乙醇，之后将注射器与注射泵连接在一起，以输液管作为媒介使注射器和微流控芯片相连，并将芯片安装在温度控制设施中，芯片以及收集设施之间同样以输液管作为连接介质。开启通道注射泵，记录流体在其中的变化，将遍布于通道中的气泡排出，注射器中的无水乙醇可清洗微通道内壁，防止杂质附着在表面。对微流控芯片进行全面检查，查看是否存在堵塞或液体外泄等情况，检测进样口、出样口以及其它连接部分。按照既定要求称取原料邻硝基苯甲醛和乙酰乙酸甲酯与无水乙醇混合在一起使两者快速溶剂，虽有倒入注射器1中，称取适量的浓氨水倒入注射器2中，调节注射流速度，将温度设施温度设定在80摄氏度，开启通道，确定单通道注射泵运行时间，以便注射器中的液体能够同时流入微流控芯片进样口，将两者混合在一起进行反应。一旦反应液处于混合器中心结构的情况下，混合液体流动阶段将会生成不规则气泡，并稳定流动在通道内，当反应液在T型混合器中同时达到中心点，混合液在流动过程中无不规则气泡产生，并收集硝苯地平粗品，之后使用无水乙醇提取促品重新结晶。

3实验结果与讨论

3.1氮源对反应产率的影响

依照既定实验方法，此次探究选用浓氨水和乙酸等溶液作为氮源使用，经测定氨水摩尔浓度达到7.94 mol/L，乙酸铵摩尔浓度4.28 mol/L。当反应流速为0.5 mL/min，反应湿度80℃时，考察邻硝基苯甲醛浓度分别为1、1.5和3 mol/L时，反应收率如表1所示。对比上述实验结果可知，反应物浓度相同时，以乙酸铵作为氮源的产物收率较高，同时当邻硝基浓度1.5 mol/L、乙酰乙酸甲酯3 mol/L时，反应收率最高为70.2%。

表 1 不同摩尔浓度邻硝基苯甲醛实验结果

3.2反应物比例对收率的影响

当乙酸铵浓度4.28 mol/L，邻硝基苯甲醛为1.5 mol/L，考察了不同浓度乙酰乙酸甲酯对收率的影响，如表2所示，可知当邻硝基苯甲醛与乙酰乙酸甲酯比例1∶2~1∶3时对该反应的收率影响不大，故选择邻硝基苯甲醛与乙酰乙酸甲酯摩尔比1∶2进行反应。

3.3微通道流速对收率的影响

根据实验方案将不同流动速度分成4组，并研究了3种不同邻硝基苯甲醛浓度对硝苯地平合成实验结果的影响，分析实验结果发现，当流量大于0.2 mL/min时，在相同流速下，反应物浓度越高，反应收率越低。但是当流量小于0.2 mL/min时，这种规律不是严格被遵守的。这种收率与浓度负相关的现象可能的解释是由于微通道尺寸受限，微通道的体积较小，高浓度反应物不能在微通道充分混合导致产量降低。或者由于高浓度反应物在微通道内停留时间过短，没有完全反应。而低浓度反应物在相同流速下，能在较短的停留时间内完全反应。低流速下这种相关性消失，可能与停留时间增长，反应物反应的比例增大有关。浓度相同时，随流速增大，收率增加。浓度为0.5、1.5 mol/L时，流速对反应收率增加作用明显，流速为0.5 mL/min时为最佳流速，浓度为1 mol/L时不明显，且在流速为0.4 mL/min时有最大收率。收率随流速增加的原因可能是由于流速降低，反应物在微通道内停留时间长，生产的硝苯地平晶体在通道中受热不稳定而部分分解，因此导致产量降低。

4结语

由上述内容可以课文出，文章以微流芯片控制技术作为基础，设计集成化学合成反应芯片，操作简单方便，微流体具有稳定性，可重复使用，提高利用率，同时对主要尺寸做出适当调整。通过该芯片合成硝苯地平的合成，探究实验结果受到的影响。结果表明，相比于以往采取的方法，芯片合成的产品纯度以及收率较高，不仅如此只需数分钟即可完全反应。这一方法应用为微通道反应在药物化学实验方面中的应用提供的良好的契机，同时具有指导性作用。

参考文献

[1]高志刚,罗勇,宋其玲,等.微流控芯片技术在药物化学实验中的应用[J].实验技术与管理,2020,37(12):4.

[2]李智磊,李静岚,陈缵光,等.微流控芯片技术在药物分析领域的研究进展[J].中国药房,2019,30(16):6.

[3]高波.基于微流控芯片的突变菌株筛选及代谢产物的研究.