以正向應力及介電泳力在微流道中分離線形與環形DNA之研究

Abstract

在分子分形時，難免會有疏漏而造成線形與環形DNA混合，也因此產生分離不同構型DNA的需求。在現行應用中，最常見且傳統之分離方法為凝膠電泳，然耗時長為其缺點；而最近利用微流道分離不同構型DNA的研究中，則多以絕緣式介電泳來分離，然而各種不同設計皆有其侷限。在本研究中，我們則嘗試在微流道中利用正向應力或介電泳力分離線型及環形之DNA。首先，我們已經在先前的研究中實現以正向應力(normal stress)來分離不同長度之線型DNA，也因此欲探究以此裝置分離不同構型DNA之可能性。在利用介電泳力方面，則希望設計出有別以往絕緣式介電泳分離之新穎裝置。我們以λ-DNA(48.5 kbp)和Charomid 9-42 DNA(42.2 kbp)分別代表線形與環形做為分離之對象。 在以正向應力分離之實驗部分，因線形與環形DNA之鬆弛時間差距不大，造成兩者正向應力差別有限，導致分離效果差於預期。為改善分離效率，我們使用鞘流將DNA於裝置入口處先集中，使正向應力的效應放大，確實能夠使線形DNA傾向往側邊出口流動，而環形DNA則傾向沿著裝置中央流動，達到較佳的分離。 我們亦嘗試以交流電引發DNA負介電泳，以搭配正向應力來更進一步提升分離DNA的效率。儘管從文獻中測量DNA與溶液介電係數之結果可以推測DNA非常難產生負介電泳力之現象，但仍有許多關於DNA負介電泳之參考文獻。也因此我們嘗試文獻上不同配方之緩衝溶液，並改變頻率範圍，然皆未發現明顯負介電泳之現象。此外，實驗過程中不論於PDMS微流道或是玻璃微流道內，皆觀測到明顯之電流熱效應，此效應造成之DNA運動與負介電泳非常近似，然電流熱效應並未被上述任何一篇文獻所考慮，所以我們認為文獻中電關於DNA負介電泳現象很可能是由電流熱效應所產生。 因並未發現負介電泳之現象，我們轉為以正介電泳力分離DNA，並設計出有別於以往以介電泳力分離之裝置。在新穎以絕緣式介電泳分離之實驗中，除了λ-DNA和Charomid 9-42 DNA，我們亦加入T4 DNA (165.6 kbp)，以同時探討於此裝置分離不同長度DNA之可能性。在此裝置中，我們確實觀測到不同DNA在相同介電泳條件下偏移程度有差異，但此設計仍需進一步優化使其分離效果提升。