專利名稱：一種多通道毛細(xì)管電泳芯片及其電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道毛細(xì)管電泳芯片及其電壓控制方法。
背景技術(shù)：
毛細(xì)管電泳芯片是在毛細(xì)管電泳的基本原理和技術(shù)基礎(chǔ)上，利用微加工技術(shù)在硅、石英、玻璃或高分子材料的表面加工出各種微細(xì)結(jié)構(gòu)，如管道、反應(yīng)池、電極之類的功能單元，完成樣品的進(jìn)樣、分離和檢測等一系列任務(wù)，是一種快速、高效和低耗的微型分析器件。毛細(xì)管電泳芯片之所以受到人們的青睞，是因?yàn)樗c普通毛細(xì)管電泳相比，具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1.分析效率高毛細(xì)管電泳芯片的分析效率高主要體現(xiàn)在(1)分離效果好；(2)速度快；(3)樣品消耗量少。毛細(xì)管電泳芯片的這些優(yōu)勢，主要得益于它的微細(xì)結(jié)構(gòu)。一方面由于在芯片上加工的管道截面積小，相應(yīng)的比表面積大，散熱性能出色。這樣，在分離過程中可以施加更高的電壓，從而提高分離效果和分離速度；另一方面由于芯片的微細(xì)結(jié)構(gòu)大都在微米量級(jí)，所以每次分析所消耗的樣品量少，效率較高。
2.芯片設(shè)計(jì)靈活多樣利用現(xiàn)有的各種微加工技術(shù)，可以在芯片上加工出各種各樣的管道、器件和微結(jié)構(gòu)，所以毛細(xì)管電泳芯片的樣式多種多樣，極大地提高了它的適用范圍和處理能力。如可在一塊芯片上加工出96甚至384條管道，提高分析通量；在芯片上實(shí)現(xiàn)二維毛細(xì)管電泳，增強(qiáng)分離效果。這些設(shè)計(jì)思想用普通的毛細(xì)管電泳實(shí)現(xiàn)起來是有一定難度的。
3.適合與其他系統(tǒng)整合與其它器件或儀器相聯(lián)合，共同發(fā)揮作用是毛細(xì)管電泳芯片一個(gè)突出的特點(diǎn)。首先在生物芯片實(shí)驗(yàn)室中，它作為一種有效的檢測手段，可以發(fā)揮十分重要的作用，如與PCR芯片連接到一起的毛細(xì)管電泳芯片，可完成擴(kuò)增與檢測；其次可以做出各種接口，將毛細(xì)管電泳芯片與其他儀器設(shè)備相連接，自動(dòng)完成分析，如將毛細(xì)管電泳芯片與質(zhì)譜聯(lián)用。與其他系統(tǒng)連接配合是今后毛細(xì)管電泳芯片的主要發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提出一種新的多通道毛細(xì)管電泳芯片的設(shè)計(jì)方案，使得與傳統(tǒng)的毛細(xì)管電泳芯片相比，具有更高的通量。
本發(fā)明的目的之一在于提出一種用于多通道毛細(xì)管電泳芯片的電壓控制方法，采用該方法可以防止多通道樣品之間的相互污染，實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品的連續(xù)獨(dú)立分離分析。
本發(fā)明所述的多通道毛細(xì)管電泳芯片，其特征在于該芯片是利用微加工技術(shù)在硅、石英、玻璃或高分子材料，或所述材料的混合物的表面加工出的一種微細(xì)結(jié)構(gòu)，該芯片含有至少兩個(gè)樣品池和相應(yīng)的樣品管道；一個(gè)進(jìn)樣緩沖液池和一個(gè)樣品廢液池，有一條進(jìn)樣管道連接于進(jìn)樣緩沖液池和樣品廢液池之間，該進(jìn)樣管道與所述各樣品管道連通；一個(gè)分離緩沖液池和一個(gè)分離廢液池，有一條分離管道連接于所述分離緩沖液池和分離廢液池之間，該分離管道與所述進(jìn)樣管道通過交叉的方式連通。
各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池可以通過插入電極的方式，也可以通過將電極集成在芯片上的方式施加電壓。
本發(fā)明所述的多通道毛細(xì)管電泳芯片的電壓控制方法，其特征在于該方法含有以下步驟步驟1.進(jìn)樣設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品池中的樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，從該樣品池依次經(jīng)過樣品管道和一部分進(jìn)樣管道進(jìn)入樣品廢液池，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池；步驟2.回樣設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，一部分從所述進(jìn)樣管道中回到原來所在的樣品池，另一部分進(jìn)入所述的樣品廢液池，同時(shí)，處于進(jìn)樣管道與分離管道交叉部分的樣品進(jìn)入分離管道，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池；步驟3.分離設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，在所述分離管道中進(jìn)入所述分離廢液池，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池。
所述樣品池的直徑為0.1mm～10mm。
所述的電壓，當(dāng)以任何一個(gè)液體池為參考點(diǎn)，其范圍為-106～+106V。
實(shí)驗(yàn)效果與常規(guī)毛細(xì)管電泳芯片相比，使用本發(fā)明所述的多通道毛細(xì)管電泳芯片和相應(yīng)的電壓控制方法，實(shí)現(xiàn)了多樣品連續(xù)檢測，且不需要更換芯片或清洗管道。


圖1為多通道芯片形貌圖。
圖2為進(jìn)樣過程樣品的流動(dòng)。
圖3為回樣過程樣品的流動(dòng)。
圖4為分離過程樣品的流動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中所述的毛細(xì)管電泳芯片，該芯片有至少兩個(gè)樣品池和兩個(gè)樣品管道，一個(gè)進(jìn)樣緩沖液池，一個(gè)樣品廢液池，一個(gè)分離緩沖液池，一個(gè)分離廢液池，一個(gè)進(jìn)樣管道和一個(gè)分離管道。進(jìn)樣管道與分離管道通過交叉的方式進(jìn)行連通，進(jìn)樣管道的一個(gè)末端連接進(jìn)樣緩沖液池，另一個(gè)末端連接樣品廢液池，分離管道的一個(gè)末端連接分離緩沖液池，另一個(gè)末端連接分離廢液池。在分離管道與進(jìn)樣管道的交叉處與進(jìn)樣緩沖液池之間的進(jìn)樣管道上，連接有至少兩個(gè)樣品管道，每個(gè)樣品管道的末端各連接一個(gè)樣品池。通過在樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池、分離廢液池施加不同的電壓，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同樣品的獨(dú)立進(jìn)樣、回樣和分離。
本發(fā)明中所述的電壓控制方法分為三個(gè)步驟進(jìn)樣、回樣和分離。進(jìn)樣過程中，一個(gè)樣品在電壓的驅(qū)動(dòng)下，從樣品池進(jìn)入樣品廢液池，而其他樣品保持不動(dòng)。回樣過程中，一個(gè)樣品在電壓的驅(qū)動(dòng)下，一部分從進(jìn)樣管道中回到原來所在的樣品池，另一部分進(jìn)入樣品廢液池，而其他樣品保持不動(dòng)，同時(shí)處于進(jìn)樣管道與分離管道交叉部分的樣品進(jìn)入分離廢液池。分離過程中，一個(gè)樣品在電壓的驅(qū)動(dòng)下，在分離管道中進(jìn)入分離廢液池，而其他樣品在電場的作用下不會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散流出樣品池。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
1.多通道芯片設(shè)計(jì)毛細(xì)管電泳芯片的管道相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，通過對其等效電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真計(jì)算，設(shè)計(jì)了多通道電泳芯片，如圖1所示。圖中S1、S2、S3、S4、S5、S6表示樣品池，B1、B2表示進(jìn)樣緩沖液池，SW表示樣品廢液池，W1和W2表示分離廢液池。B2-SW表示進(jìn)樣管道，B1-W1表示分離管道，S1、S2、S3、S4、S5、S6-進(jìn)樣管道表示6條樣品管道。Det1、Det2表示檢測定位標(biāo)志。多通道毛細(xì)管電泳芯片尺寸S1～O1＝S2～O2＝S3～O3＝S4～O4＝S5～O5＝S6～O6＝15mm；B2～O＝21mm；SW～O＝6mm；B1～O＝15mm；W2～O＝66.5mm；2.進(jìn)樣過程樣品流動(dòng)的方向各端口電壓B1＝-269.98V；B2＝-359.98V；W2＝-572.40V；
S1＝-629.96V；S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝0V；進(jìn)樣過程樣品的流動(dòng)方向如圖2所示其中實(shí)線條表示樣品實(shí)際流動(dòng)路徑；虛線線條表示鉗制管路中虛擬樣品走向(這些管路中實(shí)際上并無樣品)。
3.回樣過程樣品流動(dòng)的方向各端口電壓B1＝0V；B2＝0V；SW＝329.99V；W2＝1932V；S1＝621.48V；S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝0V；回樣過程樣品的流動(dòng)方向如圖3所示，其中實(shí)線條表示樣品實(shí)際流動(dòng)路徑；虛線線條表示鉗制管路中虛擬樣品走向(這些管路中實(shí)際上并無樣品)。
4.分離過程樣品流動(dòng)的方向各端口電壓B1＝0V；B2＝0V；SW＝329.99V；W2＝1932V；S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝310.7V；分離過程樣品的流動(dòng)方向如圖4所示，其中實(shí)線條表示樣品實(shí)際流動(dòng)路徑；虛線線條表示鉗制管路中虛擬樣品走向(這些管路中實(shí)際上并無樣品)。
以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對根據(jù)本發(fā)明的及其應(yīng)用進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以理解，上文中所提到的參數(shù)如數(shù)量、尺寸等均是示例性的而不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍有后附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種多通道毛細(xì)管電泳芯片，其特征在于，該芯片是在硅、石英、玻璃或高分子材料，或所述材料的混合物的表面加工出的一種微細(xì)結(jié)構(gòu)，該芯片含有至少兩個(gè)樣品池和相應(yīng)的樣品管道；一個(gè)進(jìn)樣緩沖液池和一個(gè)樣品廢液池，有一條進(jìn)樣管道連接于進(jìn)樣緩沖液池和樣品廢液池之間，該進(jìn)樣管道與所述各樣品管道連通；一個(gè)分離緩沖液池和一個(gè)分離廢液池，有一條分離管道連接于所述分離緩沖液池和分離廢液池之間，該分離管道與所述進(jìn)樣管道通過交叉的方式連通。
2.一種多通道毛細(xì)管的電壓控制方法，其特征在于，該方法含有以下步驟步驟1.進(jìn)樣設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品池中的樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，從該樣品池依次經(jīng)過樣品管道和一部分進(jìn)樣管道進(jìn)入樣品廢液池，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池；步驟2.回樣設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，一部分從所述進(jìn)樣管道中回到原來所在的樣品池，另一部分進(jìn)入所述的樣品廢液池，同時(shí)，處于進(jìn)樣管道與分離管道交叉部分的樣品進(jìn)入分離管道，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池；步驟3.分離設(shè)定各樣品池、進(jìn)樣緩沖液池、樣品廢液池、分離緩沖液池和分離廢液池的電極電壓，使指定樣品在電壓驅(qū)動(dòng)下，在所述分離管道中進(jìn)入所述分離廢液池，而其他樣品在電壓的作用下停留在原位置，不會(huì)擴(kuò)散到其它管道或樣品池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多通道毛細(xì)管的電壓控制方法，其特征在于所述樣品池的直徑為0.1mm～10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多通道毛細(xì)管的電壓控制方法，其特征在于所述的電壓，當(dāng)以任何一個(gè)液體池為參考點(diǎn)，其范圍為-106～+106V。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多通道毛細(xì)管的電壓控制方法，其特征在于所述電壓是通過加工在芯片上的電極施加上的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多通道毛細(xì)管的電壓控制方法，其特征在于所述電壓是通過插入式電極施加上的。
全文摘要
本發(fā)明屬于毛細(xì)管電泳技術(shù)領(lǐng)域，其所述毛細(xì)管電泳芯片的特征在于該芯片至少有兩個(gè)樣品池及相應(yīng)的樣品通道，一個(gè)進(jìn)樣緩沖液池和一個(gè)樣品廢液池之間有進(jìn)樣管道相連，該進(jìn)樣管道與所述各樣品通道連通，一個(gè)分離緩沖液池和一個(gè)分離廢液池之間有分離管道相連，所述分離管道和進(jìn)樣管道之間用交叉方式連通。所述毛細(xì)管電泳芯片的電壓控制方法，其特征在于進(jìn)樣時(shí)，向樣品池施加電壓使樣品經(jīng)樣品管道和一部分進(jìn)樣管道進(jìn)入樣品廢液池；回樣時(shí)，向樣品施加電壓，使樣品分別進(jìn)入樣品池和樣品廢液池，余下部分流入分離管道和進(jìn)樣管道交叉處；分離時(shí)，使分離管道中的樣品在電壓作用下進(jìn)入分離廢液池。本發(fā)明與傳統(tǒng)的毛細(xì)管電泳芯片相比有更高的通量。
文檔編號(hào)B01D57/02GK1991356SQ20051013547
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者郭旻, 杜桂彬, 谷光勝, 邢婉麗, 程京 申請人:博奧生物有限公司, 清華大學(xué)