專利名稱：用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，屬于電泳及微流控技術領域。
背景技術：
毛細管電泳(CE)又稱高效毛細管電泳(HPCE, High Performance CapillaryElectrophoresic)或毛細管電分離法(CESM)，是離子或荷電粒子以高壓直流電場為驅動力，在毛細管中按其淌度或/和分配系數(shù)不同進行高效、快速分離的一種新技術。高效毛細管電泳已經用于糖類化合物的分離檢測、氨基酸對映體的拆分、蛋白質、多肽分析、神經遞質類物質的分離檢測、寡核苷酸的分離、DNA測序和DNA限制性片段分離等分離分析研究。Jorgenson和Lukacs,于1981年使用75 μ m內徑的熔融石英毛細管,采用電遷移進樣和靈敏的熒光檢測，在30KV電壓下產生4X 105/m的理論塔板數(shù)，這樣高的柱效成為高效毛細管電泳劃時代的里程碑。目前，國際上的HPCE研究側重于應用，而新的分離模式及聯(lián)用技術的研究也取得不少突破。HPCE結構，在應用廣泛的毛細管區(qū)帶電泳中，毛細管和電極槽內充有相同組分和濃度的背景電解質溶液(緩沖溶液)，樣品從毛細管的一端(稱為進樣端)導入，當毛細管兩端加上一定電壓后，荷電溶質便朝與其電荷極性相反的電極方向移動。由于樣品不同組分間的淌度不同，遷移速率不同，因而經過一定時間后，各組分將按其速率(淌度)大小順序，依次到達檢測器被檢出，得到按時間分布的電泳譜圖。這種譜圖類似于色譜的流出曲線，每一個峰代表一個組分，遷移時間類似于色譜的保留時間，可作定性分析，譜峰高度或面積可作定量分析。但是，這種傳統(tǒng)的熔融石英毛細管電泳的缺點有:1)石英毛細管很長，電泳的時間很長；2)毛細管的兩端電極槽很大以及毛細管的長度造成了電泳儀體積很大；3)由于毛細管的長度造成通電 的電壓很高；4)進樣量很難控制。由于以上缺點，后來研發(fā)出芯片毛細管電泳技術，所謂芯片毛細管電泳技術就是將樣品處理、進樣、分離、檢測均集成在一塊幾平方厘米的芯片上的一項微型實驗室技術，又稱集成毛細管電泳芯片(Integrated Capillary Electrophoresis Chips, ICE 芯片)。這項技術可望發(fā)展成微全分析系統(tǒng)和芯片實驗室的主流技術。研究和廣泛應用，將使DNA和蛋白質檢測、環(huán)境監(jiān)測、新藥研究開發(fā)、食品安全檢測等許多領域產生革命性的變化。I)毛細管電泳芯片的材料和結構毛細管電泳芯片的基體材料有石英、玻璃、硅片、高聚物、陶瓷和硅橡膠等幾種，玻璃是目前使用最多的芯片材料，成功應用主要與其所具有的良好的光學性質、散熱性和絕緣性以及已研究透徹的表面性質，在過去40年這些材料的微加工方法在微電子領域得到了成熟發(fā)展。ICE芯片技術是在半導體的微制造技術基礎上發(fā)展起來。以玻璃為基片的毛細管電泳芯片制造過程，一般經過沉積、光刻、刻蝕和鍵合四步工藝。雖然采用干法刻蝕可以在玻璃上獲得高深寬比的微管道，但管道的表面比較粗糙，從而降低了電泳的分離效率。所以一般采用濕法刻蝕的方法在玻璃上制作光滑的微管通道。用塑料材料來做基體材料價格便宜，有良好的絕緣性，可施加高電場實現(xiàn)快速分離，成形容易，批量生產成本低，易獲得高深寬比的微結構，且電滲流與溶液的P H基本無關，具有廣闊的應用前景。硅橡膠中最常用的是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，其優(yōu)點有:價格便宜、可大規(guī)模生產，制備容易、耗時短、容易封裝。高聚物材料的與玻璃相比信噪比比較差是當前面臨的問題。毛細管電泳芯片的通道深度一般為10 100 μ m，寬度為30 200 μ m。電泳芯片分離微通道的結構主要有直線型、螺旋形、多邊形、彎曲形等。其中直線形結構簡單、分離效率高，但僅適用于較短的分離通道，螺旋形具有較大的曲率半徑，分離效率較高，適合于較長的分離通道。多邊形結構緊湊，但在拐點處存在死體積區(qū)，使分離效率降低。彎曲形具有結構緊湊的特點，但由于彎曲處的“跑道效應”，將使樣品區(qū)帶增寬。隨著人們研究的深入，通道數(shù)量也在不斷增多，從最初的單通道結構，到后來的8通道、12通道、16通道，48通道、96通道，發(fā)展到現(xiàn)在的384個通道。2)芯片毛細管電泳的進樣在芯片毛細管電泳中，進樣量一般為pL級，對進樣的要求比較嚴格，極小的微毛細管溝道尺寸更增加了進樣難度，因此為達到高效而快速分離檢測目的，現(xiàn)在大多采用的是電遷移進樣模式下的二維十字交叉形進樣口結構，此結構的優(yōu)點是可以通過電壓轉換實現(xiàn)在線進樣，排除了外界干擾，易于進行定量分析。在芯片毛細管電泳中，由于進樣通道和分離通道交叉形成了一個注樣區(qū)域，因此其進樣方式與傳統(tǒng)的毛細管電泳有一定的差別。芯片毛細管電泳進樣方式主要是采用電遷移進樣，電遷移進樣又分為“懸浮進樣”“夾流進樣”和“門式進樣”，懸浮進樣是進樣時在樣品池加一定的電壓，樣品在電流作用下進入分離通道，待進完樣后，將高壓轉向緩沖池，樣品開始分離。懸浮進樣的進樣量與所加的電壓有關，淌度大的物質進樣就快，存在電遷移進樣歧視。夾流進樣則是進樣時在樣品池、緩沖液池和分離廢液池的每個池兩端分別施加上一定的電壓，將樣品廢液池接地，通過加不同的電壓來控制進樣時合適的電場強度可以減少電遷移進樣歧視，提高了進樣的精確性，夾流進樣可有效地防止試樣帶的擴散和試樣通道中試樣向分離通道的泄漏。而門式進樣是在每個池上均加有電 壓，分離電壓加在分離通道前端和緩沖池的一側，當啟動高壓時，部分高壓流向樣品池，此時樣品廢液池和檢測池必須接地。這種進樣方式可進行連續(xù)進樣，但也存在較大的樣品歧視。由于芯片毛細管電泳雖然解決了體積大進樣量容易控制的問題，但是增加了操作的復雜度。電極由兩個增加到四個、儲液池也增加到四個，這樣給芯片的清洗帶來很大的難度。無論是傳統(tǒng)的毛細管電泳還是后來發(fā)展的毛細管電泳芯片，都有一個共同的問題就是都需要電極，都要將電極插在通道兩端的電極液或者電極槽中，與電泳通道是分離的。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種用于實現(xiàn)多次進樣毛細管芯片電泳結構。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，特點是:包括石英毛細管、陽極液池、樣品池和陰極液池，所述石英毛細管的兩端分別鍍有金屬層，形成陽極與陰極，陽極和陰極分別通過導線與高壓電源相連，所述陽極液池與石英毛細管的陽極端密封連接，所述陽極液池、高壓電源和石英毛細管的位置均固定；所述樣品池和陰極液池固定在一維移動裝置上，樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口。進一步地，上述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其中，所述一維移動裝置上設置有多組樣品池和陽極液池，每一樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口。更進一步地，上述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其中，所述石英毛細管的長度為5cm 20cm ;所述石英毛細管的內徑為25 150微米，外徑為100 500微米。更進一步地，上述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其中，所述缺口的寬度為0.5 2臟。再進一步地，上述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其中，所述金屬層為金層、銀層、銅層、鋁層、鎳層或鉬層；所述金屬層的厚度為IOnm 20 μ m。本實用新型技術方案的實質性特點和進步主要體現(xiàn)在:將電極與電泳通道整合為一體，以IOcm的熔融石英毛細管為電泳通道，在石英毛細管的兩端鍍上金屬層，作為電極。由于儲液池與電泳通道分離從而解放了電泳通道，使其可以自由移動，不僅解決單一電泳通道不能快速進行多樣品進樣的問題，還解決芯片毛細管電泳的電極多、儲液池比較多、清洗困難等問題。本實用新型檢測通量極大提高，可以每小時檢測幾十、幾百甚至上千個樣品。需要樣品量極少，樣品消耗量僅0.3nl。樣品池與陰極液池間隔排列，有效 避免污染。
以下結合附圖對本實用新型技術方案作進一步說明:


圖1:本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示，用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，包括石英毛細管3、陽極液池6、樣品池4和陰極液池5，石英毛細管3的長度為5cm 20cm ;所述石英毛細管的內徑為25 150微米，外徑為100 500微米，石英毛細管兩端的聚酰亞胺外涂層去掉，去掉長度范圍Imm 20mm，石英毛細管3的兩端分別鍍有金屬層，形成陽極I與陰極2，金屬層為金層、銀層、銅層、鋁層、鎳層或鉬層，金屬層的厚度為IOnm 20 μ m，陽極I和陰極2分別通過導線與高壓電源相連，陽極液池6與石英毛細管3的陽極端密封連接，陽極液池6、高壓電源和石英毛細管3的位置均固定；樣品池4和陰極液池5固定在一維移動裝置上，樣品池4和陰極液池5的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口，缺口的寬度為0.5 2_。更佳的是，一維移動裝置上設置有多組樣品池和陽極液池，每一樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口?？梢允故⒚毠芸焖俚膾哌^多個樣品，實現(xiàn)快速檢測多樣品。上述裝置用于檢測時，首先，用注射器在陽極液池6處向石英毛細管3中加入篩分膠，將陽極I和陰極2分別與高壓電源連接，移動一維移動裝置使石英毛細管3對準陰極液池5后，打開高壓電源，高壓電源的電壓為1000 10000V，然后，一維移動裝置以lmm/s 10m/s的速度快速移動使石英毛細管3快速掃過樣品池4的缺口處，進入下一個陰極液池(另一組陰極池和樣品池，理論上可以無限擴展)停留I 10分鐘，使樣品在陰極液池中電泳完成。本實用新型創(chuàng)造性的將電極與電泳通道整合為一體，以IOcm的熔融石英毛細管為電泳通道，在石英毛細管的兩端鍍上金屬層，作為電極。由于儲液池與電泳通道分離從而解放了電泳通道，使其可以自由移動，不僅解決單一電泳通道不能快速進行多樣品進樣的問題，還解決芯片毛細管電泳的電極多、儲液池比較多、清洗困難等問題。本實用新型檢測通量極大提高，可以每小時檢測幾十、幾百甚至上千個樣品。需要樣品量極少，樣品消耗量可以達到0.3nl。樣品池與陰極液池間隔排列，不會引起污染。需要理解到的是:以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:包括石英毛細管、陽極液池、樣品池和陰極液池，所述石英毛細管的兩端分別鍍有金屬層，形成陽極與陰極，陽極和陰極分別通過導線與高壓電源相連，所述陽極液池與石英毛細管的陽極端密封連接，所述陽極液池、高壓電源和石英毛細管的位置均固定；所述樣品池和陰極液池固定在一維移動裝置上，樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述一維移動裝置上設置有多組樣品池和陽極液池，每一樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述石英毛細管的長度為5cm 20cm。
4.根據(jù)權利要 求1所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述石英毛細管的內徑為25 150微米，外徑為100 500微米。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述缺口的寬度為0.5 2mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述金屬層為金層、銀層、銅層、鋁層、鎳層或鉬層。
7.根據(jù)權利要求1或6所述的用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，其特征在于:所述金屬層的厚度為IOnm 20 μ m。
專利摘要本實用新型涉及用于實現(xiàn)多次進樣的毛細管芯片電泳結構，包括石英毛細管、陽極液池、樣品池和陰極液池，石英毛細管的兩端分別鍍有金屬層，形成陽極與陰極，陽極和陰極分別通過導線與高壓電源相連，陽極液池與石英毛細管的陽極端密封連接，陽極液池、高壓電源和石英毛細管的位置均固定；樣品池和陰極液池固定在一維移動裝置上，樣品池和陰極液池的下端均設有供石英毛細管快速掃過的缺口。將電極與電泳通道整合為一體，以石英毛細管為電泳通道，在石英毛細管的兩端鍍上金屬層，作為電極。由于儲液池與電泳通道分離從而解放了電泳通道，使其可以自由移動，解決了單一電泳通道不能快速進行多樣品進樣的問題。
文檔編號B01L3/00GK203083967SQ20122069149
公開日2013年7月24日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權日2012年12月14日
發(fā)明者何越, 石云杰, 陳維忠, 艾洪新, 楊楠 申請人:凱晶生物科技(蘇州)有限公司