本發(fā)明涉及化學檢測技術領域，尤其涉及一種基于離子濃差極化技術的富集器件及其制備方法。

背景技術：

微流控芯片具有樣品消耗少，易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在樣品分離、檢測及分析過程中受到越來越多的關注。但是，在微流控芯片中檢測低濃度樣品仍是一個挑戰(zhàn)。富集方法主要有場放大樣品堆積，等速電泳，等電聚焦，膜過濾及離子濃差極化。其中，基于離子濃差極化現(xiàn)象的富集方法可以富集任何帶電樣品，例如蛋白質，DNA，熒光試劑及離子等，并且只需要簡單的緩沖溶液，具有很大的應用潛力。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

為了解決或者至少部分緩解上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于離子濃差極化技術的富集器件及其制備方法，實現(xiàn)了對不同帶電樣品的富集，結構簡單，樣品消耗少，易于實現(xiàn)自動化，過程簡單快速，不需要超凈間環(huán)境。

(二)技術方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于離子濃差極化技術的富集器件，包括：襯底，包括：富集通道，包括富集通道入口、富集通道流入段、富集通道出口、及富集通道流出段；緩沖通道，包括緩沖通道入口、緩沖通道流入段、緩沖通道出口、及緩沖通道流出段；以及離子交換膜固定槽，設于所述富集通道和緩沖通道之間；微流道密封層，設于所述襯底上方，用于密封各所述通道；在該微流道密封層上設有離子交換膜透過槽；離子交換膜，設于所述離子交換膜透過槽和所述離子交換膜固定槽中；以及，多個電極，分別設于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口及緩沖通道出口。

優(yōu)選的，所述的襯底的材料為光敏樹脂，尼龍或ABS；所述微流道密封層的材質為軟固化的具有粘性的PDMS，厚度為0.1-2mm，該微流道密封層通過粘性固化與所述襯底表面連接。

優(yōu)選的，所述離子交換膜固定槽形成于襯底上，寬度為0.5-2mm，高度為0.5-2mm。

優(yōu)選的，所述微流道密封層的離子交換膜透過槽與所述襯底的離子交換膜固定槽位置對應，使所述離子交換膜可穿過所述離子交換膜透過槽固定在所述離子交換膜固定槽中。

優(yōu)選的，所述富集通道及緩沖通道形成于所述襯底表面，其中，該富集通道位于所述離子交換膜一側，緩沖通道位于所述離子交換膜的另一側，所述富集通道及緩沖通道寬度為100-600μm，深度為100-600μm。

優(yōu)選的，所述富集通道流入段和富集通道流出段之間角度，以及所述緩沖通道流入段和緩沖通道流出段之間角度均為90-160度。

優(yōu)選的，所述的富集通道入口和富集通道流入段之間、所述富集通道出口和富集通道流出段之間、所述緩沖通道入口和緩沖通道流入段之間、及所述緩沖通道出口和緩沖通道流出段之間分別具有一連接段，該連接段的形狀為圓形、直徑為4-10mm，深度為100-600μm。

優(yōu)選的，所述多個電極的材質為銅或不銹鋼，形狀為管狀，管外徑為0.5-2mm。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于離子濃差極化技術的富集器件的制備方法，包括：S1、采用3D打印技術和微流控技術形成包括富集通道、緩沖通道及離子交換膜固定槽的襯底；S2、采用軟固化粘性材料在所述襯底上形成微流道密封層，并在微流道密封層上采用切割方法形成離子交換膜透過槽；S3、將離子交換膜穿過離子交換膜透過槽固定在離子交換膜固定槽中；S4、將多個電極分別插設于所述富集通道及緩沖通道的進、出口中。

優(yōu)選的，所述步驟S2包括：S21、將軟固化粘性材料在一定溫度環(huán)境中固化一段時間，形成微流道密封層；S22、將該軟固化粘性材料與所述襯底的包含有通道的表面與接觸，在該溫度環(huán)境的條件下完全固化；

S23、將離子交換膜固定槽上方的軟固化粘性材料采用切割方法去除，形成離子交換膜透過槽。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明基于離子濃差極化技術的富集器件及其制備方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)利用微流道密封層來實現(xiàn)微流道的密封，結合不同種類的離子交換膜，可以實現(xiàn)對不同帶電樣品的富集。

(2)本發(fā)明通過離子濃差極化技術可以在微流控芯片上實現(xiàn)帶電樣品的富集，可以結合熒光原位檢測技術，實現(xiàn)痕量物質的檢測。

(3)采用3D打印技術及微流道技術制作微流道層，樣品消耗少，易于實現(xiàn)自動化，過程簡單快速，不需要超凈間環(huán)境，具有巨大的應用潛力。

附圖說明

圖1是依據(jù)本發(fā)明實施例基于離子濃差極化技術的富集器件的分解結構示意圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明實施例基于離子濃差極化技術的富集器件的整體結構示意圖。

圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例基于離子濃差極化技術的富集器件的俯視結構示意圖。

圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例基于離子濃差極化技術的富集器件的側視結構示意圖。

【本發(fā)明主要元件符號說明】

1-襯底；

11-富集通道；

111-富集通道入口；

112-富集通道流入段；

113-富集通道出口；

114-富集通道流出段；

12-緩沖通道；

121-緩沖通道入口；

122-緩沖通道流入段；

123-緩沖通道出口；

124-緩沖通道流出段；

13-離子交換膜固定槽；

2-微流道密封層；

21-離子交換膜透過槽；

3-離子交換膜；

4-電極；

41-富集通道入口電極；

42-富集通道出口電極；

43-緩沖通道入口電極；

44-緩沖通道出口電極。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種基于離子濃差極化技術的富集器件。圖1-4為依據(jù)本發(fā)明實施例基于離子濃差極化技術的富集器件的結構示意圖。請參照圖1-4，本實施例基于離子濃差極化技術的富集器件，包括：

襯底1，包括：

富集通道11，包括富集通道入口111、富集通道流入段112、富集通道出口113、及富集通道流出段114；

緩沖通道12，包括緩沖通道入口121、緩沖通道流入段122、緩沖通道出口123、及緩沖通道流出段124；以及

離子交換膜固定槽13，設于所述富集通道和緩沖通道之間；

微流道密封層2，設于所述襯底上方，用于密封各所述通道；在該微流道密封層上設有離子交換膜透過槽21；

離子交換膜3，設于所述離子交換膜透過槽和所述離子交換膜固定槽中；以及，

多個電極4，分別設于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口及緩沖通道出口。

其中，所述富集通道入口、富集通道出口、富集通道流入段、富集通道流出段、緩沖通道流入段、緩沖通道流出段、緩沖通道入口、緩沖通道出口形成于所述襯底表面，寬度為100-600μm，深度為100-600μm。

所述富集通道流入段和富集通道流出段之間角度優(yōu)選為90-160度，同樣的，緩沖通道流入段和緩沖通道流出段之間角度優(yōu)選為90-160度。

所述的富集通道入口和富集通道流入段之間、所述富集通道出口和富集通道流出段之間、所述緩沖通道入口和緩沖通道流入段之間、及所述緩沖通道出口和緩沖通道流出段之間分別具有一連接段，該連接段的形狀優(yōu)選為圓形、直徑優(yōu)選為4-10mm，深度優(yōu)選為100-600μm。

所述多個電極4分別插設于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口、及緩沖通道出口的固定槽內形成富集通道入口電極41、富集通道出口電極42、緩沖通道入口電極43、及緩沖通道出口電極44，該多個電極的材質可為銅、不銹鋼等導電材料，形狀可為管狀，管外徑優(yōu)選為0.5-2mm。

所述富集通道和緩沖通道為通過3D打印技術和微流控技術形成的微流道，所述微流道密封層覆蓋在微襯底上方，起密封微流道作用。該微流道密封層的材質可為軟固化的具有粘性的PDMS，厚度為0.1-2mm。通過粘性固化與所述襯底表面連接。

所述離子交換膜固定槽形成于襯底上，寬度為0.5-2mm，高度為0.5-2mm。

所述離子交換膜置于離子交換膜固定槽中，可為陽離子交換膜或陰離子交換膜。

所述微流道密封層的離子交換膜透過槽與所述襯底的離子交換膜固定槽位置對應，使所述離子交換膜可穿過所述離子交換膜透過槽固定在所述離子交換膜固定槽中。

所述富集通道位于所述離子交換膜一側，所述緩沖通道位于所述離子交換膜的另一側。

所述的襯底的材料可為光敏樹脂，尼龍，ABS等可3D打印的不導電材料。

本發(fā)明提供的基于離子濃差極化的富集器件，不僅可用于富集帶負電荷樣品，而且可用于富集帶正電荷樣品。具體的，

在富集帶負電荷樣品時，離子交換膜為陽離子交換膜。將待富集樣品同時注入到富集通道和緩沖通道入口，在所述離子交換膜一側的富集通道入口電極和富集通道出口電極上分別施加正電壓V₊和V₊₊(其中，V₊<V₊₊)，在離子交換膜的另一側的緩沖通道入口電極、緩沖通道出口電極上接地，選取合適的電勢差，在富集通道所在的富集區(qū)靠近離子交換膜的區(qū)域的陽離子通過陽離子交換膜進入緩沖通道所在的緩沖區(qū)，而陰離子由于受到陽離子交換膜的排斥，向V₊₊方向移動，在富集區(qū)靠近離子交換膜的區(qū)域產生耗盡區(qū)。由于富集通道入口電極和富集通道出口電極之間存在電勢差，該電勢差會誘發(fā)由V₊₊指向V₊的電滲流。通過控制該電勢差，可以平衡陰離子受到的排斥力，從而使該部分陰離子穩(wěn)定在耗盡區(qū)邊緣。電滲流源源不斷地將陰、陽離子輸運到耗盡區(qū)，但是耗盡區(qū)中的陽離子交換膜會阻止陰離子的通過。因此，陰離子會在耗盡區(qū)邊界處不斷富集。

在富集帶正電荷樣品時，離子交換膜為陰離子交換膜。其工作模式與上面所述的陰離子富集方式類似，此處不再贅述。

另外，本發(fā)明還提供了一種基于離子濃差極化的富集器件的制備方法，包括：

S1、采用3D打印技術和微流控技術形成包括富集通道、緩沖通道及離子交換膜固定槽的襯底；

S2、采用軟固化粘性材料在所述襯底上形成微流道密封層；并在微流道密封層上形成離子交換膜透過槽；

S3、將離子交換膜穿過離子交換膜透過槽固定在離子交換膜固定槽中；

S4、將多個電極分別插設于所述富集通道及緩沖通道的進、出口中。

其中，所述步驟S2包括：

S21、將軟固化粘性材料在一定溫度環(huán)境中固化一段時間，形成微流道密封層；

S22、將該軟固化粘性材料與所述襯底的包含有通道的表面與接觸，在該溫度環(huán)境的條件下完全固化。

其中，該固化溫度優(yōu)選為70-100℃，固化時間優(yōu)選為8-20分鐘。

S23、將離子交換膜固定槽上方的軟固化粘性材料去除，形成離子交換膜透過槽。

至此，已經結合附圖對本發(fā)明多個實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明基于離子濃差極化的富集器件及其制備方法有了清楚的認識。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：

所述電極的形狀可為不限于管狀，還可以為片狀等，均不影響本發(fā)明的實現(xiàn)。

綜上所述，本發(fā)明設計了一種新型的基于離子濃差極化富集器件及其制備方法，利用微流道密封層來實現(xiàn)微流道的密封，結合不同種類的離子交換膜，可以實現(xiàn)對不同帶電樣品的富集；采用3D打印技術及微流道技術制作微流道層，樣品消耗少，易于實現(xiàn)自動化，過程簡單快速，不需要超凈間環(huán)境，具有巨大的應用潛力。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。