度的保持 是一種挑戰(zhàn)，特別是UI與非核苷酸目標(biāo)物。為了針對任何給定的傳感平臺實(shí)現(xiàn)更靈敏的檢 測，已經(jīng)開發(fā)出各種樣品富集方法，包括等速電泳，動電捕獲，膜過濾和離子濃度極化。這些 方法能夠提高生物測定的靈敏度，例如免疫測定和酶的活性測定法的靈敏度。到目前為止， 大多數(shù)現(xiàn)有的分子富集設(shè)備通過富集或者捕捉在小體積樣品插頭內(nèi)的低豐度的生物分子 進(jìn)行操作。雖然這種富集模式在增加局部濃度方面是有效的，但是它經(jīng)常在可以處理的最 大流速/樣品體積方面被限制，并且與下游檢測步驟的整合通常是具有挑戰(zhàn)性的。人們可以 通過在正在進(jìn)行的富集過程進(jìn)行插頭的檢測避免這些問題，但是在富集插頭內(nèi)（或附近）的 不同的電/流體/pH值/其他狀況可能使這種原位檢測不太理想。另外，細(xì)胞可以通過基于力 慣性微流體裝置進(jìn)行富集，但它們不適合于生物分子富集，因?yàn)榉肿拥拇笮√《鵁o法預(yù) 期其慣性效應(yīng)。
[0086] 本發(fā)明提供了一種連續(xù)流動裝置，用來產(chǎn)生一種含有用于檢測的分子的富集流 體。所述試驗(yàn)分子可以通過本領(lǐng)域中通常已知的方法進(jìn)行檢測。
[0087] 雖然對于商業(yè)化而言按比例放大是多種微流體平臺最大障礙之一，但是在這里所 展示的技術(shù)能夠非常容易地按比例放大。我們可以堆疊單元系統(tǒng)從而得到高流速(附圖9)。 它是可能的，因?yàn)樵谶@里所發(fā)明的平臺具有一種對稱和互逆的設(shè)計(jì)，如電滲析(ED)系統(tǒng)。事 實(shí)上，人們可能會利用現(xiàn)有的ED平臺，并將其修改成ICP脫鹽系統(tǒng)，僅通過簡單地去除所有 AEMs但保留所有的流體路線選擇。因此，這將使該技術(shù)對于已經(jīng)能夠以多種規(guī)模制造 ED系 統(tǒng)公司具有相當(dāng)?shù)奈?。我們預(yù)計(jì)，所述系統(tǒng)的功率效率將比得上技術(shù)的功率效率。我 們還注意到，所展示的樣品裝置深度較淺，0.2毫米，它能夠處理多達(dá)120yL/min的樣品。因 此，舉例來說，如果我們對商業(yè)手持式ED系統(tǒng)（25個單元對，有效膜面積：64cm 2，膜間距： 1臟，并且總裝置尺寸165115(^1901111113(重量：3千克））^064004，？〇^116111?1，66^^1^)進(jìn) 行修改，我們可以在1個小時內(nèi)處理多大1152L的樣品水。
[0088]此處描述的技術(shù)已經(jīng)在半咸水的脫鹽/純化中和在淡水/咸淡水（ImM和IOmM的 NaCl溶液）中染料的預(yù)富集進(jìn)行證明，但是該技術(shù)背后的基本思想可以被應(yīng)用到其他的情 況和目標(biāo)中，包括海水/生產(chǎn)海脫鹽水和用于水質(zhì)監(jiān)測的細(xì)菌預(yù)富集。由于下述原因，所以 這對于發(fā)展有效的脫鹽水/純化/監(jiān)控過程提供一種非常重要的商機(jī)。
[0089] 首先，在非熱能脫鹽市場中目前反滲透(RO)是主導(dǎo)技術(shù)。然而，因?yàn)閹讉€重要的優(yōu) 點(diǎn)，電化學(xué)脫鹽方法(例如，電滲析和電容去離子法)開始受到人們的關(guān)注，例如高的水純度 和可擴(kuò)展性[4]。本發(fā)明在這里所公開的內(nèi)容提供了電化學(xué)脫鹽方法的兩個關(guān)鍵優(yōu)勢:通過 應(yīng)用非線性ICP的單級的純化和高面積效率。
[0090] 其次，富集/富集過程是分析化學(xué)領(lǐng)域有價值的用于檢測低濃度的目標(biāo)，例如在娛 樂用水和飲用水[7]中有害的毒素和細(xì)菌等。因此，用于富集目標(biāo)物的不同的方法已經(jīng)從離 心機(jī)(在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模)發(fā)展到電動捕獲(在微尺度）。雖然這些現(xiàn)有的方法是準(zhǔn)確和具體的， 但是有關(guān)鍵的局限性。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的預(yù)富集器(例如，離心分離和蒸發(fā))的情況下，就需要 比較長的操作時間（幾小時到幾天）。相比之下，安裝在微流體系統(tǒng)(例如，電動誘捕和等速 電泳）中的預(yù)富集過程具有較短的時間量程，并且極低的樣品體積吞吐量(每1小時PL-UL)。 然后，如果目標(biāo)物被量化并且具有非常低的樣品濃度時，微系統(tǒng)的可靠性是低的。這里所描 述的富集技術(shù)可以潛在地在1小時內(nèi)產(chǎn)生大量的預(yù)富集目標(biāo)物。
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[0099] 盡管本發(fā)明詳細(xì)地顯示并參考其優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 將能夠理解在未偏離所附加的權(quán)利要求書所包含的本發(fā)明范圍之內(nèi)可以作出各種形式和 細(xì)節(jié)上的變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于純化和/或富集一種含有離子雜質(zhì)的第一水流的方法，包括： a. 引導(dǎo)在包括入口和出口的通道中的水流，并且定義，至少部分通過兩個并列的離子 交換膜，其中所述離子交換膜的特征在于相同的電荷， b. 使一種電子場應(yīng)用于所述水流通道； 據(jù)此，形成包括一種純化水流的離子耗盡區(qū)（dde)和包括一種集中離子水流的離子富 集區(qū)(den)，并且離子移動通過所述離子交換膜;收集純化水流和/或富集離子水流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過兩個并且的離子交換膜形成的所述通道不包 括一種攜帶與所述兩個并列的離子交換膜相反的電荷的膜。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述兩個并列的離子交換膜是陽離子交換膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述兩個并列的離子交換膜是陰離子離子交換膜。5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，進(jìn)一步包括一種使離子耗盡區(qū)和離子富集區(qū)分離 或分叉的非離子多孔膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述非離子多孔膜位于通道的出口。7. 根據(jù)在前權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述電場產(chǎn)生其中別階層，其包括與 兩個并列的離子交換膜的至少其中之一相鄰的至少一種電對流渦流。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述電場通過電極和接地裝置產(chǎn)生，其中所述電極 和接地裝置每個都位于外部并且與通道平行。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電極與所述兩個并列的離子交換膜的第一個 形成第二通道，并且所述接地裝置與所述兩個并列的離子交換膜的第二個形成第三通道。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二和第三通道充滿一種電解質(zhì)溶液。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電解質(zhì)溶液是第一水流。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在過幅機(jī)制中的電壓或電流被施用。13. 根據(jù)在前權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一水流含有鹽。14. 根據(jù)在前權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一水流含有生物分子。
【專利摘要】在兩個并置的相似的離子交換膜(AEMs或CEMs)之間，在電場下形成離子耗盡區(qū)(dde)和離子富集區(qū)(den)。當(dāng)陽離子被選擇性地通過CEMs轉(zhuǎn)移，例如，陰離子遷移以達(dá)到電中性，導(dǎo)致在離子耗盡(富集)區(qū)中的濃度下降(升高)。所述濃度下降(即，鹽去除)是低的，并且在比較低的電壓或電流下是的空間上遞進(jìn)的(即，歐姆機(jī)制)。然而，在高電壓或電流(即，過幅機(jī)制)下，強(qiáng)電對流渦流通過CEMs加速陽離子遷移，使我們能夠“重新定位”大部分的鹽離子。平坦耗盡區(qū)伴隨顯著低的離子濃度，以及相應(yīng)的在該區(qū)域的強(qiáng)電場，以及任何帶電制劑(例如蛋白質(zhì)和細(xì)菌)無法穿透該平坦區(qū)。這樣一來，我們能夠從鹽水流中通過在CEM的末端是通道分叉來隔離和收集脫鹽/純化流。所述ICP脫鹽/純化還使用兩個陰離子交換膜(AEMs)通過遷移陽離子發(fā)生，但是脫鹽/鹽水流被轉(zhuǎn)換。
【IPC分類】B01D61/44, C02F1/42, C02F1/469, B01D61/54, B01D61/46, C02F1/46
【公開號】CN105492108
【申請?zhí)枴緾N201480045590
【發(fā)明人】R·夸克, 韓宗潤
【申請人】麻省理工學(xué)院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年6月17日
【公告號】EP3010628A1, US20140374274, WO2014209669A1