專利名稱：微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片毛細(xì)管電泳分析技術(shù)，特別是涉及在微流控芯片毛細(xì)管電泳上負(fù)壓進(jìn)樣和分離技術(shù)。
背景技術(shù)：
自從1990年提出微全分析系統(tǒng)概念以來(lái)，微流控芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域開辟了廣闊的發(fā)展空間。微流控芯片毛細(xì)管電泳技術(shù)已用于DNA測(cè)序，DNA片段的分離和鑒定，氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)的分離測(cè)定以及單細(xì)胞內(nèi)組分的分析等。
對(duì)于上述應(yīng)用，準(zhǔn)確控制皮升級(jí)的樣品進(jìn)樣量是分離測(cè)定的關(guān)鍵。目前普遍采用基于電滲流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)進(jìn)樣方式進(jìn)樣，如電夾流進(jìn)樣，懸浮進(jìn)樣和門式進(jìn)樣等。但是由于電動(dòng)進(jìn)樣時(shí)有“歧視效應(yīng)”，即正負(fù)離子在電場(chǎng)中遷移速度不一致，導(dǎo)致樣品塞的組成與樣品溶液的組成不一致。通過(guò)延長(zhǎng)進(jìn)樣時(shí)間可以減小樣品塞與樣品溶液組成上的差異，但又削弱了微流控芯片快速分析的特點(diǎn)。同時(shí)，芯片毛細(xì)管表面性質(zhì)的變化會(huì)導(dǎo)致電滲流大小的改變，使進(jìn)樣量的精密度大大降低；毛細(xì)管表面性質(zhì)變化嚴(yán)重時(shí)，電滲流方向也會(huì)改變，使樣品無(wú)法進(jìn)入進(jìn)樣和分離通道。
為了解決上述問(wèn)題，在微流控芯片毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣技術(shù)方面，也有壓力進(jìn)樣的報(bào)道。即在注樣階段，用注射泵或其他驅(qū)動(dòng)器，施加壓力驅(qū)動(dòng)樣品池中樣品進(jìn)入進(jìn)樣通道，并通過(guò)進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處流入廢液池。由于微流控芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了防止樣品溶液在進(jìn)樣時(shí)進(jìn)入分離通道而導(dǎo)致分離效率降低，需要使用雙注射泵或三個(gè)注射泵，或者使用計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件和壓力傳感器控制多個(gè)電控閥，使樣品溶液在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞，從而增加了進(jìn)樣系統(tǒng)的成本和進(jìn)樣操作的難度；在分離階段，在微流控芯片交叉處已形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場(chǎng)所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道分離測(cè)定。如果導(dǎo)電的樣品或電泳緩沖液泄漏出輸液設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致輸液設(shè)備帶高壓電而影響安全操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種操作方便、安全、進(jìn)樣量重現(xiàn)性好、無(wú)“歧視效應(yīng)”和使用設(shè)備簡(jiǎn)單的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣技術(shù)?？朔壳拔⒘骺匦酒?xì)管電泳電動(dòng)進(jìn)樣時(shí)進(jìn)樣速度慢，進(jìn)樣量隨微通道表面性質(zhì)的改變而改變，進(jìn)樣需用多路電源和控制系統(tǒng)等的不足。與現(xiàn)有的壓力進(jìn)樣技術(shù)相比，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，安全，微流控芯片中帶電的液體通過(guò)空氣或真空與產(chǎn)生負(fù)壓和釋放負(fù)壓的泵和閥等裝置相絕緣等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供的微流控芯片毛細(xì)管電泳進(jìn)樣的方法，其特征是采用專用負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由注樣和分離二個(gè)階段組成在注樣階段，負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置中三通閥的b端和c端連通，柱塞泵通過(guò)三通閥和接口抽取樣品廢液池中的空氣，在樣品廢液池內(nèi)造成負(fù)壓，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；在分離階段，切換負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置中的三通閥b端和a端連通。由于三通閥的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，樣品廢液池上的負(fù)壓釋放，在微流控芯片交叉處已形成的樣品塞被加在分離通道上高電場(chǎng)所產(chǎn)生電滲流帶入分離通道，開始電泳分離檢測(cè)；分離結(jié)束前，三通閥a端和c端連通，柱塞泵壓出空氣而復(fù)位。
本發(fā)明專用負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由微流控芯片、柱塞泵、三通閥、接口，高壓電源組成，其特征是三通閥a端口直接與大氣相通，柱塞泵與三通閥c端口相接，三通閥b端口通過(guò)聯(lián)接管道與接口相通，微流控芯片上有緩沖液儲(chǔ)液池B、緩沖液廢液儲(chǔ)液池BW、樣品儲(chǔ)液池S、樣品廢液池SW，接口安裝在微流控芯片樣品廢液池SW上面。微流控芯片進(jìn)樣通道為S-SW，分離通道為B-BW，分離通道B-BW二端與高壓電源相連接。
本發(fā)明微流控芯片中帶電的液體通過(guò)空氣或真空與產(chǎn)生負(fù)壓和釋放負(fù)壓的泵和閥等裝置相絕緣。
本發(fā)明柱塞泵和三通閥由計(jì)算機(jī)或單片機(jī)控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽氣，切換閥位操作。
本發(fā)明柱塞泵抽氣的時(shí)間為1-10秒，抽氣的體積為50-500μL。
本發(fā)明負(fù)壓維持時(shí)間為1-10秒。
在本發(fā)明中，由于樣品溶液在壓力差的作用下流動(dòng)，避免了電動(dòng)進(jìn)樣的歧視效應(yīng)和進(jìn)樣對(duì)電滲流的依賴；同時(shí)，溶液在壓力差作用下的流速要遠(yuǎn)大于電滲流的流速，使進(jìn)樣速度大大提高，從而提高了微流控芯片毛細(xì)管電泳的分析樣品的速度；且在產(chǎn)生負(fù)壓的泵和閥內(nèi)無(wú)導(dǎo)電液體，大大提高了本發(fā)明操作的安全性。本發(fā)明所用設(shè)備簡(jiǎn)單，除微流控芯片外，僅用一個(gè)柱塞泵，一個(gè)三通閥和一個(gè)高壓電源。


圖1負(fù)壓進(jìn)樣微流控芯片毛細(xì)管電泳分離裝置示意2微流控芯片與三通閥接口示意3負(fù)壓進(jìn)樣微流控芯片毛細(xì)管電泳分離電泳中1-微流控芯片，2-柱塞泵，3-三通閥及a、b、c三個(gè)端口，4-接口，5-高壓電源，6-進(jìn)樣通道，7-樣品廢液儲(chǔ)液池中的溶液，8-樣品廢液儲(chǔ)液池中液面上方的空氣，9-樣品廢液儲(chǔ)液池SW，10-密封膠管，11-聯(lián)接管道。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本發(fā)明的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣毛細(xì)管電泳分析方法步驟如下負(fù)壓進(jìn)樣微流控芯片毛細(xì)管電泳分離的裝置圖見圖1。其中1代表微流控芯片，微流控芯片上B和BW之間的通道是分離通道，S和SW之間的通道是進(jìn)樣通道，B、BW、S和SW分別代表緩沖液儲(chǔ)液池、緩沖液廢液儲(chǔ)液池、樣品儲(chǔ)液池和樣品廢液池。2代表注射泵，3是三通閥，4是接口，5是高壓電源。在微流控芯片上樣品儲(chǔ)液池S中加入樣品溶液，在其他儲(chǔ)液池B、SW、BW加入不同體積的電泳緩沖液，保持分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度相同，樣品儲(chǔ)液池S中液面的高度小于分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度，樣品廢液儲(chǔ)液池SW中的液面高度小于儲(chǔ)液池S中液面的高度，防止樣品溶液在分離時(shí)進(jìn)入分離通道。用聚四氟乙烯管將柱塞泵2通過(guò)三通閥3和接口4與微流控芯片的樣品廢液池(SW)相連。接口示意圖見圖2。其中6為進(jìn)樣通道，7為樣品廢液儲(chǔ)液池中的溶液，8是樣品廢液儲(chǔ)液池中液面上方的空氣，9是樣品廢液儲(chǔ)液池SW，10是密封膠管，將聯(lián)接用聚四氟乙烯管11-端插入密封膠管10中，再將密封膠管插入廢液儲(chǔ)液池上部，插入的密封膠管始終保持不與SW儲(chǔ)液池內(nèi)的電泳緩沖液的液面相接觸，同時(shí)保證接口的氣密性。
微流控芯片毛細(xì)管電泳分析的操作由注樣和分離二個(gè)階段組成。在注樣階段，三通閥3的b端和c端連通，使柱塞泵2通過(guò)三通閥3和接口4在1-10秒鐘內(nèi)抽樣品廢液池(SW)中50-500μL空氣，使樣品廢液池(SW)內(nèi)造成負(fù)壓，并保持負(fù)壓1-10秒鐘，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液等在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；在分離階段，使三通閥b端和a端連通。由于三通閥的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，它與其它液池之間的壓力差立即同時(shí)消失。在微流控芯片交叉處已形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場(chǎng)所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道，開始電泳分離；分離結(jié)束前，使三通閥a端和c端連通，柱塞泵在1-10秒鐘內(nèi)壓出50-500μL空氣，使柱塞復(fù)位。
實(shí)施例2根據(jù)實(shí)施例1提供更具體的一個(gè)優(yōu)化實(shí)例，參見圖1，微流控芯片上通道寬度為10-100μm，深5-50μm，其中S與SW之間的通道是進(jìn)樣通道，長(zhǎng)度為5-50mm，B和BW之間的通道是分離通道，長(zhǎng)度為10-100mm。分離通道與進(jìn)樣通道十字交叉，或?yàn)殡pT結(jié)構(gòu)。在進(jìn)樣通道和分離通道兩端各打小孔，在小孔上用粘接劑粘合微量塑料儲(chǔ)液池，塑料儲(chǔ)液池外徑6mm，內(nèi)徑4mm，高6mm。分別用S、SW、B、BW表示樣品儲(chǔ)液池、樣品廢液儲(chǔ)液池、緩沖液儲(chǔ)液池和緩沖液廢液儲(chǔ)液池。在儲(chǔ)液池B和BW中分別加入150μL 20mmol/L pH9.2的硼砂緩沖液，在儲(chǔ)液池S加入樣品溶液90μL，樣品溶液的組成為4.0×10-7mol/L熒光素鈉(Flu)和6.0×10-7mol/L羅丹明123(Rh123)的混合物，樣品廢液池SW中加45μL 20mmol/L pH9.2的硼砂緩沖液溶液。
取外徑為1.6mm內(nèi)徑0.8mm的聚四氟乙烯管作為連接管，一端與三通閥b相接，另一端插入作為密封膠管的硅橡膠管中，硅橡膠管長(zhǎng)10mm，內(nèi)徑1.5mm，外徑4.1mm，再將密封膠管插入廢液儲(chǔ)液池SW上部。始終保持插入的密封膠管不與SW儲(chǔ)液池內(nèi)的電泳緩沖液的液面相接觸，同時(shí)保證接口的氣密性。
將激光光斑聚焦在分離通道上距通道十字交叉點(diǎn)10mm的檢測(cè)點(diǎn)處，用激光熒光法檢測(cè)電泳分離結(jié)果。在分離通道B端施加+1200V高電壓，BW端接地。用微機(jī)控制三通閥3的b端和c端連通，用注射器容積為0.5-1mL的柱塞泵2通過(guò)三通閥3和接口4在3秒鐘內(nèi)抽樣品廢液池(SW)中100微升空氣，使樣品廢液池(SW)內(nèi)造成負(fù)壓，并保持負(fù)壓2秒鐘，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液等在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；切換三通閥使b端和a端連通，在微流控芯片交叉處已形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場(chǎng)所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道，開始電泳分離，同時(shí)記錄電泳圖；分離結(jié)束前，使三通閥a端和c端連通，柱塞泵在3秒鐘內(nèi)壓出100微升空氣，使柱塞復(fù)位。分離得到的電泳圖見圖3。連續(xù)進(jìn)行56次分析，羅丹明123和熒光素鈉遷移時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏差分別為3.3和1.5％，峰高的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏差分別為6.2和4.4％，峰面積的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)偏差分別為7.8和5.5％。
權(quán)利要求
1.一種微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是采用專用負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，其操作由注樣和分離二個(gè)階段組成在注樣階段，采用柱塞泵通過(guò)三通閥和接口抽取樣品廢液池中的空氣，在樣品廢液池上形成負(fù)壓，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；在分離階段，通過(guò)三通閥切換閥位使樣品廢液池與大氣相通，樣品廢液池上的負(fù)壓釋放，其它儲(chǔ)液池中緩沖液和樣品溶液立即停止向樣品廢液池流動(dòng)，在電滲流的驅(qū)動(dòng)下，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成的皮克級(jí)樣品塞進(jìn)入分離通道，從而實(shí)現(xiàn)樣品的分離檢測(cè)。
2.權(quán)利要求1所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是所述專用負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由微流控芯片、柱塞泵、三通閥、接口，高壓電源組成，三通閥a端口直接與大氣相通，柱塞泵與三通閥c端口相接，三通閥b端口通過(guò)聯(lián)接管道與接口相通，微流控芯片上有緩沖液儲(chǔ)液池B、緩沖液廢液儲(chǔ)液池BW、樣品儲(chǔ)液池S、樣品廢液池SW，接口安裝在微流控芯片樣品廢液池SW上面，微流控芯片進(jìn)樣通道為S-SW，分離通道為B-BW，在分離通道B-BW二端設(shè)置高壓電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是微流控芯片中帶電的液體通過(guò)空氣或真空與產(chǎn)生負(fù)壓和釋放負(fù)壓的泵和閥等裝置相絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是所述柱塞泵和三通閥由計(jì)算機(jī)或單片機(jī)控制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽氣，切換閥位操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是柱塞泵所配制的注射器最佳容積為0.5-1mL，抽氣的時(shí)間為1-10秒，抽氣的體積為50-500μL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是所述負(fù)壓維持時(shí)間為1-10秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣方法，其特征是在微流控芯片上樣品儲(chǔ)液池S中加入樣品溶液，在其他儲(chǔ)液池B、SW、BW加入不同體積的電泳緩沖液，保持分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度相同，樣品儲(chǔ)液池S中液面的高度小于分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度，樣品廢液儲(chǔ)液池SW中的液面高度小于儲(chǔ)液池S中液面的高度，防止樣品溶液在分離時(shí)進(jìn)入分離通道。
全文摘要
一種微流控芯片毛細(xì)管電泳進(jìn)樣和分離方法，包括通過(guò)一個(gè)柱塞泵，一個(gè)三通閥和一組高壓電源實(shí)現(xiàn)微流控毛細(xì)管電泳芯片進(jìn)樣和分離。其特征是利用微流控芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用柱塞泵通過(guò)三通閥和接口抽取樣品廢液池中的空氣，在樣品廢液池上形成負(fù)壓，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液等在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；通過(guò)三通閥切換閥位使樣品廢液池與大氣相通，其它儲(chǔ)液池中緩沖液和樣品溶液立即停止向樣品廢液池流動(dòng)，在電滲流的驅(qū)動(dòng)下，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成的皮克級(jí)樣品塞進(jìn)入分離通道，從而實(shí)現(xiàn)樣品的分離檢測(cè)。
文檔編號(hào)B81B1/00GK1737562SQ200510050458
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者殷學(xué)鋒, 張磊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)