專利名稱：帶有柔性接口的液相色譜芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶有柔性接口的液相色譜芯片。
背景技術：
液相色譜法是這樣一種處理，通過該處理，物質可以被分離成其組成物的離子或分子。通常，物質被溶解在溶劑中并由泵驅動通過分析柱。分析柱填充有稱為“固定相”的填充材料。溶液的各種成分由于它們與固定相的相互作用而以不同速率通過固定相。
液相色譜法可以作為用質譜儀進行進一步分析之前的初步階段。根據(jù)這種安排，首先通過液相色譜將待分析的物質分離成它的組成物。此后，經過時間排序的樣品從液相色譜的輸出發(fā)送到質譜儀的輸入，即進入質譜儀的離子源。
在質譜儀采用電噴霧電離的情況下，用小型的聚合材料芯片來實現(xiàn)液相色譜是已知的。換句話說，分析柱作為經過芯片主體延伸的通道(填充有處理過的固定相材料)而存在。被填充的通道，其輸出連接到向芯片遠端區(qū)域延伸的第二通道，所述遠端區(qū)域形成為噴霧尖端。芯片的噴霧尖端部分插入質譜儀的離子源。這樣，待分析的物質由芯片上被填充的柱分離成它的組成物，然后經過噴霧尖端發(fā)送到質譜儀用于進一步的分析。
上述方案具有某些特點。為了使色譜芯片與質譜儀的離子源正確相接，芯片的噴霧尖端區(qū)域必須精密成型以便與離子源匹配。另外，芯片必須相對于質譜儀精確定向。因此，對色譜芯片的設計必須結合它將要匹配到的具體質譜儀來進行，這意味著它不能作為一個獨立單元而有效工作。

發(fā)明內容
概括而言，本發(fā)明涉及色譜芯片，所述色譜芯片將被分析物傳送到由色譜芯片限定的端口而不是裝在色譜芯片上的噴霧尖端。
根據(jù)一種實施例，液相色譜裝置可以包括具有主體的芯片，所述主體帶有第一表面和相反設置的第二表面。主體可以限定具有輸入端和輸出端的第一通道。第一通道還可以包含化學處理過的材料。芯片的第二表面可以限定第一孔穴，所述第一孔穴與第一通道的輸入端流體連通。主體可以限定第二通道，所述第二通道與第一通道的輸出端流體連通。第二通道可以與芯片主體的第二表面限定的第二孔穴流體連通。
根據(jù)另一種實施例，液相色譜系統(tǒng)包括具有主體的芯片，所述主體帶有第一表面和相反設置的第二表面。主體限定了具有輸入端和輸出端的第一通道。第一通道包含化學處理過的物質。第一通道與芯片主體的第二表面限定的第一孔穴流體連通。系統(tǒng)還包括耦合到芯片第一表面的定子。另外，系統(tǒng)包括轉子，所述轉子具有耦合到芯片第二表面的芯片側表面。轉子的芯片側表面在其上具有槽。系統(tǒng)還可以包括耦合到轉子的致動器，所述致動器設置為使轉子轉動，以使在轉子轉動中的某些點，轉子上的槽與芯片第二表面上的第一孔穴流體連通。
根據(jù)另一種實施例，一種液相色譜方法包括將攜帶了被分析物的移動相泵浦到經過定子延伸的多個通道中一個。該方法還包括在芯片限定的多個通道中一個中接收攜帶了被分析物的移動相流體。該方法還包括驅動移動相流體經過路徑，所述路徑經過由芯片限定的至少一個通道延伸。所述至少一個通道包含化學處理過的材料。這樣，從所述至少一個通道產生排出物。排出物的成分隨時間變化。最后，將排出物發(fā)送到管子。


圖1A圖示了色譜芯片一種可能實施例的定子側的視圖。
圖1B圖示了圖1A的色譜芯片的簡化側面圖。
圖2A圖示了色譜系統(tǒng)一種可能實施例的側面圖。
圖2B圖示了根據(jù)一種可能的實施例可以作為圖2B所示系統(tǒng)的元件的轉子。
圖3圖示了色譜芯片一種可能實施例的定子側的視圖。
圖4圖示了在脫鹽處理的一種可能實施例過程中，流體流經的部分路徑。
圖5圖示了在脫鹽處理的一種可能實施例過程中，流體流經的另一部分路徑。
圖6圖示了在脫鹽處理的一種可能實施例過程中，流體流經的再一部分路徑。
圖7圖示了色譜芯片的一種可能實施例的定子側的視圖。
圖8圖示了在色譜過程的一種可能實施例過程中，流體流經的部分路徑。
圖9圖示了在色譜過程的一種可能實施例過程中，流體流經的部分路徑。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的各種實施例進行詳細說明，其中在幾幅圖中相同的標號表示同樣的零件或組件。參考各種實施例并不是限制發(fā)明的范圍，發(fā)明的范圍僅由此處的權利要求的范圍來限定。另外，此說明書中列出的任何示例并不表示限制，而僅僅是列出要求保護的發(fā)明的許多可能的實施例中的一些。
圖1A圖示了液相色譜裝置100的一種實施例。圖1B圖示了該液相色譜裝置投影到垂直于線102方向上的簡化局部側視圖。為了簡單起見，圖1B中只示出了圖1A中在標有標號的端口之間延伸的那些通道。色譜裝置100可以以薄晶片或芯片的形式實現(xiàn)，此處稱為“色譜芯片”。
在示例性實施例中，色譜芯片100是聚合材料，但是它也可以由其他材料制成。例如，除了其他可能性以外，色譜芯片還可以由聚酰亞胺制成。色譜芯片100具有圖1A中示出的上表面104，以及圖1A中不可見、但在圖1B中示出了的相反的下表面106。示出的上表面104和下表面106是矩形的。原則上，上表面104和下表面106的形狀是由設計來決定的，可以采用任何形狀。
在示例性實施例中，色譜芯片100是薄的。例如，根據(jù)一種實施例，色譜芯片厚度約為30mil(即上表面104和下表面106之間彼此分開30mil)，并可以以多個疊層色譜芯片的形式實現(xiàn)。根據(jù)另一種實施例，色譜芯片寬約1英寸，長度為大約2英寸到大約6英寸。色譜芯片的上述尺寸是由設計來決定的。因此，色譜芯片的各種實施方式可以更寬和/或更長，取決于是否使用疊層的實施例，或者芯片是否包括多個樣品處理通道等。
此處給出的附圖，包括圖1A和圖1B，不是按比例繪制的。為了便于說明，某些本來可能很小的特征被圖示夸大了。例如，色譜芯片100的厚度被夸大了，以便可以更好地看到色譜芯片100的某些特征。出于相同的原因，其他特征的尺寸也不是真實尺寸。
色譜芯片100的上表面104限定了一組孔或者稱為端口，其中一個由標號108表示。芯片的下表面106也限定了一組端口，其中兩個由標號110和112表示。在圖1A中，上表面104限定的端口(例如端口108)用實線示出。另一方面，下表面106限定的端口(例如端口110和112)用虛線示出。
端口是由色譜芯片100的表面104和106限定的孔穴。根據(jù)一種實施例，端口的直徑約為2微米。當然，如本領域技術人員所知，上述直徑是由設計來決定的，因此可以改變。從各個端口可以接觸通道。例如，對于端口108的情況，可以接觸通道114，所述通道114從上表面104延伸到下表面106，終止于芯片100的下表面106中限定的端口116。因此，與端口108流體連通的器件例如管子或導管，通過在端口108和端口116之間延伸的通道114，也與端口116流體連通。對于另一個示例，端口110的情況，可以接觸通道118，所述通道118沿著一條分成三部分的路徑(1)從端口110開始，向上表面104延伸；(2)經過芯片主體100延伸，部分沿寬度方向，部分沿長度方向；(3)再向下表面延伸并終止于端口112。這樣，與端口110流體連通的器件通過通道118也與端口112流體連通。
每個通道可以終止于兩個端口。通道可以終止于同一表面限定的兩個端口(即兩個端口都在下表面106上或兩個端口都在上表面104上)，在此情況下，通道在回到其起始表面前沿長度方向和/或寬度方向經過芯片主體延伸?；蛘撸ǖ揽梢越K止于相反表面上的端口。例如，這樣的通道可以象通道114所示那樣，沿芯片100的z軸延伸，將相反面的相對端口直接連接。另一方面，這樣的通道可以在延伸到相反表面上的端口之前沿長度方向或寬度方向穿過芯片主體延伸。在色譜芯片的某些示例性實施例中，一個或多個通道可以是直的。在其他實施例中，一個或多個通道可以不是直的。
色譜芯片，例如圖1A和圖1B所示的色譜芯片，可以與系統(tǒng)一起使用，例如圖2A和圖2B所示的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括定子200、色譜芯片202和轉子204。
在圖2A中，色譜芯片202的示例性實施例是從側面示出的，其上表面206與定子200相鄰，其下表面208與轉子204相鄰。因此，色譜芯片202的上表面此處可以稱為“定子側的表面”，下表面208此處可以稱為“轉子側的表面”。
圖2A所示的色譜芯片包含上表面206上的兩個端口210和212，以及下表面208上的兩個端口214和216。如下所述，實際買到的色譜芯片實例可以包含多得多的端口。為了便于說明定子200、色譜芯片202和轉子204相結合的功能，對圖2A所示的色譜芯片202進行了簡化。
定子200耦合到芯片206的上表面，并作為輸入歧管。將要引入色譜芯片202上表面206上的端口210的流體可以注入定子200的端口218。然后，流體流經沿長度方向穿過定子200延伸的通道220到達端口210。在到達端口210時，流體流經通道222，并到達色譜芯片202的下表面208上的端口214。
轉子204用于在色譜芯片202的下表面208上的端口之間選擇性地提供流體連通關系。圖2B示出了轉子204在芯片一側的表面的視圖。由圖2B可見，轉子204包括刻蝕到色譜芯片表面中的槽224。根據(jù)一種實施例，槽224的深度可以在0.001英寸量級。盡管圖2B中未示出，但是轉子204可以由促動裝置例如伺服電動機來轉動。轉子204的轉動使槽224隨之轉動。通過將轉子204轉到特定角度，可以對槽224進行定向，使槽224的一個末端226對準端口214，另一個末端228對準端口216。當這樣定位時，槽224在端口214與216之間提供流體連通關系。轉子204轉到另一個角度可以使端口214與色譜芯片202的下表面208上的另一個端口流體連通，或者使端口214終止(即不與任何其他端口流體連通)。
如圖2A所示，槽224定向為在端口214與216之間提供流體連通。因此，到達端口214的流體流經槽224，并在端口216處再次被引入色譜芯片。此后，流體流經通道230并被傳送到沿長度方向穿過色譜芯片主體202延伸的通道232。通道232可以由填充材料例如氧化硅小球填充，使通道232作為分析柱。這樣，到達通道232的流體被分成其組成物的分子，所述分子作為時間的函數(shù)經過通道234傳送到端口212。之后，柱232的排出物經過定子通道236離開系統(tǒng)，到達定子200上表面上的輸出端口238。
管子或導管240可以連接到端口238。根據(jù)一種實施例，管子240可以形成為熔石英導管或其他適當?shù)膶Ч?，所述導管的內直徑在約2-1000微米量級。如本領域所知，管子240的上述直徑是由其他因素決定根據(jù)設計來決定的，因此可以改變。管子240可以向任何期望的器件提供流體連通。例如，管子240可以用噴霧尖端提供流體連通，所述噴霧尖端嵌入質譜儀的離子源或其他裝置，例如餾分收集器、基質輔助激光解吸(MALDI)板、紫外室等。因此，圖2A(以及此處其他圖中)所示的色譜芯片不包括噴霧尖端。這樣，圖2A所示的系統(tǒng)用作獨立的色譜單元，可以經由管子240耦合到任何期望的裝置。這樣的裝置可以包括但不限于質譜儀、紫外室、餾分收集器或MALDI板等。
再回到圖1A，色譜芯片100的某些特征很重要但不是必需的。如其中所示的，色譜芯片100包括捕獲柱120和分析柱122。如下所述，色譜芯片100可以與轉子配合，使流體攜帶的被分析物在捕獲柱的頭部被捕獲并脫鹽(desalt)。此后，轉子可以轉動以使被分析物通過捕獲柱120，并進入分析柱122，于是被分析物被分成其組成物，所述組成物作為時間的函數(shù)離開分析柱122。此后，柱的排出物被導向與定子連通的端口，于是由管子導向期望的裝置，如前所述。
為了簡單地通過轉子的轉動即可實現(xiàn)前述操作，色譜芯片100的下表面106(即轉子側的表面)上的端口可以沿一個或多個同心圓路徑布置，如圖1A所示。這樣，如圖1A所示，色譜芯片100下表面106上的端口沿兩個同心圓路徑布置。
同樣重要的是在圖3中，色譜芯片300具有多個既不通向捕獲柱、也不通向分析柱的端口。提供這些端口可以使定子、轉子和色譜芯片的組合共同用作切換裝置，例如將流體從設備的一個單元導向另一個?；蛘?，這些端口可以用于提供這樣的機構，多個泵可以由所述機構耦合到其中的各個柱。
圖3圖示了示例性色譜芯片300(俯視圖)，它設置為進行初始的脫鹽然后分離被分析物。與圖3-9相關的討論是關于這樣的一個例子，其中定子、轉子和色譜芯片共同作用，使一個泵開始耦合到給定的柱，后來使另外的泵耦合到所述的柱。圖3示出的包括三個粗虛線302、304和306。這些粗虛線表示轉子提供的流體路徑(或槽)，所述轉子靠近色譜芯片306的下表面，所以在圖3中不可見。對于圖3中給定的轉子方向，發(fā)送到芯片300的被分析物受到脫鹽處理或清洗，如下所述。
開始，帶有被分析物的流體被泵(例如毛細泵)的力推動經過定子上的輸入端口，所述輸入端口與色譜芯片300上表面上的端口308流體連通。(為了便于說明，假設攜帶被分析物的流體是水。當然，如本領域技術人員所知，可以使用其他流體。)毛細泵是流速從皮升/分到微升/分量級的各種泵。流體流經端口308，并通過耦合到它的通道400(參見圖4)，到達色譜芯片300的下表面上的端口402。槽302在端口402與端口310之間提供流體連通，因此流體行進到端口310。
端口310與通道312流體連通，所述通道312填充有疏水填充材料或化學處理中所用方法需要的其他(多種)材料。因此，水從柱312通過，而被分析物留在柱的頭部。因此，通道312被稱為“捕獲柱”(被分析物在柱的頭部被“捕獲”留下)。隨著水從柱312通過，它帶走了可能與被分析物混合的污染物，這種處理稱為“脫鹽”。水和溶于其中的鹽構成廢液，所述廢液被送到色譜芯片300下表面上的端口314，在捕獲柱上留下吸附的疏水材料。
槽304在端口314與色譜芯片300下表面上的端口500(圖5)之間提供流體連通。因此，廢液從端口314流到端口500。通道600(圖6)將芯片300下表面上的端口500耦合到色譜芯片300上表面上的端口316，因此廢液通過端口316離開芯片300并進入延伸穿過定子的通道602。管子或導管604在端口606處耦合到定子。因此，廢液經過管子604從定子排出，并被送到廢液容器(未示出)。
前述脫鹽處理可以持續(xù)幾分鐘，直到確定被分析物已經得到足夠的提純或脫鹽。此后，轉子可以沿順時針方向轉動，使槽形成圖7所述的耦合關系。
由圖7可見，端口308不再與端口310流體連通。反之，端口700與端口310流體連通。如圖8所示，端口700(經過通道802)與定子的端口800流體連通。泵(例如納升泵)可以驅動親水流體(例如乙腈)經過端口800，并從而經過通道802，意味著親水流體經過端口700進入色譜芯片300。納升泵是流速從每分鐘幾微升到幾納升量級的各種泵。通道803將端口700耦合到芯片下表面上的端口804。因此，親水流體經過端口804離開芯片300。
槽302在端口804與端口310之間提供流體連通。因此，親水流體在端口310處再次進入芯片。在親水流體再次進入時，它經過捕獲柱312的頭部，從而溶解疏水的被分析物并攜帶其通過捕獲柱312，柱的排出物由此經過芯片300下表面處的端口314離開色譜芯片。
通過轉子的定向，槽304提供了與端口701的流體連通。這樣，排出物經過端口701再次進入芯片300，并流經通道702。通道702填充有填充材料(例如經過處理的氧化硅小球)，從而將排出物-被分析物溶液分離成其組成物的分子，所述分子以隨時間變化的組分離開柱702。
或者，參考圖8和圖7，在從分析柱702離開時，柱的排出物通過通道704，并經過端口706離開芯片300。轉子上的槽306在色譜芯片下表面上的端口706和端口900之間提供流體連通。因此，排出物在端口900處再次進入色譜芯片300，并流經通道902，在色譜芯片300上表面上的端口708處離開色譜芯片。
在離開色譜芯片時，排出物經過通道904到達定子上的輸出端口906。此后，排出物被經過管子或導管送到與之耦合的裝置，例如噴霧尖端，所述噴霧尖端嵌入質譜儀的離子源或其他分析裝置，包括MALDI板等。
上述各種實施例只是為了說明而提供的，不應當理解為限制本發(fā)明。本領域技術人員易于想到對本發(fā)明進行的雖然不符合此處圖示并說明的示例性實施例和應用方式，但是并未脫離權利要求所述本發(fā)明的真正精神和范圍的各種改變和變化。
此外，在前述詳細說明中，各個特征在一個實施例中臨時組合在一起以簡化所公開的內容。這種公開方法不應解釋為反映了下述意圖，即本發(fā)明主題要求的實施例需要的特征比各個權利要求中所明確列出的更多。相反，如權利要求所反映的，發(fā)明主題的特征少于單個公開的實施例的全部特征。因此，特此將權利要求結合在詳細說明中，每個權利要求自身都作為單獨的優(yōu)選實施例。
權利要求
1.一種液相色譜裝置，包括帶有主體的芯片，所述主體具有第一表面和相反設置的第二表面；其中，所述主體限定了具有輸入端和輸出端的第一通道，所述第一通道含有化學處理過的材料；其中，所述芯片主體的所述第二表面限定了第一孔穴，所述第一孔穴與所述第一通道的所述輸入端流體連通；其中，所述主體限定了第二通道，所述第二通道與所述第一通道的所述輸出端流體連通，所述第二通道與由所述芯片主體的所述第二表面限定的第二孔穴流體連通；并且其中，所述液相色譜裝置提供了到第二下游裝置的柔性連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的液相色譜裝置，其中，所述第一表面還限定了多個孔穴。
3.根據(jù)權利要求2所述的液相色譜裝置，其中，所述多個孔穴中至少一個延伸到所述芯片主體的所述第二表面，從而所述至少一個孔穴在所述第二表面中限定。
4.根據(jù)權利要求2所述的液相色譜裝置，其中，所述所述多個孔穴中的第一孔穴與第三通道流體連通，所述第三通道包含化學處理過的材料并與所述芯片主體的所述第二表面上限定的第三孔穴流體連通。
5.根據(jù)權利要求2所述的液相色譜裝置，其中，所述多個孔穴排列為基本圓形的圖樣。
6.根據(jù)權利要求1所述的液相色譜裝置，其中，所述芯片主體沒有噴霧尖端。
7.根據(jù)權利要求1所述的液相色譜裝置，其中，所述芯片主體包括聚合物。
8.一種液相色譜系統(tǒng)，包括帶有主體的芯片，所述主體具有第一表面和相反設置的第二表面，其中，所述主體限定了具有輸入端和輸出端的第一通道，所述第一通道包含化學處理過的材料，并且所述第一通道與由所述芯片主體的所述第二表面限定的第一孔穴流體連通；耦合到所述芯片的所述第一表面的定子；轉子，所述轉子具有耦合到所述芯片的所述第二表面的芯片側的表面，所述芯片側的表面在其上具有槽；耦合到所述轉子的致動器，所述致動器使所述轉子轉動，使所述轉子轉動中在某些點處，所述轉子上的槽與所述芯片的所述第二表面上的所述第一孔穴流體連通。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述芯片主體限定了第二通道，所述第二通道在由所述芯片的所述第二表面限定的第二孔穴與由所述芯片的所述第一表面限定的第三孔穴之間延伸，并且其中，所述轉子上的所述槽布置為使所述轉子轉動過程中某些點處，所處槽在所述芯片的所述第二表面上的所述第一孔穴與所述第二孔穴之間產生流體連通。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述定子限定了經過所述定子延伸的孔穴，其中，經過所述定子延伸的所述孔穴與所述芯片的第一表面上的所述第三孔穴流體連通。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，還包括管子，所述管子耦合到延伸經過所述定子的所述孔穴。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述管子將所述芯片連接到質譜儀。
13.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述芯片主體沒有噴霧尖端。
14.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述芯片的第一表面限定了多個空缺。
15.一種液相色譜方法，包括將攜帶了被分析物的移動相泵浦到延伸經過定子的多個通道中一個；在芯片限定的多個通道中一個中接收攜帶了所述被分析物的所述移動相流體；驅動所述移動相流體經過路徑，所述路徑經過由所述芯片限定的至少一個通道延伸，所述至少一個通道包含化學處理過的材料，其中，從所述至少一個通道產生排出物，所述排出物的成分隨時間變化；以及將所述排出物發(fā)送到管子。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，將所述排出物發(fā)送到管子的包括將所述排出物發(fā)送到延伸經過所述定子的多個通道中的第二通道，所述多個通道中的所述第二通道耦合到管子。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括使耦合到所述芯片的轉子轉動，以便確定所述移動相流體經過所述芯片的路徑。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述管子與質譜儀中的離子源流體連通。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述管子與樣品收集裝置流體連通。
20.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述管子與基質輔助激光解吸板流體連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液相色譜芯片，它可以包括分析柱。在被分析物行進經過由色譜芯片限定的分析柱后，本分析物直接或間接地傳送到由色譜芯片限定的端口而不是裝在色譜芯片上的噴霧尖端。端口可以與管子或導管流體連通，所述管子或導管可以接著耦合到另外的裝置。這樣的結構提供了色譜芯片到另外的裝置的柔性接口。
文檔編號G01N30/02GK1900712SQ20061010333
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月18日 優(yōu)先權日2005年7月22日
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