專利名稱：微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)及其組建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)及其組建方法，微流控芯片電泳安 培檢測(cè)系統(tǒng)，可用于藥物分析、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微全分析系統(tǒng)，或稱芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)，是指以微機(jī)電加工技術(shù)為基 礎(chǔ)，將試樣采集、樣品處理、生化反應(yīng)、分離檢測(cè)、信號(hào)輸出等一系列過程都集成在一塊幾個(gè) 平方厘米大小的芯片上，以滿足各行業(yè)對(duì)分析的需求。這一概念由Manz等人在1990年提 出，隨著信息科學(xué)、微加工技術(shù)、材料科學(xué)的迅速發(fā)展，以及降低試樣消耗、控制能耗等迫切 需要，這一領(lǐng)域近年來發(fā)展很快。微流控分析芯片是Lab-on-a-chip研究的核心內(nèi)容，體現(xiàn) 了將分析實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)移到芯片上的思想。微流控分析芯片集成了試樣引入、樣品在線 衍生、電泳分離及檢測(cè)等功能，可以快速完成試樣預(yù)處理及分離測(cè)定等操作。分析系統(tǒng)通過 微流控芯片實(shí)現(xiàn)微型化，不僅在于分析系統(tǒng)尺寸的變化，更重要的是帶來了分析性能上的 顯著提升。微流控分析系統(tǒng)的分析耗時(shí)很短，目前的加工水平即可實(shí)現(xiàn)多通道并行分析，可 極大的提高分析效率；一次進(jìn)樣的樣品消耗量為幾個(gè)nL乃至pL的水平，降低了分析成本， 并且極大的減少了環(huán)境污染及能耗；芯片的微結(jié)構(gòu)可以靈活設(shè)計(jì)，以滿足不同分析對(duì)象的 需要；帶來分析系統(tǒng)的便攜化，用于現(xiàn)場(chǎng)分析等場(chǎng)合。目前藥物分析主要采用高效液相色譜(HPLC)的方法，國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)使用的HPLC 儀器90%以上是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴、分析速度慢。微流控芯片電泳是HPLC的下一代技術(shù)， 具有分離效率高、分析速度快(比HPLC快10倍以上)、易于自動(dòng)化和集成等特點(diǎn)，世界上主 要的分析儀器生產(chǎn)商如賽默飛世爾、珀金埃爾默、安捷倫科技等已開始研制用于基因分析 的微流控芯片電泳系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)儀器生產(chǎn)商尚未掌握微流控分析技術(shù)，微流控分析儀器尚 處于萌芽狀態(tài)，在藥物分析領(lǐng)域與HPLC競(jìng)爭(zhēng)，將有光明的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)，由微流控 分析芯片、多路輸出高壓電源、顯微鏡及顯微操縱手、微電極檢測(cè)器、電化學(xué)安培計(jì)組成， 所述微流控分析芯片為玻璃材質(zhì)，其進(jìn)樣通道和分離通道寬度為5 100 μ m，深度為5 100 μ m，長(zhǎng)度為5 150mm，所述多路輸出高壓電源，每一路輸出電壓均可單獨(dú)控制，電壓輸 出范圍在50 5000V范圍內(nèi)可調(diào)，工作時(shí)電流輸出為1 50 μ A ；所述顯微操縱手為XYZ及 角度四維控制，XYZ軸向行程為5 20mm，調(diào)節(jié)的分辨率為0. 2 10 μ m，調(diào)節(jié)角度在30 120度之間；所述微電極材料為碳纖維、金、銀、鉬或基于這些材料的化學(xué)修飾電極，電極的 三維尺寸中至少有一項(xiàng)小于50 μ m;所述電化學(xué)安培計(jì)記錄微電極檢測(cè)器的電流對(duì)于時(shí)間 的變化，電流可記錄范圍為10_12 10_3A。其組建方法如下a、將微電極檢測(cè)器固定在顯微操作手上，在顯微鏡下調(diào)節(jié)，使微電極檢測(cè)器的尖 端對(duì)準(zhǔn)微流控分析芯片分離通道的出口，使得微電極檢測(cè)器尖端和分離通道出口截面的距離為1 200iim ；b、將緩沖試液及試樣加到微流控分析芯片上，讓緩沖試樣充滿芯片的分離通道和 進(jìn)樣通道，通過控制多路輸出的高壓電源實(shí)現(xiàn)試樣的進(jìn)樣和分離，試樣組分在通過微電極 檢測(cè)器時(shí)被分別檢出，信號(hào)由電化學(xué)安培計(jì)采集，輸出到電腦上得到分析譜圖?？偟膩碚f，本發(fā)明就是通過微加工技術(shù)將進(jìn)樣單元、分離微通道、檢測(cè)器等元件集 成在一塊微流控芯片上，利用電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥物各組分的分離，電泳是依據(jù)樣品各組分在 淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)，這些組分通過電泳分離后在微 電極檢測(cè)器上逐個(gè)檢出，具有分離效率高、快速、耗樣量少等優(yōu)點(diǎn)。有益效果與使用傳統(tǒng)的HPLC儀器和高效液相色譜(HPLC)方法相比，本系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)分離效率高，分離微通道線寬很小(100微米以內(nèi))，分離時(shí)具有良好的散熱效 能，可有效抑制組分區(qū)帶的擴(kuò)散，分離效率明顯優(yōu)于HPLC ； (2)分析速度快，一次樣品分析時(shí)間在3分鐘以內(nèi)，而HPLC分析一個(gè)樣品通常需時(shí) 40 80分鐘；(3)試樣消耗少，只需50微升樣品即可完成分析，每次進(jìn)樣量低至1個(gè)納升以下， 遠(yuǎn)小HPLC對(duì)試樣的消耗。


圖1為1. OX 104mol/L的DA和CA混合溶液在本發(fā)明所述微流控芯片電泳安培檢 測(cè)系統(tǒng)的分析譜圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)，由微流控分析芯片、多路輸出高壓電源、顯微 鏡及顯微操縱手、微電極檢測(cè)器、電化學(xué)安培計(jì)組成，所述微流控分析芯片為玻璃材質(zhì)，其 進(jìn)樣通道和分離通道寬度為5 100 ii m,深度為5 100 ii m,長(zhǎng)度為5 150mm，所述多路 輸出高壓電源，每一路輸出電壓均可單獨(dú)控制，電壓輸出范圍在50 5000V范圍內(nèi)可調(diào)，工 作時(shí)電流輸出為1 50 y A ；所述顯微操縱手為XYZ及角度四維控制，XYZ軸向行程為5 20mm，調(diào)節(jié)的分辨率為0. 2 10 y m，調(diào)節(jié)角度在30 120度之間；所述微電極材料為碳纖 維、金、銀、鉬或基于這些材料的化學(xué)修飾電極，電極的三維尺寸中至少有一項(xiàng)小于50i!m ； 所述電化學(xué)安培訓(xùn)記錄微電極檢測(cè)器的電流對(duì)于時(shí)間的變化，電流可記錄范圍為10_12 10_3A。其組建方法如下a、將微電極檢測(cè)器固定在顯微操作手上，在顯微鏡下調(diào)節(jié)，使微電極檢測(cè)器的尖 端對(duì)準(zhǔn)微流控分析芯片分離通道的出口，使得微電極檢測(cè)器尖端和分離通道出口截面的距 離為1 200iim ；b、將緩沖試液及試樣加到微流控分析芯片上，讓緩沖試樣充滿芯片的分離通道和 進(jìn)樣通道，通過控制多路輸出的高壓電源實(shí)現(xiàn)試樣的進(jìn)樣和分離，試樣組分在通過微電極 檢測(cè)器時(shí)被分別檢出，信號(hào)由電化學(xué)安培計(jì)采集，輸出到電腦上得到分析譜圖?？偟膩碚f， 本發(fā)明就是通過微加工技術(shù)將進(jìn)樣單元、分離微通道、檢測(cè)器等元件集成在一塊微流控芯片上，利用電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥物各組分的分離，電泳是依據(jù)樣品各組分在淌度和分配行為上 的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)，這些組分通過電泳分離后在微電極檢測(cè)器上逐個(gè) 檢出，具有分離效率高、快速、耗樣量少等優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合實(shí)際例子來說明本發(fā)明的一種藥物分析、環(huán)境檢測(cè)應(yīng)用。玻璃微流控芯片微通道橫截面為半圓形，直徑50 μ m,進(jìn)樣通道長(zhǎng)5mm，分離通道 長(zhǎng)70mm ；4路輸出高壓電源，最高輸出電壓5000V，最大輸出電流300 μ Α,電腦程序控制各路 輸出電壓及輸出時(shí)間；倒置顯微鏡配合四維顯微操縱手，行程20mm，分辨率1 μ m ；微電極檢 測(cè)器為7μπι直徑碳纖維柱電極，長(zhǎng)ΙΟΟμπι，以Ag/AgCl為參比電極。多巴胺(DA)、兒茶酚 (CA)均為分析純?cè)噭?，電泳緩沖溶液為磷酸鹽緩沖液(0.05mol/L，pH 7.0)，實(shí)驗(yàn)中所有溶 液均用三次蒸餾水配置；所有加入微流控芯片中的溶液在使用前均用0. 2 μ m濾膜過濾，以 免溶液中的細(xì)小渣滓堵塞芯片微通道。電泳前芯片微通道依次用0. lmol/L HC1、三次蒸餾 水清洗，然后注入緩沖溶液。分析條件分離電壓為1000V，500V進(jìn)樣20s，進(jìn)樣時(shí)樣品池加進(jìn)樣電壓，樣品廢 液池接地；分離時(shí)緩沖液池加分離電壓，檢測(cè)池接地。碳纖維電極檢測(cè)電位0.6V(vs Ag/ AgCl)。圖1為1. OX 10_4mol/L的DA和CA混合溶液在本發(fā)明所述微流控芯片電泳安培檢 測(cè)系統(tǒng)的分析譜圖，從譜圖中可得到DA和CA的保留時(shí)間、峰高、峰面積及峰形等信息，利用 保留時(shí)間進(jìn)行定性分析，利用峰高和峰面積可進(jìn)行定量分析，根據(jù)峰形可以對(duì)試樣組分的 分離特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
一種微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)，由微流控分析芯片、多路輸出高壓電源、顯微鏡及顯微操縱手、微電極檢測(cè)器、電化學(xué)安培計(jì)組成，其特征在于所述微流控分析芯片為玻璃材質(zhì)，其進(jìn)樣通道和分離通道寬度為5～100μm，深度為5～100μm，長(zhǎng)度為5～150mm，所述多路輸出高壓電源，每一路輸出電壓均可單獨(dú)控制，電壓輸出范圍在50～5000V范圍內(nèi)可調(diào)，工作時(shí)電流輸出為1～50μA；所述顯微操縱手為XYZ及角度四維控制，XYZ軸向行程為5～20mm，調(diào)節(jié)的分辨率為0.2～10μm，調(diào)節(jié)角度在30～120度之間；所述微電極材料為碳纖維、金、銀、鉑或基于這些材料的化學(xué)修飾電極，電極的三維尺寸中至少有一項(xiàng)小于50μm；所述電化學(xué)安培計(jì)記錄微電極檢測(cè)器的電流對(duì)于時(shí)間的變化，電流可記錄范圍為10-12～10-3A。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于組建方法如下a、將微電極檢測(cè)器固定在顯微操作手上，在顯微鏡下調(diào)節(jié)，使微電極檢測(cè)器的尖端對(duì) 準(zhǔn)微流控分析芯片分離通道的出口，使得微電極檢測(cè)器尖端和分離通道出口截面的距離為 1 200 ii m ；b、將緩沖試液及試樣加到微流控分析芯片上，讓緩沖試樣充滿芯片的分離通道和進(jìn)樣 通道，通過控制多路輸出的高壓電源實(shí)現(xiàn)試樣的進(jìn)樣和分離，試樣組分在通過微電極檢測(cè) 器時(shí)被分別檢出，信號(hào)由電化學(xué)安培計(jì)采集，輸出到電腦上得到分析譜圖。
全文摘要
針對(duì)目前傳統(tǒng)的HPLC儀器和高效液相色譜(HPLC)方法價(jià)格昂貴、分析速度慢的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種微流控芯片電泳安培檢測(cè)系統(tǒng)，它是由微流控分析芯片、多路輸出高壓電源、顯微鏡及顯微操縱手、微電極檢測(cè)器、電化學(xué)安培計(jì)組成，通過微加工技術(shù)將進(jìn)樣單元、分離微通道、檢測(cè)器等元件集成在一塊微流控芯片上，利用電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥物各組分的分離，電泳是依據(jù)樣品各組分在淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)，這些組分通過電泳分離后在微電極檢測(cè)器上逐個(gè)檢出，具有分離效率高、快速、耗樣量少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/48GK101871913SQ200910030590
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者李妍 申請(qǐng)人:李妍