芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜檢測的芯片分析系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜檢測的芯片分析系統(tǒng)。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境和生物樣品中的元素形態(tài)信息有助于人們了解它的毒性、迀移性和生物可利用性。原子光譜分析技術(shù)，特別是等離子體質(zhì)譜技術(shù)，是目前痕量元素總量分析的強(qiáng)有力工具，但難以對環(huán)境、生物和食品等復(fù)雜基體中痕量元素的存在形態(tài)及其含量進(jìn)行分析。色譜分析模式種類多樣，適用范圍廣，是分析復(fù)雜基體中痕量元素的不同形態(tài)物種的高效手段，特別是毛細(xì)管電泳技術(shù)，具有分離效率高、速度快和樣品消耗小等優(yōu)點(diǎn)。毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，即毛細(xì)管電泳的高分離效率與等離子體質(zhì)譜的高靈敏度與高元素選擇性，是一種具有很大潛力的形態(tài)分析技術(shù)。微流控分析芯片具有分析效率高、試樣消耗少、易于微型化和便攜化等特點(diǎn)，是當(dāng)前化學(xué)和生物的研究熱點(diǎn)。毛細(xì)管電泳和等離子體質(zhì)譜聯(lián)用接口中的連接管路和接頭可以方便地集成在芯片上，節(jié)約了制作這些管路和接頭的時(shí)間和成本，并且降低了它們的連接部位的死體積，也簡化聯(lián)用裝置。但是，毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用必先設(shè)計(jì)一個有效的接口，這個接口必須兼容兩者的流量，保證電泳分離與等離子體質(zhì)譜測定互不干擾，同時(shí)還要使電泳流出物高效傳輸?shù)降入x子體質(zhì)譜。設(shè)計(jì)這樣的接口，需要解決的一個問題是如何降低等離子體質(zhì)譜儀所使用的氣動霧化器產(chǎn)生的自吸效應(yīng)。霧化器的自吸效應(yīng)會在分離毛細(xì)管中產(chǎn)生層流，干擾不同物種的電泳分離甚至導(dǎo)致分離失敗。為了最大程度的降低自吸效應(yīng)，一種簡單有效的方法是引入補(bǔ)充液流。但是，由于氣動霧化器的自吸流量受霧化氣流量、樣品溶液粘度和液體被垂直提升的距離等因素的影響，很難通過補(bǔ)充液流來完全匹配霧化器的自吸流量，兩者間的微小差異將會對分離毛細(xì)管內(nèi)的電泳過程不利。另一種方法是使用交叉流霧化器來減小自吸效應(yīng)，此情況下，霧化氣出口方向與樣品溶液管路是垂直的，霧化器的自吸流量大大降低，因而自吸效應(yīng)也大為減輕。然而，交叉流霧化器的霧化效率不高，只有10%。最近，Yang，G.，Xu,X.,ffang,ff.,et al.,A new interface used to couple capillary electrophoresiswith inductively coupled plasma mass spectrometry for speciat1n analysis[J],Electrophoresis, 2008,29( 13): 2862-2868中公開了一個毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用的新接口，它完全消除了霧化器自吸造成的分離毛細(xì)管內(nèi)的層流現(xiàn)象。分離毛細(xì)管內(nèi)的電泳流出物被離線收集，再由蠕動栗轉(zhuǎn)移到三通接頭，接著被另一蠕動栗輸送的補(bǔ)充液流傳輸?shù)届F化器并最終被等離子體質(zhì)譜檢測。當(dāng)?shù)谝粋€電泳流出物轉(zhuǎn)移到三通接頭后，第一個蠕動栗停止運(yùn)行，直至第二個電泳流出物收集完畢。由于分離毛細(xì)管和霧化器被第一個蠕動栗隔離開，當(dāng)它停止運(yùn)行時(shí)，完全消除了霧化器的自吸效應(yīng)對電泳分離的影響。但是該聯(lián)用接口僅適用于迀移時(shí)間差異大于20s的物種，否則兩種分析物的電泳峰會發(fā)生重疊。
[0003]除了自吸效應(yīng)，毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個問題是接口的靈敏度。等離子體質(zhì)譜所用的常規(guī)霧化器的進(jìn)樣流量一般為0.5-2mL/min，采用微量霧化器的進(jìn)樣流量一般為5-100yL/min，這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過毛細(xì)管電泳的流速(亞yL/min水平)，因此絕大部分的接口使用大流量的鞘流液來平衡兩者的流量差。然后在分離毛細(xì)管后引入鞘流液會大量稀釋分析物的濃度，使聯(lián)用接口的靈敏度顯著下降。另一方面，毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣量一般為數(shù)納升至數(shù)十納升，而等離子體質(zhì)譜又是一個質(zhì)量型檢測器(即靈敏度與進(jìn)樣量相關(guān))，這也導(dǎo)致聯(lián)用方法的靈敏度雪上加霜。由于金屬形態(tài)物種在生物、環(huán)境等基體中含量較低，使用傳統(tǒng)毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)直接檢測它們十分困難。為降低聯(lián)用系統(tǒng)的檢出限，可采用改進(jìn)聯(lián)用接口、離線或在線樣品富集、增加進(jìn)樣量等方法。改進(jìn)聯(lián)用接口的手段有氫化物發(fā)生進(jìn)樣，但其應(yīng)用范圍有限(僅限于As、Sn、Hg等能形成氫化物的元素)。離線或在線樣品富集方法效果較好，但是裝置相對復(fù)雜，耗時(shí)較長。增加進(jìn)樣量可以成比例地改善靈敏度，但是會犧牲分離度;而且毛細(xì)管電泳分離的樣品帶一般不能超過分離通道的1/10，否則將導(dǎo)致分離失敗，這限制了增加進(jìn)樣量方法的效果。
[0004]此外，毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個問題是接口的死體積。接口的死體積越大，分析物在此停留的時(shí)間越長，電泳峰的擴(kuò)寬越嚴(yán)重，降低分離效率和檢測靈敏度。現(xiàn)有的毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用接口一般采用兩通、三通或者四通來連接高壓電極、分離毛細(xì)管、鞘流液管路及霧化器，它們的死體積少則數(shù)十納升，多則數(shù)微升，易導(dǎo)致電泳峰的擴(kuò)寬。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜檢測的芯片分析系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜檢測的芯片分析系統(tǒng)，包括相配合的電泳分離部和檢測部，所述電泳分離部包括分離通道、進(jìn)樣通道、緩沖液廢液通道、補(bǔ)充液通道和流出通道，所述檢測部包括等離子體質(zhì)譜儀和霧化器，
[0008]所述分離通道包括微流控芯片，所述的微流控芯片的中心開有中心通孔，所述的微流控芯片以中心通孔為圓心，向邊緣輻射出至少2條徑向分流通道，所述徑向分流通道均相同，且所述的徑向分流通道均與中心通孔連通；
[0009]所述分離通道包括對稱設(shè)置的兩塊微流控芯片，分別為始端微流控芯片和終端微流控芯片，所述始端流控芯片和終端流控芯片相對的徑向分流通道均通過連接毛細(xì)管一一連通，且所述始端微流控芯片的徑向分流通道內(nèi)均設(shè)有多孔塞；
[0010]始端微流控芯片的中心通孔與高壓電極相連，終端微流控芯片的中心通孔與接地電極相連，所述高壓電極和接地電極分別與高壓電源的兩端相連；
[0011]所述的進(jìn)樣通道包括與始端微流控芯片的中心通孔依次連通的進(jìn)液毛細(xì)管、六通進(jìn)樣閥和高壓輸液栗；
[0012]所述的緩沖液廢液通道包括與始端微流控芯片的中心通孔依次連通的廢液毛細(xì)管和廢液瓶；
[0013]所述的補(bǔ)充液通道包括與終端微流控芯片的中心通孔依次連通的鞘流液毛細(xì)管和注射栗；
[0014]所述的流出通道包括與終端微流控芯片的中心通孔連通的轉(zhuǎn)移毛細(xì)管；
[0015]所述轉(zhuǎn)移毛細(xì)管依次通過霧化器、加熱霧化室與等離子體質(zhì)譜儀相連。
[0016]進(jìn)一步，第一毛細(xì)管的一端與所述始端微流控芯片的中心通孔連通，另一端插設(shè)有尚壓電極。
[0017]更進(jìn)一步，所述第一毛細(xì)管和所述廢液毛細(xì)管分別設(shè)置在始端微流控芯片的兩側(cè)。
[0018]進(jìn)一步，第二毛細(xì)管的一端與所述終端微流控芯片的中心通孔連通，另一端插設(shè)有接地電極。
[0019]更進(jìn)一步，所述第二毛細(xì)管和所述鞘流液毛細(xì)管分別設(shè)置在終端微流控芯片的兩側(cè)。
[0020]再進(jìn)一步，所述高壓電極和接地電極都是鉑電極。
[0021 ]進(jìn)一步，所述分流通道沿所述微流控芯片均勻分布。
[0022]本發(fā)明設(shè)有n(n2 2)條徑向分流通道，徑向分流通道完全相同且相互并聯(lián)，每條徑向分流通道內(nèi)的進(jìn)樣量、電場強(qiáng)度、電滲流速等均相等，各徑向分流通道能同時(shí)進(jìn)行電泳分離，電泳分離的總流量為單條徑向分流通道的η倍，提高了電泳分離的效率，且每條徑向分流通道內(nèi)能同時(shí)流出相同的試樣，避免了柱后匯集引起電泳峰擴(kuò)寬；總進(jìn)樣量為單條徑向分流通道的η倍，試樣總量增