CN103055973A - 一种新型微流控分离芯片及其制备方法 - Google Patents

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叶嘉明
沙俊
王晓东
聂富强
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Abstract

本发明涉及一种新型微流控分离芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微结构和微通道，原位制备了样品驱动的电渗泵，在分离主微通道的两侧，施加一定的电场，在电场的作用下，带电不同的待测物质实现分离，主要应用于分离与分析等相关领域。该微流控芯片操作简单、在芯片上同时实现了带电物质的进样与分离，降低了试剂与样品的用量，减少了毛细管的更换频率，极大降低了毛细管电泳的分析成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，为分离与分析等相关领域提供了一种全新的微流控分析技术。

Description

一种新型微流控分离芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型微流控分离芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微结构和微通道，原位制备了样品驱动的电渗泵，在分离主微通道的两侧，施加一定的电场，在电场的作用下，带电不同的待测物质实现分离，主要应用于分离与分析等相关领域。
背景技术
毛细管电泳又称高效毛细管电泳，是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。
毛细管电泳具备如下优点：快速，一般在十几分钟内完成分离；微量，进样所需的样品体积为nL级；多模式，可根据需要选用不同的分离模式且仅需一台仪器；经济，实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费用很低；自动，是目前自动化程度较高的分离方法。
然而，由于进样量少，毛细管电泳具备如下缺点：制备能力差；由于毛细管直径小，使光路太短，用一些检测方法(如紫外吸收光谱法)时，灵敏度较低；电渗会因样品组成而变化，进而影响分离重现性。因此，发展一种便捷、快速、高效、低成本的分离技术，是分离与分析等领域的迫切需求。近年来，微流控芯片分析技术已成为分析化学中一个重要的研究方向，是其中最活跃的一支，无论是在科研还是应用领域都获得了广泛的重视。微流控芯片作为一种新型的分析检测平台，具有高通量、集成化、多重平行分析、便携式、易操作、成本低等优点，已经在众多领域获得了广泛应用。然而，采用微流控芯片，在其表面制备微结构和微通道，集成进样和分离为一体的分析技术，目前在相关应用领域尚未有实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是提供了一种新型微流控分离芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微结构和微通道，原位制备了样品驱动的电渗泵，在分离主微通道的两侧，施加一定的电场，在电场的作用下，带电不同的待测物质实现分离，主要应用于分离与分析等相关领域。
为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤：
(1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。
(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括进样孔、分离主通道和分离分通道。
(3)将三段(1厘米，直径150微米)的毛细管预埋入电渗泵微槽中，用环氧胶进行密封与固定。
(4)将高压电源控制器与电渗泵和分离通道通过铂丝电极相连。
(5)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成新型毛细管电泳的微流控芯片。
本发明中，新型微流控分离芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、COC、铜、铝、不锈钢、硅片、玻璃圆片，也可是市售的各类普通CD光盘。
本发明中，新型微流控分离芯片和粘性薄膜的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀制备，也可用软刻蚀技术制备。
本发明中，新型微流控分离芯片是由两层芯片组成，各层芯片之间用粘性薄膜贴合，粘性薄膜可以是双层力致粘性薄膜，也可是普通双面胶薄膜。
本发明中，新型微流控分离芯片上的样品溶液的驱动依靠电渗泵产生的电渗流。
本发明中，新型微流控分离芯片的分离主微通道两侧连接高压电源，依靠电场产生的电渗流进行带电物质的分离。
本发明提出的新型微流控分离芯片及其制备方法，操作简单、在芯片上同时实现了带电物质的进样与分离，降低了试剂与样品的用量，减少了毛细管的更换频率，极大降低了毛细管电泳的分析成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，在分离与分析等相关领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1.新型微流控分离芯片的结构示意图。
a.电压控制面板，b.电渗泵，c.分离主通道，d.毛细管，e.紫外检测窗口。
具体实施方案
实施例1
用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC***加工制备两层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油渍等污渍。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将三段(1厘米，直径150微米)的毛细管预埋入电渗泵微槽中，用环氧胶进行密封与固定。将两层芯片小心对齐、粘合、加压封合，制成新型毛细管电泳的微流控芯片。将带电溶液注入进样注入孔，施加电场，溶液在电渗泵驱动下进入分离主微通道，在电场的作用下，电荷不同的待分离物的移动速度不同，从而实现分离，进入检测窗口后，分别被检测出其含量。
实施例2
用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC***加工制备两层圆片状聚碳酸酯(PC)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油渍等污渍。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将三段(1厘米，直径150微米)的毛细管预埋入电渗泵微槽中，用环氧胶进行密封与固定。将两层芯片小心对齐、粘合、加压封合，制成新型毛细管电泳的微流控芯片。将带电溶液注入进样注入孔，施加电场，溶液在电渗泵驱动下进入分离主微通道，在电场的作用下，电荷不同的待分离物的移动速度不同，从而实现分离，进入检测窗口后，分别被检测出其含量。

Claims (10)

1.一种新型微流控分离芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微结构和微通道，原位制备了样品驱动的电渗泵，在分离主微通道的两侧，施加一定的电场，在电场的作用下，带电不同的待测物质实现分离，主要应用于分离与分析等相关领域。
2.按权利要求1所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，其制作步骤如下：
(1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。
(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括进样孔、分离主通道和分离分通道。
(3)将三段(1厘米，直径150微米)的毛细管预埋入电渗泵微槽中，用环氧胶进行密封与固定。
(4)将高压电源控制器与电渗泵和分离通道通过铂丝电极相连。
(5)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成新型毛细管电泳的微流控芯片。
3.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片以电渗泵产生的电渗流作为混合溶液流动的驱动力，可以批量生产、多次利用、灵活设计与组装。
4.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片上的微结构和微通道是通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、软刻蚀技术的微加工方法在芯片基材表面制备，尺寸在微米级别。
5.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片是由两层芯片叠加而成，构成三维立体的微结构和微通道网络。
6.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片可以在一块芯片上制作多组微结构和微通道，构成多组分离单元，可同时分离多组混合溶液，提高了单位时间的平行分离能力。
7.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片通过施加一定的电场完成分离主微通道中带电物质的分离。
8.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片集成了进样和分离为一体的。
9.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片适合快速分离。
10.按权利要求1或2所述的新型微流控分离芯片及其制备方法，其特征在于，这种新型微流控分离芯片具有便携、经济、快速、高效、平行分离能力高、样品交叉污染几率小，在分离与分析所涉及的众多相关领域具有广泛的应用前景。
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