CN101206227A - 一种微流控芯片中大体积进样方法及专用芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流控芯片系统的进样方法，具体地说是一种微流控芯片中大体积进样方法及专用芯片。在使用固定相的微流控芯片系统中，于芯片分离通道与流动相入口之间设置两个或两个以上的分流通道。通过控制其中流体的切换和截止，实现对微流控芯片系统的大体积进样。该方法适合于微流控芯片中电色谱、加压电色谱和液相色谱模式下的大体积进样。该方法的优点为：可实现微流控芯片中大体积样品的上样；克服了系统中的梯度延迟效应，特别适合于梯度分离；具有结构简单、操作方便、死体积小、柱前效应小、进样重复性好等特点。

Description

一种微流控芯片中大体积进样方法及专用芯片

技术领域

本发明涉及微流控芯片系统的进样方法，具体地说是一种微流控芯片中大体积进样方法及专用芯片。

背景技术

微型全分析系统(Miniaturized Total Analysis System，μTAS)的概念最早提出于20世纪90年代。在此后的十余年中，该领域已发展成为当今世界上最前沿的科技领域之一，其核心技术即是微流控芯片。

微流控芯片具有尺寸小、容易集成化、自动化、分析速度快、分离效率高、试剂和样品消耗显著降低等优越性。但由于微流控芯片的进样体积通常为皮升至纳升级，这要求检测器具有很的灵敏度。这在一定程度上限制了微流控芯片的应用。

通过进行大体积以实现样品的在线富集是解决这一问题的有效方法之一。在微流控芯片中常用的富集方法主要分为基于色谱原理和电泳原理两类。其中色谱富集方法是利用样品溶液流过分离通道时，分析物被保留在固定相上。然后用适当的溶液洗去杂质，再用少量洗脱溶剂迅速将分析物洗脱，从而使样品得到纯化和富集。这类富集方法具有样品负载容量大，富集倍率高，影响因素少等优点。

但是现在常用的微流控芯片色谱富集方法，需要多次更换溶液，操作繁琐，不易实现自动化，而且对微流控芯片上通道的尺寸要求较高。如果在分离通道前的溶液输运通道尺寸过大，容易引入死体积。不仅使分离效果变差、重现性降低，而且会引起梯度分离中的梯度延迟效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控芯片中大体积进样方法及其装置。采用该方法可以使用高流量的流体输送装置。通过改变微流控芯片中的分流位置，实现样品的大体积进样和富集。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

大体积进样方法：在使用固定相的微流控芯片系统中，于芯片中分离通道与流动相入口之间设置两个或两个以上的分流通道。通过控制其中流体的切换和截止，实现对微流控芯片系统的大体积进样。

所述使用固定相的微流控芯片系统是指在微流控芯片的通道中，通过填充或者原位聚合的方式使固定相固定于通道中的微流控芯片系统；分离通道的前方开辟两个或者多个分流通道是指流动相先经过分流通道开口处，再进入分离通道；固定相可以是各种规格的聚合物材料及颗粒、硅胶以及原位聚合的整体材料，包括：反相填料、正相填料、离子交换树脂填料、体积排阻填料、变性体积排阻填料、整体填料、硅胶以及各类通过衍生得到的填料(如固定化亲和填料、亲和填料、模拟色谱填料)。

所述分流通道至少需要有一个在进样通道前，至少需要有一个接在进样通道后；控制其中流体的切换和截止可通过切换和截止流路的装置实现。所述装置为切换阀、温度控制切换阀或温度控制截止阀；所述进样方式可以是压力进样、高度差进样、电进样以及其中两种或者多种方式的混合进样。

所述大体积进样方法的专用芯片于微流控芯片中分离通道与流动相入口之间设置两个或两个以上的分流通道，分流通道至少需要有一个在进样通道前，至少需要有一个接在进样通道后。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种微流控芯片中大体积进样方法。通过控制分流通路中液体的通行与截流，可以方便地完成大量样品的上样；同时，通过分流克服了微分离系统中因为进样而引入的死体积，避免了梯度延迟、样品扩散等负面效应。

2、操作简单、容易实现。由于使用多分流系统，在微流控芯片中可使用大尺寸通道；对刻蚀工艺要求不高，容易在一般实验室实现；流路简单，制作快捷。

3、进样精度高，重复性好。因为进样时，进样体积由进样通道的大小决定，进样重复性好，精度高；另外，通过改变进样通道的长度，可以方便地调节进样量，适用范围广。

4、应用范围广。本发明可用于二维或者多维色谱分离，实现蛋白质组、中药提取物、环境样品等复杂样品的分离分析；可实现常规分离系统与微流控芯片的耦联；容易实现自动化。

附图说明

图1为本发明一个实施例中所使用的装置示意图。其中A为平衡时的装置示意图；B为进样时的装置示意图；C为分离时的装置示意图。装置由泵接口1、流路控制器2、流路控制器3、进样通道4、分离通道(含固定相b)5、废液槽6和压力控制器7组成。其中流路控制器2和3为温度流路截止控制器；其中a为流动相；b为固定相；c为检测器；d为废液；e为样品。样品e可通过压力驱动或者电驱动进行分离。图上箭头所示方向为流体流动方向。

图2为本发明一个实施例中使用外部切换装置系统的示意图。其中①为泵和进样装置；②为微流控芯片；③为切换装置；④为压力控制装置。在微流控芯片中包括与泵的接口1、与外部流路切换系统连接的接口2和3、进样通道4、分离通道(含固定相b)5以及废液槽6。其中a为流动相；b为固定相；c为检测器；d为废液。图上箭头所示方向为流体流动方向。

图3为本发明一个实施例中微流控芯片中带有旋转进样阀的装置示意图。其中A为平衡时的装置示意图；B为进样时的装置示意图；C为富集时的装置示意图；D为分离时的装置示意图。由泵接口1、流路控制器2、流路控制器3、旋转进样阀4、分离通道(含固定相b)5、废液槽6、压力控制器7、进样槽8和样品废液槽9组成。样品可通过压力驱动或者电驱动进行分离，其中流路控制器为温度流路截止控制器。其中a为流动相；b为固定相；c为检测器；d为废液；e为样品。样品e可通过压力驱动或者电驱动进行分离。图上箭头所示方向为流体流动方向。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种微流控芯片中大体积进样的装置，由泵接口1、流路控制器2、流路控制器3、进样通道4、分离通道(含固定相b)5、废液槽6和压力控制器7组成。样品e可通过压力驱动或者电驱动进行分离，其中流路控制器2和3为温度流路截止控制器。

在对分离通道中的固定相b进行平衡时，如图1-A，将流路控制器2关闭，打开流路控制器3。流动相a在高流速下通过进样通道4，并在分离通道5前进行分流。装置中的压力由压力控制器7进行控制。

在样品进样时，如图1-B，样品e可用进样阀引入流路，由泵输运进入芯片。当样品填满进样通道时，将流路控制器3关闭，打开流路控制器2，流动相在进样通道4前进行分流。样品在进样通道4内以低流速进入分离通道5，并在其中的固定相b上进行保留，从而达到大体积进样的目的。

在进样完成后，进行样品分离。如图1-C，打开流路控制器3，关闭流路控制器2。流动相a在分离通道5前进行分流。流动相a在高流速下通过进样通道4，可忽略进样通道带来的死体积。

实施例2

如图2所示，微流控芯片使用外部的流路切换系统对流路进行切换，仍然可以实现大体积进样的目的。其中①为泵和进样装置；②为微流控芯片；③为切换装置；④为压力控制装置。在微流控芯片中包括与泵的接口1、与外部流路切换系统连接的接口2和3、进样通道4、分离通道(含固定相b)5以及废液槽6。

在对分离通道中的固定相b进行平衡时，通过外部流路切换系统，将流路2关闭，打开流路3。流动相a在高流速下通过进样通道4，并在分离通道5前进行分流。装置中的压力由外部压力控制器d进行控制。

在样品进样时，样品e用进样阀引入流路，由泵输运进入芯片。当样品填满进样通道时，通过外部流路切换系统，将流路3关闭，打开流路2。流动相a在进样通道4前进行分流，样品e在进样通道4内以低流速进入分离通道5，并在其中的固定相b上进行保留，从而达到大体积进样的目的。

在进样完成后，进行样品分离。通过外部流路切换系统，打开流路3，关闭流路2。流动相a在分离通道5前进行分流，流动相a在高流速下通过进样通道4，可忽略进样通道带来的死体积。

实施例3

如图3所示，本发明提供带有旋转进样阀的微流控芯片大体积进样的装置，由泵接口1、流路控制器2、流路控制器3、旋转进样阀4、分离通道(含固定相b)5、废液槽6、压力控制器7、进样槽8和样品废液槽9组成。样品可通过压力或者电驱动引入微流控芯片中，样品可通过压力驱动或者电驱动进行分离。其中流路控制器为温度流路截止控制器。

在对分离通道中的固定相b进行平衡时，如图3-A，将流路控制器2关闭，打开流路控制器3。流动相a在高流速下通过旋转进样阀4的样品通道，并在分离通道5前进行分流。装置中的压力由压力控制器7进行控制。

通过旋转进样阀4进样时，如图3-B，旋转进样阀4，使进样槽8与样品废液槽9通过阀4中的样品通道相连。样品e可以由进样槽8加入，并同时将流路控制器2和流路控制器3打开，流动相a在两流路汇合处进行分流。

在样品进样时，如图3-C，旋转进样阀4，将样品通道中的样品e引入流路。同时关闭流路控制器3，打开流路控制器2，流动相a在进样通道4前进行分流。样品e在进样通道4内以低流速进入分离通道5，并在其中的固定相b上进行保留，从而达到大体积进样的目的。

在进样完成后，进行样品分离，如图3-D，打开流路控制器3，关闭流路控制器2，流动相在分离通道5前进行分流。流动相a在高流速下通过进样通道4，可忽略进样通道带来的死体积。

Claims (7)

1.一种微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：在使用固定相的微流控芯片系统中，于芯片分离通道与流动相入口之间设置两个或两个以上的分流通道，通过控制其中流体的切换和截止，实现对微流控芯片系统的大体积进样。

2.按照权利要求1所述微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：所述使用固定相的微流控芯片系统是指在微流控芯片的通道中，通过填充或者原位聚合的方式使固定相固定于通道中的微流控芯片系统。

3.按照权利要求1所述微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：所述分流通道至少需要有一个在进样通道前，至少需要有一个接在进样通道后。

4.按照权利要求1所述微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：所述控制其中流体的切换和截止可通过切换和截止流路的装置实现。

5.按照权利要求4所述微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：所述装置为切换阀、温度控制切换阀或温度控制截止阀。

6.按照权利要求1所述微流控芯片中大体积进样方法，其特征在于：所述进样方式可以是压力进样、高度差进样、电进样以及其中两种或者多种方式的混合进样。

7.一种权利要求1所述大体积进样方法的专用芯片，其特征在于：于微流控芯片中分离通道与流动相入口之间设置两个或两个以上的分流通道，分流通道至少需要有一个在进样通道前，至少需要有一个接在进样通道后。

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