CN101349704A - 微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 - Google Patents
微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101349704A CN101349704A CNA2008101963044A CN200810196304A CN101349704A CN 101349704 A CN101349704 A CN 101349704A CN A2008101963044 A CNA2008101963044 A CN A2008101963044A CN 200810196304 A CN200810196304 A CN 200810196304A CN 101349704 A CN101349704 A CN 101349704A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- cover plate
- nano
- substrate
- chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 9
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 102000007562 Serum Albumin Human genes 0.000 description 4
- 108010071390 Serum Albumin Proteins 0.000 description 4
- MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N fluorescein-5-isothiocyanate Chemical compound O1C(=O)C2=CC(N=C=S)=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 2
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000001155 isoelectric focusing Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000002414 normal-phase solid-phase extraction Methods 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004425 Makrolon Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002114 biscuit porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002218 isotachophoresis Methods 0.000 description 1
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
一种微纳流控富集与纯化芯片,它由透明高分子材料的基片和盖片组成,在基片和盖片上分别打印有成对映关系的图案,使留有两条不交叉的、空白的L形微通道,两微通道的两端有空白的蓄液池,盖片上蓄液池位置有微孔,基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体,两微通道的拐点附近有纳米级通道。聚合物芯片的表面大多是负电荷属性,因此负电荷物质,在电场的驱动下会在纳米通道的一端高效富集,而荷正电物种通过该纳米通道。因而,该微纳流控芯片可在实现高效富集的同时,对荷不同电荷的物种进行分离。本发明公开了其制法。
Description
技术领域
本发明涉及一种微纳流控芯片中高效微富集与纯化器的快速制作方法,属于化学和生物领域。
背景技术
微流控技术由于其试剂消耗量小等优势在分析化学和生物化学等领域有着广泛的应用。但是试剂量少需要更灵敏的检测技术,尤其对于含量很低的样品的成分。因此,在微流控体系中,样品的浓缩或富集是一个很重要的工作。文献中已报道了在微流控体系中实现生物样品富集的一些重要方法与技术。这些方法与技术主要包括:场放大样品堆积(FASS),等速电泳(ITP),固相萃取(SPE),等电聚焦(IEF)和温度梯度聚焦(TGF)等。但是,这些技术需要两种或两种以上的缓冲溶液,或需要特殊的设备和复杂的实验条件,因而限制了这些技术的推广。近年来,文献中报导了将纳米孔结构或商品化纳米孔膜集成在微流控芯片系统,构成微纳流控芯片,以实现样品的高度富集,但是集成商品化纳米孔膜的微流控芯片系统容易产生溶液的泄露,而纳米孔结构的制作需要繁琐的刻蚀技术与精密的加工技术。显然,发展简单和易于加工的样品高效富集与纯化微纳流控芯片系统的新方法与新技术刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低成本、快速、简单、高效的微纳流控富集与纯化高分子材料芯片及其制作方法。
一种微纳流控富集与纯化芯片,它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的盖片组成,在基片上打印或复印有图案,或者在基片和盖片上分别打印或复印有重叠的成对映关系的图案,使留有两条不交叉的、空白的(无墨粉的)L形或V形微通道,两微通道的拐点处相距10-200微米,两微通道的两端分别留有空白的蓄液池,盖片上蓄液池位置打有微孔,基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体,两微通道的拐点附近有两微通道之间的纳米级通道。
上述的微纳流控富集与纯化芯片,所述的透明高分子材料可以是聚酯材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯材料)、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
上述的微纳流控富集与纯化芯片,所述的微通道的宽度为10-300微米。
上述的微纳流控富集与纯化芯片,所述的蓄液池可以为圆形,直径为0.5-5毫米。
上述的微纳流控富集与纯化芯片,所述的盖片上蓄液池位置上的微孔直径为0.5-5毫米。
上述的微纳流控富集与纯化芯片,所述的芯片外有封塑胶片塑封。
一种制备上述的微纳流控富集与纯化芯片的方法,它包括下列步骤:
(1)利用绘图软件(如Adobe Illustrator、CorelDraw软件等),设计两条L或V字形通道图案(如图1所示),其中的通道和蓄液池部分为白色,即无打印墨粉,
(2)用打印机(激光或喷墨打印机)将设计的通道图案转移到透明胶片(如PET、PVC等高分子材料透明胶片)上,得到具有设计图案的基片,
(3)在盖片上对应于蓄液池的位置打孔,
(4)在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合,
(5)通过蓄液池将微管道中充满缓冲溶液,在相隔一定距离的两微通道间施加脉冲电压,电击穿两微通道间的碳粉层,形成纳米级通道,制得微纳流控富集与纯化芯片。
根据上述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法,步骤3和步骤4可以改为如下步骤:
(3)采用步骤2同样的方法在透明胶片盖片上打印基片的映像图形,并在蓄液池的位置打孔,形成盖片,
(4)在显微镜下将盖片和基片的图形对准重叠,在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合,
根据上述微纳流控富集与纯化芯片的制备方法,在上述步骤4与5之间,插入如下步骤:
在步骤4将盖片和基片热层合后,再用在蓄液池相应位置打了孔的高分子材料的封塑胶片对形成的微流控芯片进行封塑,以保证该芯片的机械稳定性。
微纳流控高效富集与纯化高分子材料芯片由分别打印了相隔一定距离的两微通道和四个蓄液池图形的透明高分子材料基片和打印了映像图形的高分子材料盖片构成;在盖片上蓄液池的相应位置打孔,然后将盖片和基片的映像图形对准后进行热层合,由此形成的芯片微通道为矩形,通道四壁的构成为:上下两壁为透明基片和盖片高分子材料,两侧壁为打印墨材料。最后,利用高分子材料封塑胶片对所层合的盖片和基片进行封塑,封塑胶片亦在蓄液池相应位置打孔;采用电击穿技术将两相隔微通道间的打印墨粉层击穿,形成纳米级通道,也就完成了微纳流控富集与纯化芯片的制作。
本发明中分隔微通道的打印墨粉层的典型宽度在10微米到200微米之间,可依打印机分辨率进行选择通道间距。
本发明中用于击穿碳粉层的电压从1000伏到5000伏。形成的纳米通道是由不连续的纳米裂缝构成。利用实时监测电击穿电流的方法控制纳米通道的形成。
本发明基于的原理是,当通道的宽度或高度小于100纳米时,与通道表面电荷属性相同电荷的物质不能通过该通道,而带相反电荷或中性物质则可以通过,为“电荷排斥富集机理”。聚合物芯片的表面大多是负电荷属性,因此负电荷物质,如蛋白质等生化分子在电场的驱动下会在纳米通道的一端发生高效富集,而荷正电物种通过该纳米通道。因而,本发明的微纳流控芯片可在实现高效富集的同时,对荷不同电荷的生化分子物种进行分离。
本发明中样品富集与纯化时使用的电压范围是40伏到80伏之间。
本发明的特点是:由上述方案可知,本发明所述的微纳流控富集与纯化芯片是利用打印机将绘图软件设计的芯片图形及其映像分别转移到透明胶片上,形成基片和盖片;在一定温度和压力下将两片图形对准层合,并用封塑胶片封塑以提高机械稳定性和可操作性;再用高电压击穿碳粉层得到纳米通道。从制作方法可知,该方法不需要任何模板和专用设备,且制作步骤简单,成本低廉,极易在普通实验室推广使用。
附图说明
图1为本发明的微纳流控富集与纯化芯片示意图,其中a、b、c或d为蓄液池。
图2为本发明的微纳流控富集与纯化芯片电击穿和样品富集的操作示意图。
具体实施方式
实施例1.
利用绘图软件设计如图1所示图形,两微通道宽200微米,两微通道的拐点处相距100微米,蓄液池为圆形,直径为5毫米,通过打印机将图形转移到透明胶片上作为基片;同样将其镜像图形转移到透明胶片上作为盖片,并在蓄液池相应位置打孔,直径为5毫米。在显微镜下将基片和盖片对准重叠,在120℃和2大气压的压力下层合,并用在蓄液池相应位置打了孔的封塑胶片封塑得到芯片。
通过蓄液池盖片的微孔在微通道中充满缓冲溶液,在蓄液池a施加正电压,蓄液池c接地,如图2所示。施加1000伏电压进行电击穿,当观察到电流突然增加后,立即切断高压,即在两微通道间形成纳米结构。
高压击穿后将微通道中的溶液抽干,通过蓄液池a样品池在微通道I中充满样品(FITC标记狗血清白蛋白溶液或FITC标记狗血清白蛋白与罗丹明B的混合溶液),通过蓄液池c将微通道II内充满缓冲溶液。在蓄液池a样品池施加正电压(80伏),蓄液池c缓冲溶液池接地,如图2所示。
在电渗流的驱动下,样品溶液从阳极端向阴极端移动。当FITC标记狗血清白蛋白与罗丹明B的混合样品到达纳米通道时,由于纳米通道对荷电物种产生“排除富集机理”,带负电荷的FITC标记狗血清白蛋白不能通过纳米通道,只在纳米通道附近发生富集。而带正电荷的若丹明B可以通过纳米通道到达微管道II,从而实现了不同电荷样品的分离与纯化。
实施例2.
利用绘图软件设计如图1所示图形,两微通道宽200微米,两微通道的拐点处相距100微米,蓄液池为圆形,直径为5毫米,通过打印机将图形转移到透明胶片上作为基片;将另一透明胶片上作为盖片,并在蓄液池相应位置打孔,直径为5毫米。在120℃和2大气压的压力下将基片和盖片层合,并用在蓄液池相应位置打了孔的封塑胶片封塑得到芯片。
通过蓄液池盖片的微孔在微通道中充满缓冲溶液,在蓄液池a施加正电压,蓄液池c接地,如图2所示。施加5000伏电压进行电击穿,当观察到电流突然增加后,立即切断高压,即在两微通道间形成纳米结构。
其他步骤同实施例1,得到相同的结果。
Claims (9)
1.一种微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的盖片组成,在基片上打印或复印有图案,或者在基片和盖片上分别打印或复印有重叠的成对映关系的图案,使留有两条不交叉的、空白的L形或V形微通道,两微通道的拐点处相距10-200微米,两微通道的两端分别留有空白的蓄液池,盖片上蓄液池位置打有微孔,基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体,两微通道的拐点附近有两微通道之间的纳米级通道。
2.根据权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:所述的透明高分子材料是聚酯材料材料、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
3.根据权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:所述的微通道的宽度为10-300微米。
4.根据权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:所述的蓄液池为圆形,直径为0.5-2毫米。
5.根据权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:所述的盖片上蓄液池位置上的微孔直径为0.5-5毫米。
6.根据权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片,其特征是:所述的芯片外有封塑胶片塑封。
7.一种制备权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片的方法,其特征是它包括下列步骤:
(1)利用绘图软件,设计两条不交叉的、空白的L或V字形通道图案,其中的通道和蓄液池部分为白色,即无打印墨粉,
(2)用打印机或复印机将设计的通道图案转移到透明胶片上,得到具有设计图案的基片,
(3)在盖片上对应于蓄液池的位置打孔,
(4)在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合,
(5)通过蓄液池将微管道中充满缓冲溶液,在两微通道间施加脉冲电压,电击穿两微通道间的碳粉层,形成纳米级通道,制得微纳流控富集与纯化芯片。
8.根据权利要求6所述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法,其特征是步骤3和步骤4改为如下步骤,其它步骤不变:
(3’)采用步骤2同样的方法在透明胶片盖片上打印基片的映像图形,并在蓄液池的位置打孔,形成盖片,
(4’)在显微镜下将盖片和基片的图形对准重叠,在一定温度和压力下将盖片和基片进行热层合。
9.根据权利要求6所述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法,其特征是在所述步骤4与5之间,插入如下步骤:
(4.1)在步骤4将盖片和基片热层合后,再用在蓄液池相应位置打了孔的高分子材料的封塑胶片对形成的微流控芯片进行封塑,以保证该芯片的机械稳定性。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008101963044A CN101349704B (zh) | 2008-09-04 | 2008-09-04 | 微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2008101963044A CN101349704B (zh) | 2008-09-04 | 2008-09-04 | 微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101349704A true CN101349704A (zh) | 2009-01-21 |
CN101349704B CN101349704B (zh) | 2012-06-27 |
Family
ID=40268566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2008101963044A Expired - Fee Related CN101349704B (zh) | 2008-09-04 | 2008-09-04 | 微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101349704B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101774532B (zh) * | 2010-01-29 | 2011-12-21 | 大连海事大学 | 一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法 |
CN102320555A (zh) * | 2010-12-07 | 2012-01-18 | 东南大学 | 基于玻璃微管的单纳米孔制备及辨识介质的方法 |
CN102628870A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-08-08 | 南京大学 | 一种实现蛋白质快速荧光标记的微纳流控芯片及方法 |
CN105912766A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-08-31 | 东北电力大学 | 一种电动纳流体富集损失机理的模拟方法 |
CN113546696A (zh) * | 2020-04-23 | 2021-10-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 纳流体富集器件、其制作方法、富集方法及检测装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2736777Y (zh) * | 2004-07-05 | 2005-10-26 | 南京大学 | 打印封塑微流控芯片 |
CN1595134A (zh) * | 2004-07-05 | 2005-03-16 | 南京大学 | 全集成电化学检测微流控芯片及制作方法 |
-
2008
- 2008-09-04 CN CN2008101963044A patent/CN101349704B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101774532B (zh) * | 2010-01-29 | 2011-12-21 | 大连海事大学 | 一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法 |
CN102320555A (zh) * | 2010-12-07 | 2012-01-18 | 东南大学 | 基于玻璃微管的单纳米孔制备及辨识介质的方法 |
CN102628870A (zh) * | 2012-05-02 | 2012-08-08 | 南京大学 | 一种实现蛋白质快速荧光标记的微纳流控芯片及方法 |
CN102628870B (zh) * | 2012-05-02 | 2014-06-18 | 南京大学 | 一种实现蛋白质快速荧光标记的微纳流控芯片及方法 |
CN105912766A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-08-31 | 东北电力大学 | 一种电动纳流体富集损失机理的模拟方法 |
CN113546696A (zh) * | 2020-04-23 | 2021-10-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 纳流体富集器件、其制作方法、富集方法及检测装置 |
CN113546696B (zh) * | 2020-04-23 | 2022-08-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 纳流体富集器件、其制作方法、富集方法及检测装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101349704B (zh) | 2012-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101349704B (zh) | 微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法 | |
Phan et al. | Sample concentration in a microfluidic paper-based analytical device using ion concentration polarization | |
Kjeang et al. | Microfluidic fuel cells: A review | |
JP4253028B2 (ja) | 液体アクチュエータ | |
JP5289452B2 (ja) | 動電学的な濃縮装置及びその使用方法 | |
US7727363B2 (en) | Microfluidic device and methods for focusing fluid streams using electroosmotically induced pressures | |
Kjeang | Microfluidic fuel cells and batteries | |
CN106927541B (zh) | 一种基于石墨烯多孔膜的离子浓差极化芯片及其制备方法 | |
Berzina et al. | Tutorial review: Enrichment and separation of neutral and charged species by ion concentration polarization focusing | |
Tanveer et al. | based microfluidic fuel cells and their applications: A prospective review | |
WO2006101967A2 (en) | Membraneless electrochemical cell and microfluidic device without ph constraint | |
Chen et al. | Manufacturing methods and applications of membranes in microfluidics | |
Coltro et al. | Rapid prototyping of polymeric electrophoresis microchips with integrated copper electrodes for contactless conductivity detection | |
CN107768698B (zh) | 阳极具有渗透可排气膜的平铺式微流体直接甲醇燃料电池 | |
CN105903502A (zh) | 基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法 | |
CN102935391B (zh) | 一种以喷墨打印通道为模板制作微流控芯片的方法及应用 | |
CN110075934A (zh) | 一种3d打印微流控器件及其大通量制备单分散乳液的方法 | |
Wang et al. | UV-ablation nanochannels in micro/nanofluidics devices for biochemical analysis | |
CN110038448B (zh) | 一种透液阻气的流体复合膜系统 | |
CN101275926B (zh) | 一种专用微流控芯片及其单次加样连续分离电泳方法 | |
Schultze et al. | Electrochemical microsystem technologies | |
CN103037970A (zh) | 膜片培育装置 | |
CN1595134A (zh) | 全集成电化学检测微流控芯片及制作方法 | |
CN2736777Y (zh) | 打印封塑微流控芯片 | |
Lobo Júnior et al. | High fidelity prototyping of PDMS electrophoresis microchips using laser-printed masters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120627 Termination date: 20130904 |