CN101493434A - 弹性空心球负压源的微流控芯片负压进样和分离装置 - Google Patents
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Abstract
一种微流控芯片负压进样和分离的装置，由微流控芯片、负压源、三通电磁阀、接口和单路高压电源组成，其特征是负压源为能排出空气的弹性空心球，三通电磁阀c端口与弹性空心球相连接并保持连接处不漏气，三通电磁阀a端口直接与大气相通，三通电磁阀的公共端口b端口通过连接管道与接口相通。本发明用弹性空心球负压源，不需要任何机械泵和附属电气设备，结构简单，体积小，重量轻，操作方便、成本低廉，是制作便携、微型微流控芯片毛细管电泳仪器理想的进样和分离的装置。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片毛细管电泳分析技术，特别是涉及微流控芯片负压进样和分离的装置。
背景技术
自从1990年提出微全分析系统概念以来，微流控芯片技术已在医学和生命科学领域开辟了广阔的发展空间。微流控芯片毛细管电泳技术已用于DNA测序，DNA片段的分离和鉴定，氨基酸、多肽、蛋白质的分离测定以及单细胞内组分的分析等。
对于上述应用，准确控制皮升级的样品进样量是分离测定的关键。目前普遍采用基于电渗流驱动的电动进样方式进样，如电夹流进样，悬浮进样和门式进样等。但是由于电动进样时有“歧视效应”，即正负离子在电场中迁移速度不一致，导致样品塞的组成与样品溶液的组成不一致。通过延长进样时间可以减小样品塞与样品溶液组成上的差异，但又削弱了微流控芯片快速分析的特点。同时，芯片毛细管表面性质的变化会导致电渗流大小的改变，使进样量的精密度大大降低，毛细管表面性质变化严重时，电渗流方向也会改变，使样品无法进入进样和分离通道。
为了解决上述问题，在微流控芯片毛细管电泳的进样技术方面，也有压力进样的报道。即在注样阶段，用注射泵或其他驱动器施加压力驱动样品池中样品进入进样通道，并通过进样通道和分离通道的交叉处流入废液池。由于微流控芯片的网络结构，为了防止样品溶液在进样时进入分离通道而导致分离效率降低，需要使用一个，两个或多个注射泵，或者使用计算机通过软件和压力传感器控制多个电控阀，使样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞，从而增加了进样系统的成本和进样操作的难度；在分离阶段，在微流控芯片交叉处已形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。如果导电的样品或电泳缓冲液泄漏出输液设备，会导致输液设备带高压电而影响安全操作。
发明专利200510050457.4中，提出了一种由微流控芯片、柱塞泵、三通阀、接口和高压电源组成的微流控芯片负压进样和分离的装置，提供一种操作方便、进样量重现性好、无“歧视效应”微流控芯片毛细管电泳负压进样和分离的装置。
在此基础上，为了进一步降低成本，在专利中(申请号：200610048906.6)用价格低廉的微型真空泵、真空瓶和三通电磁阀取代了上述发明专利中价格昂贵的柱塞泵和步进电机驱动的三通阀，发明了由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、电触点真空表、三通电磁阀、接口和高压电源组成微流控芯片负压进样和分离的装置，提供了一种操作更方便、负压稳定、成本低廉、结构简单、便于推广使用的微流控芯片毛细管电泳负压进样和分离的装置。
但是，至今为止所发明的压力进样和负压进样的装置中，均使用注射泵或真空泵等机械泵来提供压力或真空度，这些机械泵和相应电气元器件的体积比微流控芯片的体积大几个数量级.因此，这些进样装置在微全分析系统中存在体积大和难以便携化，微型化的问题.
发明内容
本发明目的是在专利200510050457.4和200610048906.6基础上，提供一种不用机械泵、成本低廉、结构简单、便于推广使用的微流控芯片毛细管电泳负压进样和分离的装置。
本发明提供的微流控芯片负压进样和分离的装置，由微流控芯片、负压源、三通电磁阀、接口和单路高压电源组成。负压源为能排出空气的弹性空心球，三通电磁阀的公共端口是b，三通电磁阀的一端一端(c端口)通过连接管路与负压源相接并保持连接处密闭不漏气，三通电磁阀的另一端(a端口)直接与大气相通。使三通电磁阀b端和c端连通，弹性空心球中的空气通过挤压从三通电磁阀b端口排出后，切换三通电磁阀b端和a端连通，处于一定真空度的空心球通过三通电磁阀的c、b端口与外界的连接被切断，空气无法进入具有一定真空度的空心球中，从而使空心球中的负压被保持，微流控芯片上有缓冲液储液池、缓冲液废液储液池、样品储液池、样品废液池，进样通道，分离通道，在分离通道二端连接高压电源，用连接管道通过接口连接三通电磁阀的b端口与微流控芯片样品废液池。
本发明弹性空心球负压源为吸耳球，或任何橡皮制作的空心球。
本发明通过能排出空气的弹性空心球内的负压和三通电磁阀控制b端口的连接位置来控制微流控芯片的进样和分离。当三通电磁阀b端口和c端口相通时，处于负压的弹性空心球与微流控芯片样品废液池相通，样品池中的样品在大气压的作用下通过微流控芯片交叉处而流入废液池，与此同时，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液也在大气压的作用下也通过微流控芯片交叉处流入废液池，使样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞，防止了样品塞在微流控芯片交叉处扩散增宽。当三通电磁阀b端口和a端连通时，由于三通阀的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其他液池之间的压力差立即同时消失，可以使微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。通过优化各储液池的液面高度，可以防止样品溶液在分离时进入分离通道而影响分离效果。
本发明的微流控芯片负压进样和分离的装置结构简单，除微流控芯片外，仅用一个能排出空气的弹性空心球，一个三通电磁阀和一个单路高压电源。与专利200510050457.4和申请专利200610048906.6中装置相比较，本发明用能排出空气的弹性空心球产生负压，不需要任何机械泵和附属电气设备，结构简单，体积小，重量轻，操作方便、成本低廉，是制作便携、微型微流控芯片毛细管电泳仪器理想的进样和分离装置。
附图说明
图1负压进样微流控芯片毛细管电泳分离装置示意图
图2微流控芯片与三通电磁阀接口示意图
图中：1-微流控芯片，2-弹性空心球，3-三通电磁阀及a、b、c三个端口，4-接口，5-单路高压电源，6-进样通道，7-样品废液储液池中的溶液，8-样品废液储液池中液面上方的空气，9-样品废液储液池SW，10-密封胶管，11-联接管道。
具体实施方式
实施例1
参见图1、图2，微流控芯片1上S和SW之间的通道是进样通道，B和BW之间的通道是分离通道，吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2与三通电磁阀3的c端口相接，三通电磁阀3的a端口直接与大气相通。使三通电磁阀b端和c端连通，用手挤压吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2将其中的空气通过三通电磁阀b端口排出后，切换三通电磁阀b端和a端连通，三通电磁阀3的c端口与b端口的连接被切断，空气无法进入密封的吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2中，从而使吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2中保持一定的真空度。
在微流控芯片上的样品储液池S中加入样品溶液，在其他储液池B、SW、BW加入不同体积的电泳缓冲液，保持分离通道两端储液池B和BW的液面高度相同，使样品储液池S中液面的高度小于分离通道两端储液池B和BW的液面高度，样品废液储液池SW中的液面高度小于储液池S中液面的高度。将联接管道11一端与三通电磁阀3的b端口连接，另一端插入密封胶管后再插入废液储液池SW上部作为接口。接口示意图见图2，其中6为进样通道，7为样品废液储液池中的溶液，8是样品废液储液池中液面上方的空气，9是样品废液储液池SW，10是密封胶管，11是联接管道。插入的密封胶管始终保持不与SW储液池内的电泳缓冲液的液面相接触，同时保证接口的气密性。在分离通道B端施加+1200V高电压，BW端接地。
微流控芯片毛细管电泳分析的操作由注样和分离两个阶段组成。在进样阶段，使三通电磁阀b端和c端连通，吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2经接口4与微流控芯片样品废液池9连通，使样品废液池中形成负压，微流控芯片上其他储液池中的样品溶液和缓冲液等在大气压的作用下向样品废液池流动，在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；在分离阶段，切换三通电磁阀b端和a端连通。由于三通电磁阀3的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其它液池之间的压力差立即同时消失，可以使在微流控芯片交叉处已形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道，开始电泳分离。
Claims (3)
1.一种微流控芯片负压进样和分离的装置，由微流控芯片、负压源、三通电磁阀、接口和单路高压电源组成，其特征是负压源为能排出空气的弹性空心球，三通电磁阀的公共端口是b，三通电磁阀的一端c端口通过连接管路与弹性空心球负压源相接并保持连接处密闭不漏气，三通电磁阀a端口直接与大气相通，使三通电磁阀b端口和c端口连通，弹性空心球中的空气通过挤压从三通电磁阀b端口排出后，切换三通电磁阀b端口和a端口连通，处于一定真空度的空心球通过三通电磁阀的c端口和b端口与外界的连接被切断，空气无法进入具有一定真空度的空心球中，从而使空心球中的负压被保持，微流控芯片上有缓冲液储液池、缓冲液废液储液池、样品储液池、样品废液池，进样通道，分离通道，在分离通道二端连接高压电源，用连接管道通过接口连接三通电磁阀的b端口与微流控芯片样品废液池。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片负压进样和分离的装置，其特征是弹性空心球负压源为吸耳球或橡皮弹性材料制作的空心球。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片负压进样和分离的装置，其特征是通过弹性空心球内的负压和三通电磁阀控制b端口的连接位置控制微流控芯片的进样和分离：当三通电磁阀b端口和c端口相通时，处于负压的弹性空心球与微流控芯片样品废液池相通，样品池中的样品在大气压的作用下通过微流控芯片交叉处而流入废液池；与此同时，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液也在大气压的作用下也通过微流控芯片交叉处流入废液池，使样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞，防止了样品塞在微流控芯片交叉处扩散增宽；当三通电磁阀b端口和a端连通时，由于三通阀的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其他液池之间的压力差立即同时消失，使微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。
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