CN101692047A - 毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
一种集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片，微流控芯片上由缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、废液池、鞘流储液池、进样通道、分离通道、鞘流通道和检测通道组成。分离通道的终端和检测通道起点处和鞘流通道连通。化学发光试剂通过鞘流通道进入检测通道，当芯片毛细管电泳分离后的待分析组分与发光试剂在分离通道和检测通道的连接点相遇后，在检测通道内混合并发生发光反应。在分离通道中有微孔塞，防止在压力差驱动下的发光试剂倒流进入分离通道，影响电泳分离。具有分离效率高、检测灵敏度高、结构简单，体积小，重量轻，操作方便等特点，是制作便携式微全分离系统理想的微流控分析芯片。
Description
技术领域
本发明涉及微全分析系统，特别是涉及集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片及其使用方法。
背景技术
自从1990年提出微全分析系统概念以来，微流控芯片技术在化学、生命科学、环境科学和食品科学等领域开辟了广阔的发展空间。由于芯片毛细管电泳具有分离效率高、易携带、试剂消耗少、分析时间短等优点，是微芯片分析系统中常用的分离技术。但是芯片毛细管电泳的检测体积小、光程短，因此与其联用的检测器必需具有极高的灵敏度。
由于激光诱导荧光检测器灵敏度高，与芯片毛细管电泳联用的技术难度小，因此，到目前为止，激光诱导荧光检测器在微流控芯片分析系统中得到广泛应用，它也是目前在商品化微流控芯片分析系统中唯一被采用的检测器。但是激光诱导荧光检测器体积较大，结构较复杂、成本较高，难以微型化。
化学发光检测法，因其无需激发光源、结构简单、灵敏度高和易于微型化等特点，理论上是芯片毛细管电泳最具吸引力的检测方法之一。但是，芯片毛细管电泳需要将皮升级的样品引入微流控芯片的分离通道，进行分离分析。化学发光法又需要将化学发光试剂引入微流控芯片的检测通道中，使待测物各组分与化学发光试剂在检测通道中发生化学发光反应，才能进行定性定量分析。但由于微流控芯片的网络式结构，为了防止在电泳分离时发光试剂倒流进入电泳的分离通道而影响分离效率，设计和应用集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片难度较大。
为了在微流控芯片上集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的功能，Harrison研究组用Y型柱后反应器作为芯片毛细管电泳和化学发光检测的接口。化学发光试剂和样品溶液分别通过Y型的两根支管引入，在作为检测通道的Y型柱后反应器的公共通道中相混合并发生光化学反应，由置于检测通道下方的光电倍增管测定发光强度。此种设计，发光试剂的流速不能太快，检测通道的长度也不能过长，否则会产生较大阻力，发光试剂会倒流进入前端的电泳分离通道而影响分离效果，甚至导致实验的失败。Tsukagoshi研究组将化学发光试剂直接加在分离通道末段的储液池中，并用此储液池作为检测池。当电泳分离后的各组分流入分离通道末段的检测池时，与发光试剂混合发生光化学反应，由置于检测池下方的光电倍增管测定光化学反应的发光强度。为获得良好的重现性，每次测定后都必须更新储液池中的溶液，以保持发光试剂的浓度不变。因此操作复杂，分析速度慢。
在现有的芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片中，毛细管电泳的分离电场都经过检测通道或检测池，当检测通道或检测池内发生光化学反应时，产生的气泡将影响电泳分离的稳定性和结果的重现性，这是以上两种方式共同具有的缺点。并且Y型柱后反应器不能用于非水的发光体系中。
由于这些原因，化学发光检测法在微流控芯片分析系统中未得到广泛应用。
发明内容
本发明目的是提供一种结构简单、操作方便、发光试剂不会倒流进入电泳分离通道、可适用于各种发光体系的集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片。在该微流控分析芯片中，毛细管电泳分离电场不经过化学发光检测通道。因此，电泳分离的稳定性和结果的重现性好，并适用各种化学发光体系，包括不导电的非水发光体系。
本发明提供的集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片，微流控芯片上有缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、废液池、鞘流储液池，进样通道、分离通道、鞘流通道和检测通道。所述的样品储液池和样品废液池之间的通道为进样通道；所述的进样通道和分离通道相交，分离通道和鞘流通道相交，进样通道和分离通道相交点与分离通道和鞘流通道相交点之间的通道是有效分离通道，在有效分离通道中有微孔塞；所述的分离通道与鞘流通道相交点和废液池之间的通道是检测通道，光电倍增管直接置于检测通道下方，用于检测化学发光反应发出的光强度，分离通道的终端与检测通道起点相连接，鞘流通道也连接在此处，与分离通道和检测通道相通。
本发明提供的集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片，在有效分离通道中制作微孔塞。微孔塞对压力流的阻力很大，而对电渗流阻力很小。被分析的样品可以在电渗流的驱动下，进入分离通道电泳分离；同时可以防止在压力差驱动下的发光试剂倒流进入分离通道，影响电泳分离。
本发明所述的检测通道设计成线型，逶迤型或螺旋型，增强发光试剂和样品溶液的混合强度，也可以通过增加检测通道的长度来提高检测灵敏度，而不会导致发光试剂倒流进入分离通道。
本发明提供的集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片的材料为石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等聚合物材料。
本发明所述的微流控芯片用于毛细管电泳分离和化学发光检测分析方法中，通过提高鞘流通道内化学发光试剂的流速，以减少样品在检测通道的停留时间和电泳峰的宽度，而不会导致发光试剂倒流进入分离通道。
本发明所述的微流控芯片用于毛细管电泳分离和化学发光检测分析方法中，当化学发光试剂是不导电的非水溶液时，使化学发光试剂的非水溶液在其中一条鞘流通道中流动，而在另一条鞘流通道加入电泳缓冲液，并将芯片毛细管电泳的分离电场通过电泳缓冲液流过的鞘流通道施加在分离通道上。当化学发光试剂是导电的水溶液时，将芯片毛细管电泳的分离电场通过化学发光试剂流过的鞘流通道施加在分离通道上。
本发明所述的微流控芯片用于毛细管电泳分离和化学发光检测分析方法中，分析操作由进样和分离两个阶段组成，在整个分析过程中，化学发光试剂通过鞘流通道进入检测通道，当芯片毛细管电泳分离后的待分析组分与发光试剂在分离通道和检测通道的连接点相遇后，在检测通道内混合并发生发光反应。在分离通道中有微孔塞，可以防止在压力差驱动下的发光试剂倒流进入分离通道，影响电泳分离。电泳分离和化学发光检测互不干扰，保证了毛细管电泳的高分离效率和化学发光法的高灵敏度。具有分离效率高、检测灵敏度高、结构简单，体积小，重量轻，操作方便等特点，是制作便携式微全分离系统理想的微流控分析芯片。
附图说明
图1集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片示意图
具体实施方式
实施例1
一种集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片，芯片由进样通道、分离通道、检测通道和鞘流通道所组成。进样通道和分离通道相交，分离通道的终端和检测通道起点处相连接，用于通过化学发光试剂的鞘流通道作为支管也连接在此处。在进样通道和检测通道之间的分离通道是有效分离通道。在有效分离通道中制作微孔塞。被分析的样品可以在电渗流的驱动下，进入分离通道电泳分离；而压力差驱动的发光试剂不会倒流进入分离通道。
参见图1，微流控芯片1上有缓冲液储液池B、样品储液池S、样品废液池SW、鞘流储液池L和H、废液池W。其中，微流控芯片进样通道为S-SW，分离通道为B-P2，进样通道与分离通道相交P1，分离通道与鞘流通道相交P2，P1和P2之间的通道是有效分离通道P1-P2。有效分离通道P1-P2中有微孔塞2，鞘流储液池L和鞘流储液池H与分离通道连接点P2之间构成鞘流通道L-P2和鞘流通道H-P2，分离通道终端P2和废液池W之间的通道是检测通道P2-W，当发光试剂是水溶液时，鞘流通道可用于输送不同发光试剂。当发光试剂是非水溶液时，鞘流通道L-P2用于输送导电的电解质溶液，鞘流通道H-P2用于输送发光试剂溶液。电泳分离的高压电场施加在B和L储液池之间，光电倍增管直接置于检测通道P2-W下方，用于检测化学发光反应发出的光强度。
在微流控芯片上的样品储液池S中加入样品溶液，在缓冲液储液池B和样品废液池SW加入电泳缓冲液。当发光试剂是水溶液时，在鞘流储液池L和鞘流储液池H中加入不同的化学发光试剂；当发光试剂是非水溶液时，在鞘流储液池L中加入电泳缓冲液，在鞘流储液池H加入的化学发光试剂。储液池W用于接受废液。
在整个分析过程中，通过在废液池W施加负压力抽液或在鞘流储液池L和H施加正压力可以使鞘流储液池中的发光试剂经过检测通道到达废液池W。分析操作由进样和分离两个阶段组成，在进样阶段，可通过电动(夹流或门式)进样或负压力进样准确控制皮升级的样品进入分离通道；在分离阶段，在B和L储液池中施加分离电压，待分析组分在芯片毛细管电泳分离后与发光试剂在检测通道内相遇后，发生化学发光反应，从而得到相应的电泳峰。
Claims (3)
1.一种集成芯片毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控分析芯片，微流控芯片上有缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、废液池、鞘流储液池，进样通道、分离通道、鞘流通道和检测通道，其特征是：所述的样品储液池和样品废液池之间的通道为进样通道；所述的进样通道和分离通道相交，分离通道的终端与检测通道起点相连接，鞘流通道也在此处连接与分离通道和检测通道相通，进样通道和分离通道相交点与分离通道和鞘流通道相交点之间的通道是有效分离通道，在有效分离通道中有微孔塞；所述的分离通道与鞘流通道相交点和废液池之间的通道是检测通道，光电倍增管直接置于检测通道下方，用于检测化学发光反应发出的光强度。
2.根据权利要求1所述的微流控分析芯片，其特征是：所述检测通道为线型，逶迤型或螺旋型。
3.根据权利要求1所述的微流控分析芯片，其特征是鞘流通道为一条或多条。
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