CN102252878B - Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法 - Google Patents

Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于微流控芯片的加工制作技术领域，涉及一种Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法。包括芯片基板、电极、分离腔室，在其分离腔室末端含有固定pH梯度胶条区域以及用于固定嵌压固定pH梯度凝胶的硬质基板。首先对其中一片基板的分离腔室末端开出一个用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域，然后将该芯片基板与另一片基板对准，按自由流电泳芯片组合封接方法将两者及电极进行封接制成自由流电泳芯片，将选定的固定pH梯度胶条置于芯片矩形开槽区域，用另一片硬质基片将其压实固定后使用。该芯片不仅解决了自由流电泳芯片与Off-Gel电泳技术的缺陷，而且继承了两种技术的优势；芯片制作方法简单，固定pH梯度胶条具有可替换性。

Description

Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法
技术领域
本发明属于微流控芯片的加工制作技术领域，涉及一种Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法。
背景技术
自由流电泳（Free-Flow Electrophoresis，FFE）是一种连续分离制备技术，其基本原理是：通过上下两块平行板构成一个薄的矩形空腔作为分离腔室，待分析化合物随载体电解质从腔室一端流入，在流体垂直方向施加分离电压，样品根据其带电荷状态不同在其流动方向发生偏转，在出口端实现被分离化合物的收集。该技术具有以下优点：分离条件温和、无固相支持介质、可连续分离制备等。因这些优点，使其在细胞、细胞器、肽段、酶类以及蛋白等的预分离制备领域得到广泛应用。然而在常规自由流电泳应用中，所需样品量较大、分析时间过长、存在焦耳热等现象，限制了该技术的发展。为解决这些问题，提出了对该技术微型化的需求。通过微型化，可以提高分离腔室的比表面积，加快系统散热、降低样品停留时间、减少对样品量的需求。
虽然该技术在微型化进程中有商品化的仪器出现，但真正意义上的微型化却是于1994年由Manz等人首次提出——自由流电泳芯片，即通过微机械加工技术（MEMS）在硅片上制作出首个微尺度条件下的自由流电泳芯片。该芯片解决了常规自由流电泳中的缺陷，除此之外，还将自由流电泳这种制备技术发展成为一个集分析、检测和微制备于一体的系统工具。
随着对自由流电泳芯片研究的不断深入，研究者们发现该芯片随着尺度的降低，内外因素对芯片性能的负影响也会随之放大。如载体缓冲液与样品溶液是通过蠕动泵进入芯片分离腔室的，但是泵的步进频率不一致会出现样品条带在分离腔室中摆动等现象。此外，在施加电场条件下，电极电解产生的气泡会造成样品条带摆动，严重时甚至会破坏分离过程。这些不利现象降低了芯片分析结果的重现性，以及在样品制备中对目标物流出位置的预测。
Off-Gel电泳技术是本世纪初由瑞士科学家Jol S.Rossier和Hubert H.Girault首次提出。利用固定pH梯度凝胶（IPG凝胶）对周围溶液的缓冲能力，影响溶液中两性化合物如蛋白质、多肽等的带电荷状态，在通电条件下带电荷样品在电场驱动下从溶液进入凝胶，并在凝胶内发生迁移产生等电聚焦，再经扩散作用将聚焦后呈电中性的两性化合物从凝胶中释放回周围溶液，实现样品在溶液的回收。该法简化了多肽和蛋白质等生物样品的纯化过程，对下游分析更具兼容性。因技术自身特点，自由流电泳芯片虽然条件温和、可连续制备，但易受外环境影响重现性差；而Off-Gel电泳技术虽然具有良好的重现性，但不能像自由流电泳芯片那样实现样品的连续制备。
发明内容
本发明的目的在于提出一种Off-Gel自由流电泳耦合芯片及其制作方法，该芯片不仅解决了自由流电泳芯片与Off-Gel电泳技术的缺陷，而且继承了两种技术的优势；芯片制作方法简单，固定pH梯度胶条具有可替换性。
本发明采用的技术方案为：
该Off-Gel自由流电泳耦合芯片，包括芯片基板、电极(2)、分离腔室(3)，其特征在于：在其分离腔室(3)末端含有固定pH梯度胶条区域(4)以及用于固定嵌压固定pH梯度凝胶的硬质基板(5)；首先对其中一片芯片基板的分离腔室末端开出一个用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域，然后将该芯片基板与另一片基板对准，按自由流电泳芯片组合封接方法将两者及电极进行封接制成自由流电泳芯片，清洗吹干后保存待用；将选定的固定pH梯度胶条置于芯片矩形开槽区域，用另一片硬质基片将其压实固定后使用，实验结束后，将胶条取下，清洗芯片，吹干后保存待用。
所述的用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域长宽均小于固定pH梯度胶条。
所述的封接方式包括阳极键合、高温键合、室温键合或粘合剂封接。
本发明的效果益处：与现有的自由流电泳芯片相比，本发明解决了其自身缺陷，如重现性差、易受电极处电解产物的干扰、多股流体在腔体内摆动等问题。在分离过程中引入Off-Gel电泳技术，实现了Off-Gel电泳技术对样品的连续制备。两种分离技术的耦合提高了自由流电泳芯片的分离性能，制作方简单。
附图说明
图1为自由流电泳芯片结构修改示意图；
图2为芯片嵌胶区域横截面示意图；
其中①、芯片基板；②、电极；③、分离腔室；④、固定pH梯度胶条区域；⑤、硬质基板。
具体实施方式
以下结合附图对发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，本发明的Off-Gel自由流电泳耦合芯片，包括芯片基板1、电极2、分离腔室3，在其分离腔室3末端含有固定pH梯度胶条区域4以及用于固定嵌压固定pH梯度凝胶的硬质基板5。
常规自由流电泳芯片通常由两片基板组合封接构成，在其内腔形成电极区域与分离腔室区域，我们对其中一片基板的分离腔室区域进行结构改造，在分离腔室末端开出一个用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域，该区域长宽均小于固定pH梯度胶条。将改造后的芯片基板与另一片基板对准，按自由流电泳芯片组合封接方法将两者及电极进行封接（以玻璃材料为例，封接方式有：阳极键合、高温键合、室温键合或粘合剂封接等），制成自由流电泳芯片，清洗吹干后保存待用。根据实验需求将选定的固定pH梯度胶条置于芯片矩形开槽区域，用另一片硬质基片将其压实固定后使用。实验结束后，可将胶条取下，清洗芯片，吹干后保存待用。

Claims (3)

1.Off-Gel自由流电泳耦合芯片，包括芯片基板、电极(2)、分离腔室(3)，其特征在于：在其分离腔室(3)末端含有固定pH梯度胶条区域(4)以及用于固定嵌压固定pH梯度凝胶的硬质基板(5)；首先对其中一片芯片基板的分离腔室末端开出一个用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域，然后将该芯片基板与另一片基板对准，按自由流电泳芯片组合封接方法将两者及电极进行封接制成自由流电泳芯片，清洗吹干后保存待用；将选定的固定pH梯度胶条置于芯片矩形开槽区域，用另一片硬质基片将其压实固定后使用，实验结束后，将胶条取下，清洗芯片，吹干后保存待用。
2.如权利要求1所述的Off-Gel自由流电泳耦合芯片，其特征在于：所述的封接方式包括阳极键合、高温键合、室温键合或粘合剂封接。
3.如权利要求1或2所述的Off-Gel自由流电泳耦合芯片，其特征在于：所述的用于嵌入固定pH梯度胶条的矩形区域长宽均小于固定pH梯度胶条。
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