CN102504010A - 用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法 - Google Patents
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Abstract
用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法，涉及微流控芯片。在微流控芯片竖直通道内制作聚丙烯酰胺凝胶并充满缓冲水溶液；将有机相通过微流控芯片水平通道的入口引入并充满水平通道；将溶解有钛酸四异丙酯的有机相引入并充满水平通道；将钛酸四异丙酯的有机溶液排出水平通道，并将水平通道清洗干净；往水平通道内加入溶解有蛋白质和两性电解质的等电聚焦缓冲液，在水平通道两端施加电场进行等电聚焦，蛋白质根据各自不同的等电点在水平通道内实现第一维分离；等电聚焦完成后，在竖直通道两端施加电场进行第二维凝胶电泳分离，TiO2薄膜上的微孔通过电场，蛋白质在电场作用下穿过TiO2上的微孔进入到第二维通道以进行第二维分离。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片，尤其是涉及一种用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法。
背景技术
蛋白质是最主要的生命活动的载体和功能执行者，最早于1994年提出的蛋白质组学(Proteome)是指基因所能表达的全部蛋白质，即细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。探索蛋白质的作用模式、功能机理、调节调控以及蛋白质组群内的相互作用，能为临床诊断、病理研究、药物筛选、新药开发、新陈代谢途径等研究提供理论依据和基础。进行蛋白组学研究的主要方法包括二维电泳分离、质谱、微阵列芯片等(Domon，B.，Aebersold，R.，Science 2006，312，212.；Kung，L.A.，Snyder，M.，Nat.Rev.Mol.Cell Biol.2006，7，617.；Service，R.F.，Science 2001，294，2074.)，其中二维电泳分离是最常用的蛋白质分离方法，以等电聚焦(isoelectric focusing，IEF)作为第一维，聚丙烯酰胺凝胶电泳(Polyacrylamide gelelectrophoresis，PAGE)作为第二维。二维电泳的突出优点是具有很高的分辨率，在一块胶上能够分离3000～5000个蛋白质，有些报道甚至可以分辩出5000～10000个蛋白质斑点。但是还是存有以下不足：耗时费力，重复性不好，对极端蛋白、低丰度蛋白和疏水性蛋白的分离能力不足，这些不足严重地阻碍了相关研究的进一步快速发展。
微流控芯片技术自从20世纪90年代首次提出以来得到迅速发展(Manz，A.，Graber，N.，Widemer，H.M.Sens.Acturators，B，1990，B1，244.)，已经被广泛应用到各个方面。微流控芯片由于具有以下优点而特别适合快速和高通量分析：1集成化，便于集成大量功能单元；2微型化，便于携带实现现场与移动分析；3消耗低，能量与试剂的消耗大幅降低；4效率高，高热导和快速传质能够提高效率并缩短分析时间。利用微流控芯片进行蛋白质二维电泳分离，由于比表面积大，有利于散热，能有效降低区带扩展，提高峰容量并能应用更高的分离电压；分离距离较短能产生更大的场强，实现更快的分离和更高的分辨率；分离过程完全在微通道内，减少了外界干扰和污染还能有效提高重现性；样品在两维间能进行直接转移而无需额外操作；第二维凝胶电泳分离过程中，蛋白质被限制在间隔开的通道中而完全排除了横向扩散，最大程度地保证了峰容量。在微流控芯片上进行蛋白质二维电泳分离的关键就是加工合适的两维间接口：能有效地隔离两维所需的不同缓冲体系；在等电聚焦期间将蛋白质限制在第一维通道中；在等电聚焦完成后，能通过电转移等方法迅速有效地将蛋白质转移进入第二维通道以进行进一步分离。已经有多篇报道加工不同的接口用于二维分离，如在两维通道之间加工超细的通道进行连接，产生的阻力以阻止扩散并同时降低扩散的体积(Emrich，C.A.，Medintz，I.L.，Chu，W.K.，Mathies，R.A.，Anal.Chem.2007，79，7360.)；在接口处制作多孔的凝胶，凝胶中细小的孔洞能提供阻力降低自由扩散(Das，C.，Zhang，J.，Denslow，N.D.，Fan，Z.H.，Lab Chip 2007，7，1806.)；在第一维通道两侧设计空气隔离阀进行隔离，在等电聚焦完成后再将缓冲液加入到隔离阀中以连通两维(Tsai，S.W.，Loughran，M.，Karube，I.，J.Micromech.Microeng.2004，14，1693.)；利用第一维通道两侧额外的通道内的电场对第一维的缓冲液和蛋白质样品进行局限(Lerch，M.A.，Jacobson，S.C.，Anal.Chem.2007，79，7485.)。但是这些方法都还存有一定的不足：操作繁琐复杂，孔径过大，阻力太小，无法简单有效的降低两维通道间的自发扩散。
发明内容
本发明的目的是针对目前在微流控芯片上进行蛋白质二维分离方面的不足，提供一种用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)在微流控芯片竖直通道内预先制作好聚丙烯酰胺凝胶并充满缓冲水溶液；
2)将有机相通过微流控芯片水平通道的入口引入并充满水平通道，在水平通道与竖直通道的连接处形成水相-有机相的两相界面；
3)将溶解有钛酸四异丙酯的有机相引入并充满水平通道，水平通道内的钛酸四异丙酯会在水相-有机相的界面处发生水解反应并产生TiO2，使水解产生的TiO2形成具有很多微孔的薄膜；
4)将钛酸四异丙酯的有机溶液排出水平通道，并将水平通道清洗干净；
5)往水平通道内加入溶解有蛋白质和两性电解质的等电聚焦缓冲液，在水平通道两端施加电场进行等电聚焦，两性电解质在电场作用下沿水平通道形成一个pH梯度，蛋白质根据各自不同的等电点在水平通道内实现第一维分离，两维连接处的TiO2薄膜在等电聚焦过程中能够阻止蛋白质扩散进入第二维通道；
6)等电聚焦完成后，在竖直通道两端施加电场进行第二维凝胶电泳分离，TiO2薄膜上的微孔能够通过电场，并且蛋白质在电场作用下能够穿过TiO2上的微孔进入到第二维通道以进行第二维分离。
在步骤1)中，所述微流控芯片可由玻璃、石英、硅或高聚物等材料所制，经可逆或不可逆键合组成完整的微通道，微通道内表面根据需要不进行或进行一定的表面处理，通道的尺寸为1nm～5cm。
在步骤2)中，所述有机相可为与水不混溶的各种有机溶液，所述有机溶液可选自醇、酯、矿物油等中的一种。
本发明的优点在于：微孔薄膜包围在等电聚焦通道两侧，将面向凝胶电泳通道的开口封闭起来形成一个虚拟的闭合通道，薄膜上的纳米孔径能够提供足够的流体阻力来阻止蛋白质的扩散，又能提供导通的电场，在凝胶电泳通道两端施加电场时，蛋白质能够穿越纳米微孔进入第二维凝胶电泳通道；薄膜恰好位于两维的接口处，没有死体积；制作简便快速。
附图说明
图1是本发明实施例的微流控芯片结构示意图。
具体实施方式
参见图1，以下实施例将详细描述根据本发明作进一步的说明。
实施例1
1.微流控芯片设计及接口加工
设计如图1中所示的微流控芯片1，其中水平通道作为第一维，进行等电聚焦，竖直的平行通道(100～500根)作为第二维，进行凝胶电泳。通道宽度为50μm，间隔也为50μm，深度为25μm。平行的竖直通道是为了保证已按等电点分离的蛋白质在进行凝胶电泳时仍保持分离，竖直通道的数目和等电聚焦的高分辨率相结合共同保证二维分离的高峰容量。
在微通道内(包括等电聚焦通道2和凝胶电泳通道3)加入丙烯酰胺前聚体和引发剂，利用光聚合反应加工聚丙烯酰胺凝胶，其中等电聚焦通道2在曝光过程中用掩膜进行保护而不发生聚合反应。将矿物油加入到水平通道，由于表面张力，矿物油会与竖直通道内的水相在通道交叉处形成两相界面(如图1中4所示)。将溶解有钛酸四异丙酯的矿物油引入到水平通道，钛酸四异丙酯会在界面处发生水解反应而产生二氧化钛纳米颗粒，并组成具有纳米微孔的薄膜，控制反应时间和反应物浓度控制形成具有不同厚度、微孔孔径以及微孔分布的薄膜。
2.二维电泳分离
将荧光标记后的蛋白质样品和两性电解质混合在缓冲液中，并加入到水平通道。在等电聚焦通道两端的储液池中分别加入少许酸碱溶液(pH值分别为3和10)作为阳极和阴极电解液，通电开始进行等电聚焦。两性电解质会在电场作用下产生相应pH梯度，蛋白质分子向具有特定pH值的位置迁移，这个pH值与蛋白质所特有的等电点相一致。在这个位置，蛋白质不带任何额外电荷呈电中性而不再迁移，不同的蛋白质由于具有不同的等电点而实现等电聚焦分离。二氧化钛薄膜能降低等电聚焦通道和凝胶电泳通道间不同缓冲液间的互相扩散以及蛋白质样品向凝胶电泳通道的扩散。等电聚焦完成后，撤去等电聚焦通道两端的电场并在凝胶电泳通道两端施加电场，二氧化钛薄膜上有许多细小的微孔，电场能够穿过这些微孔形成完整回路，在电场的作用下，蛋白质分子会穿过这些微孔进入到平行的凝胶电泳通道并根据其分子量的不同大小实现第二维分离。
Claims (4)
1.用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在微流控芯片竖直通道内预先制作好聚丙烯酰胺凝胶并充满缓冲水溶液；
2)将有机相通过微流控芯片水平通道的入口引入并充满水平通道，在水平通道与竖直通道的连接处形成水相-有机相的两相界面；
3)将溶解有钛酸四异丙酯的有机相引入并充满水平通道，水平通道内的钛酸四异丙酯会在水相-有机相的界面处发生水解反应并产生TiO2，使水解产生的TiO2形成具有很多微孔的薄膜；
4)将钛酸四异丙酯的有机溶液排出水平通道，并将水平通道清洗干净；
5)往水平通道内加入溶解有蛋白质和两性电解质的等电聚焦缓冲液，在水平通道两端施加电场进行等电聚焦，两性电解质在电场作用下沿水平通道形成一个pH梯度，蛋白质根据各自不同的等电点在水平通道内实现第一维分离，两维连接处的TiO2薄膜在等电聚焦过程中能够阻止蛋白质扩散进入第二维通道；
6)等电聚焦完成后，在竖直通道两端施加电场进行第二维凝胶电泳分离，TiO2薄膜上的微孔能够通过电场，并且蛋白质在电场作用下能够穿过TiO2上的微孔进入到第二维通道以进行第二维分离。
2.如权利要求1所述的用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述微流控芯片由玻璃、石英、硅或高聚物材料所制。
3.如权利要求1所述的用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述有机相为与水不混溶的各种有机溶液。
4.如权利要求3所述的用于蛋白质二维电泳分离的微流控芯片接口的制备方法，其特征在于所述有机溶液选自醇、酯、矿物油中的一种。
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|---|---|---|---|---|
| CN102974412A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-03-20 | 大连理工大学 | 一种利用倒置荧光显微镜制造微纳流控芯片的方法 |
| WO2016062231A1 (zh) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | 鲍坚斌 | 凝胶电泳芯片 |
| CN108439466A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 张磊 | 一种二氧化钛纳米颗粒水热合成法 |
| CN110479391A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-22 | 湖北医药学院 | 一种基于固态径迹刻蚀纳米孔的低电压高性能电渗微泵芯片 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102974412A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-03-20 | 大连理工大学 | 一种利用倒置荧光显微镜制造微纳流控芯片的方法 |
| WO2016062231A1 (zh) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | 鲍坚斌 | 凝胶电泳芯片 |
| US10466200B2 (en) | 2014-10-21 | 2019-11-05 | Jian-Bin Bao | Gel electrophoresis chip |
| CN108439466A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 张磊 | 一种二氧化钛纳米颗粒水热合成法 |
| CN110479391A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-22 | 湖北医药学院 | 一种基于固态径迹刻蚀纳米孔的低电压高性能电渗微泵芯片 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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