CN103316723A - 一种微流控电泳芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流控电泳芯片，该电泳芯片是通过在进样通道和分离通道中引入了增强电渗流的阵列微通道结构而实现分离效率的提高。本发明所提供的微流控电泳芯片，所述的电泳芯片上具有至少一个平行的微细通道阵列结构，该结构位于进样通道的下游，也可以同时分布于分离通道的上下游。使用本发明提供的微流控芯片进行样品的电泳分离时，由于电渗流的扩大效应从而能够显著地提高进样效率和电泳分离效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片，特别是涉及一种微流控电泳芯片。
背景技术
微流控芯片(microfluidic chip)是当前微全分析系统(Miniaturized TotalAnalysis Systems)发展的热点领域。毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)的发展为微流控技术的研究取得突破提供重要条件。1992年，Manz与Harrison发表了首篇在玻璃微流控芯片上完成毛细管电泳分离的论文(Harrison DJ，ManzA，Fan ZH，et al.Capillary electrophoresis and sample injection systems integratedon a planar glass chip.Anal.Chem.，1992，64：1926-1932)。此后，微流控芯片技术尤其是芯片毛细管电泳分离引起人们的广泛关注和深入研究。1999年9月，第一台商品化微流控芯片分析仪器Agilent2100Bioanalyser正是基于芯片毛细管电泳原理开始应用于核酸及蛋白质的分析。
目前，微流控毛细管电泳芯片的通道结构一般分为“十字”交叉和“双T”型交叉设计，往往采用自由溶液电泳的方式进行生物样品的分离分析。在这种场合下，芯片进样和分离主要基于微通道的电渗流效应而实现，因此进样和分离的效率取决于微通道的电渗流特性。然而，传统的微流控芯片电泳常常依赖于单一的直通道的电渗流特性，为实现高分离效率往往需要很高的电压(数千伏特乃至上万伏特)用于实现进样和分离。因此，如果能够发展一种能在较低电压条件下获得较高分离效率的微流控芯片，对于芯片电泳技术的推广和应用具有极其重要的意义。
发明内容
针对上述微流控芯片电泳技术的不足之处，本发明提供一种微流控电泳芯片，该电泳芯片是通过在进样通道和分离通道中引入了增强电渗流的阵列微通道结构而实现分离效率的提高。
本发明所提供的微流控电泳芯片，所述的电泳芯片的材料为玻璃、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷等。优先使用电渗流特性较好的玻璃为微流控电泳芯片的材料。
本发明所提供的微流控电泳芯片，所述的电泳芯片是通过现有的微加工技术进行加工制备的，具体包括光刻、刻蚀、键合等工艺。例如，制备玻璃芯片的工艺如下：首先采用光刻法结合湿法刻蚀的方法在玻璃基片上获得微通道图形，然后将之与另一空白玻璃基片在500～600℃条件下进行高温键合，最终制备得玻璃基微流控电泳芯片。
本发明所提供的微流控电泳芯片，所述的样品池包括进样池和废液池，直径为1～5mm。所述的进样通道和分离通道为“十字”交叉或“双T”型交叉。
本发明所提供的微流控电泳芯片，进样通道的长度为5～20mm，分离通道的长度为30～300mm，两种通道的宽度和深度保持一致，宽度为50～200μm，深度为20～100μm。
本发明所提供的微流控电泳芯片，所述的电泳芯片上具有至少一个平行的微细通道阵列结构，该结构位于进样通道的下游，也可以同时分布于分离通道的上下游。所述的通道的上下游，是对于进样通道和分离通道的交叉点位置而言。
使用本发明提供的微流控芯片进行样品的电泳分离时，由于电渗流的扩大效应从而能够显著地提高进样效率和电泳分离效率。
附图说明
图1.阵列微通道的结构示意图。
图2.含有一个阵列微通道结构的微流控电泳芯片的结构示意图。其中，A为进样池；B为进样通道；C为样品废液池；D为缓冲液池；E为分离通道；F为废液池；G为阵列微通道。
图3.含有三个阵列微通道结构的微流控电泳芯片的结构示意图。其中，A’为进样池；B’为进样通道；C’为样品废液池；D’为缓冲液池；E’为分离通道；F’为废液池；G’为阵列微通道1；H’为阵列微通道2，I’为阵列微通道3。
具体实施方案
下面的实施例将结合说明书附图对本发明予以进一步的说明。
实施例1一种“十字”交叉型微流控电泳芯片
一种“十字”交叉型微流控电泳芯片如图2所示，芯片材质为玻璃，进样通道B和分离通道E交叉，通道宽度和深度分别为150μm和50μm。其中，进样通道长10mm，分离通道长40mm。进样通道上的G为阵列微通道，位于交叉点下游2mm处，其结构如图1所示，由8条宽度为10μm、深度为5μm、间隔为10μm的阵列微通道构成。
芯片电泳实验时，缓冲液从缓冲液池D注入并充满全部通道；待分析样品从进样口A加入，在进样通道和分离通道两端分别施加一定的夹流进样电压，则样品沿着进样通道进样；此时，由于阵列微通道增大了电渗流特性，因此进样效率大为提高；切换电压至电泳分离模式，从而实现待分析样品在分离通道中的分离和检测。
实施例2一种“双T”交叉型微流控电泳芯片
一种“双T”交叉型微流控电泳芯片如图3所示，芯片材质为玻璃，进样通道B’和分离通道E’为“双T”交叉，即两通道交叉之间存在一定进样距离。通道宽度和深度分别为150μm和50μm。其中，进样通道长10mm，分离通道长40mm，两交叉点距离为200μm。进样通道上的G’和分离通道上的H’和I’为阵列微通道，G’位于交叉点下游2mm处，H’位于交叉点上游2mm处，I’位于交叉点下游25mm。其结构如图1所示，由8条宽度为10μm、深度为5μm、间隔为10μm的阵列微通道构成。
芯片电泳实验时，缓冲液从缓冲液池D’注入并充满全部通道；待分析样品从进样口A’加入，在进样通道和分离通道两端分别施加一定的夹流进样电压，则样品沿着进样通道进样；此时，由于阵列微通道增大了电渗流特性，因此进样效率和分离效率均获得显著的提高；切换电压至电泳分离模式，从而实现待分析样品在分离通道中的分离和检测。
采用本发明提供的微流控电泳芯片，由于在通道中集成了阵列微通道，可以较大地提高电渗流效率，因此对比常规的简单芯片，该芯片电泳的分离分析效率获得显著的提高。本发明提出的方法可以广泛应用于核酸、蛋白质和氨基酸、离子等物质的高效分离分析。
Claims (9)
1.一种微流控电泳芯片，其特征在于，该电泳芯片由样品池、进样通道和分离通道构成。
2.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的电泳芯片的材料为玻璃、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷等。
3.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的电泳芯片是通过现有的微加工技术进行加工制备的，具体包括光刻、刻蚀、键合等工艺。
4.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的样品池包括进样池和废液池，直径为1～5mm。
5.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的进样通道和分离通道为“十字”交叉或“双T”型交叉。
6.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的进样通道的长度为5～20mm，分离通道的长度为30～300mm，两种通道的宽度和深度保持一致，宽度为50～200μm，深度为20～100μm。
7.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的电泳芯片上具有至少一个平行的微细通道阵列结构，该结构位于进样通道的下游，也可以同时分布于分离通道的上下游。
8.按照权利要求1和7所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，所述的通道的上下游，是对于进样通道和分离通道的交叉点位置而言。
9.按照权利要求1所述的一种微流控电泳芯片，其特征在于，使用本发明提供的微流控芯片进行样品的电泳分离时，由于电渗流的扩大效应从而能够显著地提高进样效率和电泳分离效率。
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