CN104076163A - 微流控芯片分离中的新型回流式进样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，采用十字通道的微流控芯片，所述十字通道由进样通道和分离通道交叉而成，其中分离通道的第一方向设有缓冲液储液池，进样通道的第二方向设有样品废液储液池，进样通道的第三方向设有样品储液池，分离通道的第四方向设有缓冲液废液储液池，包括以下步骤：步骤A，夹切导流；步骤B，回流；步骤C，溶液分配；步骤D，进样。与以往的所有进样方式相比，本发明的进样方式可以同时执行小进样量和大进样量，进样时没有电歧视，具有以往四种常见进样方式所没有的特点。相比于老回流式进样方式，本发明的新进样方式更加稳定，进样的区带范围更宽，分离柱效和对样品的检测灵敏度更高。

Description

微流控芯片分离中的新型回流式进样方法

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法。

背景技术

微流控芯片作为一种新兴的化学分析方法，可以集成各种元件在一块单一的基片上，并实现诸如DNA测序、细胞研究、免疫分析、微流体反应器、样品分离分析等功能，其中对样品的分离分析仍是微流控芯片最重要的而且应用最广泛的功能之一。和其它的分离方法相比，微流控芯片对样品的分离具有超高柱效的特点。尽管微流控芯片的分离通道只有几厘米长，但它可以在短短的几十秒内完成几十种样品的分离。微流控芯片的超高柱效分离能力来源于它独特的进样系统，这个进样系统可以有效地控制进样区带长度，通常进样区带的长度只有几十微米左右，避免分离过程中的峰展宽，从而达到高效分离的功能，这对分离复杂的、不易分离的样品特别有效。

但是化学分析对象是多种多样的，对于相对成分单一的、低浓度的样品，那就要求微流控芯片提高进样量，这样才能提高检测的灵敏度，检测到低浓度的组分。因此，寻找一种能自由调节微流控芯片进样量的进样方式就显得十分重要。在微流控芯片内部，为了控制样品区带的形状，目前设计了多种进样通道，常见的有：十字通道、双T通道、多T通道、双十字通道等。在这些不同的进样形状中，十字通道是最简单、应用最为广泛的进样形状。

在驱动溶液进样方面，目前微流控芯片中应用最多的就是电动进样法，它以电渗流为驱动力，灵活并能有效避免样品泄漏，所以电动进样在微流控芯片上得到了十分广泛的应用。当前国内外最常见的电动进样法有四种：悬浮进样、夹流进样、门式进样和动态加载进样。其中悬浮进样在进样时进样电压只施加在样品池和样品废液池上，它的缺点是区带在进样过程中会发生扩散并进入分离通道导致峰展宽。夹流进样是在悬浮进样的基础上将缓冲液池和缓冲液废液池也施加合适的电压，避免了进样时样品的扩散；虽然夹流进样可以得到比较短的样品区带，但这种进样模式不能引入比进样通道宽度更宽的样品区带，所以夹流进样在需要引入大量的样品时有局限性。门式进样可以通过调节进样时间长短的方法来控制进样量，但是在样品流经通道转弯处时会受到一种进样歧视，从而影响样品的进样量。动态加载进样方式可以在2倍通道宽度(100??m)到20倍通道宽度(毫米级)范围内控制进样区带长度，这种进样方式的优点在于进样量可调，但是不能引入小于管道宽度的样品区带。

另外，虽然还有一种老式的回流式进样模式，可以控制样品区带长度在小于进样通道宽度(83μm)到通道宽度几十倍(毫米级)范围内连续变化，但是它的进样区带范围还不够大，不能适应更广泛的样品分析要求，且稳定性、分离柱效和对样品的检测灵敏度还有待提高。

发明内容

为了克服现有进样方式的缺陷，本发明的目的在于提供一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，可以控制进样区带的扩散，进样时没有电歧视，拥有更宽的、可调节的进样区带范围，进样更加稳定，分离柱效和对样品的检测灵敏度更高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，采用十字通道的微流控芯片，所述十字通道由进样通道和分离通道交叉而成，其中分离通道的第一方向设有缓冲液储液池，进样通道的第二方向设有样品废液储液池，进样通道的第三方向设有样品储液池，分离通道的第四方向设有缓冲液废液储液池，包括以下步骤：

步骤A，夹切导流：将第二方向的样品废液储液池接地，其它三个储液池根据其到十字通道交叉点的距离不同分布不同的电压，距离远电压大，调节电压到液流平衡，其中第四方向的缓冲液废液储液池电压大于第三方向的样品储液池电压，第三方向的样品储液池电压大于第一方向的缓冲液储液池电压，样品溶液从样品储液池的方向流向样品废液储液池的方向； 

步骤B，回流：将第一方向的缓冲液储液池和第二方向的样品废液储液池接地，其它两个储液池电压不变，样品向通道第一方向回流，时间越长回流的样品越多；

步骤C，溶液分配：给第一方向的缓冲液储液池施加大电压，第二方向的样品废液储液池和第三方向的样品储液池悬浮，第四方向的缓冲液废液储液池接地，此时样品快速往第四方向流动，同时有一部分样品分配流入到第二方向和第三方向的两个储液池，时间越长第四方向最后的进样量越少； 

步骤D，进样：给第一方向的缓冲液储液池施加大电压，给第二方向的样品废液储液池和第三方向的样品储液池施加略小于缓冲液储液池中的电压，以防止这两个储液池的样品溶液流出，将第四方向的缓冲液废液储液池接地，样品被送入分离通道，完成进样。

进一步的，通过调节步骤B、步骤C的时间改变样品的进样量，其中小进样量用于复杂难分离样品的分离，大进样量用于提高低浓度样品的检测灵敏度。

与以往的所有进样方式相比，本发明的进样方式可以同时执行小进样量（窄区带进样）和大进样量（长区带进样），进样时没有电歧视，具有以往四种常见进样方式所没有的特点。与老式的回流式进样相比，本发明的进样方式更加稳定，同样的连续5次进样，本发明的进样方式对样品峰高的相对平均偏差为2.78%，优于老进样方式的4.26%，说明新方法更加稳定；新的回流式进样可以控制样品区带长度范围在<74微米～>2毫米之间，比老回流式进样方式范围更宽；新进样方式由于在步骤B、步骤C两步接地并采用更高的分离电压，和老进样方式相比，其样品检测灵敏度得到了提高（>2倍以上），同时分离柱效也有极大的提高（提高1.4倍左右）。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为微流控芯片的结构示意图。

图2为本发明实施例的原理图。

图3为样品进样区带图。

图4为新、老回流式进样对比图。

图中： 1-缓冲液储液池，2-样品废液储液池，3-样品储液池，4-缓冲液废液储液池，5-十字通道交叉点，6-分离通道。

具体实施方式

如图1~2所示，一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，采用十字通道的微流控芯片并进行电动进样，所述十字通道由进样通道和分离通道6交叉而成，其中分离通道6的第一方向设有缓冲液储液池1，进样通道的第二方向设有样品废液储液池2，进样通道的第三方向设有样品储液池3，分离通道6的第四方向设有缓冲液废液储液池4，包括以下步骤：

步骤A，夹切导流：将第二方向的样品废液储液池2接地，其它三个储液池根据其到十字通道交叉点5的距离不同分布不同的电压，距离远电压大，调节电压到液流平衡，其中第四方向的缓冲液废液储液池4电压大于第三方向的样品储液池3电压，第三方向的样品储液池3电压大于第一方向的缓冲液储液池1电压，样品溶液从样品储液池3的方向流向样品废液储液池2的方向； 

步骤B，回流：将第一方向的缓冲液储液池1和第二方向的样品废液储液池2接地，其它两个储液池电压不变，样品向通道第一方向回流，时间越长回流的样品越多；

步骤C，溶液分配：给第一方向的缓冲液储液池1施加大电压，第二方向的样品废液储液池2和第三方向的样品储液池3悬浮，第四方向的缓冲液废液储液池4接地，此时样品快速往第四方向流动，同时有一部分样品分配流入到第二方向和第三方向的两个储液池，时间越长第四方向最后的进样量越少； 

步骤D，进样：给第一方向的缓冲液储液池1施加大电压，给第二方向的样品废液储液池2和第三方向的样品储液池3施加略小于缓冲液储液池1中的电压，以防止这两个储液池的样品溶液流出，将第四方向的缓冲液废液储液池4接地，样品被送入分离通道6，完成进样。

在本实施例中，步骤A由于第一方向、第四方向均有施加电压，因此样品流不会左右扩散。

在本实施例中，步骤B和老式的回流式进样不同的是，这里的第一方向上的缓冲液储液池1是接地的，这样就能进更多的样品，而且更加稳定；而老式的回流式进样在第一方向的缓冲液储液池1是悬浮的，这种方式相对不稳定，进样量少。

在本实施例中，步骤C和老式的回流式进样方式不同的是，老进样方式中第四方向是悬浮的，这样不利于样品分流的稳定，会导致区带扩散。

如图3所示，可以通过调节步骤B、步骤C的时间改变样品的进样量，其中小进样量a可以用于复杂难分离样品的分离，大进样量b可以提高低浓度样品的检测灵敏度。

相比于老回流式进样方式Ⅱ，本发明的新进样方式Ⅰ更加稳定，进样的区带范围更宽，其样品检测灵敏度得到了提高（>2倍以上），同时分离柱效也有极大的提高（提高1.4倍左右），请见图4。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，采用十字通道的微流控芯片，所述十字通道由进样通道和分离通道交叉而成，其中分离通道的第一方向设有缓冲液储液池，进样通道的第二方向设有样品废液储液池，进样通道的第三方向设有样品储液池，分离通道的第四方向设有缓冲液废液储液池，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A，夹切导流：将第二方向的样品废液储液池接地，其它三个储液池根据其到十字通道交叉点的距离不同分布不同的电压，距离远电压大，调节电压到液流平衡，其中第四方向的缓冲液废液储液池电压大于第三方向的样品储液池电压，第三方向的样品储液池电压大于第一方向的缓冲液储液池电压，样品溶液从样品储液池的方向流向样品废液储液池的方向； 

步骤B，回流：将第一方向的缓冲液储液池和第二方向的样品废液储液池接地，其它两个储液池电压不变，样品向通道第一方向回流，时间越长回流的样品越多；

步骤C，溶液分配：给第一方向的缓冲液储液池施加大电压，第二方向的样品废液储液池和第三方向的样品储液池悬浮，第四方向的缓冲液废液储液池接地，此时样品快速往第四方向流动，同时有一部分样品分配流入到第二方向和第三方向的两个储液池，时间越长第四方向最后的进样量越少； 

步骤D，进样：给第一方向的缓冲液储液池施加大电压，给第二方向的样品废液储液池和第三方向的样品储液池施加略小于缓冲液储液池中的电压，以防止这两个储液池的样品溶液流出，将第四方向的缓冲液废液储液池接地，样品被送入分离通道，完成进样。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片分离中的新型回流式进样方法，其特征在于：通过调节步骤B、步骤C的时间改变样品的进样量，其中小进样量用于复杂难分离样品的分离，大进样量用于提高低浓度样品的检测灵敏度。