CN104677972A - 毛细管等速微通道电泳芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明所述毛细管等速微通道电泳芯片，包括芯片本体，包括位于芯片本体上的进样毛细管和检测毛细管，所述进样毛细管中部和检测毛细管一端呈T形垂直连接。采用本发明所述的毛细管等速微通道电泳芯片，采取蚀刻芯片代替普通毛细管，使得电泳路径明显缩短并更加规则；采取T字形毛细管，使得前导、尾随缓冲液和样品分别进样更加方便，且能有效缩短电泳路径减少流体沿程阻力损失，更大限度的保证衡量污染物监测的精确度。

Description

毛细管等速微通道电泳芯片
技术领域
本发明属于化学测试设备领域，涉及一种溶液组分测量装置，具体是一种毛细管等速微通道电泳芯片。
背景技术
毛细管等速电泳(CITP)是一种基于离子淌度差异的不连续电泳模式，检测样品经荧光标记后，注入到前导电解质(LE)和尾随电解质(TE)之间，在电流的作用下按其淌度大小使各种带电粒子得到分离，达到稳态后以与前导电解质相同的速度前进。该方法电泳效率高，分离时间短，重现性好，而且对区带有压缩效应，故灵敏度和特异性较之普通区带电泳有所高。具有检测速度快、样品和试剂用量少、分析成本低等特点；已经广泛应用于食品、环境监测、药物分析、生物分析等领域。
毛细管电泳中，电驱动是最常用和最有效的驱动方式之一，通常是在毛细管的溶液路径两端放置电极，通过在电极上施加电压，溶液中形成驱动电场，利用微通道表面存在的固定电荷对溶液进行驱动，例如中性或碱性溶液，在毛细管的表面带负电荷，液流中与其相邻的部分形成沿通道壁的带正电荷的截面，如果此时在电极上施加电压，液流在电场作用下将产生移动。
电驱动方式具有速度易控制，利于样品液流分离等优点，但也存在所需要的电源电压高，设备体积庞大，带来安全隐患和功耗问题的技术缺陷。
由于毛细管等速电泳通常采用10KV左右的高压电源，造成电源体积较大，继而影响电泳仪器整体体积。同时市面上常用的电泳仪器多使用整根毛细管进行试验，试验长度较长，中途吸附易损失。
发明内容
为克服现有的毛细血管电泳设备试验长度长，阻力损失大造成测量精度差的技术缺陷，本发明公开了一种毛细管等速微通道电泳芯片。
本发明所述毛细管等速微通道电泳芯片，包括芯片本体，还包括位于芯片本体上的进样毛细管和检测毛细管，所述进样毛细管中部和检测毛细管一端呈T形垂直连接。
优选的，所述进样毛细管的两端分别设置有第一溶液池，所述检测毛细管未与进样毛细管连接的自由端设置有第二溶液池。
进一步的，所述第一溶液池和/或第二溶液池还通过导线连接有电极，所述电极位于芯片本体同一侧。
进一步的，所述芯片本体具有电极的一端宽度为15毫米。
进一步的，所述第一溶液池的底部高度高于进样毛细管顶部，第一溶液池底部与进样毛细管末端的顶部联通。
优选的，所述检测毛细管从与进样毛细管的连接处到末端依次分为大管径段、渐变段和小管径段，所述大管径段的直径D1大于小管径段直径D2，所述渐变段的管径从D1逐渐变化为D2。
进一步的，所述渐变段的管径从D1线性变化为D2。
进一步的，所述渐变段的长度L满足下式：
L：（D1-D2）>100。
进一步的，所述大管径段的直径与进样毛细管的直径相同。
优选的，所述进样毛细管中部和检测毛细管的T形垂直连接处边界为与进样毛细管和检测毛细管边界成切线连接的圆弧形。
采用本发明所述的毛细管等速微通道电泳芯片，采取蚀刻芯片代替普通毛细管，使得电泳路径明显缩短并更加规则；采取T字形毛细管，使得前导、尾随缓冲液和样品分别进样更加方便，且能有效缩短电泳路径减少流体沿程阻力损失，更大限度的保证衡量污染物监测的精确度。
附图说明
图1为本发明所述毛细管等速微通道电泳芯片的一种具体实施方式结构示意图；
图中附图标记名称为：1-芯片本体 2-进样毛细管  3-大管径段  4-小管径段  5-渐变段 6-第一溶液池 7-电极8-导线 9-第二溶液池。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述毛细管等速微通道电泳芯片，包括芯片本体1，还包括位于芯片本体上的进样毛细管2和检测毛细管，所述进样毛细管中部和检测毛细管一端呈T形垂直连接。
如图1所示，图1中竖直方向为进样毛细管，水平方向为检测毛细管，二者成T形垂直连接，图1中为方便进样和取样，在进样毛细管的两端分别设置有第一溶液池，所述检测毛细管未与进样毛细管连接的末端设置有第二溶液池。第一溶液池和第二溶液池的大小可以根据一次需要排入的液体体积计算，毛细血管电泳过程中，首先需要加入前导液，前导液的量应该能够充满整个毛细血管，第一溶液池和第二溶液池的平面尺寸通常较大，但深度较浅，第一溶液池的底部高度通常高于进样毛细管底部，方便进样溶液利用自身重力进入进样毛细管。
设置第一溶液池6和第二溶液池9的目的还在于方便在第一溶液池和第二溶液池处通过导线8连接电极7，由于本发明中采样芯片形式作为毛细管的载体，为方便芯片与电源端口的连接取电，各个电极7通常设置在芯片本体1的同侧。例如所述芯片本体具有电极的一端宽度可以设置成15毫米，可以直接使用现有的USB插口进行取电。
加入前导液并填充满全部毛细管后，在进样毛细管和检测毛细管端部加电使充满前导液的毛细管形成电流回路，再向进样毛细管中加入样品液体和尾随液，在电场力作用下，样品液体在毛细管中从进样管向出样管处流动，将出样管的某段液流平稳处作为采样区间，通过光谱分析或其他方法进行样品测量。
本发明采取芯片刻蚀工艺制造毛细管，用于代替普通毛细管，使得电泳路径明显缩短并更加规则，本发明所采用的T字形毛细管，较之现有的直线型毛细管能使得前导液、尾随液和样品分别进样更加方便，较之现有的十字形毛细管又能有效缩短电泳路径，减少流体沿程阻力损失，更大限度的保证衡量被测样品液体监测的精确度。
本发明对检测毛细管进行了进一步的优化设计，如图1所示的具体实施方式中，所述检测毛细管从与进样毛细管的连接处到末端依次分为大管径段3、渐变段5和小管径段4三部分，所述大管径段3的直径D1大于小管径段4直径D2，所述渐变段5的管径从D1逐渐变化为D2。
采用上述渐变段设计，由于液体流量处处相等，与进样毛细管连接处设置直径较大的大管径段处方便进样，通过渐变段的平缓过渡，在小管径段可以得到较快的样品液体流动速度，增加电泳的速度与检测精度，在小管径段处进行检测检测采样，使得检测的速度和检出线即最小检测精度均显著提高。管径变化采用渐变段平稳过渡，最大限度保证了局部水头损失最小，同时也不会在毛细管中产生回流或旋涡，造成检测物滞留。
采用毛细管电泳检测，检测段的液流速度是检测的基本参数，一定的电场强度和液流初始速度下，在检测段的液流速度直接表征了液流的电荷量大小，而液流速度又不可避免的受到微小的干扰，任何回流、涡流或水头受阻产生的迟滞损失都会导致检测段液流速度的失真，因此保证液流速度仅与液流本身有关是实现毛细管等速电泳检测的追求目标，为此，本发明中采用了多种方式保证检测段液流速度的保真。
例如所述进样毛细管中部和检测毛细管的T形垂直连接处边界为与进样毛细管和检测毛细管边界成切线连接的圆弧形，使液流不失速，不回流的平滑过渡。
大管径段的直径可以设置成与进样毛细管直径相同，保证进样毛细管和检测毛细管之间的液流平稳过渡。
渐变段的管径变化可以为线性变化，为实现水流速度的平稳过渡，实验证明，在直径在微米量级的毛细管，为避免产生漩涡，降低水头损失，渐变段长度L应满足下式L：（D1-D2）>100。
图1的具体实施方式中，进样毛细管和检测毛细管的大管径段的毛细管直径均为54微米，渐变段长度为2.6毫米，小管径段直径34微米，在进样毛细管和检测毛细管末端设置的溶液池为圆形，深度为12微米，直径5毫米。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.毛细管等速微通道电泳芯片，包括芯片本体，其特征在于，还包括位于芯片本体（1）上的进样毛细管（2）和检测毛细管，所述进样毛细管中部和检测毛细管一端呈T形垂直连接。
2. 如权利要求1所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述进样毛细管的两端分别设置有第一溶液池（6），所述检测毛细管未与进样毛细管连接的自由端设置有第二溶液池（9）。
3. 如权利要求2所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述第一溶液池和/或第二溶液池还通过导线（8）连接有电极（7），所述电极（7）位于芯片本体（1）同一侧。
4. 如权利要求3所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述芯片本体具有电极的一端宽度为15毫米。
5. 如权利要求2所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述第一溶液池（6）的底部高度高于进样毛细管（2）顶部，第一溶液池底部与进样毛细管末端的顶部联通。
6. 如权利要求1所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述检测毛细管从与进样毛细管的连接处到末端依次分为大管径段（3）、渐变段（5）和小管径段（4），所述大管径段的直径D1大于小管径段直径D2，所述渐变段的管径从D1逐渐变化为D2。
7. 如权利要求6所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述渐变段（5）的管径从D1线性变化为D2。
8. 如权利要求6所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述渐变段的长度L满足下式：
L：（D1-D2）>100。
9. 如权利要求6所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述大管径段（3）的直径与进样毛细管（1）的直径相同。
10. 如权利要求1所述的毛细管等速微通道电泳芯片，其特征在于，所述进样毛细管中部和检测毛细管的T形垂直连接处边界为与进样毛细管和检测毛细管边界成切线连接的圆弧形。
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