CN106959332A - 电泳检测仪的自动微量进样装置及其制作方法、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置及其制作方法、控制方法。该装置包括微流体进样模块、微流体出样模块、第一微型电磁驱动泵、第二微型电磁驱动泵、第一微型隔离阀、第二微型隔离阀、高压电源、样品瓶、缓冲液瓶、样品废液瓶、缓冲液废液瓶、控制电路板、控制系统、蓄电池和双层支架。本发明适用于便携式毛细管电泳检测仪及微流体电泳芯片的自动微量进样，实现精确、自动、可重复性的样品注入，减少操作误差，提升操作效率，确保无人为因素干扰，保证每次进样量均一，同时提供毛细管快速更换接口，避免现场不易清洗毛细管造成的样品污染。

Description

电泳检测仪的自动微量进样装置及其制作方法、控制方法

技术领域

本发明涉电泳检测仪技术领域，具体涉及一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置及其制作方法、控制方法。

背景技术

过去数十年，电泳检测已成为一个主要的分析工具，具有检测速度快、精度高、耗费样品少等优势，目前已被广泛应用于环境监测、药物分析、农业生产、食品检疫等众多领域。电泳检测仪逐渐向微型化及便携化发展，目前便携式电泳检测仪主要为毛细管电泳仪及微流体电泳芯片两类。因便携式电泳检测仪具有体积小、易检测微量样品、检测时间更短等特点，进一步扩宽了这种强力分析技术的应用范围，使之能在现场实现快速原位检测，可在最短时间内提供样品信息。

样品注入是电泳检测技术的第一个关键环节，也是实现检测的前提。然而样品注入环节却限制了便携式电泳检测仪的发展，实验室级的台式电泳检测仪配备的进样系统较为复杂庞大，在体积、重量、能源消耗、价格等方面都已经接近甚至超越了便携式电泳检测仪，因为直接应用于便携式电泳检测仪。为了减轻负重、降低成本，目前便携式电泳检测仪以人工手动进样为主，但是电泳仪的样品进样量仅为纳升(nL)级别，手工进样难以控制，使得进样液量不统一，同时效率低下、操作复杂，这将导致检测结果重复性差、精度低、耗时耗力，显著削弱了电泳检测的优势。样品进样的精确性和可重复性是影响便携式电泳检测仪的发展和应用的瓶颈。因此，迫切需要开发适用于便携式电泳检测仪的自动化进样装置，应满足进样量均一、便携式、低成本等需求。

电泳技术较成熟的进样方式主要有两种，一种是电动进样，指在样品溶液中短时间内施加进样电压，在电场作用下使样品进入样品管，一种是压力进样，指建立样品管两端压力差，使样品压入或吸入样品管。两种进样方式各有优缺点，电动进样方便利用场放大效应对样品进行富集，也可提供较窄的特征峰和平稳的分离曲线；然而多次重复进样会因进样电极与样品管口位置变化导致测试结果重复性差，同时电动进样对样品不同组分存在“歧视效应”。压力进样重复进样量均一、重复性高，不存在“歧视效应”；然而需要在样品管两端建立压力差，外设复杂难以微型化，同时压力差消除中也有样品注入，多次进样之间的不同压力差会使得特征峰较宽。因此，新的便携性的自动化进样装置需尽量消除先前的两种进样方法的缺陷。

目前，毛细管型电泳检测仪多采用电动进样，而微流体型电泳检测仪多采用压力进样，不同类型的电泳检测仪进样方式不一，也导致无法横向比较不同仪器的测试结果，因而无法建立标准化的测试。因此，兼容毛细管电泳仪及微流体电泳芯片的自动进样装置有望统一测试标准，有益于建立行业内规范。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置及其制作方法、控制方法，适用于便携式毛细管电泳检测仪及微流体电泳芯片的自动微量进样，实现精确、自动、可重复性的微量样品注入，减少操作误差，提升操作效率，确保无人为因素干扰，保证每次进样量均一，同时提供毛细管快速更换接口，避免现场不易清洗毛细管造成的样品污染。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，包括微流体模块、第一微型电磁驱动泵、第二微型电磁驱动泵、第一微型隔离阀、第二微型隔离阀、高压电源、样品瓶、缓冲液瓶、样品废液瓶、缓冲液废液瓶、控制电路板、控制系统和蓄电池；所述微流体模块包括微流体进样模块和微流体出样模块；所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀分别通过导线连接至控制电路板；所述蓄电池用于为第一、第二微型电磁驱动泵，第一、第二微型隔离阀以及控制电路板供电。

所述微流体进样模块包括样品池、第一电极池、两个入口、两个出口和交错相连的微通道；所述微流体出样模块包括一个入口、一个出口、第二电极池和相连的单通道；所述第一和第二电极池中分别垂直插入有铂金电极；所述铂金电极连接至高压电源，高压电源的控制端与控制电路板相连，控制电路板通过信号线与控制系统相连。

所述缓冲液瓶通过化学惰性管连接至第一微型电磁驱动泵的进液端；第一微型电磁驱动泵的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口一；微流体进样模块的入口一依次途径第一电极池、微流体进样模块的入口二引入的微通道垂点、样品池、向微流体进样模块的出口二引出的微通道垂点，到达微流体进样模块的出口一；微流体进样模块的出口一，连接用于电泳检测的毛细管或微流体通道；毛细管或微流体通道的后端连接微流体出样模块的入口，经单通道途径第二电极池至微流体出样模块的出口；微流体出样模块的出口通过化学惰性管连接至第一微型隔离阀的进液端，第一微型隔离阀的出液端通过化学惰性管连接至缓冲液废液瓶。

所述样品瓶通过化学惰性管连接至第二微型电磁驱动泵的进液端；第二微型电磁驱动泵的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口二；微流体进样模块的入口二依次途径微流体进样模块入口二引入的微通道、样品池、向微流体进样模块的出口二引出的微通道，到达微流体进样模块的出口二；微流体进样模块的出口二，通过化学惰性管连接至第二微型隔离阀的进液端，第二微型隔离阀的出液端通过化学惰性管连接至样品废液瓶。

进一步的，该自动微量进样装置还包括双层支架；所述双层支架包括自上向下依次设置的上层支架与下层支架、连接在上层与下层支架之间的若干立柱以及设置在下层支架底部的若干可调节螺旋支撑脚；所述下层支架的边缘分别设有X方向水平仪和Y方向水平仪；

所述控制电路板、导线及信号线通过螺丝安装在上层支架；所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀通过螺丝安装在下层支架；所述微流体进样模块和微流体出样模块通过弹簧夹片安装在下层支架。

进一步的，所述微流体进样模块的出口一和微流体出样模块的入口组成电泳管道的连接口；所述微流体进样模块的出入口、微流体出样模块的出入口以及电泳管道的连接口均为具有内锁结构的接口。电泳管道指毛细管或者微流体通道，用来电泳。

所述具有内锁结构的接口包括与化学惰性管相连的接口和与毛细管相连的接口；所述与化学惰性管相连的接口为垂直方向的接口，该接口的厚度不小于2.5mm，最大尺寸等于化学惰性管的外径；所述与化学惰性管相连的接口包括封接环和设置在封接环上方的紧固螺纹结构；所述封接环的直径为化学惰性管外径的80％，高度为0.3mm～0.5mm；紧固螺纹结构的小径为化学惰性管外径的90％，螺距与该与化学惰性管相连的接口的最大尺寸相适应；所述与毛细管相连的接口为水平方向的接口，该接口的尺寸大于微管道的尺寸，最大尺寸小于毛细管的外径；所述与毛细管相连的接口包括依次设置的限位卡槽和凸起封接；所述凸起封接的宽度为毛细管外径的10％，长度为100μm。

进一步的，通过控制微流体进样模块中的样品池的尺寸，能够使微量进样更加精确。优选的，所述样品池的高度和宽度均为100μm，所述样品池的长度由进样量决定。优选的，每1nL的进样量需要样品池的长度为100μm。

进一步的，所述第一和第二电极池为椭圆，中心在微通道的中心线上。

进一步的，所述微流体进样模块和微流体出样模块均采用聚二甲基硅氧烷材料(Polydimethylsiloxane,PDMS)。

进一步的，所述双层支架采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。

本发明还涉及一种上述自动微量进样装置的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用旋涂工艺在基材上旋涂光刻胶；

(2)利用光刻工艺在基材上获得所需要的微流体模块的光刻胶结构；

(3)利用刻蚀工艺将光刻胶结构转移到基材上，或者通过电铸工艺将光刻胶结构转移成金属结构；

(4)保留毛细管限位卡槽后端的光刻胶，去除其余光刻胶，重复步骤(3)；

(5)去除所有光刻胶，获得微流体模块的模具基材；

(6)在步骤(5)得到的模具基材的外接管道接口位置的上方放置外接管道的接口不锈钢模具，得到模具组合体，所述外接管道接口模具的外侧表面为凹陷封接环和螺纹结构；

(7)配置PDMS除去气泡后浇注在步骤(6)的模具组合体上，烘烤固化后取下PDMS复制体；去除步骤(6)的接口模具，重复此步骤一次得到第二个PDMS复制体；

(8)将步骤(7)得到的两个PDMS复制体进行氧等子体处理，在体视镜下进行对准键合，获得微流体进样模块及微流体出样模块。

本发明还涉及一种上述自动微量进样装置的控制方法，该控制方法采用了压力-电动混合进样，具体包括以下步骤为：

a)缓冲液清洗：关闭第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀；

b)缓冲液基线测试：设置分离电压，关闭所有的微量泵和隔离阀，启动电泳检测仪的高压电源；

c)样品压力进样至样品池：第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀仍在关闭状态，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀；

d)样品高压进样至毛细管或者电泳微通道：设置进样电压，关闭所有的微量泵和隔离阀，开启高压电源；

e)等待测试；

f)清洗：测试完成后，控制系统切换回自动进样控制界面，将微流体进样模块入口二的化学惰性管放入缓冲液瓶，关闭第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，之后，关闭第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁隔离阀。

和现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明以微流体模块作为便携式电泳检测仪的自动微量进样装置的核心，通过微加工的方法制作电泳分析仪的微流体进样模块，解决了传统手工进样导致的进样量不均一、精度差、效率低等缺陷。

(2)本发明在便携式自动微量进样装置中，利用微流体实现了压力进样及电动进样的混合进样模式。本发明先通过压力进样使样品以nL级别一份一份的进入样品池，使原样品瓶的样品浓度未发生改变，再通过调节双层支架水平关闭所有泵阀的方式消除压力因素，电动进样至电泳测试管。如此消除了两种进样模式各自的缺陷，使每次进样量保持均一，在样品进样方面尽可能的保证了测试的准确性和可重复性。

(3)本发明采用微流体模块，进样精确度高，体积较小易集成至便携式电泳仪，且通过将各种接口内置在微流体模块中，缩小了自动进样装置的尺寸，成本较低。同时本发明所述的自动微量进样装置中的各部件可快速更换，避免了在现场测试时不易清洗而引入的样品污染的缺陷。

(4)本发明可广泛应用于便携式毛细管电泳仪和微流体电泳芯片的微量精确自动化进样，实现样品的快速现场检测，消除因进样导致的不同仪器的测试结果无法进行良好比较的缺陷，且有望统一测试标准，有益于建立行业内规范。

(5)本发明通过采用曝光及软光刻等工艺实现微流体模块，能够实现微流体模块的阵列化，使多条毛细管同时进样，提高测试效率。

附图说明

图1是本发明中自动微量进样装置的结构示意图；

图2是本发明中微流体进样模块的结构示意图；

图3是与化学惰性管相连的接口的结构示意图；

图4是微流体进样及出样模块制作方法示意图；

其中：

1、控制系统，2、双层支架，201、上层支架，202、下层支架，203、立柱，204、可调节螺旋支撑脚，205、X方向水平仪，206、Y方向水平仪，3、控制电路板，4、微流体进样模块，5、蓄电池，601、缓冲液瓶，602、样品瓶，701、第一微型电磁驱动泵，702、第二微型电磁驱动泵，801、第一微型隔离阀，802、第二微型隔离阀，901、缓冲液废液瓶，902、样品废液瓶，10、铂金电极，401、微流体进样模块的入口一(缓冲液进样口)，402、微流体进样模块的入口二(样品进样口)，403、微流体进样模块的出口二，404、第一电极池，405、样品池，406、微流体进样模块的出口一，407、限位卡槽，408、凸起封接，409、微通道，410、微流体进样模块入口二引入的微通道，411、微流体进样模块的入口二引入的微通道垂点，412、向微流体进样模块的出口二引出的微通道垂点，413、向微流体进样模块的出口二引出的微通道，414、封接环，415、紧固螺纹结构，f-1、光刻胶，f-2、铬掩模版，f-3、基材，f-4、PDMS，f-5、接口不锈钢模具，f-6、铂金电极，f-7、内锁结构的接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图4所示的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，包括微流体进样模块4、微流体出样模块、第一微型电磁驱动泵701、第二微型电磁驱动泵702、第一微型隔离阀801、第二微型隔离阀802、高压电源、样品瓶602、缓冲液瓶601、样品废液瓶902、缓冲液废液瓶901、控制电路板3、控制系统1和蓄电池5。所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀分别通过导线连接至控制电路板3；所述控制电路板3设有四个独立的开分别控制第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀。所述蓄电池5为12V，用于为第一、第二微型电磁驱动泵，第一、第二微型隔离阀以及控制电路板3供电。润洗及清洗环节采用电磁驱动泵驱动缓冲液注入微流体芯片，样品进样环节采用先压力后高压驱动进样。第一、第二微型电磁驱动泵均采用惰性绝缘材料制成。

所述微流体进样模块4和微流体出样模块组成微流体模块。所述微流体进样模块4包括第一电极池404、样品池405、两个入口、两个出口和交错相连的微通道409。样品池位于微通道靠近出口段。两个入口均连接至样品池。所述微流体出样模块包括一个入口、一个出口、第二电极池和相连的单通道；所述第一电极池404和第二电极池中分别垂直插入有一个铂金电极10；所述铂金电极10连接至高压电源，高压电源的控制端与控制电路板3相连，控制电路板3通过信号线与控制系统1相连。一个铂金电极插入在微流体进样模块的电极池404位置，另一个铂金电极插入在微流体出样模块的电极池。通过运行控制程序，控制所述微量泵、隔离阀及高压电源的开关顺序及时间，控制程序由LabVIEW编写。

缓冲液管路的连接顺序为：所述缓冲液瓶601通过化学惰性管连接至第一微型电磁驱动泵701的进液端；第一微型电磁驱动泵701的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口一401；微流体进样模块的入口一401依次途径微流体进样模块的入口二引入的微通道垂点411、样品池405、向微流体进样模块的出口二引出的微通道垂点412，到达微流体进样模块的出口一406；微流体进样模块的出口一406，连接用于电泳检测的毛细管或微流体通道；毛细管或微流体通道的后端连接微流体出样模块的入口，经单通道至微流体出样模块的出口；微流体出样模块的出口通过化学惰性管连接至第一微型隔离阀701的进液端，第一微型隔离阀701的出液端通过化学惰性管连接至缓冲液废液瓶901。

样品管路连接顺序为：所述样品瓶602通过化学惰性管连接至第二微型电磁驱动泵702的进液端；第二微型电磁驱动泵702的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口二402；微流体进样模块的入口二402依次途径微流体进样模块入口二引入的微通道410、样品池405、向微流体进样模块的出口二引出的微通道413，到达微流体进样模块的出口二403；微流体进样模块的出口二403，通过化学惰性管连接至第二微型隔离阀802的进液端，第二微型隔离阀802的出液端通过化学惰性管连接至样品废液瓶902。

进一步的，该自动微量进样装置还包括双层支架2；所述双层支架2包括自上向下依次设置的上层支架201与下层支架202、连接在上层与下层支架之间的若干立柱203以及设置在下层支架202底部的三个可调节螺旋支撑脚204；所述下层支架的边缘分别设有X方向水平仪205和Y方向水平仪206。所述控制电路板3、导线及信号线通过螺丝安装在上层支架201；所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀通过螺丝安装在下层支架202；所述微流体进样模块和微流体出样模块通过弹簧夹片安装在下层支架202。在X与Y方向水平仪的配合下，通过拧动双层支架的三个螺旋支撑脚的高度调节双层支架的水平。

进一步的，所述微流体进样模块的出口一406和微流体出样模块的入口组成电泳管道的连接口；所述微流体进样模块4的出入口、微流体出样模块的出入口以及电泳管道的连接口均为具有内锁结构的接口。

所述具有内锁结构的接口包括与化学惰性管相连的接口和与毛细管相连的接口；所述与化学惰性管相连的接口为垂直方向的接口，该接口的厚度不小于2.5mm，最大尺寸等于化学惰性管的外径；所述与化学惰性管相连的接口包括封接环和设置在封接环上方的紧固螺纹结构；所述封接环的直径为化学惰性管外径的80％，高度为0.3mm～0.5mm；紧固螺纹结构的小径为化学惰性管外径的90％，螺距与该与化学惰性管相连的接口的最大尺寸相适应；螺距与接口直径的最大尺寸相关，相同尺寸的接口螺距固定，一般为0.35mm-0.45mm。所述与毛细管相连的接口为水平方向的接口，此接口尺寸大于微管道的尺寸，接口直径的最大尺寸小于毛细管的外径，为毛细管外径的90％，接口底部为限位卡槽407，限位卡槽407后端的左右侧面各有一组梯形凸起封接408，凸起封接408宽度为毛细管外径的10％，长度为100μm。

本发明所述的内锁结构接口原理为：将外接管道或毛细管直接插入内锁结构接口时，由于接口的凸起封接408或者封接环414具有弹性，其形变后产生一个收紧应力使得接口与外接流体管道紧密接触，接口因而能够承受较大的流体压力，具有较强的密封效果。同时，由于弹性结构可以随着外接管道或者毛细管运动而形变使得外接管道或者毛细管可以直接拔出，实现外接流体管道或者毛细管的反复快速插拔。

进一步的，所述微流体进样模块和微流体出样模块均采用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料。

进一步的，所述双层支架采用聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)材料。

本发明还涉及一种上述自动微量进样装置的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用旋涂工艺在基材f-3上旋涂光刻胶f-1；

(2)利用光刻工艺将铬掩模版f-2的所需微流体模块的图形转移至光刻胶f-1；

(3)利用刻蚀工艺将光刻胶结构转移到基材f-3上，或者通过电铸工艺将光刻胶结构转移成金属结构；

(4)保留毛细管限位卡槽后端的光刻胶，去除其余光刻胶，重复步骤(3)；

(5)去除所有光刻胶，获得微流体模块的模具基材；

(6)在步骤(5)得到的模具基材的外接管道接口位置的上方放置外接管道的接口不锈钢模具，得到模具组合体，所述外接管道接口模具的外侧表面为凹陷封接环和螺纹结构；

(7)配置PDMS除去气泡后浇注在步骤(6)的模具组合体上，烘烤固化后取下PDMS复制体；去除步骤(6)的接口模具，重复此步骤一次得到第二个PDMS复制体；

(8)将步骤(7)得到的两个PDMS复制体进行氧等子体处理，在体视镜下进行对准键合，获得微流体进样模块及微流体出样模块。

本发明所述的自动微量进样装置采用了压力-电动混合进样，其控制过程为：

a)缓冲液清洗：关闭第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀，开启时间5min；

b)缓冲液基线测试：关闭所有的微量泵和隔离阀，启动电泳检测仪的高压电源，设置分离电压，开启时间5min；

c)样品压力进样至样品池：第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀仍在关闭状态，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，开启时间2min；

d)样品高压进样至毛细管或者电泳微通道：关闭所有的微量泵和隔离阀，开启高压电源，设置进样电压，开启时间10s；

e)等待测试，控制系统切换至测试界面；

f)清洗：测试完成后，控制系统切换回自动进样控制界面，将微流体进样模块入口二的化学惰性管放入缓冲液瓶，关闭第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，开启时间10min，关闭第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁隔离阀，开启时间10min。

本发明所述的进样控制过程的原理为：目前单独压力进样的进样量仍不能实现nL级别的进样，为满足电泳检测的微量进样，设计微流体进样模块中的样品池，通过控制样品池的体积，确保进样量精度为1nL。而传统高压进样存在“歧视效应”等使样品池中的样品浓度发生变化，测试数据不能真实客观体现样品浓度。本发明采用的压力-电动混合进样，在确保进样精度的同时也确保了样品池浓度不变，从而保证了电泳测试的准确性和可重复性。在控制过程中，缓冲液长时间润洗微通道和样品池，避免其它杂质干扰，测试缓冲液基线，证明样品池是洁净无污染的。利用第二微型电磁驱动泵将样品从样品瓶压力进样至微流体进样模块的样品池，留在样品池中的样品量仅为nL级别，再通过电动进样至毛细管或者微流体通道进行电泳测试，确保了峰型尖锐。

使用本发明提供的自动微量进样装置时，包括但不限于以下过程：

过程一：将洁净毛细管和化学惰性管分别插入微流体进样模块和微流体出样模块的对应接口，放置在PMMA材质的双层支架的下层支架上，并用弹簧片固定，将缓冲液及样品液分别注入缓冲液瓶及样品液瓶，调节PMMA材质的双层支架的三个螺旋支撑脚，使下层支架保持水平；

过程二：依次启动控制电路板电源、高压电源，五分钟后打开控制系统中的控制程序；

过程三：启动控制程序，使自动进样装置依次自动完成缓冲液润洗、缓冲液基线测试、样品压力进样、样品高压进样、电泳、缓冲液清洗等步骤。

过程四：测试完毕后依次关闭控制程序、高压电源、控制电路板电源，拧松弹簧固定片，拆除毛细管和化学惰性管。

下面以两个具体的实施例来介绍下本发明所述的自动微量进样装置的使用过程：

实例1、基于非接触式毛细管电泳仪的无机阳离子的检测

采用熔融石英毛细管作为电泳管道，采用非接触式电导检测仪测试未知水溶液的无机阳离子浓度。

具体操作流程如下：

1)配制缓冲液：称取三羟甲基氨基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane,Tris)2.8～3.2g，乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)0.16～0.20g于洁净的烧杯中，加入超纯水，充分溶解，再加入0.25～0.35mL的冰乙酸(0.2mol/L)，转移至至50ml容量瓶，用超纯水定容。称取聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl pyrrolidone,PVP)0.50～0.70g于50mL洁净的烧杯中，转移到100mL容量瓶中，再加入2mL Tris-EDTA溶液，用超纯水定容。取40mL配制完成的缓冲液至自动进样装置的缓冲液瓶。

2)将样品液注入样品瓶。

3)将洁净毛细管和化学惰性管分别插入微流体进样模块和微流体出样模块的对应接口，放置于PMMA双层支架的下层，并用弹簧片固定，调节PMMA双层支架的三个螺旋支撑脚，使下层保持水平。

4)依次启动控制电路板电源、高压电源，预热五分钟后打开计算机中的控制程序。

5)启动控制程序，将进样电压设置为+8～10kV，使自动进样装置依次自动完成缓冲液润洗、缓冲液基线测试、样品压力进样、样品高压进样等步骤。

6)转至电泳数据工作站，即测试界面，将分离电压设置为+14kV，等待测试完成保存数据。

7)保存数据后，计算机切换回自动进样控制界面，点击启动清洗。

8)测试完成后依次关闭控制程序、高压电源、控制电路板电源，拧松弹簧固定片，拆除毛细管和化学惰性管。

实例2、基于微流体电泳芯片的抗生素检测

采用微流体电泳芯片时，在设计制造时将微流体进样模块的样品池末端与微流体出口模块连接成整体制造模具，微通道的电泳有效长度为20cm，采用光纤光谱仪检测器检测微通道中的电泳分离后的头孢拉定荧光强度。

1)配制硼砂-氢氧化钠缓冲液：其中硼砂浓度为5.75～6.50mmol/L，pH＝9.3。取配制完成的缓冲液至自动进样装置的缓冲液瓶。

2)配制头孢拉定水溶液，将样品液注入样品瓶。

3)将洁净毛细管和化学惰性管分别插入微流体进样模块和微流体出样模块的对应接口，放置于PMMA双层支架的下层，并用弹簧片固定，调节PMMA双层支架的三个螺旋支撑脚，使下层保持水平。

4)依次启动控制电路板电源、高压电源，预热五分钟后打开计算机中的控制程序。

5)启动控制程序，将进样电压设置为+8～10kV，分离电压设置为+15kV，使自动进样装置依次自动完成缓冲液润洗、缓冲液基线测试、样品压力进样、样品高压进样等步骤。

6)转至数据工作站，即测试界面，将分离电压设置为+15kV，激发光设置为350nm，等待测试完成保存数据。

7)保存数据后，计算机切换回自动进样控制界面，点击启动清洗。

8)测试完成后依次关闭控制程序、高压电源、控制电路板电源，拧松弹簧固定片，拆除毛细管和化学惰性管。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：包括微流体模块、第一微型电磁驱动泵、第二微型电磁驱动泵、第一微型隔离阀、第二微型隔离阀、高压电源、样品瓶、缓冲液瓶、样品废液瓶、缓冲液废液瓶、控制电路板、控制系统和蓄电池；所述微流体模块包括微流体进样模块和微流体出样模块；所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀分别通过导线连接至控制电路板；所述蓄电池用于为第一、第二微型电磁驱动泵，第一、第二微型隔离阀以及控制电路板供电；

所述微流体进样模块包括样品池、第一电极池、两个入口、两个出口和交错相连的微通道；所述微流体出样模块包括一个入口、一个出口、第二电极池和相连的单通道；所述第一和第二电极池中分别垂直插入有铂金电极；所述铂金电极连接至高压电源，高压电源的控制端与控制电路板相连，控制电路板通过信号线与控制系统相连；

所述缓冲液瓶通过化学惰性管连接至第一微型电磁驱动泵的进液端；第一微型电磁驱动泵的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口一；微流体进样模块的入口一依次途径第一电极池、微流体进样模块的入口二引入的微通道垂点、样品池、向微流体进样模块的出口二引出的微通道垂点，到达微流体进样模块的出口一；微流体进样模块的出口一，连接用于电泳检测的毛细管或微流体通道；毛细管或微流体通道的后端连接微流体出样模块的入口，经单通道途径第二电极池至微流体出样模块的出口；微流体出样模块的出口通过化学惰性管连接至第一微型隔离阀的进液端，第一微型隔离阀的出液端通过化学惰性管连接至缓冲液废液瓶；

所述样品瓶通过化学惰性管连接至第二微型电磁驱动泵的进液端；第二微型电磁驱动泵的出液端通过化学惰性管连接至微流体进样模块的入口二；微流体进样模块的入口二依次途径微流体进样模块入口二引入的微通道、样品池、向微流体进样模块的出口二引出的微通道，到达微流体进样模块的出口二；微流体进样模块的出口二，通过化学惰性管连接至第二微型隔离阀的进液端，第二微型隔离阀的出液端通过化学惰性管连接至样品废液瓶。

2.根据权利要求1所述的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：该自动微量进样装置还包括双层支架；所述双层支架包括自上向下依次设置的上层支架与下层支架、连接在上层与下层支架之间的若干立柱以及设置在下层支架底部的若干可调节螺旋支撑脚；所述下层支架的边缘分别设有X方向水平仪和Y方向水平仪；

所述控制电路板、导线及信号线通过螺丝安装在上层支架；所述第一、第二微型电磁驱动泵和第一、第二微型隔离阀通过螺丝安装在下层支架；所述微流体进样模块和微流体出样模块通过弹簧夹片安装在下层支架。

3.根据权利要求1所述的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：所述微流体进样模块的出口一和微流体出样模块的入口组成电泳管道的连接口；所述微流体进样模块的出入口、微流体出样模块的出入口以及电泳管道的连接口均为具有内锁结构的接口；

所述具有内锁结构的接口包括与化学惰性管相连的接口和与毛细管相连的接口；所述与化学惰性管相连的接口为垂直方向的接口，该接口的厚度不小于2.5mm，最大尺寸等于化学惰性管的外径；所述与化学惰性管相连的接口包括封接环和设置在封接环上方的紧固螺纹结构；所述封接环的直径为化学惰性管外径的80％，高度为0.3mm～0.5mm；紧固螺纹结构的小径为化学惰性管外径的90％，螺距与该与化学惰性管相连的接口的最大尺寸相适应；所述与毛细管相连的接口为水平方向的接口，该接口的尺寸大于微管道的尺寸，最大尺寸小于毛细管的外径；所述与毛细管相连的接口包括依次设置的限位卡槽和凸起封接；所述凸起封接的宽度为毛细管外径的10％，长度为100μm。

4.根据权利要求1所述的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：所述样品池的高度和宽度均为100μm，所述样品池的长度由进样量决定。

5.根据权利要求1所述的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：所述微流体进样模块和微流体出样模块均采用聚二甲基硅氧烷材料。

6.根据权利要求2所述的一种便携式电泳检测仪的自动微量进样装置，其特征在于：所述双层支架采用聚甲基丙烯酸甲酯材料。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的自动微量进样装置的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)利用旋涂工艺在基材上旋涂光刻胶；

(2)利用光刻工艺在基材上获得所需要的微流体模块的光刻胶结构；

(3)利用刻蚀工艺将光刻胶结构转移到基材上，或者通过电铸工艺将光刻胶结构转移成金属结构；

(4)保留毛细管限位卡槽后端的光刻胶，去除其余光刻胶，重复步骤(3)；

(5)去除所有光刻胶，获得微流体模块的模具基材；

(6)在步骤(5)得到的模具基材的外接管道接口位置的上方放置外接管道的接口不锈钢模具，得到模具组合体，所述外接管道接口模具的外侧表面为凹陷封接环和螺纹结构；

(7)配置PDMS除去气泡后浇注在步骤(6)的模具组合体上，烘烤固化后取下PDMS复制体；去除步骤(6)的接口模具，重复此步骤一次得到第二个PDMS复制体；

(8)将步骤(7)得到的两个PDMS复制体进行氧等子体处理，在体视镜下进行对准键合，获得微流体进样模块及微流体出样模块。

8.根据权利要求1～6所述的自动微量进样装置的控制方法，其特征在于：该控制方法采用了压力-电动混合进样，具体包括以下步骤为：

a)缓冲液清洗：关闭第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀；

b)缓冲液基线测试：设置分离电压，关闭所有的微量泵和隔离阀，启动电泳检测仪的高压电源；

c)样品压力进样至样品池：第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀仍在关闭状态，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀；

d)样品高压进样至毛细管或者电泳微通道：设置进样电压，关闭所有的微量泵和隔离阀，开启高压电源；

e)等待测试；

f)清洗：测试完成后，控制系统切换回自动进样控制界面，将微流体进样模块入口二的化学惰性管放入缓冲液瓶，关闭第一微型电磁驱动泵和第一微型电磁隔离阀，开启第二微型电磁驱动泵和第二微型电磁隔离阀，之后，关闭第二微型电磁隔离阀，开启第一微型电磁隔离阀。