CN108362696B - 一种背面定量均匀进样的组合化学芯片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种背面定量均匀进样的组合化学芯片及其使用方法，装置包括，平面基片采用可渗透材料，用于承载活性反应物；预分散进样层片采用可渗透材料，用于接收待测液状物的；分隔防渗层片采用不可渗透材料，能够从平面基片和预分散进样层片之间抽出，其面积要等于或者略大于化学芯片的平面基片的面积，用于分隔平面基片和预分散进样层片。方法包括，1.根据组合化学芯片的规格，定量量取一定量的待测液状物；2.将芯片倒置，将定量的待测液状物分散滴加在预分散进样层片上；3.等待液状物分散均匀后，抽出分隔防渗层片；4.等待待测液均匀渗透到平面基板上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的正面，观察或拍摄得到的反应图案。

Description

一种背面定量均匀进样的组合化学芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及分析化学，具体为一种背面定量均匀进样的组合化学芯片及其使用方法。

背景技术

高通量组合化学芯片是一类非常高效的复杂化学体系分析技术，特别是结合了组合化学技术和人工智能大数据分析技术以后，其应用的领域和解决问题的深度都有了明显的提升。这里所说的组合化学芯片是指，在一个平面基板上，分布有多个不同性质的化学反应微单元。这里组合是指，许多不同的化学反应点排列放置在一起，各个反应点在一定程度上具有独立性。近年来已经有一些科研工作进行这方面的探讨。例如，2017年X Yan，YZheng，J Gao和J Lee等人在“Analytical Sciences”上公开的“A simple strategy forextensive exploration of one chemical action with three interactivevariations.”。2016年Zheng Y,Lee J和Duan Q等人在“Chemistry Letters”上公开的“ANovel Encoded Recording Strategy of Complex Chemical System[J].ChemistryLetters”，已经涉及制造多种高通量化学芯片和其检测应用。

在现有技术的实际检测操作时，要使用如申请号为201610700220.4的中国专利所公开的定量喷雾的方法。虽然其在操作上方便，但其操作具有一定的难度和较高的设备需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种背面定量均匀进样的组合化学芯片及其使用方法，能够更加简洁地将待测溶液定量地添加到芯片的反应层二维平面上。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，包括从正面到背面依次层叠的平面基片、分隔防渗层片和预分散进样层片；

所述的平面基片采用可渗透材料，用于承载活性反应物；

所述的预分散进样层片采用可渗透材料，用于接收待测液状物的；

所述的分隔防渗层片采用不可渗透材料，能够从平面基片和预分散进样层片之间抽出，其面积要等于或者略大于化学芯片的平面基片的面积，用于分隔平面基片和预分散进样层片。

优选的，还包括复合成型在对应平面上的两亲格栅层或成型后叠加在对应平面上的两亲格栅层片；所述的对应平面为平面基片承载反应单元活性反应物或敏感材料操作前的正面、平面基片的背面和预分散进样层片的内面中的至少一处平面。

进一步，两亲格栅层通过印刷、打印或预制融合到对应的平面上。

再进一步，所述的两亲格栅层或两亲格栅层片均包括相间布置的亲水区和憎水区，亲水区和憎水区分别在垂向形成亲水渗透通道和憎水渗透通道。

进一步，相间布置的亲水区和憎水区在横向截面形成网格状、随机点状、密布点状、线状或斑点分布。

优选的，所述的平面基片上承载反应单元的活性反应物或敏感材料后的正面，覆盖有透明保护层。

优选的，组成芯片的各层片通过夹具按照顺序组装的一起，或者通过接触面粘接在一起。

进一步，所述的夹具包括设置在组合化学芯片正面的硬质透明板，设置在硬质透明板四周包裹组合化学芯片且向背向延伸的外框，以及与外框延伸端固定连接的压板；压紧预分散进样层片的压板上设置有若干预分散进样层片的进液开口。

优选的，平面基片的可渗透材料采用滤纸或多孔膜材料；预分散进样层片的可渗透材料采用大孔材料，大孔材料包括海绵纸和亲水性无纺布；

当待检测的液体是水性的液体时，可渗透材料选择亲水性渗透材料；

当待测液体是油性液体时，可渗透材料选择非亲水性材料。

一种背面定量均匀进样的组合化学芯片的使用方法，基于上述任意一项的组合化学芯片，其包括如下步骤，

步骤1，根据组合化学芯片的规格，定量量取一定量的待测液状物；

步骤2，将所述的组合化学芯片倒置，将定量的待测液状物分散滴加在预分散进样层片上；

步骤3，等待预分散进样层片上的液状物分散均匀后，抽出分隔防渗层片；

步骤4，等待待测液均匀渗透到平面基板上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的正面，观察或拍摄得到的反应图案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过采用可渗透材料的平面基片，保证从背面加样，通过渗透与在另一面上所分布的反应单元的活性反应物或敏感材料接触混合。通过采用可渗透材料的预分散进样层片，能够将定量加入的液体样品均匀地分散在具有固定面积大小的二维平面上，方便后期均匀地通过平面基片向芯片表面的反应区渗透。分隔防渗层片采用不可渗透材料的分隔防渗层片，不仅能够保证液体样品在充分的时间下分布均匀，而且能够起到反应开关的作用。从而可以不再借助于原有的定量喷雾装置，使用户的操作更为简洁，使得芯片的结构形式更加简洁和集成。进而使由于操作过程所产生的误差降到最低。并且由于采用背向渗透的作用，同时也可以起到对待测溶液的预先过滤作用。

进一步的，通过设置的两亲格栅层或两亲格栅层片能够减弱添加的样品在水平方向上的扩散，对待测溶液的运动起到很好的引导作用，更好的引导待测液体的垂向渗透。

进一步的，通过其结构的改进，增加的透明保护层能够使得化学芯片的抗污染能力也得以加强，增加其对使用环境的适应能力。

进一步的，通过配合的连接方式和独特的夹具，结构合理，设计巧妙，能够满足组合化学芯片在结构强度、图案拍摄和均匀进液方面的各项需求。

附图说明

图1为本发明的化学芯片的基本结构示意图。

图2为两亲格栅层微观特征的放大示意图。a为随机分布的憎水材料分布示意，b为通过憎水油墨打印的憎水网格示意，c为宏观的打印平面示意。

图3为化学芯片背面放射状筋条压板的形状示意图。

图中：1-平面基片，2-分隔防渗层片，3-预分散进样层片。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明是针对高通量组合化学芯片使用而创造的一种全新的背向定量加样的方法和器件。所述的组合化学芯片至少包括承载活性反应物的平面基片1、接收待测液状物的预分散进样层片3和位于两层间的可抽出的分隔防渗层片2；并在一些层间设置有两亲格栅层。同时形成了一种用于组合化学芯片分析的全新而简洁的定量加样方式。

具体的，如图1所示，所述的组合化学芯片至少包括三个层片，即承载反应单元的活性反应物或敏感材料的平面基片1、接收待测液状物的预分散进样层片3、位于上述两层之间的可抽出的分隔防渗层片2。

其中，平面基片1是可渗透的材料。可渗透的材料能够保证从背面加样，通过渗透与在另一面上所分布的反应单元的活性反应物或敏感材料接触混合。平面基片1的材料可以是滤纸或多孔膜材料。当待检测的液体是水性的液体时，可选择亲水性渗透材料；当待测液体是油性液体时，可选择非亲水性材料。

预分散进样层片3位于化学芯片的背面，是可渗透的材料。这个预分散进样层片3的作用是将定量加入的液体样品，均匀地分散在具有固定面积大小的二维平面上，方便后期均匀地通过平面基片1向芯片表面的反应区渗透。一般情况下，这个层片选择大孔材料，例如海绵纸或亲水性无纺布。

分隔防渗层片2是不可渗透的材料。分隔防渗层片2的主要作用是，在定量的加入待测样品的溶液后，可以让待测溶液在固定大小的预分散进样层片3上有充分的时间在平面分布均匀；然后通过对这个分隔防渗层片2的抽出，让待测溶液均匀进入平面基片1的底层。分隔防渗层片2的面积要等于或者略大于化学芯片的平面基片1的大小。这一层的材料采用具有一定机械强度的塑料薄膜即可。

在平面基片1的背面，承载反应单元活性反应物或敏感材料操作前的平面基片1的正面，以及预分散进样层片的内面这三个位置之一或其组合，印刷或打印或预制融合有两亲格栅层；或者在上述的位置设置有两亲格栅层片。这里的平面基片1的正面是指承载反应单元活性反应物或敏感材料的这一面，预分散进样层片3的内面是指，与分隔防渗层片2相接触的这一面。

这里的印刷或打印是指，制备憎水材料的墨水或油墨，利用模板印刷或打印的技术来在一个平面上实现。预制融合是指利用憎水性材料，比如憎水性纤维预先编织成网，然后利用热压等融合工艺复合到平面上。这个两亲格栅层是为了更好的引导待测液体的垂向渗透。

设置有两亲格栅层片，不是在原有的平面上印刷或打印或预制融合，而是另外制造一个具有相似功能的薄层片，将其放置在对应位置，实际的效果是相似的；外观上是叠加在原来的层片中。

如图2所示，a和b分别是两亲格栅层或层片宏观结构c的微观特性中的一个放大，可分为深色区域和浅色区域。浅色区域是对待测溶液有较好的浸润性，深色区域是具有较差的浸润性。这样，待测溶液更倾向于从浅色区域垂向渗透。这样可以对待测溶液的运动起到很好的引导作用，并且可以减弱添加的样品在水平方向上的扩散。打印或印刷时，将憎水性的油墨，或者是其它相似的材料，如所用前驱体是聚四氟乙烯分散乳液或含氟有机物的分散液等的防水涂料，按照一定的花纹形式，打印在一定的材料的表面。这些花纹形式是网格状如b所示，或者是随机点状、线状或斑点分布如a所示。目的是形成亲水区和憎水区相间的形式，引导滴加到表面的液体有序的扩散。这个网格也可以是模糊的，由微小的憎水点密布组成。

还有一种情况，芯片的表面化学反应成分，由于暴露在外表面，较容易受到其他东西的污染。进行如下的改进。所述的平面基片1上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的这一面，被一透明层所覆盖，或者采用硬质的设置有对结合各层间起加紧固定作用夹具的塑料透明板覆盖，形成软质或硬质的透明保护层。通常情况下。可以在其表面进行覆膜来实现。也可以通过喷涂透明的涂料来实现。这里附膜的方法是采用已经预先制备好的薄膜通过热压，或者是压力的方法来和化学芯片进行复合。或者是通过涂料材料，在原有的化学芯片表面通过喷施的方法，制备一层具有防水性能的薄膜。这里讲的薄膜材料举例来说可以采用聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜，或者其他有机聚合物材质的薄膜。喷涂制备膜的方法可以通过液体形状的成膜材料，或者商品化的液体成膜材料，例如透明漆喷雾剂等，在芯片的正面进行涂抹处理，但在使用时要评估对芯片反应材料的化学性的影响。

组成芯片的各层片可以通过简单的夹具，将各层之间按照顺序组装的一起。这个夹具需要满足芯片的功能实现要求，所述的夹具包括设置在组合化学芯片正面的硬质透明板，设置在硬质透明板四周包裹组合化学芯片且向背向延伸的外框，以及与外框延伸端固定连接的压板；压紧预分散进样层片3的压板上设置有若干预分散进样层片3的进液开口。硬质透明板能够满足芯片反应后的观察拍照要求。通过专门设计一些符合芯片要求的外框结构，特别是背面加样的需求，压板上设置的进液开口背面预分散进样层片3的进液要求；本优选实例中，如图3所示，通过一个放射状筋条压板形成外框结构，压板中心呈圆形的进液开口，放射状筋条压板之间的间隙也形成进液开口；从而两者的配合更有利于待测液状物的分散。

另外，也可以通过接触面粘接在一起。此时的粘接面的实现方法和结果，要对液状物的垂向透过影响极小；所以面上分布的粘接点要相互独立，而且要小且分散。

利用以上制备的各种组合化学芯片进行复杂液状物分析的方法，包括以下步骤：

(1)定量量取一定量的待测液状物，

(2)将所述的组合化学芯片倒置，将定量的待测液状物分散滴加在所述的预分散进样层片3上，等待液状物分散均匀；一般情况下逐点分开滴添加在芯片的不同区域，这样可以大大加快液体均匀分散的速度。

(3)快速抽出分隔防渗层片2，

(4)等待待测液均匀渗透到所述的组合化学芯片中平面基板1上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的这个表面，观察或拍摄得到的反应图案。

以下通过实施例对上述的结构和方法进一步的进行说明和解释。

实施例1

采用滤纸作为平面基片，依据201610700220.4专利的实施例2制备高通量组合化学芯片；用与平面基片大小相同的亲水性无纺布作为预分散进样层片；用略大于平面基片的PVC薄膜作为分隔防渗层片。制备一个透明夹具，背面参照图3结构，正面均匀透明，在大量生产时即为透明塑料的框架。利用此透明夹具，参照图1顺序，组装芯片。

实施例2

执行实施例1，并将其中的滤纸，替换为孔径为5微米的混合纤维素滤膜。

实施例3

执行实施例1，并将其中的亲水性无纺布替换为超薄海绵作为预分散进样层片3。

实施例4

执行实施例1，将其中的滤纸基片上预先压印上憎水网格，如图2中的b，所用的墨水是甲级硅酸钠溶液，用预制的网格形状印章来蘸印完成。其中没有憎水网格的这一面承载反应单元的活性反应物或敏感材料。

实施例5

执行实施例4，不同点在于有憎水网格的这一面承载反应单元的活性反应物或敏感材料。

实施例6

预先制备表面压印有憎水网格的孔径为5微米的混合纤维素滤膜，参照图2中的b，所用的墨水是甲级硅酸钠溶液，用预制的网格形状印章来蘸印完成。将此层片设置在实施例1中的平面基片和分隔防渗层片之间；此片可以和平面基片粘接。粘贴时采用模板压印施胶的方法，方形橡胶印章表面5毫米见方布置一个直径约1毫米的小柱，均匀蘸取硅橡胶胶水，在需粘贴面上压印，即可形成5毫米见方一个的约1毫米的胶点。然后贴合层片。其它步骤执行实施例1。

实施例7

执行实施例1，特别之处在于，在承载了活性化学物质的平面基片表面进行覆膜。所采用的膜材料是聚乙烯的薄膜。采用表面覆膜机将其复合在一起。

实施例8

执行实施例7，特别之处在于，采用喷涂的方法来形成表面覆膜。所采用的喷涂材料为光油，也就是透明漆气雾喷灌。

实施例9

运用实施例1所制备的芯片，背面朝上放置。定量移取0.50毫升六味地黄丸上清液，制备方法参照201610700220.4专利实施例1，分散滴加在所述的预分散进样层片3上，等待液状物分散均匀；快速抽出分隔防渗层片2；等待待测液均匀渗透到平面基片1上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的这个表面，观察或拍摄得到的反应图案。

Claims (8)

1.一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，包括从正面到背面依次层叠的平面基片(1)、分隔防渗层片(2)和预分散进样层片(3)；

所述的平面基片(1)采用可渗透材料，用于承载活性反应物；

所述的预分散进样层片(3)采用可渗透材料，用于接收待测液状物的；

所述的分隔防渗层片(2)采用不可渗透材料，能够从平面基片(1)和预分散进样层片(3)之间抽出，其面积要等于或者略大于化学芯片的平面基片(1)的面积，用于分隔平面基片(1)和预分散进样层片(3)；

当待检测的液体是水性的液体时，可渗透材料选择亲水性渗透材料；

当待测液体是油性液体时，可渗透材料选择非亲水性材料；

还包括复合成型在对应平面上的两亲格栅层或成型后叠加在对应平面上的两亲格栅层片；所述的对应平面为平面基片(1)承载反应单元活性反应物或敏感材料操作前的正面、平面基片(1)的背面和预分散进样层片(3)的内面中的至少一处平面；预分散进样层片(3)的内面与分隔防渗层片(2)相接触；

所述的两亲格栅层或两亲格栅层片均包括相间布置的亲水区和憎水区，亲水区和憎水区分别在垂向形成亲水渗透通道和憎水渗透通道。

2.根据权利要求1所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，两亲格栅层通过印刷、打印或预制融合到对应的平面上。

3.根据权利要求1所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，相间布置的亲水区和憎水区在横向截面形成网格状、随机点状或线状分布。

4.根据权利要求1所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，所述的平面基片(1)上承载反应单元的活性反应物或敏感材料后的正面，覆盖有透明保护层。

5.根据权利要求1或4所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，组成芯片的各层片通过夹具按照顺序组装的一起，或者通过接触面粘接在一起。

6.根据权利要求5所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，所述的夹具包括设置在组合化学芯片正面的硬质透明板，设置在硬质透明板四周包裹组合化学芯片且向背向延伸的外框，以及与外框延伸端固定连接的压板；压紧预分散进样层片(3)的压板上设置有若干预分散进样层片(3)的进液开口。

7.根据权利要求1所述的一种背面定量均匀进样的组合化学芯片，其特征在于，平面基片(1)的可渗透材料采用滤纸或多孔膜材料；预分散进样层片(3)的可渗透材料采用大孔材料，大孔材料包括海绵纸和亲水性无纺布。

8.一种背面定量均匀进样的组合化学芯片的使用方法，其特征在于，基于权利要求1-7任意一项所述的组合化学芯片，其包括如下步骤，

步骤1，根据组合化学芯片的规格，定量量取一定量的待测液状物；

步骤2，将所述的组合化学芯片倒置，将定量的待测液状物分散滴加在预分散进样层片(3)上；

步骤3，等待预分散进样层片(3)上的液状物分散均匀后，抽出分隔防渗层片(2)；

步骤4，等待待测液均匀渗透到平面基板(1)上承载反应单元的活性反应物或敏感材料的正面，观察或拍摄得到的反应图案。

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