CN109133659B - 快速批量制备可变锥度石英针的方法 - Google Patents

Abstract

快速批量制备可变锥度石英针的方法，涉及石英针。注射泵上固定牵引线的一端，牵引线的另一端固定在石英毛细管固定装置上，石英毛细管固定在石英毛细管固定装置上，石英毛细管装入装有氟化氢溶液的离心管内，所述离心管设在试管架上，将石英毛细管一端的聚合物涂层除去，并将石英毛细管另一端固定和密封；将除去聚合物涂层的石英毛细管一端放入氟化氢溶液中进行刻蚀，再垂直拉起石英毛细管，逐渐减少刻蚀范围；刻蚀结束后，依次用弱碱性水溶液和水冲洗，即得可变锥度石英针。

Description

快速批量制备可变锥度石英针的方法

技术领域

本发明涉及石英针，尤其是涉及具有锥度统一、可控性强、高通量制备、重复性高等优点，可以应用于质谱离子源喷针、显微注射、细胞捕获、微流控芯片技术、微电极、微电路印刷等领域的快速批量制备可变锥度石英针的方法。

背景技术

具有特定锥度、锥面、内外径的石英针在诸多领域都有广泛应用。石英针作为质谱检测器的离子源喷雾装置，其喷雾效果和使用寿命直接影响到质谱检测的定性定量结果；在生物工程和微尺度分析采样中，广泛利用具有微小外径和一定机械强度的石英针进行显微注射和微纳采样操作；在液体微流控领域内，石英针以其具有微小孔道和外径的特性，在微纳体积液滴操控中发挥重要作用。目前石英针的传统制备方法主要有高温烧蚀拉制和氟化氢刻蚀两种方法。利用高温烧蚀拉制法制备石英针时，所得针尖形态不可控、针尖内径不均一，且需要进一步的切割、磨制或再次刻蚀，操作复杂繁琐，重现性差且不可实现高通量制备。传统氟化氢刻蚀法制备石英针时，需要不断在毛细管内部不断通入惰性气体或液体，并且刻蚀过程可控性差、制备通量小，难以实现自动化制备。

中国专利CN106486336A公开一种新型氢氟酸刻蚀毛细管制备石英针的方法。是将毛细管欲刻蚀位置的聚合物涂层去除，然后将该毛细管固定于设计的装置，加入一定体积氢氟酸对毛细管进行刻蚀，直至毛细管刻蚀断裂。氢氟酸的挥发作用以及与石英表面的亲和作用，使石英毛细管刻蚀部位形成锥形面。该方法能够广泛应用于质谱电喷针、基因工程显微注射针等需要控制外径及锥面的石英材料的制备。

发明内容

本发明的目的是提供具有锥度统一、可控性强、高通量制备、重复性高等优点，可以应用于质谱离子源喷针、显微注射、细胞捕获、微流控芯片技术、微电极、微电路印刷等领域的快速批量制备可变锥度石英针的方法。

本发明包括以下步骤：

1)注射泵上固定牵引线的一端，牵引线的另一端固定在石英毛细管固定装置上，石英毛细管固定在石英毛细管固定装置上，石英毛细管装入装有氟化氢溶液的离心管内，所述离心管设在试管架上，将石英毛细管一端的聚合物涂层除去，并将石英毛细管另一端固定和密封；

2)将除去聚合物涂层的石英毛细管一端放入氟化氢溶液中进行刻蚀，再垂直拉起石英毛细管，逐渐减少刻蚀范围；

3)刻蚀结束后，依次用弱碱性水溶液和水冲洗，即得可变锥度石英针。

在步骤1)中，所述将石英毛细管另一端固定和密封的方法可为：将石英毛细管的另一端固定于石英毛细管固定装置上，将石英毛细管一端密封，并使石英毛细管保持竖直后，垂直于氟化氢溶液液面，并且不会出现虹吸现象；所述装有氟化氢溶液的离心管内可加入质量分数为40％氟化氢溶液，使其淹没裸露石英毛细管；所述石英毛细管的内径可为1～500μm，石英毛细管的长度可根据实际需求决定；所述将石英毛细管一端的聚合物涂层除去的方法可为：将石英毛细管用火焰烧去一端聚酰胺涂层，裸露出石英毛细管；所述将毛细管一端聚合物涂层除去的方法可包括机械外力刮除、有机溶剂溶解、高温烧蚀等中的至少一种；所述石英毛细管的数量可为至少一根。

在步骤2)中，所述氟化氢溶液可为市售质量分数为40％的溶液及其不同浓度的稀释溶液；所述石英毛细管可为精密注射泵、定速马达等一切市售或自制的仪器或装置；石英毛细管垂直拉起的速率可以为均一的速率，也可以是特定规律变化的速率。

在步骤3)中，所述弱碱性水溶液可采用氨水、碳酸氢钠溶液等不会对石英毛细管产生腐蚀的弱碱性水溶液；所述刻蚀可一次刻蚀完成或多次重复刻蚀，同一根石英针的锥度可以不变或者呈现特定规律变化；所述可变锥度石英针的锥度可由氢氟酸浓度、毛细管移动速率以及温度等条件所决定。

本发明用于批量可变锥度石英针的制备，通常在30min内即可完成整个制备过程，并得到批量具有高度重现性的石英针。

本发明制备的可变锥度石英针设有石英毛细管，所述石英毛细管上设有聚合物涂层，在石英毛细管的一端上除去聚合物涂层，石英毛细管的另一端密封，在石英毛细管上形成聚合物刻蚀涂层。

为了克服传统石英针制备过程中的缺点，本发明基于化学刻蚀毛细管的原理，结合物理位移控制刻蚀范围的策略，实现不同锥度石英针的快速批量制备：基于氟化氢能够与毛细管组成成分二氧化硅生成气态的四氟化硅的原理，对毛细管进行刻蚀；通过密封毛细管一端端口的方法阻止毛细现象，不再需要不断在毛细管内部不断通入惰性气体或液体；通过将毛细管以精准可控的速率抽离氟化氢溶液，来控制刻蚀范围，从而实现石英针锥面锥度的可控。此方法制备石英针过程简单、精准可控、可高通量制备、重现性好，且易于实现自动化。

附图说明

图1为氟化氢刻蚀毛细管批量制备可变锥度石英针的示意图。

图2为实施例1中所制备的可变锥度石英针。

图3为HeLa细胞蛋白质组学谱图。

图4为实施例4中微流控流式聚焦模式下液滴生成图。

图5为实施例5中显微镜下石英针刺入单细胞。

具体实施方式

下面结合附图和几种可选实施例对本发明进一步说明。需要指出：本发明并不局限于以下实施例。以下实施例中的任何技术特征和实施方案均为多种可选技术特征和多种可选实施方案中的一种或几种。实施例中未注明具体技术和条件者，按照本领域内文献所描述的技术和条件或按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购得到的常规产品。

参见图1，本发明实施例包括以下步骤：

1)注射泵1上固定牵引线2的一端，牵引线2的另一端固定在石英毛细管固定装置3上，石英毛细管4固定在石英毛细管固定装置3上，石英毛细管4装入装有氟化氢溶液的离心管6内，所述离心管6设在试管架5上，将石英毛细管4一端聚合物涂层除去，并将石英毛细管4另一端固定和密封；所述将石英毛细管4另一端固定和密封的方法可为：将石英毛细管4的另一端固定于石英毛细管固定装置3上，将石英毛细管4一端密封，并使石英毛细管4保持竖直后，垂直于氟化氢溶液液面，并且不会出现虹吸现象；所述装有氟化氢溶液的离心管6内可加入质量分数为40％氟化氢溶液，使其淹没裸露石英毛细管4；所述石英毛细管的内径可为1～500μm，石英毛细管的长度根据实际需求决定；所述将石英毛细管4一端聚合物涂层除去的方法为：将石英毛细管4用火焰烧去一端聚酰胺涂层，裸露出石英毛细管；所述将毛细管一端聚合物涂层除去的方法包括机械外力刮除、有机溶剂溶解、高温烧蚀等中的至少一种；所述石英毛细管的数量为至少一根。

2)将除去聚合物涂层的石英毛细管4一端放入氟化氢溶液中进行刻蚀，再垂直拉起石英毛细管4，逐渐减少刻蚀范围；所述氟化氢溶液可为市售质量分数为40％的溶液及其不同浓度的稀释溶液；所述石英毛细管可为精密注射泵、定速马达等一切市售或自制的仪器或装置；石英毛细管垂直拉起的速率可以为均一的速率，也可以是特定规律变化的速率。

3)刻蚀结束后，依次用弱碱性水溶液和水冲洗，即得可变锥度石英针。所述弱碱性水溶液可采用氨水、碳酸氢钠溶液等不会对石英毛细管产生腐蚀的弱碱性水溶液；所述刻蚀可一次刻蚀完成或多次重复刻蚀，同一根石英针的锥度可以不变或者呈现特定规律变化；所述可变锥度石英针的锥度可由氢氟酸浓度、毛细管移动速率以及温度等条件所决定。

本发明制备的可变锥度石英针设有石英毛细管，所述石英毛细管上设有聚合物涂层，在石英毛细管的一端上除去聚合物涂层，石英毛细管的另一端密封，在石英毛细管上形成聚合物刻蚀涂层。

以下给出具体实施例。

实施例1：内径为25μm石英针的制备

截取内径为25μm的石英毛细管10cm，用火焰烧去一端聚酰胺涂层，裸露出3cm长石英毛细管，固定于设计的装置中，如图1所示：石英毛细管4的一端固定于石英毛细管固定装置3上，将石英毛细管4一端密封，并使石英毛细管保持竖直。在塑料离心管6内加入质量分数为40％氟化氢溶液，使其淹没裸露石英毛细管，同时启动精密注射泵，利用牵引线2，以20μm/s的线速度将石英毛细管垂直向上拉离氟化氢溶液，直至石英毛细管与液面分离，随后依次利用碳酸氢钠溶液和纯水冲洗石英针，可变锥度石英针制作完成，所得可变锥度石英针如图2所示。

实施例2：具有不同锥面锥度石英针的制备

利用实施例1中的方法，对4根内径为25μm的10cm长的石英毛细管进行刻蚀制备石英针，4根石英毛细管分别以20、15、10和5μm/s的线速度被垂直向上拉离氟化氢溶液，直至石英毛细管与液面分离，随后依次利用碳酸氢钠溶液和纯水冲洗石英针，具有不同锥面锥度的可变锥度石英针制作完成。

以上结果显示，利用本发明可以实现锥面锥度可变石英针的制备。

实施例3：石英针在基于液相-质谱的蛋白质组学研究中的应用

选取实施例1中制得的内径为25μm的石英针作为质谱离子源的喷雾针，对其在质谱离子源喷雾中的应用进行考察。使用HeLa细胞标准蛋白酶解物为样品，在WatersACQUITY Nano-UPLC/Q-Exactive液相色谱质谱联用蛋白质组学分析平台上进行蛋白质组学分析，所得液质谱图如图3所示。所得谱图正常稳定，最高离子强度达到1.52×10⁹。对所得液质谱图进行数据库搜索，共鉴定出9162种与HeLa细胞相匹配的多肽片段，最终鉴定出2871种蛋白质与HeLa细胞相匹配。

实施例4：可变锥度石英针在微流控流式聚焦模式液滴生成中的应用

选取实施例2中以20和5μm/s的线速度所制得的可变锥度石英针，进行微流控流式聚焦模式液滴生成：分散相流速为0.2μm/min，连续相流速为5μm/min。液滴生成过程如图4所示，结果显示，利用本发明制备的可变锥度石英针进行微流控液滴制备，可以稳定生成尺寸均一的液滴。在图4中，标记7表示20μm/s的线速度所制得的石英针，8表示5μm/s的线速度所制得的石英针。

实施例5：可变锥度石英针在单细胞微注射或取样中的应用

取得新鲜洋葱表皮单细胞平铺在载玻片上，将实施例2中以5μm/s线速度制得的可变锥度石英针刺入洋葱细胞，如图5所示，随后可根据实验需求进行单细胞微注射或取样。

本发明基于化学刻蚀毛细管的原理，结合物理位移控制刻蚀范围的策略，实现不同锥度石英针的快速批量制备。具体地说是将石英毛细管一端的聚合物涂层除去，随后将另一端密封固定于设计的装置中，利用氟化氢对石英毛细管进行刻蚀，同时将石英毛细管以一定速率缓慢移出氟化氢溶液，使得氢氟酸刻蚀范围逐渐减少，从而实现石英针锥度的可变，此方法可批量和高重现制备可变锥度的石英针。所制备石英针可以广泛应用于质谱离子源喷针、显微注射、细胞捕获、微流控芯片技术、微电极、微电路印刷等领域。

Claims (11)

1.快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）注射泵上固定牵引线的一端，牵引线的另一端固定在石英毛细管固定装置上，将石英毛细管一端的聚合物涂层除去，装入装有氟化氢溶液的离心管内，离心管设在试管架上，再将石英毛细管另一端固定在石英毛细管固定装置上并密封；

2）将除去聚合物涂层的石英毛细管一端放入氟化氢溶液中进行刻蚀，同时以一定速率垂直拉起石英毛细管，逐渐减少刻蚀范围；

3）刻蚀结束后，依次用弱碱性水溶液和水冲洗，即得可变锥度石英针。

2.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤1）中，所述将石英毛细管另一端固定和密封的方法为：将石英毛细管的另一端固定于石英毛细管固定装置上，将石英毛细管一端密封，并使石英毛细管保持竖直后，垂直于氟化氢溶液液面，并且不会出现虹吸现象。

3.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤1）中，所述装有氟化氢溶液的离心管内是加入质量分数为40%氟化氢溶液。

4.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤1）中，所述石英毛细管的内径为1～500 μm。

5.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤1）中，所述将石英毛细管一端的聚合物涂层除去的方法包括机械外力刮除、有机溶剂溶解、高温烧蚀中的至少一种；所述石英毛细管的数量为至少一根。

6.如权利要求5所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于所述将石英毛细管一端的聚合物涂层除去的方法为：将石英毛细管用火焰烧去一端聚酰胺涂层，裸露出石英毛细管。

7.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤2）中，所述氟化氢溶液为市售质量分数为40%的溶液或其不同浓度的稀释溶液。

8.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤2）中，使石英毛细管产生一定速率移动的设备为精密注射泵或定速马达。

9.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤3）中，所述弱碱性水溶液采用氨水或碳酸氢钠溶液。

10.如权利要求1所述快速批量制备可变锥度石英针的方法，其特征在于在步骤3）中，所述刻蚀是一次刻蚀完成或多次重复刻蚀；所述可变锥度石英针的锥度由氢氟酸浓度、毛细管移动速率以及温度条件所决定。

11.如权利要求1～10任一项所述快速批量制备可变锥度石英针的方法所制备的可变锥度石英针，其特征在于设有石英毛细管，所述石英毛细管上设有聚合物涂层，在石英毛细管的一端上除去聚合物涂层，石英毛细管的另一端密封。

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