CN109564187A - 用于微流体直接印迹的多鞘流和芯片上的终端电极 - Google Patents

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Abstract

提供了使用微流控分离柱分离和分配材料的装置和方法，所述微流控分离柱经由出口通道连接到一个或多个鞘流动通道。所分离的材料在分离柱中的流动至少部分地由分离柱内的第一电极与鞘流动通道中的至少一个内的终端电极之间的电压电势驱动。分离柱、出口通道、鞘流动通道和电极全都位于单个单块芯片内。片上终端电极的存在允许分离的材料混入鞘液中并喷射到可以不导电的表面上。多个鞘流的存在允许鞘流流体具有彼此不同的组成，同时减少鞘流流体进入分离柱的发生。

Description

用于微流体直接印迹的多鞘流和芯片上的终端电极
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年8月8日提交的美国临时申请No.62/372,229的权益，其全部公开内容出于各种目的整体并入本文。
关于在联邦政府资助的研究和开发下完成的本发明的权利声明
本发明是利用在美国国立卫生研究院所授予的1R43GM112289-01拨款下的政府资助完成的。政府对本发明拥有一定权利。
背景技术
蛋白质印迹法(Western印迹)是一种普遍存在的分析技术，用于识别和量化复杂混合物中的特定蛋白质。在该技术中，使用凝胶电泳基于诸如三级结构、分子量、等电点、多肽长度或电荷的特性来分离凝胶中的蛋白质。一旦分离，蛋白质然后从凝胶转移到非特异性地结合蛋白质的膜，该膜通常由硝酸纤维素、尼龙或聚偏二氟乙烯(PVDF)制成。进行这种转移的常用方法是电印迹，其中使用电流将蛋白质从凝胶中拉入膜中。然后用专用于被靶向的蛋白质的探针对膜进行染色，从而允许检测这些蛋白质的位置和量。
毛细管电泳提供了与蛋白质印迹法和其它生物技术程序相关的凝胶电泳分离的替代方案。在毛细管电泳中，诸如蛋白质的材料与凝胶电泳中一样以电动方式分离，但需要的体积小得多。该技术中使用的毛细管的典型特征是直径小于1毫米，并且在某些情况下结合在微流控装置或纳米流体装置中。
先前的工作已经证明了将微流控装置应用于蛋白质的蛋白质印迹法/Western印迹法的益处(Jin等人，2013Anal.Chem.85:6073)。这些装置将分离的蛋白质电转移到印迹表面，印迹表面本身就是终端电极(参见，例如，美国专利No.9,182,371)。该电场印迹法需要从分离装置到表面的连续电接触。结果，表面必须是导电的(例如，金属压印盘上的湿膜)。
在电场印迹中，蛋白质经由电泳向表面迁移。由于电流的截面积在离开分离装置时突然增大，所以电场突然衰减。而且，由于表面通常是湿的，所以在分离装置与所述表面之间的接触点周围往往形成大的弯液面。这种大的弯液面可以包括再循环区，在该再循环区中诸如蛋白质的分析物可以被捕获并混合，从而降低分离度。此外，仅在分离装置位于分析物上方时才施加电场印迹力。如果表面和分离装置相对于彼此移动到不同的位置，则电力消除并且仅扩散力导致分析物固定在表面膜中。
发明内容
一般而言，本文提供了用于分配已经通过微流控电泳分离的少量的、可控量的材料的装置和方法。材料的分离发生在连接到出口通道的微流控分离柱内。分离柱和出口通道是单个单块芯片的两个元件。一个或多个鞘流动通道也存在于芯片上并连接到出口通道，使得筛分凝胶、有机溶剂或其它流体可以通过或被泵送通过鞘流动通道并进入出口通道。可以在分离柱内的第一电极与位于鞘流动通道的一个内的终端电极之间施加电压，使得一种或多种分析物电泳移动通过分离柱并进入出口通道。在出口通道内，分离的分析物被夹带在鞘流中以形成流出物。然后将流出物从出口通道的排放出口排出到接收表面上。在这种构型中，因为终端电极位于芯片内而不是接收表面，所以对接收表面没有电气要求。
使用一个以上的鞘流动通道和鞘液/流体允许初级鞘流抵消其它鞘流向分离柱中的潜在回流。例如，在初级鞘流和二级鞘流的情况下，至多有非常小的百分比的二级鞘流将穿透初级鞘流进入分离柱。这使得二级鞘流液体的组成能够明显不同于分离柱液体的组成，而不会随着时间改变分离柱内的状态。作为另一实例，三级鞘流可以用于向流出物提供有机溶剂，从而能够通过电喷射来分配流出物。在这种构型中，二级鞘流充当三级鞘流和初级鞘流之间的屏障，这在如下的情况中可能是重要的，即，当例如三级鞘流的有机溶剂与初级鞘流和分离柱的筛分凝胶的接触能导致在筛分凝胶内发生不希望的固体沉淀时。
提供的一种设备包括具有输入端和输出端的分离柱。输入端具有构造成接收流体样品的开口。第一电极位于分离柱内并靠近分离柱的输入端。该设备还包括具有上游端和下游端的出口通道。出口通道的上游端连接到分离柱的输出端。出口通道的下游端具有排放出口。该设备还包括初级鞘液/流体(sheath fluid)储器和连接到初级鞘液储器的压力源。该设备还包括一个或多个流动通道。该一个或多个流动通道中的每一个具有入口端和交叉端。该一个或多个流动通道中的一个是初级鞘流动通道。初级鞘流动通道的交叉端与出口通道交叉。初级鞘流动通道将初级鞘液储器与出口通道连接。第二电极位于该一个或多个流动通道中的一个内。
在一些实施例中，第二电极在初级鞘流动通道内。在一些实施例中，该一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。在一些实施例中，一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道的交叉端与初级鞘流动通道交叉。在一些实施例中，第二电极在二级鞘流动通道内。
在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面，以及构造成使该表面相对于排放出口横向移动的电机。在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面，以及构造成使该排放出口相对于该表面横向移动的电机。在一些实施例中，该设备还包括附着在所述表面上的膜。该膜的直接面对排放出口的区域可以是干燥的，直到被从排放出口离开的流出物润湿。流出物可以包含分析物。流出物可以芯吸/通过毛细作用进入(wick)到膜中以将分析物固定在膜中。在一些实施例中，该设备还包括连接到表面的真空歧管，其中该真空歧管构造成将膜附着于表面并将分析物固定在膜中。
在一些实施例中，连接到初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且该设备还包括有机溶剂储器。该设备还可包括连接到有机溶剂储器的第二压力源。一个或多个流动通道中的一个可以是将有机溶剂储器与出口通道连接的三级鞘流动通道。三级鞘流动通道的交叉端可以在出口通道排放出口与二级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。三级鞘流动通道的交叉端可以在出口通道排放出口与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。
在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面。该设备还可以包括电机，该电机构造成使所述表面相对于排放出口横向移动。该设备还可以包括马达，该马达构造成使排放出口相对于所述表面横向移动。该设备还可以包括连接到所述表面的第三电极。第三电极可以构造成将流出物从排放出口电喷射到该表面。
在一些实施例中，该设备还包括在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道内的筛分凝胶。在一些实施例中，该设备还包括在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道内的筛分凝胶，以及在二级鞘流动通道内的流体。在一些实施例中，该设备还包括在分离柱内的筛分凝胶，以及在初级鞘液储器、初级鞘流动通道内和二级鞘流动通道内的流体。在一些实施例中，流体是筛分凝胶。在一些实施例中，流体的粘度比筛分凝胶低。在一些实施例中，流体包含分析物改性剂。在一些实施例中，分析物改性剂是蛋白质染色剂。
在一些实施例中，分离柱和一个或多个流动通道集成在单个单块芯片上。在一些实施例中，该设备还包括在一个或多个流动通道中的至少一个的入口端处的安装在芯片上的密封件。在一些实施例中，连接到初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且该设备还包括连接到二级鞘流动通道的第二压力源。在一些实施例中，压力源是喷墨式/喷液(inkjet)/喷墨脉冲泵。
还提供了一种分离和分配分析物的方法。该方法包括提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道。分离柱具有输入端和输出端。分离柱的输出端连接到出口通道。初级鞘流动通道与出口通道交叉。二级鞘流动通道与初级鞘流动通道交叉。该方法还包括泵送初级鞘液通过初级鞘流动通道。该方法还包括使二级鞘液通过二级鞘流动通道。该方法还包括在分离柱的输入端与二级鞘流动通道之间施加电压。该电压足以使分析物电泳通过分离柱并进入出口通道。该方法还包括将分析物混入泵送的初级鞘液中以形成流出物。该方法还包括将流出物喷射到表面上。
还提供了一种分离和分配分析物的方法。该方法包括提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道。分离柱具有输入端和输出端。出口通道具有上游端和下游端。分离柱的输出端连接到出口通道的上游端。初级鞘流动通道与出口通道交叉。二级鞘流动通道在出口通道的下游端与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。该方法还包括将初级鞘液泵送通过初级鞘流动通道。该方法还包括使二级鞘液通过二级鞘流动通道。该方法还包括在分离柱的输入端与二级鞘流动通道之间施加电压。该电压足以使分析物电泳通过分离柱并进入出口通道。该方法还包括将分析物混入泵送的初级鞘液中。该方法还包括在通过的二级鞘液/流体内稀释泵送的初级鞘液中的分析物以形成流出物。该方法还包括将流出物喷射到一表面上。
在一些实施例中，该方法还包括将流出物芯吸到/通过毛细作用进入附着在所述表面上的膜中以将分析物固定在膜中。在一些实施例中，该方法还包括将膜附着于该表面上并利用连接到该表面的真空歧管将分析物固定在膜中。
在一些实施例中，二级鞘液是初级鞘液。在一些实施例中，二级鞘液的粘度低于初级鞘液。在一些实施例中，二级鞘液具有比初级鞘液更高的流速。
在一些实施例中，该方法还包括提供三级鞘流动通道，其中该三级鞘流动通道在出口柱的下游端与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。在一些实施例中，该方法还包括提供三级鞘流动通道，其中该三级鞘流动通道在出口柱的下游端与二级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。该方法还可以包括使有机溶剂流过三级鞘流动通道。该方法还可以包括将流动的/流出的有机溶剂与流出物混合。在一些实施例中，所述混合形成喷雾混合物。在一些实施例中，该方法还包括在有机溶剂与表面之间施加电压。在一些实施例中，喷射包括喷雾混合物的电喷射。
在一些实施例中，该方法还包括独立地调节初级鞘液、二级鞘液和有机溶剂的流速以便使初级鞘液和有机溶剂的汇合最小化。在一些实施例中，该方法还包括独立地调节初级鞘液、二级鞘液和有机溶剂的流速以便控制流出物中的初级鞘液、二级鞘液和有机溶剂的浓度。在一些实施例中，该方法还包括将一种或多种分析物改性剂引入通过一个或多个鞘流动通道的鞘液中。在一些实施例中，该方法还包括将一种或多种分析物改性剂引入通过的二级鞘液中。该方法还可以包括使用出口通道中的分析物改性剂将分析物改性。在一些实施例中，分析物改性剂是蛋白质染色剂。在一些实施例中，使用泵使鞘液通过一个或多个鞘流动通道。在一些实施例中，使用泵使二级鞘液通过二级鞘流动通道。
在一些实施例中，使用马达使所述表面相对于出口通道横向移动。在一些实施例中，使用马达使出口通道相对于所述表面横向移动。
在一些实施例中，初级鞘液包含选自由琼脂糖凝胶、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二氧化硅颗粒及其组合组成的列表的材料。在一些实施例中，二级鞘液包含选自由水、十二烷基硫酸钠、缓冲液、琼脂糖凝胶、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二氧化硅颗粒、有机溶剂及其组合组成的列表的材料。在一些实施例中，有机溶剂包含选自由乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙醇、丙醇、甲醇、硝基甲烷、甲苯及其组合组成的列表的材料。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置，其具有带有压力源和终端电极的初级鞘流动通道。
图2示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置，其具有带有压力源的初级鞘流动通道和带终端电极的二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道与出口通道交叉。
图3示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置，其具有带有压力源的初级鞘流动通道和带终端电极的二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道与初级鞘流动通道交叉。
图4示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置，其具有带有第一压力源的初级鞘流动通道、带终端电极的二级鞘流动通道和带第二压力源的三级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道与出口通道交叉。
图5示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置，其具有带有第一压力源的初级鞘流动通道、带终端电极的二级鞘流动通道和带第二压力源的三级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道与初级鞘流动通道交叉。
图6是使用分离柱、初级和二级流动通道以及出口通道分离和分配分析物的过程的流程图，其中二级鞘流动通道与初级鞘流动通道交叉。
图7是用于使用分离柱、初级和二级流动通道以及出口通道分离和分配分析物的过程的流程图，其中二级鞘流动通道与出口通道交叉。
具体实施方式
本发明的实施例涉及从微流控分离柱输出的材料的分配。所公开的装置和方法可以使用多股鞘流以在分离的材料离开分离柱时夹带分离的材料，从而减少分离的材料和鞘组分向分离通道中的传质。通过减少这种不希望的传质，该装置和方法使得能够使用具有比其它方式可以使用的更多种类的组分和浓度的鞘组成。
所公开的装置和方法还可以使用终端电极，该终端电极与微流控分离柱和鞘流通道位于同一集成流体回路或单块芯片上。这种片上电气配置允许通过使用压力驱动的流动将材料分配到非导电的接收表面或基底上。则可以独立于鞘流的流体特性或接收基底的电气特性来执行其它依赖于电场的操作，例如注入或分离。更大范围的鞘流速以及接收基底的组成和构造允许将方法和装置应用于不同的样品印迹或收集技术。照此，所述装置和方法可以用于例如免疫印迹、免疫测定、蛋白质印迹分析、电泳、色谱分析、馏分收集或其它相关技术。
图1示出了根据一个实施例的微流控分离和分配装置。在装置100中示出了具有输入端102和输出端103的分离柱101。第一电极104位于分离柱101内，靠近输入端102。输入端102具有开口105。输出端103连接到具有上游端107和下游端108的出口通道106。出口通道106的下游端108具有排放出口109。还示出了压力源110，其连接到初级鞘液储器111。初级鞘流动通道112将初级鞘液储器111连接到出口通道106。初级鞘流动通道112具有入口端113和交叉端114。第二电极115位于初级鞘流动通道112内。
分离柱101可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，分离柱的输入端102和输出端103的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
第一电极104和第二电极115可以由任何导电或半导电材料形成。例如，所述电极中的一个或两者可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，电极中的一个或两个是铂或可以是镀铂的。电极中的一个或两个可以是基本上圆柱形的形状，与在电线中一样。电极中一个或两个的形状可以是基本上扁平，以增加它们的表面积。
出口通道106可以沿着其从上游端107到下游端108的长度具有基本上恒定的横截面直径。出口通道可以呈锥形，使得靠近排放出口109的出口通道的横截面直径小于靠近分离柱101的输出端103的出口通道的横截面积。在一些实施例中，出口通道的整个内部区域呈锥形。在一些实施例中，仅靠近排放出口的出口区域的部分呈锥形。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线线性地减小。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线非线性地减小。
排放出口109的直径可以大于、等于或小于分离柱101的输出端103的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，排放出口的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。排放出口的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。排放出口的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
初级鞘液储器111的容积可以小于10ml、小于6.5ml、小于4ml、小于2.5ml、小于1.5ml、小于1ml、小于650μl、小于400μl、小于250μl、小于150μl、小于100μl、小于65μl、小于40μl、小于25μl、小于15μl或小于10μl。初级鞘液储器的容积可以例如但不限于在10μl与650μl之间、20μl与1.25ml之间、40μl与2.5ml之间、80μl与5ml之间或150μl与10ml之间的范围内。
压力源110可以是具有可变形表面的脉冲泵。可变形表面可以构造成膨胀或收缩，或两者兼备。可变形表面的移动改变泵内部区域的体积。随着泵内部区域的体积减小，泵内部区域内的材料压力升高。以这种方式，泵可以影响通过初级鞘流动通道112的压力驱动的材料流动。
脉冲泵可以包含压电材料。在一些实施例中，脉冲泵包含压电晶体。在一些实施例中，脉冲泵包含锆钛酸铅。脉冲泵可以包含热电阻材料。脉冲泵可以与脉冲泵致动器电连接。在一些实施例中，脉冲泵致动器可以将信号传输到脉冲泵，从而使其膨胀。
初级鞘流动通道112可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，流动通道的入口端113和交叉端114的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
图2示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配装置。在装置200中示出了具有输入端202和输出端203的分离柱201。第一电极204位于分离柱201内，靠近输入端202。输入端202具有开口205。输出端203连接到具有上游端207和下游端208的出口通道206。出口通道206的下游端208具有排放出口209。还示出了压力源210，其连接到初级鞘液储器211。初级鞘流动通道212将初级鞘液储器211连接到出口通道206。初级鞘流动通道212具有初级鞘流入口端213和初级鞘流交叉端214。还示出了二级鞘流动通道215，其具有二级鞘流入口端216和二级鞘流交叉端217。二级鞘流动通道215的交叉端217可以在出口通道排放出口209与初级鞘流动通道212和出口通道206的交点之间的位置处与出口通道206交叉。第二电极218位于二级鞘流动通道215内。
分离柱201可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，分离柱的输入端202和输出端203的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
第一电极204和第二电极218可以由任何导电或半导电材料形成。例如，一个或两个电极可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，电极中的一个或两个是铂或可以是镀铂的。一个或两个电极可以是基本上圆柱形的形状，与在电线中一样。一个或两个电极的形状可以是基本上扁平的，以增加它们的表面积。
出口通道206可以沿着其从上游端207到下游端208的长度具有基本上恒定的横截面直径。出口通道可以呈锥形，使得靠近排放出口209的出口通道的横截面直径小于靠近分离柱201的输出端203的出口通道的横截面积。在一些实施例中，出口通道的整个内部区域呈锥形。在一些实施例中，仅靠近排放出口的出口区域的部分呈锥形。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线线性减小。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线非线性地减小。
排放出口209的直径可以大于、等于或小于分离柱201的输出端203的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，喷嘴出口的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。喷嘴出口的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间、或15μm与1000μm之间的范围内。喷嘴出口的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间、或30μm与500μm之间的范围内。
初级鞘液储器211的容积可以小于10ml、小于6.5ml、小于4ml、小于2.5ml、小于1.5ml、小于1ml、小于650μl、小于400μl、小于250μl、小于150μl、小于100μl、小于65μl、小于40μl、小于25μl、小于15μl或小于10μl。初级鞘液储器的容积可以例如但不限于在10μl与650μl之间、20μl与1.25ml之间、40μl与2.5ml之间、80μl与5ml之间或150μl与10ml之间的范围内。在一些实施例中，初级鞘液是电泳缓冲液。在一些实施例中，初级鞘液是筛分凝胶。
压力源210可以是具有可变形表面的脉冲泵。可变形表面可以构造成膨胀或收缩，或两者兼备。可变形表面的移动改变泵内部区域的体积。随着泵内部区域的体积减小，泵内部区域内的材料压力升高。以这种方式，泵可以影响通过初级鞘流动通道212的压力驱动的材料流动。
脉冲泵可以包含压电材料。在一些实施例中，脉冲泵包含压电晶体。在一些实施例中，脉冲泵包含锆钛酸铅。脉冲泵可以包含热电阻材料。脉冲泵可以与脉冲泵致动器电连接。在一些实施例中，脉冲泵致动器可以将信号传输到脉冲泵，从而使其膨胀。
初级鞘流动通道212和二级鞘流动通道215可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，流动通道的入口端213、216和交叉端214、217的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
在一些实施例中，压力源210是第一压力源，并且该装置还包括连接到二级鞘流动通道215的第二压力源。在这些实施例中，压力驱动的流动可以独立地应用于初级鞘流动通道212和二级鞘流动通道中的每一者。
图3示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配装置。在装置300中示出了具有输入端302和输出端303的分离柱301。第一电极304位于分离柱301内，靠近输入端302。输入端302具有开口305。输出端303连接到具有上游端307和下游端308的出口通道306。出口通道306的下游端308具有排放出口309。还示出了压力源310，其连接到初级鞘液储器311。初级鞘流动通道312将初级鞘液储器311连接到出口通道306。初级鞘流动通道312具有初级鞘流入口端313和初级鞘流交叉端314。还示出了二级鞘流动通道315，其具有二级鞘流入口端316和二级鞘流交叉端317。二级鞘流动通道315的交叉端317与初级鞘流动通道312交叉。第二电极318位于二级鞘流动通道315内。
分离柱301可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，分离柱的输入端302和输出端303的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
第一电极304和第二电极318可以由任何导电或半导电材料形成。例如，一个或两个电极可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，电极中的一个或两个是铂或可以是镀铂的。一个或两个电极可以是基本上圆柱形的形状，与在电线中一样。一个或两个电极的形状可以是基本上扁平的，以增加它们的表面积。
出口通道306可以沿着其从上游端307到下游端308的长度具有基本上恒定的横截面直径。出口通道可以呈锥形，使得靠近排放出口309的出口通道的横截面直径小于靠近分离柱301的输出端303的出口通道的横截面积。在一些实施例中，出口通道的整个内部区域呈锥形。在一些实施例中，仅靠近排放出口的出口区域的部分呈锥形。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线线性减小。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线非线性地减小。
排放出口309的直径可以大于、等于或小于分离柱301的输出端303的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，喷嘴出口的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。喷嘴出口的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间、或15μm与1000μm之间的范围内。喷嘴出口的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间、或30μm与500μm之间的范围内。
初级鞘液储器311的容积可以小于10ml、小于6.5ml、小于4ml、小于2.5ml、小于1.5ml、小于1ml、小于650μl、小于400μl、小于250μl、小于150μl、小于100μl、小于65μl、小于40μl、小于25μl、小于15μl或小于10μl。初级鞘液储器的容积可以例如但不限于在10μl与650μl之间、20μl与1.25ml之间、40μl与2.5ml之间、80μl与5ml之间或150μl与10ml之间的范围内。
压力源310可以是具有可变形表面的脉冲泵。可变形表面可以构造成膨胀或收缩，或两者兼备。可变形表面的移动改变泵内部区域的体积。随着泵内部区域的体积减小，泵内部区域内的材料压力升高。以这种方式，泵可以影响通过初级鞘流动通道312的压力驱动的材料流动。
脉冲泵可以包含压电材料。在一些实施例中，脉冲泵包含压电晶体。在一些实施例中，脉冲泵包含锆钛酸铅。脉冲泵可以包含热电阻材料。脉冲泵可以与脉冲泵致动器电连接。在一些实施例中，脉冲泵致动器可以将信号传输到脉冲泵，从而使其膨胀。
初级鞘流动通道312和二级鞘流动通道315可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，流动通道的入口端313、316和交叉端314、317的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
在一些实施例中，压力源310是第一压力源，并且该装置还包括连接到二级鞘流动通道315的第二压力源。在这些实施例中，压力驱动的流动可以独立地应用于初级鞘流动通道312和二级鞘流动通道中的每一者。
图4示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配装置。在装置400中示出了具有输入端402和输出端403的分离柱401。第一电极404位于分离柱401内，靠近输入端402。输入端402具有开口405。输出端403连接到具有上游端407和下游端408的出口通道406。出口通道406的下游端408具有排放出口409。还示出了第一压力源410，其连接到初级鞘液储器411。初级鞘流动通道412将初级鞘液储器411连接到出口通道406。初级鞘流动通道412具有初级鞘流入口端413和初级鞘流交叉端414。还示出了二级鞘流动通道415，其具有二级鞘流入口端416和二级鞘流交叉端417。二级鞘流动通道415的交叉端417在出口通道排放出口409与初级鞘流动通道412和出口通道406的交点之间的位置处与出口通道406交叉。第二电极418位于二级鞘流动通道415内。还示出了第二压力源419，其连接到有机溶剂储器420。三级鞘流动通道421将初级鞘液储器420连接到出口通道406。三级鞘流动通道421具有三级鞘流入口端422和三级鞘流交叉端423。
分离柱401可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，分离柱的输入端402和输出端403的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
第一电极404和第二电极418可以由任何导电或半导电材料形成。例如，电极中的一个或两个可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，电极中的一个或两个是铂或可以是镀铂的。电极中的一个或两个可以是基本上圆柱形的形状，与在电线中一样。一个或两个电极的形状可以是基本上扁平的，以增加它们的表面积。
出口通道406可以沿着其从上游端407到下游端408的长度具有基本上恒定的横截面直径。出口通道可以呈锥形，使得靠近排放出口409的出口通道的横截面直径小于靠近分离柱401的输出端403的出口通道的横截面积。在一些实施例中，出口通道的整个内部区域呈锥形。在一些实施例中，仅靠近排放出口的出口区域的部分呈锥形。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线线性减小。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线非线性地减小。
排放出口409的直径可以大于、等于或小于分离柱401的输出端403的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，喷嘴出口的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。喷嘴出口的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间、或15μm与1000μm之间的范围内。喷嘴出口的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间、或30μm与500μm之间的范围内。
初级鞘液储器411和有机溶剂储器420可以各自独立地具有小于10ml、小于6.5ml、小于4ml、小于2.5ml、小于1.5ml、小于1ml、小于650μl、小于400μl、小于250μl、小于150μl、小于100μl、小于65μl、小于40μl、小于25μl、小于15μl或小于10μl的容积。初级鞘液储器和/或有机溶剂储器的容积可以在例如但不限于10μl与650μl之间、20μl与1.25ml之间、40μl与2.5ml之间、80μl与5ml之间或150μl与10ml之间的范围内。
第一压力源410和第二压力源419可以各自独立地为具有可变形表面的脉冲泵。可变形表面可以构造成膨胀或收缩，或两者兼备。可变形表面的移动改变泵内部区域的体积。随着泵内部区域的体积减小，泵内部区域内的材料压力升高。以这种方式，第一泵可以影响通过初级鞘流动通道412的压力驱动的材料流动，并且第二泵可以影响通过三级鞘流动通道421的压力驱动的材料流动。
第一和第二脉冲泵可以各自包含压电材料。在一些实施例中，脉冲泵包含压电晶体。在一些实施例中，脉冲泵包含锆钛酸铅。脉冲泵可以包含热阻材料/热电阻材料。脉冲泵可以与脉冲泵致动器电连接。在一些实施例中，脉冲泵致动器可以将信号传输到脉冲泵，从而使其膨胀。
初级鞘流动通道412、二级鞘流动通道415和三级鞘流动通道421可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，流动通道的入口端413、416、422和交叉端414、417、423的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
在一些实施例中，该装置还包括连接到二级鞘流动通道415的第三压力源。在这些实施例中，压力驱动的流动可以独立地应用于初级鞘流动通道412、二级鞘流动通道和三级鞘流动通道421中的每一者。
图5示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配装置。在装置500中示出了具有输入端502和输出端503的分离柱501。第一电极504位于分离柱501内，靠近输入端502。输入端502具有开口505。输出端503连接到具有上游端507和下游端508的出口通道506。出口通道506的下游端508具有排放出口509。还示出了第一压力源510，其连接到初级鞘液储器511。初级鞘流动通道512将初级鞘液储器511连接到出口通道506。初级鞘流动通道512具有初级鞘流入口端513和初级鞘流交叉端514。还示出了二级鞘流动通道515，其具有二级鞘流入口端516和二级鞘流交叉端517。二级鞘流动通道515的交叉端517与初级鞘流动通道512交叉。第二电极518位于二级鞘流动通道515内。还示出了第二压力源519，其连接到有机溶剂储器520。三级鞘流动通道521将初级鞘液储器520连接到出口通道506。三级鞘流动通道521具有三级鞘流入口端522和三级鞘流交叉端523。
分离柱501可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，分离柱的输入端502和输出端503的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
第一电极504和第二电极518可以由任何导电或半导电材料形成。例如，一个或两个电极可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，电极中的一个或两个是铂或可以是镀铂的。一个或两个电极可以是基本上圆柱形的形状，与在电线中一样。一个或两个电极的形状可以是基本上扁平的，以增加它们的表面积。
出口通道506可以沿着其从上游端507到下游端508的长度具有基本上恒定的横截面直径。出口通道可以呈锥形，使得靠近排放出口509的出口通道的横截面直径小于靠近分离柱501的输出端503的出口通道的横截面积。在一些实施例中，出口通道的整个内部区域呈锥形。在一些实施例中，仅靠近排放出口的出口区域的部分呈锥形。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线线性减小。锥形可以使得出口通道的横截面面积沿着出口通道的纵向轴线非线性地减小。
排放出口509的直径可以大于、等于或小于分离柱501的输出端503的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，喷嘴出口的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。喷嘴出口的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间、或15μm与1000μm之间的范围内。喷嘴出口的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间、或30μm与500μm之间的范围内。
初级鞘液储器511和有机溶剂储器520可以各自独立地具有小于10ml、小于6.5ml、小于4ml、小于2.5ml、小于1.5ml、小于1ml、小于650μl、小于400μl、小于250μl、小于150μl、小于100μl、小于65μl、小于40μl、小于25μl、小于15μl或小于10μl的容积。初级鞘液储器和/或有机溶剂储器的容积可以在例如但不限于10μl与650μl之间、20μl与1.25ml之间、40μl与2.5ml之间、80μl与5ml之间或150μl与10ml之间的范围内。
第一压力源510和第二压力源519可以各自独立地为具有可变形表面的脉冲泵。可变形表面可以构造成膨胀或收缩，或两者兼备。可变形表面的移动改变泵内部区域的体积。随着泵内部区域的体积减小，泵内部区域内的材料压力升高。以这种方式，第一泵可以影响通过初级鞘流动通道512的压力驱动的材料流量，并且第二泵可以影响通过三级鞘流动通道521的压力驱动的材料流量。
脉冲的第一和第二泵可以各自包含压电材料。在一些实施例中，脉冲泵包含压电晶体。在一些实施例中，脉冲泵包含锆钛酸铅。脉冲泵可以包含热电阻材料。脉冲泵可以与脉冲泵致动器电连接。在一些实施例中，脉冲泵致动器可以将信号传输到脉冲泵，从而使其膨胀。
初级鞘流动通道512、二级鞘流动通道515和三级鞘流动通道521可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，流动通道的入口端513、516、522和交叉端514、517、523的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，输入和输出端的直径为约1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm、310μm、320μm、330μm、340μm、350μm、360μm、370μm、380μm、390μm、400μm、410μm、420μm、430μm、440μm、450μm、460μm、470μm、480μm、490μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。输入端和/或输出端的直径可以在例如但不限于1μm与60μm之间、2μm与130μm之间、4μm与250μm之间、8μm与500μm之间或15μm与1000μm之间的范围内。输入端和/或输出端的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm与325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
在一些实施例中，该装置还包括连接到二级鞘流动通道515的第三压力源。在这些实施例中，压力驱动的流动可以独立地应用于初级鞘流动通道512、二级鞘流动通道和三级鞘流动通道521中的每一者。
任何上述装置还可以包括在排放出口的对面定位的表面524。在一些实施例中，该表面包含电绝缘材料。在一些实施例中，该表面包含导电材料。在一些实施例中，该表面包含亲水材料。在一些实施例中，该表面包含疏水材料。
在一些实施例中，该表面是湿的。在一些实施例中，该表面是干的。出于多种原因，使用干表面可能是有利的。干表面的一个优点是消除了与保持一致地湿的膜相关联的任何操作复杂性。另一优点是当流出物离开排放出口时，干膜可以提供毛细力或“芯吸/通过毛细作用的”力。如下所述，这可以帮助固定蛋白质或其它分析物。在一些实施例中，真空连接到表面。真空可以是真空歧管。真空可以构造成将流出物拉入(例如，芯吸/通过毛细作用进入)到膜中。真空可以构造成将膜保持在表面上，使得流出物中的分析物被固定在膜中。
在一些实施例中，排放出口接触表面。在一些实施例中，表面跨越间隙525定位在排放出口的对面，并且排放出口不接触表面。由于终端电极位于装置的流动通道中，所以表面没有电气要求，并且表面和从排放出口离开的流出物不需要连续的电接触。表面现在可以是干膜、塑料、玻璃等。在一些实施例中，表面位于离排放出口约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm处。表面与排放出口之间的间隙可以在例如但不限于0.1mm与6mm之间、0.2mm与12mm之间、0.4mm与25mm之间、0.8mm与50mm之间或2mm与100mm之间的范围内。
在一些实施例中，表面是馏分收集装置的构件。在一些实施例中，表面位于微孔板的孔/井/孔井内。微孔板可以包括多个孔/井/孔井的阵列。排列在微孔板上的孔/井/孔井的数量可以是例如6、24、96、384、1536、3456或9600或更多。
任何上述装置还可包括一个或多个马达526。马达可以构造成使所述表面相对于排放出口横向移动。马达可以构造成使排放出口相对于所述表面横向移动。马达可以是例如步进电机、小型有刷直流(DC)电机或无刷DC电机。马达可以是机器人设备的元件，该机器人设备被编程或以其它方式构造成将电机的操作自动化和/或调节电机的操作。移动可以是连续的或半连续的。移动可以间歇地停止以进行样品/取样或馏分收集。
由于终端电极位于装置的流动通道内，所以排放出口和/或表面可以彼此远离地移动而不会中断分离过程。这可以通过允许其它电气过程(例如与分离或样品注入相关联的那些)在排放出口和/或表面相对于彼此移动的同时继续进行来提高分离和分配的吞吐量。这也使得馏分收集操作成为可能，其中在分离过程继续进行的同时，首先将流出物流或一系列液滴收集在一个孔/井中，然后将装置重新定位在相邻孔/井上方。
任何上述装置还可以包括附着于表面上的膜527。在一些实施例中，表面是印迹膜，其可对于执行Western免疫测定/免疫分析或其它膜分析方法有用，例如Northern印迹法和Southern印迹法。该方法还可以包括将检测试剂涂布至这种印迹膜。检测试剂可以是抗体，例如一级抗体或二级抗体。
术语“抗体”包括由免疫球蛋白基因编码的多肽或其特异性结合并识别抗原的功能片段。免疫球蛋白基因包括κ、λ、α、γ、δ、ε和μ恒定区基因，以及无数/大量的免疫球蛋白可变区基因。轻链分为κ或λ。重链分为γ、μ、α、δ或ε、其分别定义免疫球蛋白类别IgG、IgM、IgA、IgD和IgE。术语抗体活性或抗体功能是指抗体与抗体靶标的特异性结合。
本领域技术人员将理解一级抗体是指与目标分析物(例如，物质、抗原、组分)特异性结合的抗体或其片段。一级抗体还可以包含例如用于通过二级抗体或相关联的结合蛋白(例如，绿色荧光蛋白、生物素或链霉抗生物素蛋白)进行识别的标签。
二级抗体是指与一级抗体特异性结合的抗体。二级抗体可以对一级抗体具有特异性(例如，对从特定物种衍生的一级抗体具有特异性)或对一级抗体上的标签(例如，绿色荧光蛋白、生物素或链霉抗生物素蛋白)具有特异性。二级抗体可以是双特异性的，例如，具有一个对一级抗体具有特异性的可变区，和对桥抗原具有特异性的第二可变区。
印迹膜可以包含例如硝化纤维素、尼龙、聚偏二氟乙烯，或这些材料中的一种或多种的组合。印迹膜还可以包含载体材料。载体材料可以是例如玻璃、塑料、金属、陶瓷或其它惰性表面。
在一些实施例中，该膜的直接面对排放出口的区域528可以是干燥的，直到被从排放出口离开的流出物529润湿。流出物可以呈例如连续流、半连续流或离散液滴的形式。在一些实施例中，表面的疏水程度在液滴与表面接触时影响液滴的表面积。一般而言，对于水性液滴，随着表面的疏水性增加，液滴与表面的接触角将减小。这种减小的接触角可以使得表面上相邻液滴之间的距离减小，同时仍然防止液滴聚结或以其它方式彼此结合。以这种方式，疏水表面材料的使用可以使得更大浓度的独立液滴能够分配到表面上。而且，对于每个单独的液滴，所接触的表面材料的单位面积的分配材料的浓度将增加。在一些实施例中，这种增加的浓度会导致用于诸如蛋白质印迹的应用的更大信号强度。
在一些实施例中，选择表面材料使得分配到表面上的相邻液滴保持独立。这些实施例可以产生分配图案，其保持分离柱和分配设备内的材料的分离度。在一些实施例中，选择表面材料使得分配到表面上的相邻液滴聚结/合并。通过在分配期间表面和/或分配设备中的一者或两者的移动，这些实施例可以产生分配图案，这些分配图案是分离柱内的材料分离的连续线性的或曲线形的表示。
流出物可以包含分析物530。在一些实施例中，流出物被芯吸/通过毛细作用进入到膜中。在一些实施例中，在将流出物芯吸/通过毛细作用进入到膜中时，分析物变得固定在膜中。在一些实施例中，将流出物拉向干的膜，直至基底饱和/被浸透。在一些实施例中，连接到表面的真空或真空歧管构造成将流出物拉入膜中。真空还可以构造成将膜保持在表面上，使得流出物中的分析物被固定在膜中。因此，对于表面和/或排放出口相对于彼此移动的实施例，固定力可以在不再直接位于排放出口下方的膜表面位置中继续。在相对低的鞘流速(通常＜1μl/min)下，排放出口与膜之间的弯月面可以很窄并且再循环区可以是最小的。
任何上述装置可以用于分离在分离柱内移动的一种或多种分析物。“分析物”包括感兴趣的物质，例如生物分子。生物分子是通常在生物系统中发现的类型的分子，无论这种分子是天然存在的还是系统的某种外部干扰(例如，疾病、中毒、基因操作等)的结果，以及合成类似物和其衍生物。生物分子的非限制性示例包括氨基酸(天然存在的或合成的)、肽、多肽、糖基化的蛋白质和未糖基化的蛋白质(例如，多克隆抗体和单克隆抗体、受体、干扰素、酶等)、核苷、核苷酸、寡核苷酸(例如，DNA、RNA、PNA寡核苷酸)、多核苷酸(例如，DNA、cDNA、RNA等)、碳水化合物、激素、半抗原、类固醇、毒素等。生物分子可以从天然来源分离，或者它们可以是合成的。
分析物可以是例如蛋白质、核酸、碳水化合物、脂质或任何其它类型的分子。在一些实施例中，分析物是以其天然状态存在于分离柱中的蛋白质。在一些实施例中，分析物是已与十二烷基硫酸钠混合以使其部分或完全变性的蛋白质。
任何上述装置还可以包括第三电极，其中表面是该第三电极。第三电极可以由任何导电或半导电材料形成。例如，第三电极可以包含金属。在一些实施例中，金属是金或铂。在一些实施例中，第三电极是铂或可以是镀铂的。在一些实施例中，表面是铟锡氧化物(ITO)涂覆的玻璃或塑料。第三电极可以构造成将来自排放出口的喷雾混合物531电喷射到表面。
为了能够从芯片进行电喷射，三级鞘可以包含有机溶剂532，其与流出物混合以形成喷雾混合物。喷雾混合物可以包含5％至95％、5％至50％、25％至75％、50％至95％、5％至25％、10％至30％、15％至35％、20％至40％、25％至45％、30％至50％、35％至55％、40％至60％、45％至65％、50％至70％、55％至75％、60％至80％、65％至85％、70％至90％、或75％至95％的有机溶剂。在一些实施例中，喷雾混合物包含20％至80％的有机溶剂。有机溶剂可以包括例如丙酮、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、乙醇、甲醇、硝基甲烷、丙醇、叔丁醇、四氢呋喃或甲苯中的一者或多者。在一些实施例中，有机溶剂是甲醇。
任何上述装置还可以包含筛分凝胶533。筛分凝胶可以在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道中的一者或多者内部。在一些实施例中，筛分凝胶在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道中的每一者内部。
基于蛋白质和DNA大小的分离技术通常依赖于凝胶或聚合物溶液来拆分生物分子群。这些凝胶和聚合物溶液产生随机筛分介质，生物分子通过该筛分介质迁移，从而在分子通过介质时按尺寸分离分子。可以改变常规分离介质的组成和孔隙率以在介质内产生具有不同平均尺寸的孔。
筛分凝胶可以含有基本上不均匀或基本上均匀的类别的孔径。筛分凝胶可以包含纳米颗粒、珠粒、大分子/高分子、凝胶、聚合物溶液或其它介质。筛分凝胶可以包含形成胶体晶体的二氧化硅纳米粒子，从而基于二氧化硅胶体尺寸的单分散性和胶体的结晶来提供具有基本单分散孔径的分离介质。包含二氧化硅纳米粒子的分离介质的使用在2015年10月1日公开的、公开号为No.2015/0279648A1的美国专利申请中进一步论述，该申请出于各种目的通过引用整体并入本文。
筛分凝胶可以包括例如十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧乙烯(PEO)、聚乳酸(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚二甲基丙烯酰胺(PDMA)、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素(HEC)、琼脂糖凝胶或葡聚糖中的一者或多者。
任何上述装置还可以包括在二级鞘流动通道内的流体534。该二级鞘液可以具有与初级鞘液相同的组成，或者可以具有与初级鞘液不同的组成。在一些实施例中，二级鞘液是初级鞘液。在一些实施例中，二级鞘液和初级鞘液是具有相同组成的两种单独的液体。二级鞘液的粘度可以高于初级鞘液或筛分凝胶的粘度。二级鞘液的粘度可以低于初级鞘液或筛分凝胶的粘度。二级鞘液的粘度可以基本上等于初级鞘液或筛分凝胶的粘度。在一些实施例中，二级鞘液是筛分凝胶。二级鞘液可包含水、十二烷基硫酸钠(SDS)、缓冲液、琼脂糖凝胶、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二氧化硅颗粒或有机溶剂中的一种或多种。
流体可以包含一种或多种分析物改性剂535。分析物改性剂可以是例如蛋白质染色剂、酶、染料、抗体、荧光团、缀合物或增强分析物与膜结合的反应性基团。在一些实施例中，分析物改性剂是蛋白质染色剂。在一些实施例中，分析物改性剂是胰蛋白酶。胰蛋白酶可以用作例如蛋白酶，用于将蛋白质分析物裂解或消化成较小的片段以用于随后的质谱分析。在一些实施例中，分析物改性剂是芥子酸。芥子酸可用于例如为随后的质谱提供基质。在一些实施例中，分析物改性剂是促进洗脱的蛋白质与蛋白质被分配到其上的表面相结合的结合剂。
可以通过鞘流动通道中的任何一个或多个引入一种或多种分析物改性剂。在一些实施例中，通过一个或多个鞘流动通道中的每一个引入相同的一种或多种分析物改性剂。在一些实施例中，一个或多个鞘流动通道中的每一个具有不同的分析物改性剂组成。
一些印迹技术涉及总蛋白质定量，而不是一种或多种特定“管家”蛋白质的定量。在这些技术中，在将分离的蛋白质转移到膜上之后进行染色或标记的过程。通过在鞘流中加入蛋白质染色剂，可以消除该过程的这个单独的标记步骤。
此外，一些印迹技术涉及在分离之前将分析物改性。该改性可以是例如通过蛋白质染色或通过添加带电分子进行。这些分析物改性过程可能会在分析物改性后潜在地影响分析物的后续分离。相反，通过在鞘流中加入一种或多种分析物改性剂，在使用染色剂、染料、增强分析物与膜结合的反应性基团或任何其它改性剂之前，已经分离了分析物。这可以减轻通过使用分析物改性剂影响分离的担忧。
分离柱和流动通道可以集成在单个单块芯片上。芯片可以包含例如硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)或石英中的一者或多者。一个或多个流动通道的入口端可以使用安装在芯片上的密封件536密封。
图6呈现了用于分离和分配分析物的过程600的流程图。在操作601中，提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道。分离柱具有输入端和输出端。分离柱的输出端连接到出口通道。初级鞘流动通道与出口通道交叉。二级鞘流动通道与初级鞘流动通道交叉。在操作602中，将初级鞘液泵送通过初级鞘流动通道。在操作603中，使流体通过二级鞘流动通道。在操作604中，在分离柱的输入端与二级鞘流动通道之间施加电压。该电压足以使分析物电泳通过分离柱并进入出口通道。在操作605中，将分析物混入泵送的初级鞘液中以形成流出物。在操作606中，将流出物喷射到表面上。图6的过程例如可以使用图3的装置执行。
图7呈现了用于分离和分配分析物的过程700的流程图。在操作701中，提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道。分离柱具有输入端和输出端。出口通道具有上游端和下游端。分离柱的输出端连接到出口通道的上游端。初级鞘流动通道与出口通道交叉。二级鞘流动通道在出口通道的下游端与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。在操作702中，将初级鞘液泵送通过初级鞘流动通道。在操作703中，使流体通过二级鞘流动通道。在操作704中，在分离柱的输入端与二级鞘流动通道之间施加电压。该电压足以使分析物电泳通过分离柱并进入出口通道。在操作705中，将分析物混入泵送的初级鞘液中以形成流出物。在操作706中，将流出物喷射到表面上。图7的过程例如可以使用图2的装置执行。
在一些实施例中，初级鞘流由在分离柱中使用的相同筛分凝胶组成。筛分凝胶的粘度可比二级鞘流动流体的粘度高至少2倍、至少3倍、至少4倍、至少5倍、至少6倍、至少7倍、至少8倍、至少9倍、至少10倍、至少12倍、至少14倍、至少16倍、至少18倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍或至少100倍。在一些实施例中，筛分凝胶的粘度比二级鞘流动流体的粘度高至少10倍。因此，二级鞘流速可以比初级鞘流速高至少10倍，同时保持从芯片直接/立即出去所需的流体动力学(或液压)阻力比。出口通道与分离通道之间的流体动力学阻力比按比例地确定进入分离通道的回流量。假设横截面积是固定的，流体动力学阻力通过下式定义：
R_hyd＝Δp/Q∝μL
其中Δp是压降，Q是流速，μ是动态粘度，L是通道长度。
初级、二级和三级鞘流动流体的流速可以是例如约1nL/min、约2nL/min、约3nL/min、约4nL/min、约5nL/min、约6nL/min、约7nL/min、约8nL/min、约10nL/min、约20nL/min、约30nL/min、约40nL/min、约50nL/min、约60nL/min、约70nL/min、约80nL/min、约90nL/min、约100nL/min、约200nL/min、约300nL/min、约400nL/min、约500nL/min、约600nL/min、约700nL/min、约800nL/min、约900nL/min、约1μl/min、约2μl/min、约3μl/min、约4μl/min、约5μl/min、约6μl/min、约7μl/min、约8μl/min、约9μl/min、约10μl/min、约20μl/min、约30μl/min、约40μl/min、约50μl/min、约60μl/min、约70μl/min、约80μl/min、约90μl/min或约100μl/min。在一些实施例中，初级鞘流速为约10nL/min。初级、二级和/或三级流体流体的流速可以在1nL/min与1μl/min之间、3nL/min与3μl/min之间、10nL/min与10μl之间、30nL/min与30μl/min之间、或100nL/min与100μl/min之间的范围内。在一些实施例中，二级鞘流速为约90nL/min。在一些实施例中，三级鞘流速为约100nL/min。
所提供的方法还可以包括使表面的位置相对于分配装置的位置移动。移动可以包括在分配装置静止时改变表面的位置。移动可以包括改变分配装置的位置并且表面是静止的。移动可以包括改变表面和分配装置两者的位置。移动可以包括改变表面在一个方向上的位置并改变分配装置在正交方向上的位置。
第一电极处的电压被保持在与第二电极处的电压不同的电压。电压的差异使分离柱中的分析物以被称为电泳的技术彼此分离。电泳是通过电场对悬浮在流体中的颗粒的诱导运动，或者如本领域中已知的那样。带正电粒子(阳离子)的电泳通常称为阳离子电泳，而带负电粒子(阴离子)的电泳通常称为阴离子电泳。
施加电压的功率可以提供具有约1V/cm至2000V/cm的电压的电场。在一些实施例中，电压为约1V/cm、10V/cm、20V/cm、30V/cm、40V/cm、50V/cm、60V/cm、70V/cm、80V/cm、90V/cm、100V/cm、150V/cm、200V/cm、250V/cm、300V/cm、350V/cm、400V/cm、450V/cm、500V/cm、550V/cm、600V/cm、650V/cm、700V/cm、750V/cm、800V/cm、850V/cm、900V/cm、950V/cm、1000V/cm、1050V/cm、1100V/cm、1150V/cm、1200V/cm、1250V/cm、1300V/cm、1350V/cm、1400V/cm、1450V/cm、1500V/cm、1550V/cm、1600V/cm、1650V/cm、1700V/cm、1750V/cm、1800V/cm、1850V/cm、1900V/cm、1950V/cm或2000V/cm。电压可以在例如但不限于1V/cm与100V/cm之间、2V/cm与200V/cm之间、5V/cm与400V/cm之间、10V/cm与900V/cm之间或20V/cm与2000V/cm之间的范围内。取决于特定分离方法也可以使用更高的电压。
分离柱内的分析物或其它材料的运动可以仅通过电泳进行。还可以有通过分离柱的大量流体流动，其有助于分析物或其它材料的运动。在一些实施例中，分离柱内的分析物或其它材料仅通过管内的大量流体流动的作用移动。
在某些方面中，本发明的电泳系统和方法根据分析物的等电点pI拆分或分离分析物。等电点(pI)是特定分子不携带净电荷的pH。用于拆分或分离的其它合适的技术包括但不限于电泳、等电聚焦、等速电泳、离子交换色谱分析法、阳离子交换色谱分析法和疏水相互作用色谱分析法。还可以使用亲和色谱分析法进行拆分，其中分离是由一种或多种分析物在分离床中与诸如抗体、凝集素和适体/寡核苷酸适配子/核酸适配体的结合基团的相互作用产生的。
在一些实施例中，在随后通过大量流体流动使分析物在柱内移动之前，通过等电聚焦在分离柱内分离一种或多种分析物。在一些实施例中，在随后通过等电聚焦使一种或多种分析物在柱内分离之前，通过大量流体流动来使它们在分离柱内移动。在一个所提供的方法实施例中，等电聚焦步骤用于将柱内的一种或多种分析物分离，大量流体流动步骤用于使一种或多种分析物移动到分配装置中，并且分配步骤用于将一种或多种分析物分配到表面上。
出口通道内的材料移动部分地由鞘液流的有无、方向和大小、从分离柱输出的大量流体流以及分离柱和出口通道内的电场决定。在一些实施例中，大量流体流的贡献大于电场的贡献，并且因此出口通道内的材料的移动在基本上朝向排放出口的方向上。
离开微流控排放出口的液体可以完全由鞘液组成。离开微流控喷嘴的液体可以完全由从毛细管电泳管输出的材料组成。在一些实施例中，离开微流控喷嘴的液体包括鞘液与从毛细管电泳管输出的材料的混合物，其中包含鞘液的混合物的百分比为约0％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％或约100％。流出液中的鞘液的百分比可以在例如但不限于0％与60％之间、10％与70％之间、20％与80％之间、30％与90％之间或40％与100％之间的范围内。
分配可以产生离开排放出口的连续或不连续流的形成。分配可以产生离开排放出口的液滴的形成。液滴的体积可以在约10皮升至约10纳升的范围内。液滴的频率可以在0至约10,000Hz的范围内。
术语“液滴”是指小体积的液体，通常具有球形形状，由不混溶的流体如乳液的连续相或载液包封。在一些实施例中，液滴的体积和/或液滴的平均体积例如小于约1微升(或约1微升与1纳升之间或约1微升与1皮升之间)，小于约1纳升(或约1纳升与1皮升之间)，或小于约1皮升(或约1皮升与1毫微微升之间)等。在一些实施例中，液滴的直径(或平均直径)小于约1000、100或10微米，或约1000至10微米等。液滴可以是球形或非球形的。液滴可以是简单液滴或复合液滴，即，其中至少一个液滴包封至少一个其它液滴的液滴。
液滴可以是单分散的，即具有至少大致均匀的尺寸，或者可以是多分散的，即具有各种尺寸。如果是单分散的，则液滴的体积例如可以以小于平均液滴体积的约±100％、50％、20％、10％、5％、2％或1％的标准偏差变化。
该方法可以利用计算设备，该计算设备被编程或以其它方式配置为自动化和/或调节本文提供的方法的一个或多个步骤。一些实施例在非暂时性存储介质中提供机器可执行代码，当由计算设备执行时，该代码实施本文描述的任何方法。在一些实施例中，计算设备操作毛细管电泳溶液储器的压力、鞘液储器的压力、通过毛细管电泳管的液体流量、通过鞘流管的液体流量、脉冲泵致动器的活动、表面的移动或分配设备的移动中的一者或多者。
术语“自动化”是指由机器或计算机执行而没有直接人为控制的设备、动作或方法。在一些实施例中，本文描述的装置和方法以自动化方式操作。在一些实施例中，自动化方法具有主观的起点和终点，因此该术语并不暗示操作的所有步骤都是自动执行的。
还提供了包括多个分配单元的装置。分配单元可以配置为线性阵列。分配单元可以配置为2维阵列。在一些实施例中，该装置包括1、2、4、8、12或更多个分配单元。分配单元可以各自连接到鞘液的同一供应源。分配单元可以各自连接到鞘液的不同供应源。
还提供了结合了该设备的系统。系统可以包括例如电源和功率调节器，以控制到第一和第二电极以及脉冲泵致动器的电流和/或电压。另外，可以包括用于调节液体流量的泵、用于搅拌或混合液体的机构以及加热或冷却单元。
应理解，除了所描述的那些之外，上述所有装置和方法还可包括流动通道、泵和储器。在一些实施例中，分离柱一侧上的每个流动通道、泵和储器与分离柱的相对侧上的类似流动通道、泵和储器互为镜像。以这种方式，该装置可以具有基本上或近似对称的构型。在一些实施例中，该设备具有不对称构型。
对“第一”构件的提及不一定要求设置第二构件。此外，对“第一”、“第二”或“第三”构件的提及并不将所谈及的构件限制于特定位置，除非清楚地叙述。当在本文中参考元件或特性使用时，术语“第一”、“第二”和“第三”仅仅是为了更清楚地区分这两个或更多个元件或特性，并且除非另有说明并不意在表示顺序。
术语“约”和“约等于”在本文中用来修改数值并且表示该值周围的限定范围。如果“X”是该值，则“约X”或“约等于X”通常表示0.90X至1.10X的值。对“约X”的任何提及至少表示值X、0.90X、0.91X、0.92X、0.93X、0.94X、0.95X、0.96X、0.97X、0.98X、0.99X、1.01X、1.02X、1.03X、1.04X、1.05X、1.06X、1.07X、1.08X、1.09X和1.10X。因此，“约X”旨在公开例如“0.98X”。当“约”应用于数值范围的开头时，它适用于该范围的两端点。因此，“约6至8.5”相当于“约6至约8.5”。当“约”应用于一组值的第一个值时，它应用于该组中的所有值。因此，“约7、9或11％”相当于“约7％、约9％或约11％”。
应理解，本文中描述的示例和实施例仅出于说明目的，并且本领域的技术人员将根据它们想到各种修改或变更且这些修改和变更被包含在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。出于所有目的通过引用将本文列举的所有出版物、专利和专利申请、网址和数据库并入本文中。

Claims (41)

1.一种分析物分离和分配设备，包括：
分离柱，其具有输入端和输出端，其中所述输入端具有构造成接收流体样品的开口；
第一电极，其位于所述分离柱内并靠近所述分离柱的输入端；
出口通道，其具有上游端和下游端，其中所述出口通道的上游端连接到所述分离柱的输出端，并且其中所述出口通道的下游端具有排放出口；
初级鞘液储器；
压力源，其连接到所述初级鞘液储器；
一个或多个流动通道，其中所述一个或多个流动通道中的每一个具有入口端和交叉端，其中所述一个或多个流动通道中的一个是初级鞘流动通道，其中所述初级鞘流动通道的交叉端与所述出口通道交叉，并且其中所述初级鞘流动通道将所述初级鞘液储器与所述出口通道连接；和
第二电极，其位于所述一个或多个流动通道中的一个内。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二电极位于所述初级鞘流动通道内。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中所述二级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中所述二级鞘流动通道的交叉端与所述初级鞘流动通道交叉。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述第二电极位于所述二级鞘流动通道内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，还包括：
表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；和
马达，其构造成使所述表面相对于所述排放出口横向移动。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，还包括：
表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；和
马达，其构造成使所述排放出口相对于所述表面横向移动。
8.根据权利要求6或7所述的设备，还包括：
附着到所述表面的膜，其中所述膜的直接面对所述排放出口的区域是干的，直到被从所述排放出口离开的流出物润湿，其中所述流出物包含分析物，由此将所述流出物通过毛细作用带入到所述膜中以将所述分析物固定在所述膜中。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括：
连接到所述表面的真空歧管，其中所述真空歧管构造成将所述膜附着到所述表面并将所述分析物固定在所述膜中。
10.根据权利要求3所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且其中所述设备还包括：
有机溶剂储器；和
连接到所述有机溶剂储器的第二压力源，其中所述一个或多个流动通道中的一个是将所述有机溶剂储器与所述出口通道连接的三级鞘流动通道，并且其中所述三级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述二级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。
11.根据权利要求4所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且其中所述设备还包括：
有机溶剂储器；和
连接到所述有机溶剂储器的第二压力源，其中所述一个或多个流动通道中的一个是将所述有机溶剂储器与所述出口通道连接的三级鞘流动通道，并且其中所述三级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述初级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。
12.根据权利要求10或11所述的设备，还包括：
表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；
马达，其构造成使所述表面相对于所述排放出口横向移动；和
连接到所述表面的第三电极，其中所述第三电极构造成将流出物从所述排放出口电喷射到所述表面。
13.根据权利要求10或11所述的设备，还包括：
表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；
马达，其构造成使所述排放出口相对于所述表面横向移动；和
连接到所述表面的第三电极，其中，所述第三电极构造成将流出物从所述排放出口电喷射到所述表面。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的设备，还包括：
筛分凝胶，其中所述筛分凝胶在所述分离柱、所述初级鞘液储器和所述初级鞘流动通道内。
15.根据权利要求3或4所述的设备，还包括：
筛分凝胶，其中所述筛分凝胶在所述分离柱、所述初级鞘液储器和所述初级鞘流动通道内；和
二级鞘液，其中所述二级鞘液在所述二级鞘流动通道内。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述二级鞘液是筛分凝胶。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述二级鞘液的粘度低于所述筛分凝胶。
18.根据权利要求15所述的设备，其中，初级鞘液和二级鞘液中的一者或两者独立地包含一种或多种分析物改性剂。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述分析物改性剂中的一种或多种是蛋白质染色剂。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的设备，其中，所述分离柱和所述一个或多个流动通道集成在单个单块芯片上。
21.根据权利要求20所述的设备，还包括：
安装在芯片上的密封件，其位于所述一个或多个流动通道中的至少一个的入口端处。
22.根据权利要求3或4所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且其中所述设备还包括：
连接到所述二级鞘流动通道的第二压力源。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是喷墨式脉冲泵。
24.一种分离和分配分析物的方法，所述方法包括：
提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道，其中所述分离柱具有输入端和输出端，其中所述分离柱的输出端连接到所述出口通道，其中所述初级鞘流动通道与所述出口通道交叉，并且其中所述二级鞘流动通道与所述初级鞘流动通道交叉；
泵送初级鞘液通过所述初级鞘流动通道；
使二级鞘液通过所述二级鞘流动通道；
在所述分离柱的输入端与所述二级鞘流动通道之间施加电压，其中所述电压足以将分析物电泳通过所述分离柱并进入所述出口通道；
将所述分析物混入泵送的初级鞘液中以形成流出物；以及
将所述流出物喷射到表面上。
25.一种分离和分配分析物的方法，所述方法包括：
提供分离柱、初级鞘流动通道、二级鞘流动通道和出口通道，其中所述分离柱具有输入端和输出端，其中所述出口通道具有上游端和下游端，其中所述分离柱的输出端连接到所述出口通道的上游端，其中所述初级鞘流动通道与所述出口通道交叉，并且其中所述二级鞘流动通道在所述出口通道的下游端与所述初级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉；
泵送初级鞘液通过所述初级鞘流动通道；
使二级鞘液通过所述二级鞘流动通道；
在所述分离柱的输入端与所述二级鞘流动通道之间施加电压，其中所述电压足以使分析物电泳通过所述分离柱并进入所述出口通道；
将所述分析物混入泵送的初级鞘液中；
在通过的流体内稀释泵送的初级鞘液中的分析物以形成流出物；以及
将所述流出物喷射到表面上。
26.根据权利要求24或25所述的方法，还包括：
通过毛细作用将所述流出物带到附着到所述表面的膜中以将所述分析物固定在所述膜中。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
利用连接到所述表面的真空歧管将所述膜附着到所述表面并将所述分析物固定在所述膜中。
28.根据权利要求24-27中任一项所述的方法，其中，所述二级鞘液为所述初级鞘液。
29.根据权利要求24-27中任一项所述的方法，其中，所述二级鞘液的粘度低于所述初级鞘液，并且其中所述二级鞘液的流速高于所述初级鞘液的流速。
30.根据权利要求24所述的方法，还包括：
提供三级鞘流动通道，其中所述三级鞘流动通道在出口柱的下游端与所述初级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉；
使有机溶剂流过所述三级鞘流动通道；以及
使流过的有机溶剂与所述流出物混合。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括：
提供三级鞘流动通道，其中所述三级鞘流动通道在出口柱的下游端与所述二级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉；
使有机溶剂流过所述三级鞘流动通道；以及
使流过的有机溶剂与所述流出物混合。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其中，所述混合包括形成喷射混合物，并且其中所述方法还包括：
在所述有机溶剂与所述表面之间施加电压，其中所述喷射包括所述喷射混合物的电喷射。
33.根据权利要求30-32中任一项所述的方法，还包括：
独立地调节所述初级鞘液、二级鞘液和有机溶剂的流速以便控制所述流出物中的初级鞘液、二级鞘液和有机溶剂的浓度。
34.根据权利要求24-33中任一项所述的方法，还包括：
将一种或多种分析物改性剂独立地引入通过的初级鞘液和二级鞘液中的一者或两者中；以及
在所述出口通道中由所述一种或多种分析物改性剂将所述分析物改性。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述分析物改性剂中的一种或多种是蛋白质染色剂。
36.根据权利要求24-35中任一项所述的方法，其中，使用压力源使所述二级鞘液通过所述二级鞘流动通道。
37.根据权利要求24-36中任一项所述的方法，其中，使用马达使所述表面相对于所述出口通道横向移动。
38.根据权利要求24-36中任一项所述的方法，其中，使用马达使所述出口通道相对于所述表面横向移动。
39.根据权利要求24-38中任一项所述的方法，其中，所述初级鞘液包含选自由右旋糖酐、琼脂糖凝胶、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二氧化硅颗粒及其组合组成的列表的材料。
40.根据权利要求24-39中任一项所述的方法，其中，所述二级鞘液包含选自由水、十二烷基硫酸钠、缓冲液、琼脂糖凝胶、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二氧化硅颗粒、有机溶剂及其组合组成的列表的材料。
41.根据权利要求24-40中任一项所述的方法，其中，所述有机溶剂包含选自由乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙醇、丙醇、甲醇、硝基甲烷、甲苯及其组合组成的列表的材料。
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