CN109564188A - 微芯片电泳喷墨式分配 - Google Patents

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Abstract

提供了使用全都位于同一单块芯片上的微流控电泳柱、鞘液泵和出口通道来分离和分配材料的装置和方法。响应于电泳柱内的第一电极与集成到芯片中的终端电极之间的电压电势，材料在电泳柱中分离并进入出口室。终端电极可以在鞘液泵室、鞘液储器或单独的流动通道中，所述单独的流动通道连同电泳柱和鞘液泵室一起与出口通道交叉。鞘液到出口室内的流动将分离的分析物混入经由排放出口从出口室分配出去的流出物中。

Description

微芯片电泳喷墨式分配
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.62/372,244的权益，该临时申请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拨款1R43GM112289-01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Western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。
替代的分配技术，例如，材料的喷墨/喷液/喷出(inkjet)，可以解决一些上述问题。喷墨分配/喷墨式分配/喷液分配是一种成熟且易于理解的技术，其经常用于商业打印机(Martin等人，2008J.Physics:Conference Series 105:012001)。在过去几年中，喷墨技术/喷墨式技术//喷液技术已经用于越来越多的需要分配少量的、可控制量的流体的应用中(Derby 2010 Ann.Rev.Mat.Res.40:395)。
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。分离的材料从电泳柱输出到出口通道中。大量鞘液流经过出口通道并将分析物混入流出物中，该流出物经出口从出口通道排出。电泳柱、出口通道和鞘流泵中的每一者都集成在单个芯片上。电泳流由同样集成在芯片上的两个电极之间的电压电势驱动。终端电极可以位于单独的流动通道内，该流动通道也连接到出口通道，使得材料从电泳柱电泳地流向所述流动通道并进入出口通道。多个电泳柱可以集成在同一芯片上。单个公共流动通道内的终端电极可以用于与位于多个电泳柱内的多个电极产生多个电压电势。
一种提供的设备包括电泳柱，该电泳柱具有输入端和输出端，其中输入端具有构造成接收流体样品的开口。该设备还包括第一电极，其靠近电泳柱的输入端并与电泳柱的输入端流体连接。该设备还包括鞘液储器。该设备还包括连接到鞘液储器的泵室，其中泵包括脉冲泵元件。该设备还包括具有上游端和下游端的出口通道。上游端连接到泵室，下游端具有排放出口。电泳柱的输出端与出口通道交叉。该设备还包括与出口室流体连接的第二电极。
在一些实施例中，第二电极在泵室内。在一些实施例中，该设备还包括流动通道，其中该流动通道与出口通道交叉。在一些实施例中，第二电极在流动通道内或其上游。在一些实施例中，该设备还包含筛分基质，其中筛分基质在电泳柱内。
在一些实施例中，脉冲泵元件包括压电材料，该压电材料构造成使泵室的至少一部分变形。脉冲泵元件包括热阻元件/热电阻元件，该热阻元件/热电阻元件构造成当鞘液在泵室内时在鞘液中形成气泡。在一些实施例中，脉冲泵元件包括构造成交替地打开和关闭的电磁阀。在一些实施例中，电泳柱、泵室和出口通道集成在单个单块芯片上。
在一些实施例中，该设备还表面，其跨越与排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面。在一些实施例中，该设备还包括马达，该马达构造成使所述表面相对于排放出口横向移动。在一些实施例中，该设备还包括马达，该马达构造成使排放出口相对于所述表面横向移动。在一些实施例中，该表面包含疏水材料。在一些实施例中，该表面包含亲水材料。在一些实施例中，该表面包括印迹膜。在一些实施例中，该表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。在一些实施例中，该表面包括微量滴定板。
还提供了一种设备，其包括第一电泳柱和第二电泳柱。第一电泳柱具有第一输入端和第一输出端，第二电泳柱具有第二输入端和第二输出端。第一输入端具有构造成接收第一流体样品的第一开口，第二输出端具有构造成接收第二流体样品的第二开口。该设备还包括第一和第二电极。第一电极靠近第一电泳柱的第一输入端并与第一电泳柱的第一输入端流体连接，第二电极靠近第二电泳柱的第二输入端并与第二电泳柱的第二输入端流体连接。该设备还包括第一鞘液储器和第二鞘液储器。该设备还包括第一泵室和第二泵室。第一泵室连接到第一鞘液储器，第二泵室连接到第二鞘液储器。该设备还包括第一和第二脉冲泵元件。第一脉冲泵元件构造成使第一泵室的至少一部分脉冲地变形，第二脉冲泵元件构造成使第二泵室的至少一部分脉冲地变形。该设备还包括第一和第二出口通道。第一出口通道具有第一上游端和第一下游端，第二出口通道具有第二上游端和第二下游端。第一上游端连接到第一泵室，第二上游端连接到第二泵室。第一下游端具有第一排放出口，第二下游端具有第二排放出口。第一电泳柱的第一输出端与第一出口通道交叉，第二电泳柱的第二输出端与第二出口通道交叉。该装置还包括公共流动通道，其中公共流动通道与第一和第二出口通道交叉。该设备还包括在公共流动通道内的第三电极。
在一些实施例中，第一和第二电泳柱、第一和第二泵室、公共流动通道以及第一和第二出口通道集成在单个单块芯片上。
还提供了一种从电泳柱分配一种或多种分析物的方法。该方法包括在电泳柱的输入端与电泳柱的输出端之间施加电压电势，其中该电压电势延续到输出端外部并进入出口通道。电泳柱的输出端与出口通道交叉。出口通道具有上游端和下游端。出口通道的上游端连接到泵室，出口通道的下游端具有排放出口。泵室连接到鞘液储器。电压足以将一种或多种分析物从电泳柱的输入端电泳到电泳柱的输出端。该方法还包括使泵室充分脉冲变形以将鞘液从鞘液储器泵送到出口通道。该方法还包括将一种或多种分析物混入鞘液中以形成流出物。该方法还包括经出口通道的排放出口分配流出物。
在一些实施例中，电压电势延续到电泳柱的输出端之外，通过出口通道的一部分，并进入泵室。在一些实施例中，电压电势延续到电泳柱的输出端之外，通过出口通道的一部分，并进入流动通道，其中流动通道与出口通道交叉。
在一些实施例中，所述分配产生一个或多个液滴。在一些实施例中，所述分配产生料流。在一些实施例中，该方法还包括使分配的流出物与一表面接触。在一些实施例中，该方法还包括使该表面相对于排放出口移动。在一些实施例中，该方法还包括使排放出口相对于该表面移动。在一些实施例中，该表面包含疏水材料。在一些实施例中，该表面包含亲水材料。在一些实施例中，该表面包括印迹膜。在一些实施例中，该表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。在一些实施例中，该表面包括微量滴定板。
还提供了一种从两个电泳柱分配两种或更多种分析物的方法。该方法包括在第一电泳柱的第一输入端与公共流动通道之间施加第一电压电势。第一电泳柱的第一输出端与第一出口通道交叉，并且公共流动通道与第一出口通道交叉。第一出口通道具有第一上游端和第一下游端。第一出口通道的第一上游端连接到第一泵室，第一出口通道的第一下游端具有第一排放出口。第一泵室连接到第一鞘液储器。第一电压足以将两种或更多种分析物中的一种或多种从第一电泳柱的第一输入端电泳到第一电泳柱的第一输出端。该方法还包括在第二电泳柱的第二输入端与公共流动通道之间施加第二电压电势。第二电泳柱的第二输出端与第二出口通道交叉，并且公共流动通道与第二出口通道交叉。第二出口通道具有第二上游端和第二下游端。第二出口通道的第二上游端连接到第二泵室，第二出口通道的第二下游端具有第二排放出口。第二泵室连接到第二鞘液储器。第二电压足以将两种或更多种分析物中的一种或多种从第二电泳柱的第二输入端电泳到第二电泳柱的第二输出端。该方法还包括使第一泵室充分脉冲变形以将第一鞘液从第一鞘液储器泵送到第一出口通道。该方法还包括使第二泵室充分脉冲变形以将第二鞘液从第二鞘液储器泵送到第二出口通道。该方法还包括将两种或更多种分析物中的一种或多种混入第一鞘液中以形成第一流出物，并且将两种或更多种分析物中的一种或多种混入第二鞘液中以形成第二流出物。该方法还包括经第一出口通道的第一排放出口分配第一流出物，并经第二出口通道的第二排放出口分配第二流出物。
在一些实施例中，每个分配步骤产生一个或多个液滴。在一些实施例中，每个分配步骤产生料流。在一些实施例中，该方法还包括使分配的第一和第二流出物与一表面接触。在一些实施例中，该方法还包括使该表面相对于第一和第二排放出口移动。在一些实施例中，该方法还包括使第一和第二排放出口相对于该表面移动。在一些实施例中，该表面包含疏水材料。在一些实施例中，该表面包含亲水材料。在一些实施例中，该表面包括印迹膜。在一些实施例中，该表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。在一些实施例中，该表面包括微量滴定板。
附图说明
图1示出了根据一个实施例并且具有在泵室上游的终端电极的微流控分离和分配装置。
图2示出了根据一个实施例并且具有在流动通道内的终端电极的微流控分离和分配装置。
图3示出了根据一个实施例并且具有两个电泳柱和在公共流动通道内的终端电极的微流控分离和分配装置。
图4示出了电泳柱、流动通道和出口通道之间的交点，其中该交点被构造为十字形。
图5示出了电泳柱、流动通道和出口通道之间的交点，其中该交点被构造为偏置十字形。
图6示出了电泳柱与出口通道之间的交点。
图7是根据一个实施例的从电泳柱分离和分配分析物的过程的流程图。
图8是根据一个实施例的从两个电泳柱分离和分配分析物的过程的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及从一个或多个微流控分离柱输出的材料的分配。通过使用喷墨式/喷液/喷配/喷出(inkjet)技术来分配材料，以将蛋白质或其它分离的分析物从分离柱“喷射”到表面上。喷墨式技术的使用降低了对表面基底的任何电气要求。
所公开的实施例可以用于使得能够在分子从分离柱洗脱时将分子高分辨率印迹到固体支承件上。印迹可以例如类似于蛋白质印迹。所公开的实施例可以以各种分配的液滴尺寸(例如，10皮升-10纳升)和频率(例如，0-10,000Hz)工作。在分离和分配过程中，生物分子不会破碎/分裂。分离柱可以在空间上与固体载体隔离，而不需要维持液体连接。可以以低体积消耗分配抗体和/或封阻剂。该分配过程和其它分配过程可以独立于任何分离过程操作。可以使用离散液滴进行印迹以保持分离度并实现新颖的检测策略。此外，疏水表面基底可以用于通过将分配的材料浓缩成较小的点尺寸来获得灵敏度。利用所公开的实施例还能够实现馏分收集操作。这些使用利用微流体分离的材料的馏分收集操作可以与通常与使用较大规模的色谱分析法分离的材料一起使用的普通馏分收集操作一样简单。微流体的使用可以进一步实现更快的分离、更好的分离度、更小样品量的使用、管道连接和系统内的“死体积”的消除以及大规模并行化的实现。
图1示出了根据一个实施例的微流控分离和分配设备。装置100中示出的是具有输入端102和输出端103的电泳柱101。输入端102具有构造成接收流体样品的开口104。第一电极105靠近电泳柱101的输入端102并与电泳柱101的输入端102流体连接。还示出了鞘液储器106和连接到鞘液储器的泵室107。脉冲泵元件108构造成使泵室107的至少一部分脉冲变形。还示出了具有上游端110和下游端111的出口通道109。出口通道109的上游端110连接到泵室107。出口通道109的下游端111具有排放出口112。电泳柱101的输出端103与出口通道109交叉。第二电极113与出口腔室109流体连接。
文中使用的术语“流体连接”是指两个或更多个封闭或半封闭容积之间使得一个容积内的流体可以流到每个其它容积的连接。以这种方式，互相流体连接的容积形成液压回路。应当理解，对于将要彼此流体连接的容积而言，流体不需要在容积中的任何一个中都存在。
图2示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配设备。图2的设备200类似于图1中所示的设备，还包括与出口通道202交叉的流动通道201。设备200的第二电极203在流动通道201内，而不是如图1所示在泵室204或鞘流储器205内。流动通道201与电泳柱206、泵室204和出口通道202在相同的单个单块芯片207上。
电泳柱可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，电泳柱的输入端和输出端的直径在约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。
第一电极和第二电极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，所述金属是金或铂。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。
鞘液储器的容积可以小于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。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。
泵室可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，泵室的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，泵室的直径为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。泵室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。泵室的直径可以在5μm与80μm之间、8μm与125μm之间、12μm与200μm之间、20μm 325μm之间或30μm与500μm之间的范围内。
脉冲泵元件可以通过传递能量或将能量转换成声波来改变泵室的物理特性。脉冲泵元件可以通过调节泵室上的机械应力来改变泵室的物理特性。脉冲泵可以是热喷墨式/喷出式/喷液式脉冲泵，其中脉冲泵元件是热电阻材料。脉冲泵可以包括构造成快速打开和关闭的电磁阀。脉冲泵元件可以具有可变形表面。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，泵可以影响鞘液从鞘液储器到出口通道的压力驱动的流动。
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。
出口通道可以沿着其从上游端到下游端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，使得靠近排放出口的出口通道的横截面直径小于靠近电泳柱的输出端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，出口区域仅靠近排放出口的部分呈锥形。呈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。呈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。在一个优选实施例中，出口通道基本上不呈锥形/不渐缩。
排放出口可以具有能够允许形成分配流体的液滴的任何形状。排放出口可以具有圆形或卵形形状。排放出口可以具有三角形、矩形或其它多边形形状。排放出口形状可以具有两个或更多个对称轴线。排放出口可以沿三个轴线对称。排放出口的直径或主轴/长轴可以大于、等于或小于毛细管出口的直径。在一些实施例中，排放出口的直径在约5μm至约200μm的范围内。排放出口的直径可以在约5μm与约500μm之间的范围内。排放出口的直径例如可以在约5μm与约80μm之间、约10μm与约125μm之间、约15μm与约200μm之间、约20μm与约300μm之间或约30μm与约500μm之间的范围内。排放出口的直径可以在约20μm与约60μm之间、约25μm与约70μm之间、约30μm与约85μm之间、约35μm与约100μm之间或约40μm与约125μm之间。在一些实施例中，排放出口的直径是约50μm。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。
在一个优选实施例中，排放出口沿着出口通道的中心线定位。或者，排放出口可以偏离出口通道的中心线。优选地，至少出口通道的靠近排放出口的部分具有基本上光滑的表面。如本文所使用，术语“基本上光滑”是指完全或基本上没有诸如空隙、凸部、沟槽或脊状物的纹理的表面。表面可以具有较小的凹痕或凸起部分，或在制造期间未预期的其它缺陷，并且仍被认为是基本上光滑的。出口通道和排放出口的光滑度可以至少部分地取决于制造过程的方面(例如，抛光、切割、划线或激光作用)，并且可以影响从设备分配的液滴的形态。
图2的设备200的电泳柱206、泵室204和出口通道202可以全都位于单个单块芯片207上。芯片可以包含例如硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、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。
图2中还示出了表面208，其跨越与排放出口210的间隙209面对排放出口210定位。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，该表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。例如，该表面可以是金属板，其构造成接收含有MALDI样品的溶液的点样。在一些实施例中，该表面包括微量滴定板。例如，表面可以是微量滴定板的孔/井/孔井的内表面，或者可以是形成微量滴定板的6、24、96、384、1536个孔/井/孔井或其它数量的孔的阵列。
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，排放出口接触表面。在一些实施例中，表面跨越与排放出口的间隙面对排放出口定位，并且排放出口不接触表面。由于终端电极位于装置的芯片上，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，表面位于微量滴定板的孔/井/孔井内。微量滴定板可以包括多个孔/井/孔井的阵列。排列在微量滴定板上的孔/井/孔井的数量可以是例如6、24、96、384、1536、3456或9600或更多。
图2中还示出了构造成使表面208和芯片207中的一者或两者移动的马达211。该马达可以构造成使所述表面相对于排放出口横向移动。该马达可以构造成使排放出口相对于所述表面横向移动。该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。该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/采样或馏分收集。
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。
图2中还示出了作为表面208的可选元件的印迹膜212。在一些实施例中，表面是印迹膜，其可用于进行Western免疫测定或其它膜分析方法，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记/标签(例如，GFP(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所分配的材料的浓度将增加。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/分开。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，这些分配图案是电泳柱内的材料分离的连续线性或曲线形表示。
流出物可以包含分析物。在一些实施例中，流出物被芯吸/通过毛细作用带入到膜中。在一些实施例中，在将流出物芯吸/通过毛细作用带入到膜中时，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。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存在。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。
图2中还示出了在电泳柱206内的筛分基质213。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。
筛分基质可以含有基本上不均匀或基本上均匀的类别的孔径。筛分基质可以包含纳米颗粒、珠粒、大分子、胶体晶体、凝胶、聚合物溶液或其它介质。筛分基质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日公开的美国专利申请公开号No.2015/0279648A1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。
筛分基质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。
还提供了包括多个单独的分配单元的装置。分配单元可以配置成线性阵列。分配单元可以配置成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同一鞘液供应源。分配单元可以各自连接到不同鞘液供应源。
图3示出了根据一个实施例的另一微流控分离和分配设备。在装置300中示出了第一电泳柱301和第二电泳柱302。第一电泳柱301具有第一输入端303和第一输出端304，第二电泳柱302具有第二输入端305和第二输出端306。第一输入端303具有构造成接收第一样品的第一开口307，第二输入端305具有构造成接收第二样品的第二开口308。
图3中还示出了第一电极309和第二电极310。第一电极309靠近第一电泳柱301的第一输入端303并与第一电泳柱301的第一输入端303流体连接，第二电极310靠近第二电泳柱302的第二输入端305并与第二电泳柱302的第二输入端305流体连接。还示出了第一鞘液储器311和第二鞘液储器312。第一泵室313连接到第一鞘液储器311，第二泵室314连接到第二鞘液储器312。第一脉冲泵元件315构造成使第一泵室313的至少一部分脉冲地/有推动力地变形，第二脉冲泵元件316构造成使第二泵室314的至少一部分脉冲地变形。
图3中还示出了第一出口通道317和第二出口通道318。第一出口通道317具有第一上游端319和第一下游端320，第二出口通道318具有第二上游端321和第二下游端322。第一上游端319连接到第一泵室313，第二上游端321连接到第二泵室314。第一下游端320具有第一排放出口323，第二下游端322具有第二排放出口324。第一电泳柱301的第一输出端304与第一出口通道317交叉，第二电泳柱302的第二输出端306与第二出口通道318交叉。还示出了与第一出口通道317和第二出口通道318两者交叉的公共流动通道325。第三电极326在公共流动通道325内。在一些实施例中，并且如图3所示，第一电泳柱301和第二电泳柱302、第一泵室313和第二泵室314、第一出口通道317和第二出口通道318以及公共流动通道325中的每一者都集成在单个单块芯片327上。
公共流动通道可以由例如塑料或熔融二氧化硅形成。在一些实施例中，公共流动通道的直径在约5μm至约500μm的范围内。在一些实施例中，公共流动通道的直径为约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。公共流动通道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。公共流动通道的直径可以在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。
第三电极可以由任何导电材料或半导电材料形成。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。第三电极可以呈基本上圆柱形的形状，如在电线中那样。第三电极的形状可以是基本上扁平的，以增加它们的表面积。
尽管以上描述针对于使用两个柱来分配两种或更多种分析物的装置，但是应当理解，类似的装置可以包括三个或更多个柱以分配三种或更多种分析物。例如，装置可以包括三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或十个以上的柱。这种装置还可以包括多个鞘液储器、泵室和出口通道，其各自构造成与多个柱中的一个流体连接。这种装置还可以包括多个公共通道，每个公共通道都构造成与装置上的相邻的成对的出口通道连接。
图4示出了电泳柱401、流动通道402和出口通道403之间的交点，其中该交点被构造为十字形。位于电泳柱401内的第一电极404与位于流动通道402内的第二电极405之间的电压电势可以驱动分离的分析物407的电泳流406通过电泳柱401并进入出口通道403。泵408产生通过出口通道403并从排放出口410排出的总体流409。总体流409以流出物液滴411的形式扫去经过交叉点从排放出口410出来的分析物407。
图5示出了电泳柱501、流动通道502和出口通道503之间的不同交点，其中该交点被构造为偏移了的十字形。对于图5所示的构型，分离的分析物505的电泳流504使得分析物与图4所示的构型相比相对于总体流506的方向在出口通道503中进一步向上游行进。这可以增加分析物505在出口通道503内的停留时间。结果，更多的分析物505可以在每个流出物液滴508中从排放出口507扫出，而泵509构造成以比图4所示的装置构型更低的频度产生液滴。
图6示出了电泳柱601与出口通道602之间的不同交点。位于电泳柱601内的第一电极603与位于流动通道602内的第二电极604之间的电压电势可以驱动分离的分析物606的电泳流605通过电泳柱601并进入出口通道602。对于图6所示的构型，与图4和5中所示的构型相比，分析物可以相对于总体流607的方向在出口通道602中进一步向上游行进。这可以进一步增加分析物606在出口通道602内的停留时间。泵608可以构造成通过产生一个或多个流出物液滴609来周期性地清理出口通道602，以经排放出口610将累积的分析物606扫出。以这种方式，该装置可以在某种程度上类似于传统的馏分收集器，但具有更高的分离和拆分能力。
图7呈现了用于从电泳柱分配一种或多种分析物的方法700的流程图。在操作701中，在电泳柱的输入端与电泳柱的输出端之间施加电压电势。电压电势在输出端之外延续并进入出口通道。电泳柱的输出端与出口通道交叉，其中出口通道具有上游端和下游端。出口通道的上游端连接到泵室，出口通道的下游端具有排放出口。泵室连接到鞘液储器。电压足以将一种或多种分析物从电泳柱的输入端电泳到电泳柱的输出端。在操作702中，使泵室充分脉冲变形以将鞘液从鞘液储器泵送到出口通道。在操作703中，将一种或多种分析物混入鞘液中以形成流出物。在操作704中，经出口通道的排放出口分配流出物。
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。在称为电泳的技术中，电压的差异使分离柱中的分析物彼此分离。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。在一个提供的方法实施例中，等电聚焦步骤用于分离柱内的一种或多种分析物，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。
在一些实施例中，该方法还包括控制与泵室流体连接的鞘液储器中的鞘液的压力。在一些实施例中，该方法还包括控制与电泳柱流体连接的电泳溶液储器中的电泳溶液的压力。
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。
在一些实施例中，电压电势延续到电泳柱的输出端之外，通过出口通道的一部分，并进入泵室。在一些实施例中，电压电势延续到电泳柱的输出端之外，通过出口通道的一部分，并进入流动通道，其中流动通道与出口通道交叉。
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(或在约1纳升与1皮升之间)，或小于约1皮升(或在约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。
在一些实施例中，该方法还包括使分配的流出物与表面接触。在一些实施例中，该方法还包括使该表面相对于排放出口移动。在一些实施例中，该方法还包括使排放出口相对于该表面移动。表面可以是疏水材料或亲水材料。在一些实施例中，该表面包括印迹膜。
图8呈现了用于从两个电泳柱分配两种或更多种分析物的方法800的流程图。在操作801中，在第一电泳柱的第一输入端与公共流动通道之间施加第一电压电势。第一电泳柱的第一输出端与第一出口通道交叉，并且公共流动通道与第一出口通道交叉。第一出口通道具有第一上游端和第一下游端。第一出口通道的第一上游端连接到第一泵室，第一出口通道的第一下游端具有第一排放出口。第一泵室连接到第一鞘液储器。第一电压足以将两种或更多种分析物中的一种或多种从第一电泳柱的第一输入端电泳到第一电泳柱的第一输出端。
在操作802中，在第二电泳柱的第二输入端与公共流动通道之间施加第二电压电势。第二电泳柱的第二输出端与第二出口通道交叉，并且公共流动通道与第二出口通道交叉。第二出口通道具有第二上游端和第二下游端。第二出口通道的第二上游端连接到第二泵室，第二出口通道的第二下游端具有第二排放出口。第二泵室连接到第二鞘液储器。第二电压足以将两种或更多种分析物中的一种或多种从第二电泳柱的第二输入端电泳到第二电泳柱的第二输出端。
在操作803中，使第一泵室脉冲变形到足以将第一鞘液从第一鞘液储器泵送到第一出口通道。在操作804中，使第二泵室脉冲变形到足以将第二鞘液从第二鞘液储器泵送到第二出口通道。在操作805中，两种或更多种分析物中的一种或多种分析物混入/被夹带在第一鞘液中以形成第一流出物。在操作806中，两种或更多种分析物中的一种或多种分析物混入/被夹带在第二鞘液中以形成第二流出物。在操作807中，经第一出口通道的第一排放出口分配第一流出物。在操作808中，经第二出口通道的第二排放出口分配第二流出物。
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。
单个芯片上的电泳柱和排放出口的数量可以各自独立地为2或更多、3或更多、4或更多、5或更多、6或更多、7或更多、8或更多、9或更多、10或更多、15或更多、20或更多、25或更多、30或更多、35或更多、40或更多、45或更多、50或更多、60或更多、70或更多、80或更多、90或更多、或100或更多。在一些实施例中，单个芯片上的电泳柱和排放出口的数量是10或更多。在一些实施例中，单个芯片上的公共流动通道的数量是n-1，其中n是芯片上的电泳柱的数量。
该设备的每个储器可以独立地连接到芯片外的储器。芯片外的储器的容积可以比芯片上储器的容积大至少2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍或1000倍。在一些实施例中，电极可以位于芯片外的储器内。芯片外储器与设备的芯片上元件之间的电连续性可以通过连接管或通道来实现。设备的两个或更多个储器可以各自连接到公共的芯片外的储器。该设备的储器可以连接到两个或更多个芯片外的储器。设备的储器可以通过选择阀连接到两个或更多个芯片外的储器。选择阀可以构造成根据所选择的方法步骤来将所选择的芯片外的储器连接到芯片上储器。例如，可以针对与调节、清洁、废物处理、样品注入、样品分离或样品分配相关的步骤连接不同的芯片外的储器。
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，计算设备操作储器的压力、通过柱和通道的液体的流量、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“自动化的”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和/或压力源、用于搅拌或混合液体的机构以及加热或冷却单元。
应理解，除了所描述的那些流动通道、泵和储器之外，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相似流动通道、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提供第二构件。此外，对“第一”、“第二”或“第三”构件的提及并不将所提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。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)

1.一种微芯片电泳分配设备，包括：
电泳柱，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，其靠近所述电泳柱的输入端并与所述电泳柱的输入端流体连接；
鞘液储器；
连接到所述鞘液储器的泵室，其中所述泵室包括脉冲泵元件；
出口通道，其具有上游端和下游端，其中所述上游端连接到所述泵室，其中所述下游端具有排放出口，并且其中所述电泳柱的输出端与所述出口通道交叉；和
与所述出口通道流体连接的第二电极。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二电极在所述泵室内或在所述泵室的上游。
3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括：
流动通道，其中所述流动通道与所述出口通道交叉，并且其中所述第二电极在所述流动通道内。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述脉冲泵元件包含压电材料，所述压电材料构造成使所述泵室的至少一部分变形。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述脉冲泵元件包括热阻元件，所述热阻元件构造成当鞘液在所述泵室内时在所述鞘液中形成气泡。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述脉冲泵元件包括构造成交替地打开和关闭的电磁阀。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，所述电泳柱、泵室和出口通道集成在单个单块芯片上。
8.根据权利要求1-7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。
9.根据权利要求1-7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。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述表面包含疏水材料。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述表面包含亲水材料。
12.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述表面包括印迹膜。
13.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。
14.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述表面包括微量滴定板。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的设备，还包括：
筛分基质，其中所述筛分基质在所述电泳柱内。
16.一种微芯片电泳分配设备，包括：
第一电泳柱和第二电泳柱，其中所述第一电泳柱具有第一输入端和第一输出端，其中所述第二电泳柱具有第二输入端和第二输出端，其中所述第一输入端具有构造成接收第一流体样品的第一开口，并且其中所述第二输出端具有构造成接收第二流体样品的第二开口；
第一电极和第二电极，其中所述第一电极靠近所述第一电泳柱的第一输入端并与所述第一电泳柱的第一输入端流体连接，并且其中所述第二电极靠近所述第二电泳柱的第二输入端并与所述第二电泳柱的第二输入端流体连接；
第一鞘液储器和第二鞘液储器；
第一泵室和第二泵室，其中所述第一泵室连接到所述第一鞘液储器，其中所述第二泵室连接到所述第二鞘液储器，其中所述第一泵室包括第一脉冲泵元件，并且其中所述第二泵室包括第二脉冲泵元件；
第一出口通道和第二出口通道，其中所述第一出口通道具有第一上游端和第二下游端，其中所述第二出口通道具有第二上游端和第二下游端，其中所述第一上游端连接到所述第一泵室，其中所述第二上游端连接到所述第二泵室，其中所述第一下游端具有第一排放出口，其中所述第二下游端具有第二排放出口，其中所述第一电泳柱的第一输出端与所述第一出口通道交叉，并且其中所述第二电泳柱的第二输出端与所述第二出口通道交叉；
公共流动通道，其中所述公共流动通道与所述第一出口通道和所述第二出口通道交叉；和
在所述公共流动通道内的第三电极。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第一电泳柱、所述第二电泳柱、第一泵室、第二泵室、公共流动通道以及第一出口通道和第二出口通道集成在单个单块芯片上。
18.一种从电泳柱分配一种或多种分析物的方法，所述方法包括：
在电泳柱的输入端与所述电泳柱的输出端之间施加电压电势，其中所述电压电势延续到所述输出端之外并进入出口通道，其中所述电泳柱的输出端与所述出口通道交叉，其中所述出口通道具有上游端和下游端，其中所述出口通道的上游端连接到泵室，其中所述出口通道的下游端具有排放出口，其中所述泵室连接到鞘液储器，并且其中所述电压足以将一种或多种分析物从所述电泳柱的输入端电泳到所述电泳柱的输出端；
使所述泵室脉冲变形为足以将鞘液从所述鞘液储器泵送到所述出口通道；
将所述一种或多种分析物混入所述鞘液中以形成流出物；以及
经所述出口通道的排放出口分配流出物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述电压电势延续到所述电泳柱的输出端之外，通过所述出口通道的一部分，并进入所述泵室。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述电压电势延续到所述电泳柱的输出端之外，通过出口通道的一部分，并进入流动通道，其中所述流动通道与所述出口通道交叉。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中，所述经所述出口通道的排放出口分配流出物形成一个或多个液滴。
22.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中，所述经所述出口通道的排放出口分配流出物形成料流。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的方法，还包括：
使所分配的流出物与表面接触。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：
使所述表面相对于所述排放出口移动。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括：
使所述排放出口相对于所述表面移动。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中，所述表面包含疏水材料。
27.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中，所述表面包含亲水材料。
28.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中，所述表面包括印迹膜。
29.根据权利要求23-25中任一项所述的设备，其中，所述表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。
30.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中，所述表面包含微量滴定板。
31.一种从两个电泳柱分配两种或更多种分析物的方法，所述方法包括：
在第一电泳柱的第一输入端与公共流动通道之间施加第一电压电势，其中所述第一电泳柱的第一输出端与第一出口通道交叉，其中所述公共流动通道与所述第一出口通道交叉，其中所述第一出口通道具有第一上游端和第一下游端，其中所述第一出口通道的第一上游端连接到第一泵室，其中所述第一出口通道的第一下游端具有第一排放出口，其中所述第一泵室连接到第一鞘液储器，并且其中第一电压足以将所述两种或更多种分析物中的一种或多种分析物从所述第一电泳柱的第一输入端电泳到所述第一电泳柱的第一输出端；
在第二电泳柱的第二输入端与公共流动通道之间施加第二电压电势，其中所述第二电泳柱的第二输出端与第二出口通道交叉，其中所述公共流动通道与所述第二出口通道交叉，其中所述第二出口通道具有第二上游端和第二下游端，其中所述第二出口通道的第二上游端连接到第二泵室，其中所述第二出口通道的第二下游端具有第二排放出口，其中所述第二泵室连接到第二鞘液储器，并且其中第二电压足以将所述两种或更多种分析物中的一种或多种分析物从所述第二电泳柱的第二输入端电泳到所述第二电泳柱的第二输出端；
使所述第一泵室脉冲变形为足以将第一鞘液从所述第一鞘液储器泵送到所述第一出口通道；
使所述第二泵室脉冲变形为足以将第二鞘液从所述第二鞘液储器泵送到所述第二出口通道；
将两种或更多种分析物中的一种或多种分析物混入所述第一鞘液中以形成第一流出物；
将两种或更多种分析物中的一种或多种分析物混入所述第二鞘液中以形成第二流出物；
经所述第一出口通道的第一排放出口分配所述第一流出物；以及
经所述第二出口通道的第二排放出口分配所述第二流出物。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，每个分配步骤形成一个或多个液滴。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，每个分配步骤形成料流。
34.根据权利要求31-33中任一项所述的方法，还包括：
使所分配的第一流出物和第二流出物与表面接触。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括：
使所述表面相对于所述第一排放出口和第二排放出口移动。
36.根据权利要求34所述的方法，还包括：
使所述第一排放出口和第二排放出口相对于所述表面移动。
37.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述表面包含疏水材料。
38.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述表面包含亲水材料。
39.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述表面包括印迹膜。
40.根据权利要求34-36中任一项所述的设备，其中，所述表面包括基质辅助的激光解吸/电离(MALDI)板。
41.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述表面包含微量滴定板。
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