CN111089888A - 分析设备、基于微流控芯片的电泳分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分析设备、基于微流控芯片的电泳分离方法及装置。本发明的分析设备包括：控制器、电源模块、电极单元、微流控芯片和电流检测电路；微流控芯片包括第一至第四样品池、交叉布置的第一管道和第二管道，电极单元包括分别插入第一至第四样品池中的第一至第四电极，电源模块分别与每个电极连接；电流检测电路检测通过第三电极和第四电极的电流值，并发送至控制器；电源模块向第一电极和第二电极施加电压，以使带电的样品和缓冲液在第一管道中移动；同时电源模块向第三电极和第四电极施加电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零。本发明的分析设备实现了对进样过程和分离过程的准确监控。

Description

分析设备、基于微流控芯片的电泳分离方法及装置

技术领域

本发明涉及分析仪器技术领域，特别是涉及一种分析设备、基于微流控芯片的电泳分离方法及装置。

背景技术

随着分析仪器不断扩大应用领域和现代分析技术的迅速成长，传统分析仪器费用高、消耗大和现场分析实时性差等缺点致使其在一些场合无法满足检测要求。微流控芯片技术应运而生，在微流控芯片上可以自动完成包括进样、稀释、分离、检测等整个化验室的功能，大大减少了试剂的消耗和费用，并大大提高了分析的速度与实时性。

微流控芯片电泳以微流控芯片通道为分离管道，以直流电源为动力。在分离微流控芯片通道的两端施加一定的电压，根据样品的体积大小、带电量、带电极性和亲和力等实现样品的分离，由于进样和分离的过程大都为不可见状态，因此往往无法准确的监控进样和分离过程的准确性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种分析设备、基于微流控芯片的电泳分离方法及装置，其能够更加准确的监控进样和分离过程的准确性。

第一方面，本发明提供了一种分析设备，包括：

控制器、电源模块、电极单元、微流控芯片和电流检测电路；

所述微流控芯片包括第一样品池、第二样品池、第三样品池、第四样品池、第一管道和第二管道，所述第一样品池和第二样品池通过第一管道连接，所述第三样品池和第四样品池通过第二管道连接，所述第一管道与所述第二管道交叉布置；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池；

所述电极单元包括分别插入第一样品池、第二样品池、第三样品池和第四样品池中的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述电源模块分别与每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端分别与第三电极和第四电极连接，所述电流检测电路的输出端与所述控制器连接，所述电流检测电路检测通过第三电极和第四电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器通过所述电源模块向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在第一管道中移动；

所述控制器还通过所述电源模块向第三电极和第四电极分别施加直流电压，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零。

可选的，所述电流检测电路的输入端分别与第一电极和第二电极连接，所述控制器还通过所述电流检测电路分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，所述控制器通过所述电源模块向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

可选的，所述电流检测电路包括检测通过第三电极电流值的第三电流检测电路和检测通过第四电极电流值的第四电流检测电路；

所述第三电流检测电路包括第三电阻，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中，所述控制器通过第三电流检测电路检测通过所述第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值；

所述第四电流检测电路包括第四电阻，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中，所述控制器通过第四电流检测电路检测通过所述第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值。

可选的，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池；所述电极单元还包括分别插入所述若干进样池中的若干进样池电极，所述电源模块分别与若干进样池电极中的每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端还分别与所述若干进样池电极连接，所述电流检测电路检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器还通过所述电源模块向所述若干进样池电极分别施加直流电压，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

可选的，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池；

所述电极单元还包括分别插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极，所述电源模块分别与若干进样废液池电极中的每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端还分别与所述若干进样废液池电极连接，所述电流检测电路检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器还通过所述电源模块向所述若干进样废液池电极分别施加直流电压，并分别调节所述若干进样废液池电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

第二方面，本申请还提供了一种基于微流控芯片的电泳分离方法，所述方法包括步骤：

向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

可选的，所述方法还包括步骤：

分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

可选的，所述方法还包括步骤：

检测通过第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值，其中，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中；

检测通过第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值，其中，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中。

可选的，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样池中的若干进样池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

可选的，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池废液电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

第三方面，本发明还提供了一种基于微流控芯片的电泳分离装置，所述装置包括：

第一控制模块，用于向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

第二控制模块，用于向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

在本发明中，在进样阶段，通过不断调节分离池和分离废液池中电极的电压，使通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，在分离阶段，通过不断调节进样池和进样废液池中电极的电压，使通过进样池和进样废液池电极的电流为零。可以在进样阶段由于通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在分离通道中移动，确保进样过程的准确性，还可以在分离阶段由于通过进样池电极和进样废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在进样通道中移动，确保分离过程的准确性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为在一个示例性实施例中示出的本发明分析设备的结构意图；

图2为在一个示例性实施例中示出的本发明分析设备中微流控芯片进样过程示意图；

图3为在一个示例性实施例中示出的本发明分析设备中微流控芯片分离过程示意图；

图4为在一个示例性实施例中示出的本发明分析设备的结构意图；

图5为在一个示例性的实施例中测量电极的电流大小和方向的原理示意图，

图6为在一个示例性实施例中示出的外部模数转换器电路结构示意图；

图7为在一个示例性实施例中示出的本发明基于微流控芯片的电泳分离方法的流程图；

图8为在一个示例性实施例中示出的本发明基于微流控芯片的电泳分离方法的流程图；

图9为在一个示例性实施例中示出的本发明基于微流控芯片的电泳分离装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动，称为电泳(electrophoresis,EP)。本发明的基于微流控芯片的电泳分离方法，利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离。微流控芯片通常包括多个进样池和废液池，导致电泳通道状况复杂，由于带电粒子在电场中的移动通常不可见，因此，现有技术中无法检测带电粒子是否按设定的通道移动。

请参阅图1，图1为一个示例性的实施例中的分析设备的结构示意图，分析设备100包括控制器110、电源模块120、电极单元、微流控芯片140和电流检测电路150。

所述微流控芯片包括第一样品池141、第二样品池142、第三样品池143、第四样品池144、第一管道145和第二管道146，所述第一样品池141和第二样品池142通过第一管道146连接，所述第三样品池143和第四样品池144通过第二管道146连接，所述第一管道145与所述第二管道146交叉布置。所述第一样品池141为进样池、第二样品池142为进样废液池、第三样品池143为分离池、第四样品池144为分离废液池，或，所述第一样品池141为分离池、第二样品池142为分离废液池、第三样品池143为进样池、第四样品池144为进样废液池。

所述电极单元包括分别插入第一样品池141、第二样品池142、第三样品池143和第四样品池144中的第一电极131、第二电极132、第三电极133和第四电极134，所述电源模块120分别与每个电极连接，并用于根据控制器110的指令，分别为每个电极提供电压。

所述电流检测电路150的输入端分别与第三电极133和第四电极134连接，所述电流检测电路150的输出端与所述控制器110连接，所述电流检测电路检测通过第三电极133和第四电极134的电流值I3和I4，并发送至控制器110；在本实施例中，如图1所示，电流检测电路150可以是包括检测通过第三电极133的第三电流I3的第三电流检测电路153和检测通过第四电极134的第四电流I4的第四电流检测电路154，第三电流检测电路153和第四电流检测电路154的输入端分别与第三电极133和第四电极134连接，输出端连接至所述控制器110。

所述控制器110用于根据用户操作，或根据预设程序向电源模块120发送电压控制指令，所述电压控制指令包括设定电压值，所述电源模块120根据设定电压值向第一电极至第四电极分别施加设定值的电压。

以所述第一样品池141为进样池、第二样品池142为进样废液池、第三样品池143为分离池、第四样品池144为分离废液池，第一管道145为进样管道，第二管道146为分离管道为例，本发明微流控芯片中电泳的工作原理为：

如果第一样品池141中样品和缓冲液的极性为阳性，即溶液带正电荷，则样品和缓冲液从第一样品池141向外流出时，通过第一电极131的电流I1的方向为进样池141朝向第一管道145的方向，也即电流I1的方向为电源模块120流向第一电极131的方向；当样品和缓冲液流入第一样品池141时，电流I1的方向为第一管道145朝向进样池141的方向，也即电流I1的方向为第一电极131流向电源模块120的方向。如果第一样品池141中溶液的极性为阴性，上述电流方向则相反第二样品池142、第三样品池143、第四样品池144所对应的样品和缓冲液的流动方向和电流方向的关系与进样池141相同，因此不再赘述。

本发明分析设备的工作过程为：

在进样阶段，如图2所示，所述控制器110通过电源模块120在第一电极131和第二电极132分别施加不同的直流电压，以在进样管道145两端形成电压差，使第一样品池141中的样品和缓冲液从第一样品池141中流出，并经第一管道145流向第二样品池142。如果样品和缓冲液带正电荷，则可以是向第一电极131施加比第二电极132更高的电压，例如向第一电极131施加400V直流电压，并向第二电极132施加0V电压，则第一样品池141中的样品和缓冲液在电场的作用下，从第一样品池141经第一管道145流向第二样品池142。

同时，所述控制器110还通过所述电源模块120向第三电极133和第四电极134分别施加直流电压，并分别不断调节第三电极133和第四电极134的直流电压，以使通过第三电极133和第四电极134的电流值分别为零，从而使第三样品池143、第四样品池144即分离池和分离废液池中无样品和缓冲液流入或留出。

如果样品和缓冲液带负电荷，则可以是向第一样品池141中施加比第二样品池142更低的电压，例如向第一电极131施加0V电压，并向第二电极132施加400V直流电压。

在分离阶段，如图3所示，所述控制器110通过电源模块120在第三电极133和第四电极134分别施加不同的直流电压，以在第二管道146两端形成电压差，使第一管道中145的样品和缓冲液在第二管道146中分离。如果样品和缓冲液带正电荷，则可以是向第一电极131施加比第二电极132更高的电压，向第三电极133施加1200V直流电压，向第四电极134施加0V电压，以在分离管道145两端形成电压差，使样品和缓冲液按设定的分离方向在第二管道中移动。如果样品和缓冲液带负电荷，则可以是向第四电极134施加比第三电极133更高的电压，向第三电极133施加0V直流电压，向第四电极134施加1200V电压。

同时，所述控制器110还通过所述电源模块120向第一电极131和第二电极132分别施加直流电压，并分别不断调节第一电极131和第二电极132的直流电压，以使通过第一电极131和第二电极132的电流值分别为零，从而使第一管道145中无溶液流动。

如果所述第一样品池141为分离池、第二样品池142为分离废液池、第三样品池143为进样池、第四样品池144为进样废液池、第一管道145为分离管道，第二管道146为进样管道，则上述的进样过程则为阶段则为分离阶段，上述的分离阶段即为进样阶段，工作过程基本相同。

本发明所述的分析设备，在进样阶段，通过不断调节分离池和分离废液池中电极的电压，使通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，在分离阶段，通过不断调节进样池和进样废液池中电极的电压，使通过进样池和进样废液池电极的电流为零。可以在进样阶段由于通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在分离通道中移动，确保进样过程的准确性，还可以在分离阶段由于通过进样池电极和进样废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在进样通道中移动，确保分离过程的准确性。

在一个示例性的实施例中，本发明的分析设备还通过检测电流值来确定样品和缓冲液的流动方向，以及控制样品和缓冲液的流动速度，电流的方向表征了样品和缓冲液的流动方向，而电流的大小则表征了样品和缓冲液的流动速率快慢。

如图1所示，所述电流检测电路150还包括检测通过第一电极131的电流I1的第一电流检测电路151、检测通过第二电极132的电流I2的第二电流检测电路152，所述控制器110还通过第一电流检测电路151和第二电流检测电路152检测电流I1和电流I2的方向。

控制器110检测电流I1的方向是否为从电源模块120流向第一电极131，即可判断样品和缓冲液的流动方向是否为从第一样品池141中流出，而检测电流I2的方向是否为从第二电极132流向电源模块120，则可以判断样品和缓冲液的流动方向是否为流进第二样品池142，所述控制器110检测电流I2的大小，则可以判断样品和缓冲液从第一样品池141流入第二样品池142的流动速度。

所述控制器110通过所述电源模块120向所述第一电极131和第二电极132分别施加不同的直流电压，并不断调整该直流电压，使电流I1和I2方向与设定方向相同，同时也使样品和缓冲液的流动方向与设定方向相同，同时还可以调节样品和缓冲液的流动速率，可以实现对进样过程与分离过程的进一步准确监控。

同理，在其他例子中，所述控制器还通过第三电流检测电路153和第四电流检测电路154检测电流I3和I4的方向。

在一个示例性的实施例中，所述第一电流检测电路151包括串接于电源模块120与第一电极131之间的第一电阻，所述第二电流检测电路152包括串接于电源模块120与第二电极132之间的第二电阻，所述第三电流检测电路153包括串接于电源模块120与第三电极133之间的第三电阻，所述第四电流检测电路154包括串接于电源模块120与第四电极134之间的第四电阻，所述控制器110通过第一电流检测电路151至第四电流检测电路154分别检测通过所述第一电阻至第四电阻的电流获取通过第一电极131至第四电极134的电流值和电流方向。

如图4所示，本发明分析设备还可以是多通道分析设备，即微流控芯片还可以是包括进样通道，即包括多个至少两个进样池和至少一个进样废液池，所有的进样池和进样废液池共用一个进样管道，每个进样池通过进样管道与其对应的进样废液池之间形成一个样品和缓冲液的进样通道，从而形成多通道的微流控芯片，可以实现一次性轮流分析多个样品。

本发明并不限制多通道微流控芯片中进样池和进样废液池的数量，多通道微流控芯片可以是包括任意数量的进样通道，例如，在其他例子中，进样池的数量还可以是其他任意数量，例如两个，或十六个等，进样废液池的数量也可以是一个，或更多。

在图4中，分析设备200包括控制器210、电源模块220、电极单元、微流控芯片240和电流检测电路250。

所述微流控芯片240包括多个进样池2411-2416、两个进样废液池2421-2422、分离池243、分离废液池244、进样管道245和分离管道246，其中，多个进样池和两个进样废液池分别通过分支管道与进样管道245连接，分离池243和分离废液池244分别与分离管道246的两端连接，进样管道245和分离管道246交叉布置。

进样池和进样废液池的布置方式可以是如图4所示的平均分布于分离管道246的两侧，具体的，进样池2411-2413与进样废液池2421分布于分离管道246的一侧，进样池2414-2416与进样废液池2422分布于分离管道246的另一侧，进样池2411-2413分别通过分支管道和进样管道245与进样废液池2422形成进样通道，进样池2414-2416分别通过分支管道和进样管道246与进样废液池2421形成进样通道，分离池243通过分离管道246与分离废液池244形成分离通道。在其他例子中，进样池和进样废液池还可以是其他的布置方式，例如进样池和进样废液池分别布置于分离通道的两侧等。

电极单元包括分别插入进样池2411-2416中的第一至第六电极23a-23f、分别插入进样废液池2421-2422中的第七至第八电极23g-24h，分别插入分离池243和分离废液池244中的第九和第十电极23i-23j。电源模块220分别与电极单元中的每个电极连接，并根据控制器210的指令，分别为每个电极提供电压。

电流检测单元包括检测通过第一至第十电极23a-23j的第一至第十电流检测电路25a-25j。所述第一至第十电流检测电路分别设置于电源模块与第一至第十电极的供电回路中，所述第一至第十电流的方向分别表征了进样池2411-2416、进样废液池2421-2422、分离池243和分离废液池244中溶液的流动方向。

所述控制器210用于根据用户指令向电源模块220发送电压控制命令，所述电压控制命令包括设定电压参数，所述电源模块220根据设定电压参数向第一至第十电极分别施加设定的电压，所述控制器210还接收所述第一至第十电流检测电路所检测的第一至第十电流信号。

本发明的多通道分析设备200与单通道分析设备100的工作原理较为类似，区别在于，在某一通道进样时，不但要控制分离管道中无样品和缓冲液流动，还要控制其他的进样通道无样品和缓冲液流动，也即控制其他进样池和进样废液池中插入的电极的电流为零。

下面以进样池2411的进样过程为例，对本发明的多通道微流控芯片的分析仪器的进样过程和分离过程进行说明：

在进样阶段，电源模块220根据控制器210的指令，在第一电极23a和第八电极23h分别施加电压，以在进样池2411和进样废液池2422两端形成电压差，使进样池2411中的样品和缓冲液在电场的作用下从进样池2411中流出，并经分支管道和进样管道245流向进样废液池2422。

所述控制器210通过第一电流检测电路25a检测通过第一电极23a的电流方向，从而可以判断样品和缓冲液的流动方向是否为从进样池2411中流出，所述控制器210通过第八电流检测电路25h检测通过第八电极23h的电流方向，从而可以判断样品和缓冲液的流动方向是否为流入进样废液池2422，从而所述控制器210通过检测电流值确定样品和缓冲液的流动方向为从进样池2411中流出，并流入进样废液池2422，在这过程中，所述控制器210通过不断调整电源模块220输出至第一电极23a和第二电极23h的电压，使通过第一电极23a和第八电极23h的电流大小和电流方向符合预设值。

在一些例子中，还可以是根据样品和缓冲液的极性预先设置电流的方向，则控制器分别检测第一电流的方向和第八电流的方向是否与预设的电流方向相同，即可判断样品和缓冲液的流动方向是否为从进样池141中流出，以及是否为流入进样废液池2422。

在进样阶段，控制分离管道246和其他的进样通道中无样品和缓冲液流动的方式可以是控制通过插入分离池、分离废液池以及其他进样池和进样废液池的电极电流为零，即控制通过第二至第七电极23b-23h、第九至第十电极23i-23j的电流为零。

具体的过程为：控制器210控制电压模块220分别向第二至第七电极23b-23g、第九至第十电极23i-23j施加初始电压，并分别检测通过第二至第七电极23b-23g、第九至第十电极23i-23j的电流大小，控制器210通过不断调节电压模块220分别施加的电压，使通过第二至第七电极23b-23g、第九至第十电极23i-23j的电流分别为零。

在分离阶段，电源模块220向第九电极23i和第十电极23j分别施加电压，以在分离管道245两端形成电压差，使样品和缓冲液按设定的分离方向在分离管道中移动。并通过分别检测通过第九电极23i和第十电极23j的电流方向，可以判断样品和缓冲液是否按设定的分离方向分离，从而所述控制器210通过检测电流值确定样品和缓冲液的流动方向为从分离池243中流出，并流入分离废液池244，在这过程中，所述控制器210通过不断调整电源模块220输出至第九电极23i和第十电极23j的电压，使通过第九电极23i和第十电极23j的电流大小和电流方向符合预设值。

在分离阶段，控制所有的进样通道中无样品和缓冲液流动的方式可以是控制通过插入所有进样池和进样废液池中电极电流为零，即不断调整插入所有进样池和进样废液池中电极的电压，以控制通过第一至第八电极23a-23h的电流为零。

具体的过程为：控制器210控制电压模块220分别向第一至第八电极23a-23h施加初始电压，并分别检测通过第一至第八电极23a-23h的电流大小，控制器210通过不断调节电压模块220分别向第一至第八电极23a-23h施加的电压，使通过第二至第七电极23b-23g、第九至第十电极23i-23j的电流分别为零。

如图5所示，图5为在一个示例性的实施例中测量电极的电流大小和方向的原理示意图，以测量第一电极的电流为例，本发明中的电流采样电路包括串联在电源模块与电极的供电回路中的采样电阻R1，电流采样电路通过测量通过该采样电阻R1的电流大小和方向，获取通过电极的电流大小和方向。

具体的，电流检测电路由图5中所示的电阻分压网络和图6中所示的外部模数转换器组成。电阻分压网络包括串联在电源模块与电极的供电回路中的采样电阻R1，还包括依次串联的电阻R3、R5、R7和依次串联的电阻R2、R4、R6，其中，电阻R3、R5、R7依次串联后，一端连接至电阻R1和电源模块之间，另一端接地，电阻R2、R4、R6依次串联后，一端连接至电阻R1和电极之间，一端接地。

电阻分压网络还包括两个电压采样电路，分别检测采样电阻R4和R5两端的电压，得到采样电压1和采样电压2，两个采样电压分别通过差分方式输入到16位外部模数转换器转换成数字量，然后模数转换器通过SPI通信将数字量传输到控制器进行计算，计算过程是一种反推的过程，通过采样电压反推得出A点和B点的电压从而得到采样电阻R1两端的电压。根据电阻R1两端的电压和R1的电阻，便能计算出通过电阻R1的电流的大小和方向，根据通过电阻R1的电流的方向以及进样池中样品和缓冲液的极性，便可判断进样池中样品和缓冲液的流动方向。

其中，外部模数转换器选用TM7705，TM7705是实现16位无丢失代码性能，0.003％非线性，具有自校准功能、缓冲能力和数字滤波功能。

TM7705硬件设计如图6所示,其中SCLK、CS(D)、RESET、DRDY(D)、DOUT和DIN与控制器相连。需要指出的是，不对RESET引脚进行控制TM7705依然可以正常工作，不过可能会出现端口迷失的情况。考虑系统的可靠性，控制RESE引脚定时复位TM7705以防止端口迷失。TM7705的外围电路为TM7705提供主时钟信号的晶振和基准电压源。

TM7705输出电压的稳定性与基准电压源的稳定性有直接关系，其基准电压微小的波动都可能造成TM7705输出电压误差，因为输入TM7705的是小信号，微小的波动会造成输出电压比较大的误差，本电流检测电路采用超精密基准AD780为TM7705提供基准电压。

另外，高压模块是高频开关电源，输出电压难免混杂有高频纹波，采样电压1和采样电压2输入到外部模数转换器前需要进行滤波，以减少高频纹波对采样电压的干扰。TM7705内置低通数字滤波器，由于TM7705的超采样率，大部分宽频噪声都可以被滤除[41-42]。TM7705的使用省去滤波电路的使用，大大减少了电路的复杂度与PCB layout的难度。

由电流检测电路得到一个电流值的数字量后，将数字量送到控制器处理，在其他例子中，一路采样电路也可以作为电压反馈，调节高压电源的输出。

本发明的多通道分析仪器，控制器根据检测的电流值，通过调节各电极的输出电压值，控制进样通道和分离通道内电流的大小和方向，使样品和缓冲液按设计的通道走向流通，避免各样品在进样和分离相互污染。

基于上述分析设备的实施例，本发明还提供一种基于微流控芯片的电泳分离方法，如图7所示，所述方法由上述分析设备中实施例中的控制器在进样阶段执行包括如下步骤：

步骤S701：向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

步骤S702：向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

在一个示例性的实施例中，所述方法还包括步骤：

分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

在一个示例性的实施例中，如图8所示，所述方法还包括步骤：

检测通过第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值，其中，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中；

检测通过第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值，其中，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中。

在一个示例性的实施例中，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样池中的若干进样池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

在一个示例性的实施例中，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池废液电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

与前述基于微流控芯片的电泳分离方法相对应，本发明还提供一种基于微流控芯片的电泳分离装置，所述装置可以是安装于任何智能终端，例如，可以具体为计算机、手机、平板电脑、交互式智能平板、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、电子书阅读器、多媒体播放器等。本发明的基于微流控芯片的电泳分离装置在进样阶段，通过不断调节分离池和分离废液池中电极的电压，使通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，在分离阶段，通过不断调节进样池和进样废液池中电极的电压，使通过进样池和进样废液池电极的电流为零。可以在进样阶段由于通过分离池电极和通过分离废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在分离通道中移动，确保进样过程的准确性，还可以在分离阶段由于通过进样池电极和进样废液池电极的电流为零，使样品和缓冲液不会在进样通道中移动，确保分离过程的准确性。

在一个示例性的实施例中，如图9所示，所述基于微流控芯片的电泳分离装置900包括：

第一控制模块901，用于向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

第二控制模块902，用于向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

在一个示例性的实施例中，所述装置900还包括：

第一电流方向控制模块，用于分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

在一个示例性的实施例中，所述装置900还包括：

第三电流值检测模块，用于检测通过第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值，其中，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中；

第四电流值检测模块，检测通过第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值，其中，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中。

在一个示例性的实施例中，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池，所述装置900还包括：

待进样池电极控制模块，用于向插入所述若干进样池中的若干进样池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

在一个示例性的实施例中，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池，所述装置900还包括：

待进样废液池电极控制模块，向插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池废液电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种分析设备，其特征在于，包括：

控制器、电源模块、电极单元、微流控芯片和电流检测电路；

所述微流控芯片包括第一样品池、第二样品池、第三样品池、第四样品池、第一管道和第二管道，所述第一样品池和第二样品池通过第一管道连接，所述第三样品池和第四样品池通过第二管道连接，所述第一管道与所述第二管道交叉布置；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池；

所述电极单元包括分别插入第一样品池、第二样品池、第三样品池和第四样品池中的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述电源模块分别与每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端分别与第三电极和第四电极连接，所述电流检测电路的输出端与所述控制器连接，所述电流检测电路检测通过第三电极和第四电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器通过所述电源模块向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在第一管道中移动；

所述控制器还通过所述电源模块向第三电极和第四电极分别施加直流电压，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零。

2.根据权利要求1所述的分析设备，其特征在于：

所述电流检测电路的输入端分别与第一电极和第二电极连接，所述控制器还通过所述电流检测电路分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，所述控制器通过所述电源模块向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

3.根据权利要求1所述的分析设备，其特征在于：

所述电流检测电路包括检测通过第三电极电流值的第三电流检测电路和检测通过第四电极电流值的第四电流检测电路；

所述第三电流检测电路包括第三电阻，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中，所述控制器通过第三电流检测电路检测通过所述第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值；

所述第四电流检测电路包括第四电阻，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中，所述控制器通过第四电流检测电路检测通过所述第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值。

4.根据权利要求1所述的分析设备，其特征在于：

所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池；所述电极单元还包括分别插入所述若干进样池中的若干进样池电极，所述电源模块分别与若干进样池电极中的每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端还分别与所述若干进样池电极连接，所述电流检测电路检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器还通过所述电源模块向所述若干进样池电极分别施加直流电压，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

5.根据权利要求4所述的分析设备，其特征在于：

所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池；

所述电极单元还包括分别插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极，所述电源模块分别与若干进样废液池电极中的每个电极连接；

所述电流检测电路的输入端还分别与所述若干进样废液池电极连接，所述电流检测电路检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并发送至控制器；

所述控制器还通过所述电源模块向所述若干进样废液池电极分别施加直流电压，并分别调节所述若干进样废液池电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

6.一种基于微流控芯片的电泳分离方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

7.根据权利要求6所述的基于微流控芯片的电泳分离方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

分别检测通过第一电极和第二电极的电流方向，向所述第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以调节所述带电的样品和缓冲液在所述第一管道中的流动方向和流动速度。

8.根据权利要求6所述的基于微流控芯片的电泳分离方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

检测通过第三电阻的电流值获取通过第三电极的电流值，其中，所述第三电阻串接于电源模块与第三电极的供电回路中；

检测通过第四电阻的电流值获取通过第四电极的电流值，其中，所述第四电阻串接于电源模块与第四电极的供电回路中。

9.根据权利要求6所述的基于微流控芯片的电泳分离方法，其特征在于，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样池中的若干进样池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池电极的电压，以使通过所述若干进样池电极的电流值分别为零。

10.根据权利要求9所述的基于微流控芯片的电泳分离方法，其特征在于，所述微流控芯片还包括与第一管道连接的若干进样废液池，所述方法还包括步骤：

向插入所述若干进样废液池中的若干进样废液池电极分别施加直流电压，检测通过若干进样废液池电极中的每个电极的电流值，并分别调节所述若干进样池废液电极的电压，以使通过所述若干进样废液池电极的电流值分别为零。

11.一种基于微流控芯片的电泳分离装置，其特征在于，所述装置包括：

第一控制模块，用于向第一电极和第二电极分别施加不同的直流电压，以使带电的样品和缓冲液在连通第一样品池和第二样品池的第一管道中移动，其中，所述第一电极和第二电极分别为插入至微流控芯片中第一样品池和第二样品池的电极；

第二控制模块，用于向第三电极和第四电极分别施加直流电压，检测通过第三电极和第四电极的电流，并分别调节第三电极和第四电极的直流电压，以使通过第三电极和第四电极的电流值分别为零，其中，所述第三电极和第四电极分别为插入至微流控芯片中第三样品池和第四样品池的电极，所述第三样品池和所述第四样品池通过与第一管道交叉布置的第二管道连通；所述第一样品池为进样池、第二样品池为进样废液池、第三样品池为分离池、第四样品池为分离废液池，或，所述第一样品池为分离池、第二样品池为分离废液池、第三样品池为进样池、第四样品池为进样废液池。

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