CN114354728A - 模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生化检测技术领域，具体为模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪及其使用方法，电泳仪外设部包括光检测模块和支撑架，毛细管电泳模块包括缓冲液池模块、电泳块和温控模块，缓冲液池模块包括第一、二缓冲液池和连接臂，电泳块包括条形盒体以及条形盒体内的毛细管柱，第一缓冲液池包括第一绝缘支撑块及其侧面和底面套装的聚增导光柱和第一电极，第二缓冲液池包括第二绝缘支撑块及其外侧面和顶面中部插装的四氟管、底面中部套装的第二电极，毛细管柱两端套装于第一、二绝缘支撑块的中心腔，毛细管柱靠近第一绝缘支撑块处设有金属镀层，金属镀层对应处设有激光通孔；简化了毛细管电泳仪结构，可操作性好，适宜用于微流控系统进样操作。
Description
技术领域
本发明涉及水生生物污染藻类核酸生化检测技术领域，具体为模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪及其使用方法。
背景技术
毛细管电泳仪，以毛细管为分离通道、高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度(单位电场强度下的迁移速度)和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法，广泛应用于生命科学、医药科学、化学、环境、生产过程监控、产品质检以及单细胞和单分子分析等领域的一类液相分离分析方法和技术的统称。
传统毛细管电泳仪基本原理是使待测样本在充满电泳液的石英毛细管中电泳，进而实现生化分析，所需毛细管柱长度较长以及仪器体积较大，且常规毛细管电泳常用的压力、虹吸和电动进样法大多需要复杂的机械操作，不适合用于微流控系统的进样操作。
发明内容
本发明的目的在于提供模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪及其使用方法，用于解决现有技术中毛细管电泳仪结构复杂、可操作性差，不适宜用于微流控系统进样操作的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，包括电泳仪外设部以及毛细管电泳模块，所述电泳仪外设部包括光检测模块和用于固定支撑所述毛细管电泳模块的支撑架；
所述毛细管电泳模块包括缓冲液池模块、电泳块和温控模块；
所述缓冲液池模块包括第一缓冲液池、第二缓冲液池和连接臂，所述连接臂的两端分别对应与所述第一缓冲液池内侧前后端以及所述第二缓冲液池内侧前后端可拆卸固定连接；
所述电泳块可拆卸固定连接于前后两个所述连接臂之间，所述电泳块包括条形盒体以及沿轴向设置于所述条形盒体中心腔内的毛细管柱；
所述温控模块可拆卸固定连接于所述电泳块底面靠近所述第二缓冲液池的一端；
所述第一缓冲液池包括第一绝缘支撑块、套装于所述第一绝缘支撑块侧面中部的聚增导光柱以及套装于所述第一绝缘支撑块底面中部的第一电极，所述聚增导光柱和第一电极的里端分别连通于所述第一绝缘支撑块的中心腔，所述第一绝缘支撑块前后壁对应于中心腔的位置分别插装有四氟管，所述第一绝缘支撑块顶面对应于中心腔的端口处套接有绝缘帽，所述聚增导光柱的外端与所述光检测模块的输入端连接；
所述第二缓冲液池包括第二绝缘支撑块、垂直插接于所述第二绝缘支撑块外侧面和顶面中部且与所述第二绝缘支撑块中心腔连通的四氟管以及套装于所述第二绝缘支撑块底面中部的第二电极，所述第二电极的里端连通于所述第二绝缘支撑块的中心腔；
所述毛细管柱的两端分别套装于所述第一绝缘支撑块和第二绝缘支撑块的中心腔处，所述毛细管柱靠近所述第一绝缘支撑块的位置设有金属镀层；
所述条形盒体顶底面对应于所述毛细管柱金属镀层的位置分别开设有激光通孔。
优选的，所述温控模块包括条形壳体以及沿轴向套装于所述条形壳体内的加热棒和检测单元，所述检测单元用于检测所述加热棒的加热量，所述条形壳体可拆卸固定连接于所述电泳块靠近所述第二绝缘支撑块的底部。
优选的，所述条形壳体的底面设置有散热片。
优选的，所述四氟管、毛细管柱靠近于所述第一绝缘支撑块和第二绝缘支撑块的端部分别套装有绝缘套。
优选的，所述毛细管柱的两端头分别搭在所述第一电极和第二电极端面中央凹槽的中心点位置。
优选的，所述毛细管柱与所述条形壳体之间设置有热传递缓冲垫。
优选的，所述第一电极与高压接地线之间设置有用于测量毛细管电泳电流的电流检测设备。
优选的，所述毛细管电泳模块各模块之间均采用螺栓缝合固定连接，且螺栓缝合面均设置有密封圈。
模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪的使用方法，包括以下步骤：
S1、毛细管柱的预处理；
首先，毛细管柱在首次使用前置于60℃的柱温箱中依次用1.0mol/L NaOH溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，1.0mol/L HCl溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，甲醇冲洗1h，最后在60℃柱温箱中用氮气吹干备用；
其次，毛细管柱在使用时，先依次用水、0.2mol/L HCl、水、0.2mol/LNaOH、水、1×TBE缓冲溶液进行冲洗；
再次，检测前，将毛细管柱中充满含有荧光染料的PVP溶液；
S2、通过四氟管向第一绝缘支撑块中心腔注满电泳缓冲液，通过缓冲液进样口加压，同时关闭缓冲液排液口，使电泳缓冲液沿着毛细管柱向第二绝缘支撑块的方向流动，以充满整个毛细管柱；
S3、通过四氟管向第二绝缘支撑块的中心腔定量注入待测核酸；
S4、对第一电机和第二电极通入电流，促使核酸定量进入毛细管柱的金属镀层段；
S5、关闭第二缓冲液池的样品进样口，通过缓冲液进样口进入电泳缓冲液，冲走多余待测核酸，通过缓冲液排口外排冲洗干净并使电泳缓冲液仅充满第二绝缘支撑块的中心腔；
S6、核酸定向移动至毛细管柱对应金属镀层段在激光通孔处受激光照射后激发出对应荧光，激发出的荧光沿着毛细管柱金属镀层段向第一绝缘支撑块方向进行全反射并经过聚增光导柱传递至光检测模块，传递出光信号的变化，电泳适当时间至完成电泳测试；
S7、使用清洗液冲洗第一绝缘支撑块中心腔、毛细管柱和第二绝缘支撑块中心腔至完全干净可进行下一次测试。
优选的，连续进行电泳检测时，先对毛细管柱依次用水、0.2mol/L NaOH、水、1×TBE缓冲溶液清洗，再将毛细管柱中充满含有荧光染料的PVP溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明涉及的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪采用模块化结构，结构精细、小巧，不仅便于携带，而且可操作性，安全性较高。
2.本发明涉及的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪的使用方法大大提高了毛细管电泳仪检测结果的稳定性和准确性。
附图说明
图1为本发明整体的立体结构示意图；
图2为本发明毛细管电泳模块的第一立体结构示意图；
图3为本发明毛细管电泳模块的第二立体结构示意图；
图4为本发明第一缓冲液池的第一立体结构示意图；
图5为本发明第一缓冲液池的第二立体结构示意图；
图6为本发明第二缓冲液池的第一立体结构示意图；
图7为本发明第二缓冲液池的第二立体结构示意图；
图8为本发明连接臂的立体结构示意图；
图9为本发明电泳块的立体结构示意图；
图10为本发明温控模块的立体结构示意图；
图11为本发明光检测信号分析输出的检测波形图。
图中：1-电泳仪外设部；11-光检测模块；12-支撑架；
2-毛细管电泳模块；
3-第一缓冲液池；31-第一绝缘支撑块；32-聚增导光柱；33-第一电极；34-绝缘帽；
4-第二缓冲液池；41-第二绝缘支撑块；42-第二电极；
5-电泳块；51-毛细管柱；52-条形盒体；
6-连接臂；
7-温控模块；71-条形壳体；72-加热棒；73-检测单元；74-缓冲垫；75-散热片；
8-四氟管
9-绝缘套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案，模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，包括电泳仪外设部1以及毛细管电泳模块2，电泳仪外设部1包括光检测模块11和用于固定支撑毛细管电泳模块2的支撑架12；
毛细管电泳模块2包括缓冲液池模块、电泳块5和温控模块7；
缓冲液池模块包括第一缓冲液池3、第二缓冲液池4和连接臂6，连接臂6的两端分别对应与第一缓冲液池3内侧前后端以及第二缓冲液池4内侧前后端可拆卸固定连接；
电泳块5可拆卸固定连接于前后两个连接臂6之间，电泳块5包括条形盒体52以及沿轴向设置于条形盒体52中心腔内的毛细管柱51；
温控模块7可拆卸固定连接于电泳块5底面靠近第二缓冲液池4的一端；
第一缓冲液池3包括第一绝缘支撑块31、套装于第一绝缘支撑块31侧面中部的聚增导光柱32以及套装于第一绝缘支撑块31底面中部的第一电极33，聚增导光柱32和第一电极33的里端分别连通于第一绝缘支撑块31的中心腔，第一绝缘支撑块31前后壁对应于中心腔的位置分别插装有四氟管8，第一绝缘支撑块31顶面对应于中心腔的端口处套接有绝缘帽34，聚增导光柱32的外端与光检测模块11的输入端连接；
第二缓冲液池4包括第二绝缘支撑块41、垂直插接于第二绝缘支撑块41外侧面和顶面中部且与第二绝缘支撑块41中心腔连通的四氟管8以及套装于第二绝缘支撑块41底面中部的第二电极42，第二电极42的里端连通于第二绝缘支撑块41的中心腔；
毛细管柱51的两端分别套装于第一绝缘支撑块31和第二绝缘支撑块41的中心腔处，毛细管柱51靠近第一绝缘支撑块31的位置设有金属镀层；
条形盒体52顶底面对应于毛细管柱51金属镀层的位置分别开设有激光通孔。
本实施例中，温控模块7包括条形壳体71以及沿轴向套装于条形壳体71内的加热棒72和检测单元73，检测单元73用于检测加热棒72的加热量，条形壳体71可拆卸固定连接于电泳块5靠近第二绝缘支撑块41的底部。
本实施例中，条形壳体71的底面设置有散热片75。
本实施例中，四氟管8、毛细管柱51靠近于第一绝缘支撑块31和第二绝缘支撑块41的端部分别套装有绝缘套9。
本实施例中，毛细管柱51的两端头分别搭在第一电极33和第二电极42端面中央凹槽的中心点位置。
本实施例中，毛细管柱51与条形壳体71之间设置有热传递缓冲垫。
本实施例中，第一电极33与高压接地线之间设置有用于测量毛细管电泳电流的电流检测设备。
本实施例中，毛细管电泳模块2各模块之间均采用螺栓缝合固定连接，且螺栓缝合面均设置有密封圈。
综上，采用毛细管柱51外部镀层使带有荧光的核酸在激光照射下，发生荧光现象，荧光在毛细管柱51内发生全反射，进行轴向传播，将核酸的信号传给光检测模块11，进行检测分析.检测仪根据相应信号，来判断目标核酸是否存在与含量多少，侧面反映水质污染程度多少。
模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪的使用方法，包括以下步骤：
S1、毛细管柱51的预处理；
首先，毛细管柱51在首次使用前置于60℃的柱温箱中依次用1.0mol/LNaOH溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，1.0mol/L HCl溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，甲醇冲洗1h，最后在60℃柱温箱中用氮气吹干备用；
其次，毛细管柱51在使用时，先依次用水、0.2mol/L HCl、水、0.2mol/LNaOH、水、1×TBE缓冲溶液进行冲洗；
再次，检测前，将毛细管柱51中充满含有荧光染料SYTOX Orange的4％(m/V)PVP溶液；
其中，对毛细管柱51进行短期保存时，可用4％(m/V)PVP溶液筛分介质溶液充满毛细管柱51，毛细管柱51两端缓冲池(第一绝缘支撑块31和第二绝缘支撑块41的中心腔)加适量超纯水，4℃环境保存；需要长时间保存时，可用超纯水冲洗毛细管柱51，排空后常温放置。
本实施例中，为了增强气密性，在各组件中均设有密封圈
S2、通过四氟管8向第一绝缘支撑块31中心腔注满电泳缓冲液，通过缓冲液进样口加压，同时关闭缓冲液排液口，使电泳缓冲液沿着毛细管柱51向第二绝缘支撑块41的方向流动，以充满整个毛细管柱51；
S3、通过四氟管8向第二绝缘支撑块41的中心腔定量注入待测核酸；
S4、对第一电机33和第二电极42通入电流，促使核酸定量进入毛细管柱51的金属镀层段；
S5、关闭第二缓冲液池的样品进样口，通过缓冲液进样口进入电泳缓冲液，冲走多余待测核酸，通过缓冲液排口外排冲洗干净并使电泳缓冲液仅充满第二绝缘支撑块41的中心腔；
S6、核酸定向移动至毛细管柱51对应金属镀层段在激光通孔处受激光照射后激发出对应荧光，激发出的荧光沿着毛细管柱51金属镀层段向第一绝缘支撑块31方向进行全反射并经过聚增光导柱32传递至光检测模块11，传递出光信号的变化，电泳适当时间至完成电泳测试；
S7、使用清洗液冲洗第一绝缘支撑块31中心腔、毛细管柱51和第二绝缘支撑块41中心腔至完全干净可进行下一次测试。
本实施例中，连续进行电泳检测时，先对毛细管柱51依次用水、0.2mol/LNaOH、水、1×TBE缓冲溶液清洗，再将毛细管柱51中充满含有荧光染料SYTOX Orange的4％(m/V)PVP溶液。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于，包括：
电泳仪外设部(1)以及
毛细管电泳模块(2)，所述电泳仪外设部(1)包括光检测模块(11)和用于固定支撑所述毛细管电泳模块(2)的支撑架(12)；
所述毛细管电泳模块(2)包括缓冲液池模块、电泳块(5)和温控模块(7)；
所述缓冲液池模块包括第一缓冲液池(3)、第二缓冲液池(4)和连接臂(6)，所述连接臂(6)的两端分别对应与所述第一缓冲液池(3)内侧前后端以及所述第二缓冲液池(4)内侧前后端可拆卸固定连接；
所述电泳块(5)可拆卸固定连接于前后两个所述连接臂(6)之间，所述电泳块(5)包括条形盒体(52)以及沿轴向设置于所述条形盒体(52)中心腔内的毛细管柱(51)；
所述温控模块(7)可拆卸固定连接于所述电泳块(5)底面靠近所述第二缓冲液池(4)的一端；
所述第一缓冲液池(3)包括第一绝缘支撑块(31)、套装于所述第一绝缘支撑块(31)侧面中部的聚增导光柱(32)以及套装于所述第一绝缘支撑块(31)底面中部的第一电极(33)，所述聚增导光柱(32)和第一电极(33)的里端分别连通于所述第一绝缘支撑块(31)的中心腔，所述第一绝缘支撑块(31)前后壁对应于中心腔的位置分别插装有四氟管(8)，所述第一绝缘支撑块(31)顶面对应于中心腔的端口处套接有绝缘帽(34)，所述聚增导光柱(32)的外端与所述光检测模块(11)的输入端连接；
所述第二缓冲液池(4)包括第二绝缘支撑块(41)、垂直插接于所述第二绝缘支撑块(41)外侧面和顶面中部且与所述第二绝缘支撑块(41)中心腔连通的四氟管(8)以及套装于所述第二绝缘支撑块(41)底面中部的第二电极(42)，所述第二电极(42)的里端连通于所述第二绝缘支撑块(41)的中心腔；
所述毛细管柱(51)的两端分别套装于所述第一绝缘支撑块(31)和第二绝缘支撑块(41)的中心腔处，所述毛细管柱(51)靠近所述第一绝缘支撑块(31)的位置设有金属镀层；
所述条形盒体(52)顶底面对应于所述毛细管柱(51)金属镀层的位置分别开设有激光通孔。
2.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于，所述温控模块(7)包括：
条形壳体(71)以及沿轴向套装于所述条形壳体(71)内的加热棒(72)和检测单元(73)，所述检测单元(73)用于检测所述加热棒(72)的加热量，所述条形壳体(71)可拆卸固定连接于所述电泳块(5)靠近所述第二绝缘支撑块(41)的底部。
3.根据权利要求2所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述条形壳体(71)的底面设置有散热片(75)。
4.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述四氟管(8)、毛细管柱(51)靠近于所述第一绝缘支撑块(31)和第二绝缘支撑块(41)的端部分别套装有绝缘套(9)。
5.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述毛细管柱(51)的两端头分别搭在所述第一电极(33)和第二电极(42)端面中央凹槽的中心点位置。
6.根据权利要求2所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述毛细管柱(51)与所述条形壳体(71)之间设置有热传递缓冲垫。
7.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述第一电极(33)与高压接地线之间设置有用于测量毛细管电泳电流的电流检测设备。
8.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪，其特征在于：所述毛细管电泳模块(2)各模块之间均采用螺栓缝合固定连接，且螺栓缝合面均设置有密封圈。
9.根据权利要求1所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、毛细管柱(51)的预处理；
首先，毛细管柱(51)在首次使用前置于60℃的柱温箱中依次用1.0mol/L NaOH溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，1.0mol/L HCl溶液冲洗3h，超纯水冲洗1h，甲醇冲洗1h，最后在60℃柱温箱中用氮气吹干备用；
其次，毛细管柱(51)在使用时，先依次用水、0.2mol/L HCl、水、0.2mol/L NaOH、水、1×TBE缓冲溶液进行冲洗；
再次，检测前，将毛细管柱(51)中充满含有荧光染料的PVP溶液；
S2、通过四氟管(8)向第一绝缘支撑块(31)中心腔注满电泳缓冲液，通过缓冲液进样口加压，同时关闭缓冲液排液口，使电泳缓冲液沿着毛细管柱(51)向第二绝缘支撑块(41)的方向流动，以充满整个毛细管柱(51)；
S3、通过四氟管(8)向第二绝缘支撑块(41)的中心腔定量注入待测核酸；
S4、对第一电机(33)和第二电极(42)通入电流，促使核酸定量进入毛细管柱(51)的金属镀层段；
S5、关闭第二缓冲液池的样品进样口，通过缓冲液进样口进入电泳缓冲液，冲走多余待测核酸，通过缓冲液排口外排冲洗干净并使电泳缓冲液仅充满第二绝缘支撑块(41)的中心腔；
S6、核酸定向移动至毛细管柱(51)对应金属镀层段在激光通孔处受激光照射后激发出对应荧光，激发出的荧光沿着毛细管柱(51)金属镀层段向第一绝缘支撑块(31)方向进行全反射并经过聚增光导柱(32)传递至光检测模块(11)，传递出光信号的变化，电泳适当时间至完成电泳测试；
S7、使用清洗液冲洗第一绝缘支撑块(31)中心腔、毛细管柱(51)和第二绝缘支撑块(41)中心腔至完全干净可进行下一次测试。
10.根据权利要求9所述的模块化微流控荧光检测毛细管电泳仪的使用方法，其特征在于：连续进行电泳检测时，先对毛细管柱(51)依次用水、0.2mol/L NaOH、水、1×TBE缓冲溶液清洗，再将毛细管柱(51)中充满含有荧光染料的PVP溶液。
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