CN115884831A - 具有用于样本雾化的气体通道的微流体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了用于从微流体装置的流体通道执行样本雾化的方法、装置和系统。本文公开的系统或装置可以包括微流体装置，所述微流体装置包括气体通道，所述气体通道用于在微流体装置的流体出口处使样本雾化。在一些情况下，所公开的装置可以被设计为执行等电聚焦，并且然后使用与雾化联接的电喷雾离子化以将样本引入质谱仪中来对分离的分析物进一步表征。所公开的方法、装置和系统通过等电点提供对蛋白质分析物混合物或其它生物分子的快速且准确的分离和表征。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年4月28日提交的、题名为“Microfluidic Devices withGas Channels for Sample Nebulization”的美国专利申请No.63/016,880的优先权。该‘880申请通过引用整体并入本文。
背景技术
基于分析物的固有品质将分析物组分从更复杂的分析物混合物中分离并且提供针对该品质的状态所富集的多组级分(fraction)是分析化学的关键部分。以这种方式简化复杂的混合物降低了下游分析的复杂性。然而，当试图将已知的富集方法和/或装置与分析设备和/或技术(例如，质谱分析法)相结合时，会出现并发症。例如，一种将样本引入质谱仪中的方法是电喷雾离子化(ESI)。然而，在ESI中，较大液滴的形成会引入污染物并且对质谱分析法的分析性能产生负面影响。
发明内容
在此认识到，需要有用于在样本引入质谱仪中之前和期间减小液滴尺寸和减少污染的方法、装置和系统。本文公开了用于样本处理和表征的方法、装置和系统及其各种用途。在第一方面中，本公开涉及用于对分析物混合物中的分析物执行分离和表征的方法、装置和系统，并且更具体地涉及在电喷雾离子化之前或期间使样本雾化的装置(及其相关方法和系统)。在第二方面中，本公开涉及微流体装置(及其相关方法和系统)，所述微流体装置被设计为执行一个或多个分离反应(例如，等电聚焦)并且随后使分离的分析物活动化(mobilization)、雾化和电喷雾离子化以用于通过质谱分析法进行表征。
本文提供了实现改进的用于对分析物混合物中的分析物分离和分析的定量性能的方法、装置和系统，这在生物医学研究、临床诊断和药物制造中具有潜在应用。例如，监管机构要求对生物药物和候选药物(例如，蛋白质)进行严格表征。本文描述的方法和装置可以适用于表征蛋白质和/或其它分析物。在一些情况下，本文描述的方法和装置可以涉及表征分析物混合物，其中，执行一个或多个富集步骤以将分析物混合物分离成富集的分析物级分。在一些情况下，本文描述的方法和装置可以涉及执行一个或多个富集步骤以将分析物混合物分离成多路复用形式的富集的分析物级分来用于样本的高通量表征。在一些情况下，本文描述的方法和装置涉及表征分析物混合物，其中，执行一个或多个富集步骤以将分析物混合物分离成富集的分析物级分，所述富集的分析物级分后来经由电喷雾离子化接口被引入质谱仪中。在一些情况下，本文描述的方法和装置包括在电喷雾离子化期间使用一个或多个气体通道以使样本雾化，由此减小引入分析仪器(例如，质谱仪)中的样本的液滴尺寸。在一些情况下，本文描述的方法和装置包括使用一个或多个微流体装置，所述一个或多个微流体装置包括一个或多个气体通道以在电喷雾离子化期间使样本雾化。所公开的方法和装置可以提供对分析物分离和表征的便利性、再现性和/或分析性能的改进。
在一方面中，本文公开了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：a)基底，其中，所述基底包括：i)流体通道，所述流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及ii)气体通道，所述气体通道包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部，所述气体出口孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻；其中，在所述流体通道的所述远侧端部与所述气体通道的所述远侧端部之间的角在约0度至约30度的范围内。
在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角或尖端上。在一些实施例中，所述气体出口孔口被布置在与所述电喷雾离子化孔口相邻的所述基底的边缘上。在一些实施例中，所述基底包括两个或更多个气体通道，所述两个或更多个气体通道中的每个都包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部。在一些实施例中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻。在一些实施例中，所述角在约10度至约20度的范围内。在一些实施例中，所述角为约15±5度。在一些实施例中，所述气体出口孔口被配置为执行从所述电喷雾离子化孔口驱排的溶液的雾化。在一些实施例中，所述微流体装置包括三个或更多个气体通道，所述三个或更多个气体通道中的每个都包括布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻的气体出口孔口。在一些实施例中，所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述基底内，并且所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述微流体芯片的辅助部件内，所述辅助部件被定位成与所述基底相邻，使得所述至少一个气体通道不位于与所述基底相同的平面内。在一些实施例中，布置在所述辅助部件内的所述三个或更多个气体通道中的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于与所述基底的平面基本垂直的平面中并且对称地围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口相邻。在一些实施例中，布置在所述辅助部件内的所述三个或更多个气体通道中的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于相对于所述基底的平面旋转的一个或多个平面中并且以径向对称的成对方式围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口相邻。在一些实施例中，所述流体通道包括分离通道。在一些实施例中，所述微流体芯片被配置为在所述流体通道中对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦或电泳分离。在一些实施例中，所述流体通道具有在约20μm至约600μm的范围内的宽度。在一些实施例中，所述流体通道具有在约10μm至约100μm的范围内的深度。在一些实施例中，所述流体通道具有在约0.25cm至约30cm的范围内的长度。在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口具有基本正方形、矩形、圆形、卵形或菱形的横截面。在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口具有在约10μm至约100μm的范围内的最大横截面尺寸。在一些实施例中，所述气体通道具有在约20μm至约200μm的范围内的宽度。在一些实施例中，所述气体通道具有在约10μm至约100μm的范围内的深度。在一些实施例中，所述气体通道具有在约0.2cm至约20cm的范围内的长度。在一些实施例中，所述气体出口孔口具有基本正方形、矩形、圆形、卵形或菱形的横截面。在一些实施例中，所述气体出口孔口具有在约10μm至约50μm的范围内的最大横截面尺寸。在一些实施例中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的100μm内。在一些实施例中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的50μm内。在一些实施例中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的10μm内。在一些实施例中，所述基底由玻璃、硅、聚合物或其任何组合制造。
在本公开的另一方面中，本文提供了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：a)基底，其中，所述基底包括：i)两个或更多个具有不同长度的气体通道，每个所述气体通道都被配置为将气体输送到气体出口孔口；其中，所述两个或更多个气体通道中的至少一个的尺寸沿着其长度的一部分被调节，使得所述两个或更多个气体通道中的每个都具有大约相同的流体动力流动阻力。
在一些实施例中，所述两个或更多个气体通道中的至少一个的横截面积沿着其长度的一部分被调节。在一些实施例中，所述两个或更多个气体通道的长度的最小差异在约1cm至约10cm的范围内。在一些实施例中，所述两个或更多个气体通道的长度的最大差异在约1cm至约10cm的范围内。在一些实施例中，所述基底还包括流体通道，所述流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部。在一些实施例中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻并且被配置为执行从所述电喷雾离子化孔口驱排的溶液的雾化。在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角上。在一些实施例中，所述两个或更多个气体出口孔口被布置在与所述电喷雾离子化孔口相邻的所述基底的边缘上。在一些实施例中，所述流体通道包括分离通道。在一些实施例中，所述微流体芯片被配置为执行等电聚焦或电泳分离。在一些实施例中，所述气体是雾化器气体。在一些实施例中，所述雾化器气体包括空气、氮气、氧气、一氧化二氮、氟乙烷、氦气、氩气、甲醇或其任何组合。在一些实施例中，所述微流体芯片还包括在其上布置有所述电喷雾离子化孔口的、所述基底的边缘的或所述基底的拐角的至少一部分上的疏水涂层。
在又一方面中，本文公开了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：基底，其中，所述基底包括：i)流体通道，所述流体通道包括与流体入口端口流体连通的近侧端部和与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及ii)至少两个气体通道，所述至少两个气体通道中的每个都包括与气体入口端口流体连通的近侧端部和与气体出口孔口流体连通的远侧端部；其中，所述至少一个流体入口端口和所述至少两个气体入口端口沿着所述基底的第一边缘布置。
在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口被定位在所述基底的第二边缘上。在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口被定位在不包括所述第一边缘的所述基底的拐角上。在一些实施例中，所述基底具有小于约2.0mm的厚度。在一些实施例中，所述流体通道包括被配置为执行电泳分离的分离通道。在一些实施例中，所述流体通道包括被配置为执行等电聚焦分离的分离通道。在一些实施例中，所述基底包括第一分离通道和第二分离通道，其中，所述第一分离通道的远侧端部与所述第二分离通道的近侧端部流体连通，并且其中，所述第二分离通道的远侧端部与所述电喷雾离子化孔口流体连通。在一些实施例中，所述第一分离通道被配置为执行色谱分离，其中，所述第二分离通道被配置为执行电泳分离。在一些实施例中，所述第一分离通道被配置为执行色谱分离，并且其中，所述第二分离通道被配置为执行等电聚焦分离。在一些实施例中，所述流体通道包括分离通道，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦分离，并且所述基底还包括活动化电解质通道，所述活动化电解质通道与所述分离通道的远侧端部流体连通并且被配置为在所述分离通道的远侧端部处提供活动化电解质的电泳引入。
在又一方面中，本文公开了一种用于从微流体芯片执行电喷雾离子化的方法，所述方法包括：a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：i)至少一个流体通道，所述至少一个流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及ii)至少一个气体通道，所述至少一个气体通道被配置为将气体输送到与所述电喷雾离子化孔口相邻的气体出口孔口；b)使溶液流过所述至少一个流体通道，使得从所述电喷雾离子化孔口驱排所述溶液；以及c)使气体流过所述至少一个气体通道，使得从所述气体出口孔口驱排所述气体；其中，所述基底的温度由流过所述至少一个气体通道的所述气体的温度控制。
在一些实施例中，所述气体的温度在约4℃至约100℃的范围内。在一些实施例中，所述基底的温度在约10℃至约50℃的范围内。在一些实施例中，所述基底的平均温度被保持在30±5℃处。在一些实施例中，所述至少一个流体通道包括分离通道。在一些实施例中，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦分离。在一些实施例中，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行电泳分离。在一些实施例中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时所实现的电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于1.0％的标准误差波动来表征。在一些实施例中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时，电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于0.1％的标准误差波动来表征。
在又一方面中，本文公开了一种用于提供稳定的电喷雾离子化性能的方法，所述方法包括：a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：(i)流体通道，所述流体通道具有与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部，以及(ii)气体通道，所述气体通道具有与气体出口孔口流体连通的远侧端部；b)使溶液流过所述流体通道；c)使气体流过所述气体通道；以及d)控制所述气体的流速和所述溶液的流速，使得所述气体的体积流速和所述溶液的体积流速的比率在1000:1至1000000:1的范围内。在一些实施例中，所述气体的体积流速和所述溶液的体积流速的比率在10000:1至1000000:1的范围内。在一些实施例中，所述气体的体积流速和所述溶液的体积流速的比率在10000:1至500000:1的范围内，并且更具体地在10000:1至300000:1的范围内。
在一些实施例中，所述溶液的流动由压力、重力、电动力或其任何组合控制。在一些实施例中，所述气体的流动由压缩气体源提供。在一些实施例中，所述溶液的体积流速小于25μL/min。在一些实施例中，所述微流体芯片包括两个或更多个气体通道，每个所述气体通道都包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部，并且其中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻。在一些实施例中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角上。在一些实施例中，所述一个或多个气体出口孔口被公开为在所述基底的边缘上与所述电喷雾离子化孔口相邻。在一些实施例中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时所实现的电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于1.0％的标准误差波动来表征。在一些实施例中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时，电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于0.1％的标准误差波动来表征。
在又一方面中，本文公开了一种用于提供稳定的电喷雾离子化性能的方法，所述方法包括：a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：(i)流体通道，所述流体通道具有与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部，以及(ii)气体通道，所述气体通道具有与气体出口孔口流体连通的远侧端部；b)使溶液流过所述流体通道；c)使气体流过所述气体通道；以及d)控制所述气体的流速和所述溶液的流速，使得在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率在100:1至1000000:1的范围内。在一些实施例中，在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率为500:1至5000:1。
在一些实施例中，在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率为1000:1至3000:1。
在又一方面中，本文提供了一种微流体盒筒，所述微流体盒筒包括：a)微流体芯片，所述微流体芯片包括布置在所述微流体芯片的边缘上的至少一个流体端口和至少两个气体端口；以及b)微流体盒筒部件，所述微流体盒筒部件与所述微流体芯片流体连通并且被配置为包围所述微流体芯片的至少一部分，所述微流体盒筒部件包括至少一个流体端口和至少两个气体端口，所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口对准所述微流体芯片的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口。
在一些实施例中，所述微流体盒筒还包括一个或多个弹性体部件，所述一个或多个弹性体部件布置在所述微流体芯片的边缘与所述微流体盒筒的表面之间；并且其中，所述一个或多个弹性体部件在力施加时在所述微流体芯片的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口与所述微流体盒筒部件的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口之间形成基本防泄漏的密封。在一些实施例中，所述微流体芯片的所述边缘具有小于约2.0mm的厚度。在一些实施例中，所述微流体芯片的所述边缘具有为约1±0.1mm的厚度。
在又一方面中，本文公开了一种系统，所述系统包括：a)微流体盒筒，所述微流体盒筒包括两个或更多个流体端口并且被配置为是可从所述系统去除的；以及b)仪器，所述仪器包括两个或更多个流体互连件；其中，所述两个或更多个流体互连件中的每个都被配置为在对包括所述两个或更多个流体互连件和所述微流体盒筒的所述两个或更多个流体端口的组件施加力时在所述仪器的流体管线与所述微流体盒筒的流体端口之间提供基本防泄漏的流体联接，并且其中，当在所述两条或更多条流体管线中的两条内的相对流体压力发生至少10倍的变化时，维持所述基本防泄漏的流体联接。
在一些实施例中，当在所述两条或更多条流体管线中的两条内的相对流体压力发生至少100倍的变化时，维持所述基本防泄漏的流体联接。在一些实施例中，所述两个或更多个流体互连件中的每个都包括独立的弹簧加载的配件。在一些实施例中，所述独立的弹簧加载的配件包括平坦面的密封配件，所述平坦面的密封配件与所述微流体盒筒中的包括孔的流体端口相配合。
通过引用并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用整体并入本文，其在程度上与每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指示以通过引用整体并入本文的程度相同。如果本文中的术语与并入的参考文献中的术语发生冲突，则以本文中的术语为准。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中被具体地阐述。通过参考以下阐述说明性实施例的详细描述以及附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在所述说明性实施例中利用了本发明的原理，其中：
图1A提供根据本公开的一方面的、包括用于多个等电聚焦反应的多个通道的微流体芯片的非限制性示意图。
图1B提供根据本公开的另一方面的、用于执行分离反应并且包括电喷雾尖端的示例性微流体芯片的流体通道网络的非限制性示意图。
图2A至图2B提供微流体芯片的非限制性示意图，所述微流体芯片包括气体通道和分离通道，其中入口端口被定位在装置的边缘处。图2A示出微流体芯片的占用面积(footprint)。图2B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。
图3A至图3D提供本文描述的微流体芯片的可变方面(例如，设计参数)的非限制性示意图。图3A示出在流体通道的远侧端部与气体通道的远侧端部之间的角。图3B示出气体出口孔口的直径。图3C示出在流体通道的远侧端部与气体通道的远侧端部之间的接近性。图3D示出在微流体芯片的边缘与气体通道的远侧端部之间的角。
图4A至图4B提供微流体芯片的一种设计的显微图的非限制示例，所述微流体芯片包括基底，所述基底包括与流体通道(例如，分离通道的端部)相邻的对称气体通道。图4A示出微流体芯片的一种设计的显微图。图4B示出微流体芯片的另一种设计的显微图。
图5A至图5C提供包括分离通道和气体通道的示例微流体芯片的附加非限制性示意图。图5A示出微流体芯片的占用面积。图5B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。图5C示出流体通道和气体出口孔口的等距视图。
图6A至图6C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的另一个示例的附加非限制性示意图。图6A示出微流体芯片的占用面积。图6B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。图6C示出流体通道和气体出口孔口的等距视图。
图7A至图7C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。图7A示出微流体芯片的占用面积。图7B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。图7C示出流体通道和气体出口孔口的等距视图。
图8A至图8C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。图8A示出微流体芯片的占用面积。图8B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。图8C示出流体通道和气体出口孔口的等距视图。
图9A至图9B提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图，其中入口端口处于本文描述的基底的相对边缘上。图9A示出微流体芯片的占用面积。图9B示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的视图。
图10A至图10C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。图10A示出微流体芯片的占用面积。图10B和图10C示出流体通道和气体出口孔口的自上而下的放大图。
图11A至图11C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。图11A示出微流体芯片的占用面积。图11B和图11C分别示出气体入口部分和远侧出口部分的等距放大图。
图12A至图12D提供微流体芯片的各种远侧端部(尖端)的示例示意图(图12A至图12C)和图像(图12D)。图12A示出具有气体孔口和流体孔口的未定形(unshaped)尖端的示意图。图12B示出具有气体孔口和流体孔口的分面(faceted)形尖端的示意图。图12C示出具有气体孔口和流体孔口的倒圆形尖端的示意图。图12D示出具有气体孔口和流体孔口的分面形尖端的图像。
图13提供在电喷雾离子化期间包括流体出口通道和对称气体通道的微流体芯片的流体孔口的示例图像。
图14A至图14B提供在电喷雾离子化期间包括流体出口通道和对称气体通道的微流体芯片的流体孔口的附加示例图像。图14A示出在电喷雾离子化孔口附近的照明的图像。图14B示出在电极板附近的照明的图像。
图15提供数值模拟的结果的示例，其说明在本文描述的装置的流体出口通道孔口周围的气体流动速度。面板A示出用于本文描述的装置的模拟结果。面板B示出用于本文描述的另一个装置的模拟结果。面板C示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板“同心”示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板D示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板E示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板F示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板G示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。
图16提供数值模拟的结果的示例，其说明在本文描述的装置的流体出口通道孔口周围的气体剪切速率。面板A示出用于本文描述的装置的模拟结果。面板B示出用于本文描述的另一个装置的模拟结果。面板C示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板“同心”示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板D示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板E示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板F示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板G示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。
图17提供数值模拟的结果的示例，其说明在本文描述的装置的流体出口通道孔口周围的速度场。面板A示出用于本文描述的装置的模拟结果。面板B示出用于本文描述的另一个装置的模拟结果。面板C示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板“同心”示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板D示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板E示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。
图18提供数值模拟的结果的示例，其说明在本文描述的装置的流体出口通道孔口周围的气体压力场。面板A示出用于本文描述的装置的模拟结果。面板B示出用于本文描述的另一个装置的模拟结果。面板C示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板“同心”示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板D示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板E示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板F示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。面板G示出用于本文描述的又一个装置的模拟结果。
图19示出根据与电喷雾尖端相距的距离比较用于多种装置设计的气体压力的图表。
图20A至图20E示意性地示出用于微流体盒筒与仪器之间的接口及其部件的设计。图20A示出分解图。图20B示出组装单元的视图。图20C示出在卸载位置中的组件的剖视图。图20D示出在接触位置中的组件的剖视图。图20E示出在密封配置中的组件的剖视图。
图21A至图21C示意性地示出微流体盒筒与仪器之间的接口的装配组件的透视图。图21A示出在卸载位置中的组件的透视图。图21B示出在接触位置中的组件的透视图。图21C示出在密封配置中的组件的透视图。
图22A至图22C示意性地示出一种用于将微流体芯片和盒筒部件连接以组装微流体盒筒的设计，在所述微流体盒筒中接口包括弹性体部件。图22A示意性地示出固定到盒筒的微流体芯片。图22B示出弹性体部件的示意图。图22C示出一组连接的弹性体部件的示意图。
图23示出本文描述的软件架构系统的示例。
图24示出本文描述的集成系统的示例框图。
图25示出本文描述的另一个集成系统的示例框图。
具体实施方式
本文公开了用于在将样本引入分析仪器(例如，质谱仪)中时使样本雾化的方法、装置和系统。本文公开的一种或多种方法、装置和系统可以另外地包括对分析物混合物执行等电聚焦反应(或其它分离反应)并且然后使分离的分析物活动化并且将其引入质谱仪。分离的分析物的引入可以使用电喷雾离子化引入，并且样本的雾化可以提供下游分析方法(例如，质谱分析法)的更高的精度、控制和改进的分析性能。本文公开的方法、装置和系统可以另外地通过等电点(或其它物理化学性质)实现蛋白质分析物混合物或其它生物分子的快速且准确的分离和表征。
在一方面中，本文公开了微流体芯片，所述微流体芯片包括基底，所述基底具有分离通道和气体通道。在一些情况下，分离通道用于执行等电聚焦反应，并且分离通道包括与流体通道出口流体连通的远侧端部。流体通道出口可以是电喷雾离子化孔口的一部分或者包括电喷雾离子化孔口，所述电喷雾离子化孔口可以用于将样本或分离的样本接合到分析仪器(例如，质谱仪)中。本文使用的微流体芯片可以另外地包括与气体通道和分离通道流体连通的入口端口，并且入口端口可以沿着基底的边缘(即，由基底占用面积的最大尺寸和最小尺寸(例如，长度和深度)所限定的基底的面)定位。入口端口可以流体地和/或电地联接到包括试剂的通道或贮器以执行一种或多种反应，例如，分离反应、活动化反应、电喷雾离子化等。在一些情况下，基底包括电喷雾离子化(ESI)尖端，其用于经由活动化和ESI发射样本(或分离的样本)。ESI尖端可以被布置在基底的边缘上。在一些情况下，ESI尖端和气体通道的出口(例如，气体出口孔口)在基底的边缘上彼此相邻布置。在一些情况下，样本(或分离的样本)被引入分析仪器(例如，质谱仪)中。
在一些情况下，气体通道用于在ESI期间使来自ESI尖端的样本(或分离的样本)雾化。雾化是通过由气体射流产生的剪切力和惯性力将连续的液体流打破成较小液滴来实现的。样本(或分离的样本)的雾化可以用于改进在纳米流下的样本(或分离的样本)的定量测量，其中样本(或分离的样本)以大约纳升级的流速(例如，一个或多个纳升/分钟)流过ESI尖端。样本(或分离的样本)的雾化可以用于改进在微米流下的样本(或分离的样本)的定量测量，其中样本(或分离的样本)以大约微升级的流速(例如，一个或多个微升/分钟)流过ESI尖端。在一些情况下，样本(或分离的样本)的雾化降低离子抑制、增大跨离子物类的离子化、减少污染、提供更稳定的电喷雾性能、从ESI电位解耦液滴形成和/或提供更高的准确度。在一些情况下，集成到微流体芯片中的气体通道可以允许用于相对于分离通道或ESI尖端、气体的层流、更大的尺寸控制等更精确地放置用于雾化的气体。在一些情况下，气体通道可以用于ESI尖端的清洁或干燥或者用于引导来自分离通道或ESI尖端的废弃产物远离下游分析装置(例如，质谱仪)。在一些情况下，气体通道用于控制基底的温度(例如，通过改变正流过气体通道的气体的温度)。
在装置的基底中集成气体通道可以提供特定的用途和优点。例如，如与被配置为与装置联接的外部单元相比，可以实现气体流动相对于流体通道孔口的放置的更高精度。例如，如与实现约+/-100μm的放置精度的外部单元相比，气体通道孔口相对于流体通道孔口的放置使用标准制造方法可以实现约+/-2μm的放置精度。此外，以微流体形式集成气体通道可以有利于实现气体的层流，这会有助于消除或阻止在流体通道孔口处或附近的涡流或湍流流动，从而可以提供更稳定的电喷雾。此外，气体流动与液体/分离通道流动的接近性更高效地将气体流动的效果赋予到液体流动上。
在本公开的另一方面中，本文提供了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括分离通道和气体通道，其中气体通道的一部分基本平行于分离通道的一部分。在一些情况下，气体通道和分离通道被布置在基底上，使得在分离通道的远侧端部(或连接到分离通道的流体出口通道(在本文中也被称为“流体排放通道”)的远侧端部)与气体通道的远侧端部之间的角(在本文中也被称为“会聚角”)在约0度至约45度的范围内。
在一些情况下，在气体通道的远侧端部与流体出口通道的远侧端部之间的角是约0度(平行的，非会聚的)、约5度、约10度、约15度、约20度、约25度、约30度、约35度、约40度、45度、约50度、约55度、约60度、约65度、约70度、约75度、约80度、约85度或约90度。在一些情况下，在气体通道的远侧端部与流体出口通道的远侧端部之间的角是至少约0度、至少约5度、至少约10度、至少约15度、至少约20度、至少约25度、至少约30度、至少约35度、至少约40度、至少约45度、至少约50度、至少约55度、至少约60度、至少约65度、至少约70度、至少约75度、至少约80度、至少约85度或约至少90度。在一些情况下，在气体通道的远侧端部与流体出口通道的远侧端部之间的角是至多约90度、至多约85度、至多约80度、至多约75度、至多约70度、至多约65度、至多约60度、至多约55度、至多约50度、至多约45度、至多约40度、至多约35度、至多约30度、至多约25度、至多约20度、至多约15度、至多约10度、至多约5度或至多约0度。该角可以落入在此所列数值的范围内，例如，介于约10度与30度之间。
在又一方面中，本文公开了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括基底，所述基底包括气体通道和至少一个入口端口，所述入口端口沿着基底的边缘定位。在一些情况下，基底包括气体通道、分离通道，并且所述气体通道和所述分离通道中的每个都包括位于基底的边缘上的入口端口。在一些情况下，基底包括流体通道和两个气体通道以及至少一个流体入口端口(例如，其连接到分离通道)和至少两个气体入口端口，其中端口沿着基底的第一边缘设置。
在本公开的又一方面中，本文提供了一种微流体芯片，所述微流体芯片包括两个或更多个气体通道，其中所述两个或更多个气体通道中的每个都具有不同的长度并且被配置为将气体输送到气体出口孔口(在本文中也被称为“气体通道的出口”)，所述孔口被布置在基底的边缘上，或者在一些情况下，所述孔口被布置在基底的拐角上。在一些情况下，从(一个或多个气体通道的)两个气体出口孔口流出的气体流动被配置为会聚在从(流体通道的)流体出口孔口流出的液体的流体路径中。在一些情况下，气体通道的总长度会是不同的，并且两个或更多个气体通道中的每个气体通道的全部或一部分的横截面积可以被调节成使得两个或更多个气体通道中的每个气体通道都具有大约相同的流体动力流动阻力。在一些情况下，气体通道可以在出口处被缩窄以增大气体流动的衬里流速。在一些情况下，气体通道可以被配置为在其出口处达到超音速(比声速快)的流动速度。在一些情况下，这种配置可以包括变窄的气体通道段，随后是更窄的“扼流”段，并且继而是扩张段，以实现超音速的流动速度。
在一些情况下，微流体芯片包括流体通道(例如，分离通道)，其与流体出口通道流体连通(例如，在远侧端部处)，所述流体出口通道包括可以起到ESI孔口的作用的流体出口孔口。在一些情况下，流体出口孔口被布置在基底的边缘或拐角上，并且气体通道的出口可以在基底的边缘或拐角上布置成与流体出口孔口相邻。在一些情况下，其上定位有ESI孔口的拐角包括其上定位有流体出口孔口的边缘。在其它情况下，其上定位有ESI孔口的拐角不包括其上定位有流体出口孔口的边缘。在一些情况下，在气体通道中的气体的流速和/或在流体通道中的液体的流速可以被控制或调节成使得气体的体积流速和液体的体积流速的比率在1000:1至1000000:1的范围内。在一些情况下，在气体通道中的气体的流速和/或在流体通道中的液体的流速可以被控制或调节成使得气体的体积流速和液体的体积流速的比率在100:1至10000:1的范围内。
在又一方面中，本文提供了一种盒筒部件，所述盒筒部件被配置为与组装的微流体盒筒中的微流体芯片接合。微流体芯片可以包括布置在装置的基底的边缘上的两个或更多个流体端口，并且盒筒部件可以包括布置在盒筒的表面或边缘上的两个或更多个流体端口，所述流体端口被配置为与微流体芯片的流体端口接合。在一些情况下，例如，当微流体芯片被固定在组装的微流体盒筒中时，盒筒部件的流体端口与微流体芯片的流体端口对准。组装的微流体盒筒可以包括被定位在微流体芯片的边缘与盒筒部件的表面之间(例如，在对准的流体端口的接口处)的一个或多个弹性体部件。在一些情况下，对包括微流体芯片和盒筒部件的组件施加的力用于将微流体芯片固定在组装的微流控盒筒中并且在微流体芯片的端口与盒筒的端口之间建立流体连通。在一些情况下，组装的微流体盒筒被配置为在盒筒部件与微流体芯片之间提供基本防泄漏的流体联接。在一些情况下，在将气体引入微流体芯片的气体通道中时维持防泄漏的流体联接。
在又一方面中，本文公开了一种用于将微流体盒筒可去除地连接到仪器系统的接口设计，所述接口设计被配置为在微流体盒筒的至少一个通道与在微流体盒筒外部的流体管线之间建立流体连通。接口设计可以包括一个或多个流体互连件，其中所述一个或多个流体互连件中的每个都被配置为在外部流体管线(例如，仪器的外部流体管线、连接到贮器的外部流体管线等)与微流体盒筒的流体端口之间提供基本防泄漏的流体联接。在一些情况下，其中使用了包括盒筒部件和微流体芯片的组装的微流体盒筒，接口包括一个或多个流体互连件，其中所述一个或多个流体互连件中的每个都被配置为在外部流体管线与组装的微流体盒筒之间提供基本防泄漏的流体联接，所述基本防泄漏的流体联接继而可以与微流体盒筒的盒筒部件和/或微流体芯片提供基本防泄漏的流体连通。当在两条或更多条外部流体管线中的两条内的相对流体压力发生至少10倍的变化时，可以维持基本防泄漏的流体联接，如以下将描述的。在一些情况下，接口设计包括至少一个独立的弹簧加载的配件，所述至少一个独立的弹簧加载的配件可以用于在微流体盒筒与外部流体管线之间建立流体连通。在一些情况下，盒筒可以同时地将气体和液体输送到芯片。
在本公开的一些实施例中，微流体芯片包括平面基底，所述平面基底包括用于并行的多路复用分离反应的两个或更多个分离通道，并且任选地包括用于使分离的样本进行并行的多路复用雾化以用于下游分析(例如，经由ESI-MS)的两个或更多个气体通道。在优选的方面中，分离反应是等电聚焦反应。在另一个优选的方面中，分析物混合物包括蛋白质分析物混合物，并且两个或更多个等电聚焦反应的并行执行能够快速且准确地分离分析物混合物中的蛋白质组分并且根据它们的等电点(PI)表征各个蛋白质组分。在一些情况下，与pI标记结合地使用成像(例如，全通道成像)以使用于等电聚焦的pH梯度中的pI标记的位置可视化而允许用于更准确地确定用于分析物混合物的分离的蛋白质组分的pI。
在本公开的某些实施例中，用于操作微流体装置或盒筒的方法和系统使用两个或更多个高电压电源(或单个多路复用高电压电源)，其能够独立地控制微流体芯片的每个分离通道中的分离反应或实验条件。因此，在一些情况下，微流体芯片可以用于在相同的一组分离或实验条件下并行地执行两个或更多个不同样本的分离和表征。在一些情况下，微流体芯片可以用于在两个或更多个不同的反应或实验条件下并行地执行相同样本的两个或更多个等分试样的分离和表征。在一些情况下，装置上的分离通道的子集可以用于在相同的一组分离或实验条件下执行多个样本的分离，并且可替代地或除此之外，装置上的分离通道的不同子集可以用于在多个不同的反应或实验条件下并行地执行来自相同样本的多个等分试样的分离和表征。在一些情况下，对于分离通道的每个子集而言，装置包括一个或多个气体通道，所述一个或多个气体通道用于在分离通道中的每个中使样本雾化，用于将分离的样本引入质谱仪中(例如，经由在ESI期间的雾化)。
所述条件横过微流体芯片的分离通道可以是相同的或不同的，并且可以包括缓冲物选择、电解质选择、pH梯度选择、电压设置、电流设置、电场强度设置、用于改变电压设置、电流设置、电场强度设置的时间进程、等电聚焦反应或其组合。
在一些情况下，系统还可以包括自动取样器或流体装卸系统，所述自动取样器或流体装卸系统被配置为用于将样本等分试样和/或其它试剂(例如，用于分离反应，活动化，电喷雾离子化，用于雾化的气体)自动地且独立地控制加载到一个或多个入口端口中。在一些情况下，系统还可以包括流体流量控制器，所述流体流量控制器被配置为提供例如通过两个或更多个通道的独立受控的压力驱动流动(例如，用于将试剂输送到流体通道和/或气体通道)。在一些情况下，系统还可以包括自动取样器或流体流量控制器，所述自动取样器或流体流量控制器被配置为在分离反应(例如，等电聚焦反应)后冲洗、清洗、冲刷或抽空流体通道。在一些情况下，在冲洗、清洗、冲刷或抽空分离通道后，自动取样器或流体流量控制器可以被配置为自动地将另一个样本(例如，不同的样本，或相同的样本的另一个等分试样)引入两个或更多个分离通道中。在一些情况下，自动取样器或流体流量控制器可以被配置为如果检测(例如，经由电压或电流监测)故障(例如，气泡的形成或引入、不正确制备的样本、未填充的试剂贮器或其组合)的话自动地将样本、反应试剂或其组合重新引入一个或多个分离通道中。在这样的情况下，在检测故障后，自动取样器或流体流量控制器可以冲洗发生故障的分离通道，重新引入样本、反应试剂或其组合，并且可以重新发起(例如，通过由独立受控的电压源中的一个或多个施加电场)分离反应。
在一些情况下，系统还可以包括成像模块，所述成像模块被配置为获取分离通道和/或气体通道或所述通道中的任一者的出口的一系列一个或多个图像。在一些情况下，图像的视场可以包括分离通道或气体通道的全部或一部分。在一些情况下，图像的视场可以包括流体通道或流体通道出口的全部或一部分。在一些情况下，成像可以包括在执行分离反应、活动化反应和/或电喷雾离子化的同时的连续成像。在一些情况下，成像可以包括在执行分离反应、活动化反应和/或电喷雾离子化的同时的间歇成像。
在一些情况下，成像可以包括在执行电喷雾离子化和/或雾化的同时的连续或间歇成像。在一些情况下，成像可以包括获取UV吸光度图像。在一些情况下，成像可以包括荧光图像，例如，天然荧光的荧光图像或由于附着于分析物的外源荧光标签的存在而引起的荧光的荧光图像。在一些情况下，成像可以用于确定在ESI期间所形成的ESI或泰勒锥的参数。在一些情况下，参数包括泰勒锥的形状、ESI射流、ESI羽流、雾化效率、流动速率、液滴尺寸、气体压力、液体压力、ESI稳定性、ESI发射极污染、流体流动中的气泡。
在本公开的又一方面中，描述了可以包括微流体芯片的系统，所述微流体芯片被设计为执行一个或多个分离反应，例如，等电聚焦反应，以将包含分析物混合物的样本分离成其各个组分，然后是分离的分析物的电喷雾离子化，所述电喷雾离子化包括样本的雾化或与样本的雾化并行地执行。在一些情况下，微流体芯片可以被容纳在盒筒中，所述盒筒还包括例如高压电极连接、试剂贮器、阀、固定机构、配件、通道等。在一些情况下，微流体芯片可以包括基本平面的基底，其中所述平面基底包括至少一个气体通道和被配置为执行分离反应(例如，等电聚焦反应)的分离通道。在一些情况下，气体通道用于在电喷雾离子化期间的样本的雾化。在一些情况下，气体通道用于使分离通道中的液体远离分离通道(例如，远离诸如质谱仪的分析仪器，朝向废物容器等)运动。在一些情况下，基底还包括在分离通道的远侧端部处的电喷雾离子化尖端，并且气体通道可以用于清洁或干燥电喷雾尖端。
在一些情况下，多个分离通道中的一个或多个分离通道的第一端部使用一种固定器被电地和/或流体地联接到电极(例如，阳极液)贮器，所述固定器可以包括膜。在一些情况下，一个或多个分离通道的第二端部使用一种固定器被电地和/或流体地联接到电极(例如，阴极液贮器)，所述固定器可以包括膜。膜可以在限定或平行于电极贮器的表面的平面处或附近被布置在电极贮器内，所述平面可以与入口流体通道和出口流体通道相交。在一些情况下，系统还可以包括分析仪器，例如，质谱仪。所公开的方法、装置和系统能够改进分离数据的再现性和定量准确性，并且还能够改进在分离数据与下游分析表征数据(例如，使用质谱仪或其它分析仪器获得的数据)之间的相关性。
如上所述，所公开的方法、装置和系统的另一个特征是使用成像来监测分离通道中的分离反应，以用于检测分析物峰的存在和/或确定何时分离反应已经完成的目的。在一些情况下，可以为分离通道的全部或一部分采集图像。在一些情况下，可以在执行分离步骤和/或活动化步骤的同时执行分离通道的全部或一部分的成像。在一些情况下，图像可以用于检测分离通道内的一个或多个标记或指示物的存在，例如，等电点(pI)标准，并且从而确定用于一个或多个分析物的pI。在一些情况下，图像可以用于检测分离通道中的故障(例如，气泡形成)。在一些情况下，从这些图像导出的数据可以用于确定分离反应何时完成(例如，通过监测峰速度、峰位置和/或峰宽度)并且随后触发活动化步骤。
在一些情况下，活动化步骤可以包括将活动化缓冲液或活动化电解质引入分离通道中。在一些情况下，活动化缓冲液或活动化电解质可以使用流体动力压力引入。在一些情况下，活动化缓冲液或活动化电解质可以借助于电泳引入。在一些情况下，活动化缓冲液或活动化电解质可以借助于电泳和流体动力压力的组合引入。在一些情况下，一系列一个或多个分离的分析物带的活动化可以包括促使分离的分析物带朝向分离通道的出口或远侧端部迁移。在一些情况下，一系列一个或多个分离的分析物带的活动化可以包括促使分离的分析物带朝向与下游分析仪器流体连通的分离通道的出口或远侧端部迁移。在一些情况下，分离通道的出口或远侧端部可以与电喷雾离子化(ESI)接口流体连通，使得迁移的分析物峰被注入质谱仪中。在一些情况下，用于检测分析物峰位置和确定分析物pI的图像数据也可以用于将分析物分离数据与质谱数据相关联。在一些情况下，用于检测分析物峰位置的图像数据可以用于产生关于活动化反应的信息和/或将活动化信息与质谱数据相关联。
如上所述，所公开的方法、装置和系统的另一个关键特征是使用成像来监测样本的雾化(例如，在电喷雾离子化反应期间)。成像可以用于检测泰勒锥的存在。在一些情况下，针对在分离通道、电喷雾离子化尖端或在装置(例如，微流体芯片)与分析仪器(例如，质谱仪或接地电极板)之间的区域中的一部分或全部，可以采集图像。在一些情况下，在执行ESI的同时，可以对ESI尖端的全部或一部分执行成像。在一些情况下，图像可以用于检测泰勒锥的存在。在一些情况下，图像可以用于确定泰勒锥的参数，例如，液滴尺寸、泰勒锥的形状、泰勒锥的尺寸、ESI射流的形状、ESI射流的尺寸、ESI羽流的形状，ESI羽流的尺寸、流动速率、气体压力、液体压力。
在优选的方面中，所公开的方法可以以微流体装置的形式执行，从而允许用于处理极小的样本体积和整合两个或更多个样本处理和分离步骤。在另一个优选的方面中，所公开的微流体装置和盒筒包括用于联接到下游分析仪器的集成接口，例如，用于对分离的分析物执行质谱分析的ESI接口。在一些情况下，所公开的方法可以以更常规的毛细管的形式执行。
本文描述的所公开的方法、装置和系统的各个方面可以被应用于以下阐述的任何特定应用。将应理解，所公开的方法、装置和系统的不同方面可以被单独地、共同地或彼此组合地理解。
定义：除非另有定义以外，本文使用的所有技术术语的含义与本公开所属领域的技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“a”、“an”和“the”包括复数引用，除非上下文另有明确规定以外。本文对“或”的任何提及旨在涵盖“和/或”，除非另有阐述以外。类似地，术语单数形式的“包括”、复数形式的“包括”、“正包括”、单数形式的“包含”、复数形式的“包含”和“正包含”旨在非限制性的。
如本文所使用的，短语“包括，但不限于……”和“一个非限制性示例是……”意味着包括给定示例的变体和派生物，如由本公开所属领域的技术领域的普通技术人员通常所理解的。
如本文所使用的，术语“约”一个数字是指该数字加上或减去该数字的10％。术语“约”当在范围的上下文中使用时是指该范围减去其最小值的10％和加上其最大值的10％。
如本文所使用的，术语“表征”和“分析”可以被可互换地使用。“表征”或“分析”通常可以意味着评估样本，例如，以确定样本或其组分的一种或多种性质，或以确定样本的身份。
如本文所使用的，术语“芯片”和“装置”可以在本文中被可互换地使用。
如本文所使用的，术语“分析物”和“物类”可以被可互换地使用。分析物通常意味着在可测量的属性上与另一分子、生物分子、化学物、高分子等不同的分子、生物分子、化学物、高分子等。例如，两种物类可以具有略有不同的质量、疏水性、电荷或净电荷、等电点、功效，或者可以在化学修饰、蛋白质修饰等方面不同。
如本文所使用的，“流体通道”一般是指被配置为在通道内传送流体(例如，气体或液体(例如，溶液))的装置(例如，微流体芯片)的通道。在一些情况下，流体从通道的近侧端部朝向通道的远侧端部传送。
如本文所使用的，“气体通道”一般是指被配置为在通道内传送气体的流体通道。在一些情况下，气体从通道的近侧端部朝向通道的远侧端部传送。
如本文所使用的，“微流控装置”一般是指包括一个或多个流体通道的微流体芯片，例如，玻璃或聚合物基底。在一些情况下，“微流体装置”还可以包括附加部件，例如，保持器，其中安装有微流体芯片以促进容易装卸。在一些情况下，“微流体装置”可以是指附着于更复杂的“盒筒部件”或安装在更复杂的“盒筒部件”内的微流体芯片，所述“盒筒部件”可以包括附加的功能特征，例如，试剂贮器、阀、流体连接器等，以创建“微流体盒筒”。在一些情况下，包括微流体芯片和盒筒部件的组件可以被称为“微流体装置”或“微流体盒筒”。
样本：所公开的方法、装置、系统和软件可以用于分离和表征从多种生物或非生物样本中的任一者获得的分析物。示例包括但不限于组织样本、细胞培养样本、全血样本(例如，静脉血、动脉血或毛细血管血液样本)、血浆、血清、唾液、间质液、尿液、汗液、泪液、得自工业酶或生物药物制造过程的蛋白质样本、环境样本(例如，空气样本、水样本、土壤样本、表面擦拭样本)和类似物。在一些实施例中，在使用所公开的用于综合化学分离和表征的方法和装置进行分析之前，可以使用由本领域的技术人员已知的多种技术中的任一种来处理样本。例如，在一些实施例中，可以处理样本以提取蛋白质或核酸。可以从多种来源或受试者中的任一种(例如，细菌、病毒、植物、动物或人类)收集样本。
样本体积：在所公开的方法和装置的一些实例中，使用微流体装置的形式会使得能够处理非常小的样本体积。在一些实施例中，加载到装置中并且用于分析的样本体积可以在约0.1μl至约1ml的范围内。在一些实施例中，加载到装置中并且用于分析的样本体积可以是至少0.1μl、至少1μl、至少2.5μl、至少5μl、至少7.5μl、至少10μl、至少25μl、至少50μl、至少75μl、至少100μl、至少250μl、至少500μl、至少750μl或至少1ml。在一些实施例中，加载到装置中并且用于分析的样本体积可以是至多1ml、至多750μl、至多500μl、至多250μl、至多100μl、至多75μl、至多50μl、至多25μl、至多10μl、至多7.5μl、至多5μl、至多2.5μl、至多1μl或至多0.1μl。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些实施例中，加载到装置中并且用于分析的样本体积可以在约5μl至约500μl的范围内。本领域的技术人员将认识到，用于分析的样本体积可以具有在该范围内的任何值，例如，约18μl。
分析物：在一些情况下，样本可以包括多种分析物类。在一些情况下，样本中存在的分析物类的全部或一部分可以在分析之前或分析期间被富集。在一些情况下，这些分析物可以是例如聚糖、碳水化合物、核酸分子(例如，DNA、RNA)、肽、多肽、重组蛋白、完整蛋白、蛋白质异形体、消化蛋白质、融合蛋白质、抗体药物偶联物、蛋白质药物偶联物、代谢物或其它生物学相关分子。在一些情况下，这些分析物可以是小分子药物。在一些情况下，这些分析物可以是蛋白质混合物中的蛋白质分子，例如，生物蛋白质药物(例如，酶药物或抗体药物)和/或从培养物或体内隔离的细胞中收集的裂解物。
微流体装置：本文公开的是被设计为在装置的基底的流体孔口处或附近对样本或分离的样本(例如，经由等电聚焦而分离的分析物混合物)执行雾化的装置。在一些情况下，所公开的装置是微流体装置，所述微流体装置包括基底，所述基底具有分离通道和一个或多个气体通道，所述气体通道用于使用分离反应(例如，等电聚焦)使样本(例如，包括分离的分析物的样本)雾化。样本的雾化可以用于在流体孔口处或附近(例如，在分离通道的远侧端部处或附近，或在与分离通道流体地联接的流体出口通道的远侧端部处或附近)将液体(例如，经由打破液滴的表面张力)打破成较小液体液滴，如此以实现样本的纳米流动或基本纳米级的体积发射物。在一些情况下，流体孔口包括或被配置为电喷雾尖端，并且样本的雾化可以用于在电喷雾离子化期间实现纳米流动。
在一些情况下，装置可以包括具有多个气体通道的基底。基底可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20或更多个气体通道。基底可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19或至少20个气体通道。基底可以包括至多20个、至多19个、至多18个、至多17个、至多16个、至多15个、至多14个、至多13个、至多12个、至多11个、至多10个、至多9个、至多8个、至多7个、至多6个、至多5个、至多4个、至多3个、至多2个或至多1个通道。基底可以变化，并且具有不同的气体通道的范围，例如，基底具有在2个至4个之间的气体通道。
如本文描述的，一个或多个气体通道出口(在本文中也被称为“气体出口孔口”)的位置可以被定位成与流体通道的出口孔口(在本文中也被称为“流体通道孔口”)相邻，所述流体通道的出口孔口可以包括或被配置为用作电喷雾离子化孔口。在一些情况下，气体通道出口被定位成与流体通道孔口相距约0μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约15μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约150μm、约200μm、约250μm、约300μm、350μm、400μm或更大的距离。在一些情况下，气体通道出口被定位成与流体通道孔口相距至少约0μm、至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少约5μm、至少约6μm、至少约7μm、至少约8μm、至少约9μm、至少约10μm、至少约15μm、至少约20μm、至少约30μm、至少约40μm、至少约50μm、至少约60μm、至少约70μm、至少约80μm、至少约90μm、至少约100μm、至少约150μm、至少约200μm、至少约250μm、至少约300μm、至少约350μm、至少约400μm或更大的距离。在一些情况下，气体通道出口被定位成与流体通道孔口相距至多约400μm、至多约350μm、至多约300μm、至多约250μm、至多约200μm、至多约150μm、至多约100μm、至多约90μm、至多约80μm、至多约70μm、至多约60μm、至多约50μm、至多约40μm、至多约30μm、至多约20μm、至多约15μm、至多约10μm、至多约9μm、至多约8μm、至多约7μm、至多约6μm、至多约5μm、至多约4μm、至多约3μm、至多约2μm、至多约1μm、至多约0μm。气体通道出口可以被定位成与流体通道孔口相距例如在10μm与100μm之间的数值范围内。
在一些实施例中，分离通道和气体通道可以在基本共面的取向中离开芯片。在一些实施例中，分离通道和气体通道可以是基本非共面的。在一些实施例中，分离通道可以从由气体通道所形成的平面突出来介于0与500μm之间的距离。在一些实施例中，在流体分离通道与气体通道之间的交汇部可以被成形为使得气体通道的离开平面相对于分离通道凹陷到微流体装置中。在一些优选的实施例中，分离通道名义上在芯片的拐角处离开并且相对于相邻的边缘平分所述拐角。在一些实施例中，沿着基底的相邻边缘中的每个所终止的气体通道的出口形成一平面，当在分离通道的孔口处和沿着分离通道的轴线观察时，所述平面(根据几何形状)被必要地凹陷。
如本文描述的，气体出口孔口或流体通道孔口每个都可以被定位在基底的边缘或拐角或尖端处。在一些情况下，基底的边缘可以由具有最长尺和最短尺寸的基底的面(例如，由装置的长度和厚度限定的基底的面，参见例如图2A)来限定。基底可以具有梯形或尖端的形状的特征部。在优选的实施例中，基底包括流体通道孔口和两个气体出口孔口，所述两个气体出口孔口流体地联接到两个气体通道。在一些情况下，两个气体出口孔口从流体通道孔口或轴线对称地定位，所述轴线由流出流体通道孔口的流体流动路径限定。在其它情况下，气体出口孔口从流体通道孔口或轴线不对称地定位，所述轴线由流出流体通道孔口的流体流动路径限定。
基底的占用面积可以采取任何有用的几何形状，例如，矩形、圆形、椭圆形、三角形、正方形、长菱形、五边形等。在优选的方面中，基底可以具有基本矩形的占用面积。在一些情况下，基本矩形的占用面积的最长尺寸在约10mm至约100mm的范围内。在一些情况下，基本矩形的占用面积的最短尺寸在约2mm至约50mm的范围内。在一些情况下，基本矩形的占用面积的厚度在约0.5mm至约2mm的范围内。在一些实施例中，基本矩形的占用面积的厚度可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm。在一些实施例中，基底出口孔口可以进一步被成形为楔形、金字塔形、圆锥形或其它三维形状。该形状可以包括供通道(气体或流体)的一些或全部离开的平坦特征部。在一些实施例中，基底表面可以被化学地改性以改变其表面能或变得更有疏水性或亲水性。在一些实施例中，所述表面可以与流体保持规定的接触角。在一些实施例中，所述表面可以通过激光处理、纳米粒子的共沉积和本领域中已知的其它措施来制备，以作为改性的一部分被微粗化，以便增强疏水性或亲水性。
本文描述的通道和/或孔口(例如，流体通道、气体通道)中的任一者的横截面可以采取任何有用的几何形状，例如，圆形、矩形、椭圆形、三角形、正方形、长菱形等。在某些优选的实施例中，电喷雾离子化孔口的横截面形状为基本正方形或矩形。
在一些情况下，会有用的是使用用于雾化的多于一个的气体通道。例如，会尤其有用的是具有用于雾化的两个或更多个气体通道，其在流体出口孔口的相对侧上具有气体出口。在一些情况下，基底可以包括一对或多对气体通道，所述一对或多对气体通道位于流体出口孔口的两侧上。在一些情况下，基底可以包括四个或更多个气体通道。在这种情况下，所述四个或多个气体通道中的至少两个可以布置在辅助部件内并且可以被定位成使得气体出口孔口位于相对于基底的表面旋转的一个或多个平面内。例如，一对气体通道及其气体出口孔口可以相对于流体出口孔口定位成使得气体通道相对于流体通道和流体出口孔口径向地对称。在一个这样的示例中，流体通道孔口可以由气体通道孔口的两个正交或垂直的平面包围，其中气体出口中的每个都相对于流体通道孔口径向地对称。在另一个示例中，流体通道孔口可以由气体通道孔口的两个平面包围，其中所述平面中的一个或多个相对于基底旋转并且以径向对称的成对方式围绕电喷雾离子化孔口定位成与电喷雾离子化孔口相邻。在某些实施例中，气体通道可以包括环形横截面，使得气体通道孔口与流体孔口的出口同心。
来自一个或多个气体通道的气体流动可以被配置为在流体孔口处或在与流体孔口相距一距离处使样本雾化。例如,气体可以在与流体孔口相距约1微米(μm)、约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约150μm、约200μm、约250μm、约300μm、约350μm、约400μm、约450μm、约500μm、约550μm、约600μm、约650μm、约700μm、约750μm、约800μm、约850μm、约900μm、越950μm、约1000μm的距离处(例如，在轴向距离处，其中轴线为流体离开流体口的方向的轴线)使样本雾化。气体可以在与流体孔口相距小于约1000μm、约950μm、约900μm、约850μm、约800μm、约750μm、约700μm、约650μm、约600μm、约550μm、约500μm、约450μm、约400μm、约350μm、约300μm、约250μm、约200μm、约150μm、约100μm、约90μm、约80μm、约70μm、约60μm、约50μm、约40μm、约30μm、约20μm、约15μm、约10μm、约5μm、约1μm或更小的距离处使样本雾化。气体可以在本文描述的数值(例如，介于约50μm与300μm之间)的范围内的距离处使样本雾化。在一些实施例中，用于使样本雾化的气体流动紧挨着流体孔口。
微流体芯片可以包括具有多个入口端口的基底，所述多个入口端口可以用于向通道提供试剂。如本文其它地方所描述的，试剂可以包括阳极电解质溶液、阴极电解质溶液、电解质溶液、缓冲液、活动化试剂、样本或样本试剂、空气或气体(至一个或多个气体通道)等。基底的每个通道都可以包括其自身的入口端口，或者在一些情况下基底可以包括两个或更多个可以连接的通道，并且连接的通道可以共享入口端口。在一些情况下，入口端口沿着基底的边缘定位(参见例如图2A、图5A、图6A、图7A和图8A)。在一些情况下，基底可以包括沿着基底的边缘定位的至少四个入口端口。基底可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个或更多个入口端口。基底可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少20个、至少30个、至少40个、至少50个或更多个入口端口。基底可以包括至多50个、至多40个、至多30个、至多20个、至多10个、至多9个、至多8个、至多7个、至多6个、至多5个、至多4个、至多3个、至多2个、至多1个入口端口。基底可以包括例如介于约2个与8个之间的入口端口，所述入口端口中的每个或所述入口端口的子集可以沿着基底的边缘定位。
在某些情况下，所公开的装置是微流体芯片，所述微流体芯片包括多个分离通道和气体通道。在这种情况下，微流体芯片被设计为即在装置内的多个分离通道内并行地执行多个分析物分离反应，然后进行(i)活动化以及(ii)与雾化相结合的电喷雾离子化。
图1A提供根据本公开的一个方面的、包括四通道等电聚焦设计的微流体芯片的非限制性示意图，如将在以下示例1中更详细地讨论的。
图1B提供根据本公开的第二方面的、用于执行分离反应并且包括电喷雾尖端的示例性微流体芯片的流体通道网络的非限制性示意图，如将在以下示例3中更详细地描述的。
图2A至图2B提供微流体芯片的非限制性示意图，所述微流体芯片包括气体通道和分离通道，其中入口端口被定位在装置的边缘处，如将在以下示例4中更详细地讨论的。
图3A至图3D提供本文描述的微流体芯片的可变方面(例如，设计参数)的非限制性示意图，如将在以下示例5中更详细地讨论的。
图4A至图4B提供微流体芯片的一种设计的显微图的非限制示例，所述微流体芯片包括基底，所述基底包括与流体通道(例如，分离通道的端部)相邻的对称气体通道。
图5A至图5C提供包括分离通道和气体通道的示例微流体芯片的附加非限制性示意图。
图6A至图6C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的另一个示例的附加非限制性示意图。
图7A至图7C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。
图8A至图8C提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图。
图9A至图9B提供包括分离通道和气体通道的微流体芯片的又一个示例的附加非限制性示意图，其中入口端口处于本文描述的基底的相对边缘上。
图10提供在电喷雾离子化期间的包括流体出口通道和对称气体通道的微流体芯片的流体孔口的示例图像。
图11A至图11B提供在电喷雾离子化期间的包括流体出口通道和对称气体通道的微流体芯片的流体孔口的附加示例图像。
除了位于微流体芯片的基底的边缘上的气体通道和/或入口端口以外，基底可以包括多个分离通道(例如，两个或更多个第一分离通道、两个或更多个第二分离通道、两个或更多个第三分离通道等)以及一个或多个用于雾化的气体通道。本公开的装置或微流体芯片(或其基底)可以包括多个入口端口、出口端口、样本和/或试剂引入通道、互连通道、样本和/或试剂废物通道、贮器(例如，样本贮器、试剂贮器或废物贮器)、微型泵、微型阀、通风口、捕集器、过滤器、膜和类似物或它们的任何组合。
可以使用由本领域的技术人员已知的多种制造技术和材料中的任一者来制造所公开的微流体芯片和微流体盒筒。在一些情况下，这些装置可以被制造为一系列两个或更多个分离的零件，并且随后被机械地夹持或被永久地粘合在一起以形成完整的装置。在一些情况下，例如，流体通道(在本文中有时也被称为“微通道”)可以被制造在第一层中(例如，通过玻璃基底的光刻图案化和通道的湿法化学蚀刻至所需深度)，并且继而通过将第二层粘合到第一层来密封，其中与流体通道相交的第二层中的通孔提供通向流体通道的外部通路。在一些情况下，流体通道可以被制造在第一层中(例如，通过在合适的聚合物或陶瓷膜中激光切割通道图案)，并且继而通过将第一层夹在第二层和第三层之间并且将第一层粘合在第二层和第三层之间来密封，其中与流体通道相交的第二层和/或第三层中的通孔提供通向流体通道的外部通路。在后一个示例中，第一层的厚度限定流体通道的厚度(或深度)。
合适的制造技术的示例包括但不限于传统机械加工、CNC机械加工、注塑成型、3D打印、一层或多层激光或模切聚合物或陶瓷膜的对准和层压或许多微加工技术中的任一者，例如，光刻和湿法化学蚀刻、干法蚀刻、深反应离子蚀刻或激光微加工。在一些实施例中，微流体结构可以由弹性体、聚合物或陶瓷材料进行3D打印得到。
可以使用由本领域的技术人员已知的多种材料中的任一种来制造所公开的微流体芯片和微流体盒筒。一般来说，所使用的材料的选择将取决于制造技术的选择，并且反之亦然。合适材料的示例包括但不限于玻璃，石英，熔融石英，硅，多种聚合物中的任一种，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS；弹性体)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、多氟聚乙烯、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醚醚酮、聚酰亚胺、环烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、环氧树脂、诸如特氟龙(聚四氟乙烯(PTFE))的不粘材料、诸如SU8的各种光刻胶或任何其它厚膜光刻胶或这些材料的任何组合。在一些情况下，在包括多个层的微流体芯片或微流体盒筒中的不同层可以由不同材料制造。在一些情况下，在包括一个或多个层的装置或微流体芯片中的给定单层可以由两种或更多种不同的材料制造。
在一些情况下，微流体芯片或微流体盒筒的全部或一部分可以是光学透明的(例如，对紫外线(UV)、可见光和/或近红外光而言透明的)以促进分离通道和/或装置的其它部分的成像。在一些情况下，分离通道的全部或一部分被配置为用于成像，例如，全通道成像。例如，在一些情况下，分离通道可以被制造在光学不透明材料的层中，所述光学不透明材料的层被夹在光学透明材料的两个层之间，由此形成“光学狭缝”，通过所述“光学狭缝”可以传输和/或收集光。在一些情况下，流体孔口的全部或一部分可以被配置为用于例如在电喷雾离子化期间成像，以确定泰勒锥的参数(例如，液滴尺寸、泰勒锥的形状等，如本文其它地方所描述的)。
一般来说，在所公开的装置中的流体通道、气体通道、样本和/或试剂贮器等的尺寸将被优化以(i)向包含分析物混合物的样本或样本等分试样提供快速、准确且可再现的分离并且(ii)将样本和试剂的消耗减到最少。一般来说，流体通道或气体通道的宽度可以是介于约10μm与约2mm之间。在一些情况下，流体通道或气体通道的宽度可以是至少10μm、至少25μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm、至少750μm、至少1mm、至少1.5mm或至少2mm。在一些情况下，流体通道或气体通道的宽度可以至多2mm、至多1.5mm、至多1mm、至多750μm、至多500μm、至多400μm、至多300μm、至多200μm、至多100μm、至多50μm、至多25μm或至多10μm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，流体通道(或贮器)的宽度可以在约100μm至约1mm的范围内。本领域的技术人员将认识到，流体通道(或贮器)的宽度可以具有在该范围内的任何值，例如，约80μm。
一般来说，流体通道或气体通道的长度可以是介于约0.5cm与约10cm之间。在一些情况下，流体通道或气体通道的长度可以是至少0.1cm、至少0.5cm、至少1cm、至少2cm、至少3cm、至少4cm、至少5cm、至少6cm、至少7cm、至少8cm、至少9cm、至少10cm或更大。在一些情况下，流体通道或气体通道的长度可以是至多10cm、至多9cm、至多8cm、至多7cm、至多6cm、至多5cm、至多4cm、至多3cm、至多2cm、至多1cm、至多0.5cm或至多0.1cm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，流体通道(或贮器)的长度可以在约5cm至约10cm的范围内。本领域的技术人员将认识到，流体通道(或贮器)的长度可以具有在该范围内的任何值，例如，约8cm。
一般来说，流体通道(或贮器)的深度将是介于约1μm与约1mm之间。在一些情况下，流体通道(或贮器)的深度可以是至少1μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少30μm、至少40μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm、至少600μm、至少700μm、至少800μm、至少900μm或至少1mm。在一些情况下，流体通道(或贮器)的深度可以是至多1mm、至多900μm、至多800μm、至多700μm、至多600μm、至多500μm、至多400μm、至多300μm、至多200μm、至多100μm、至多50μm、至多40μm、至多30μm、至多20μm、至多10μm、至多5μm或至多1μm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，流体通道(或贮器)的深度可以在约50μm至约100μm的范围内。本领域的技术人员将认识到，流体通道(或贮器)的深度可以具有在该范围内的任何值，例如，约55μm。
在一些实施例中，气体通道的深度将与流体通道的深度相匹配。气体通道的深度可以是介于约1μm与约1mm之间。在一些情况下，气体通道的深度可以是至少1μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少30μm、至少40μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm、至少600μm、至少700μm、至少800μm、至少900μm或至少1mm。在一些情况下，气体通道的深度可以是至多1mm、至多900μm、至多800μm、至多700μm、至多600μm、至多500μm、至多400μm、至多300μm、至多200μm、至多100μm、至多50μm、至多40μm、至多30μm、至多20μm、至多10μm、至多5μm或至多1μm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，气体通道的深度可以在约50μm至约100μm的范围内。本领域的技术人员将认识到，流体通道(或贮器)的深度可以具有在该范围内的任何值，例如，约55μm。
一般来说，气体出口孔口的横截面尺寸将在约10μm至约100μm内。在一些情况下，气体出口孔口的横截面尺寸可以是至少10μm、至少25μm、至少50μm、至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm、至少750μm、至少1mm、至少1.5mm或至少2mm。在一些情况下，气体出口孔口的横截面尺寸可以是至多2mm、至多1.5mm、至多1mm、至多750μm、至多500μm、至多400μm、至多300μm、至多200μm、至多100μm、至多50μm、至多25μm或至多10μm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，气体出口孔口的横截面尺寸可以在约10μm至约100μm的范围内。本领域的技术人员将认识到，出口孔口的横截面尺寸可以具有在该范围内的任何值，例如，约80μm。
盒筒：在一些情况下，所公开的微流体装置或芯片可以被配置为彼此联接或者可以是集成单元的一部分，例如，微流体盒筒。盒筒可以包括微流体芯片，所述微流体芯片可以包括基底，所述基底包括分离通道、至少一个气体通道以及其它辅助零件，例如，贮器、试剂、膜、阀、固定器(例如，包含膜的高电压电极固定器)、固定装置或特征部(例如，螺钉、销(例如，弹簧针)、粘合剂、杠杆、开关、凹槽、形状配合对、钩和圈、闩锁、螺纹、夹子、夹持物、插脚、环、橡皮筋、铆钉、索环、系结、按扣、胶带、真空、密封件)、垫圈、O型环、电极或它们的组合。盒筒可以是整体构建的或者可以是模块化的并且包括可去除的零件。例如，微流体芯片可以被配置为可去除地联接到盒筒。类似地，贮器、膜、阀等均可以是可从盒筒去除的。在一个或多个部件可以是可去除的情况下，微流体盒筒可以被配置为使得各个部件中的每个都可以通过使用者在足够的容差下对准就位。例如，微流体盒筒可以包括凹槽和销，使得微流体芯片可以通过使芯片一直沿着盒筒滑动到芯片到达用于对准的销为止来集成。在一些情况下，芯片可以被配置为与盒筒或其一部分齐平定位。在一些情况下，芯片可以被定位到盒筒中，使得一个或多个入口、出口等可以被连接(例如，流体地和/或电地)到贮器、电极、膜和/或其它有用的接口单元。在一些情况下，芯片和贮器、电极等的接合可以由使用者在没有任何附加测量或调节的情况下执行。例如，贮器可以被配置为接收电极，所述电极卡扣到位或经由弹簧针固定，从而建立电连通和/或流体连通。将应理解，盒筒和芯片的这些示例配置并不意味着限制性的，并且定位微流体芯片或微流体盒筒的其它部件的许多不同配置可以被实现。在一些情况下，微流体盒筒可以被配置为本文描述的系统的可去除部件和/或一次性部件。
在优选的实施例中，盒筒部件在微流体芯片的边缘处与微流体芯片接合。微流体芯片可以包括两个或更多个流体端口，并且盒筒部件可以包括反映芯片的流体端口的数量的边缘。在一些情况下，盒筒的边缘包括两个或更多个流体端口，它们与微流体芯片的两个或更多个流体端口对准。盒筒还可以包括一个或多个弹性体部件(例如，垫圈、O型环等)，其用于在对包括微流体芯片和盒筒部件的组件施加力时在微流体芯片的两个或更多个流体端口与盒筒部件的两个或更多个流体端口之间形成基本防泄漏的密封。例如，该组件可以包括螺钉、夹持物或其它紧固机构，其用于施加力以在微流体芯片的端口与盒筒部件的端口之间形成防泄漏的密封。
在某些情况下，盒筒包括一个或多个贮器，其被配置为容纳所需体积的流体。在一些情况下，贮器会能够容纳至少约200微升(μL)、至少约300μL、至少约400μL、至少约500μL、至少约600μL、至少约700μL、至少约800μL、至少约900μL、至少约1毫升(mL)、至少约1.5mL、至少约2mL、至少约2.5mL、至少约3mL、至少约3.5mL、至少约4mL、至少约4.5mL或至少约5mL的体积。在一些情况下，贮器会能够容纳至多约5mL、至多约4.5mL、至多约4mL、至多约3.5mL、至多约3mL、至多约2.5mL、至多约2mL、至多约1.5mL、至多约1mL、至多约900μL、至多约800μL、至多约700μL、至多约600μL、至多约500μL、至多约400μL、至多约300μL或至多约200μL的体积。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，贮器可以容纳可以在约200μL至约2mL的范围内的流体体积。本领域的技术人员将认识到，贮器流体体积容量可以具有在该范围内的任何值，例如，约1.8mL。
在其中微流体盒筒包括贮器的这种情况下，贮器可以被可控地联接(例如，电地、流体地)到微流体装置。例如，盒筒可以包括一个或多个阀，其可以用于控制芯片中的流量或流速。在一些情况下，盒筒可以包括旋塞阀或剪切阀(例如，滑动阀或旋转剪切阀)，其可以允许用于在一种或多种液体试剂(例如，活动化试剂)的输送期间的受控的流速。在一些情况下，盒筒可以与注射泵集成或接合，所述注射泵可以用于控制液体流入芯片中的流速。在一些情况下，可以使用活塞、弹簧加载的装置或其它机械方法来控制流速。
在一些情况下，盒筒可以被配置为容纳不同类型或型号的芯片。例如，盒筒可以被配置为容纳至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、20个、30个、40个、50个、60个、70个、80个、90个或100个不同类型或型号的芯片。在一些情况下，盒筒可以包括端口或连接部，其可以与芯片的通道接合(例如，与芯片的入口和/或出口接合)。
仪器接口设计：在优选的实施例中，盒筒被配置为通过接口设计联接到仪器系统，所述接口设计用于将其它单元(例如，贮器、电极、流体装卸单元)接合到微流体盒筒和/或微流体芯片。在一些情况下，接口设计包括两个或更多个流体互连件，其中所述两个或更多个流体互连件中的每个都被配置为在对包括接口装置和微流体盒筒的组件施加力时在外部流体管线或贮器与微流体盒筒的流体端口之间提供基本防泄漏的流体联接。在一些情况下，当在两条或更多条外部流体管线中的两条内的相对流体压力在其流体联接到盒筒的两个或更多个流体端口的点处发生变化时，维持基本防泄漏的流体联接。例如，当在两条外部流体管线内的相对流体压力发生约1倍、约2倍、约3倍、约4倍、约5倍、约6倍、约7倍、约8倍、约9倍、约10倍、约20倍、约30倍、约40倍、约50倍、约60倍、约70倍、约80倍、约90倍或约100倍的变化时，可以保持防泄漏的流体联接。当在两条外部流体管线内的相对流体压力发生至少1倍、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倍的变化时，可以保持防泄漏的流体联接。在一些情况下，当在两条外部流体管线内的相对流体压力发生至多100倍、至多90倍、至多80倍、至多70倍、至多60倍、至多50倍、至多40倍、至多30倍、至多20倍、至多10倍、至多9倍、至多8倍、至多7倍、至多6倍、至多5倍、至多4倍、至多3倍、至多2倍或至多1倍的变化时，可以保持防泄漏的流体联接。
在一些情况下，两个或更多个流体互连件包括独立的弹簧加载的配件，其可以用于产生可重复的密封力。在一些情况下，仪器接口包括被配置为与微流体盒筒组件联接的零件。例如，仪器接口和盒筒可以具有被配置为相配合的零件(例如，锥形配件组件，平坦面的密封组件)。在一些情况下，弹簧加载的配件包括锥形配件，所述锥形配件与在微流体盒筒中的包括孔的流体端口相配合。在一些情况下，弹簧加载的配件包括平坦面的密封配件，所述平坦面的密封配件与微流体盒筒中的包括孔的流体端口相配合。在一些方面中，微流体盒筒中的保持部是渐缩的。在一些情况下，仪器接口可以使用一个或多个紧固机构被机械地联接到微流体盒筒组件。在一些情况下，仪器接口和/或微流体盒筒组件可以包括允许用于可去除联接的磁体，或者可以例如使用仪器接口和盒筒组件的互锁几何结构被机械地联接。例如，仪表接口可以包括螺纹(例如，螺丝螺纹、内螺纹等)，并且组件可以包括与接口的螺纹啮合的互补螺纹。协同地或可替代地，接口装置和/或组件可以包括卡扣配合接头(例如，悬臂卡扣配合、环形卡扣配合等)，其允许用于将仪器接口互锁到微流体盒筒组件。可替代地或协同地，仪器接口和/或微流体盒筒组件可以包括允许用于干涉配合、力配合、收缩配合、定位配合等的部件。紧固机构的其它示例可以在非限制性示例中包括形状配合对、钩和圈、闩锁、螺纹、螺钉、卡钉、夹子、夹持物、插脚、环、平头钉、橡皮筋、铆钉、索环、销、系结、按扣、魔术贴、粘合剂(例如，胶水)、胶带、真空、密封件、它们的组合或任何其它类型的紧固机构。
分析物的分离和富集：在一些情况下，所公开的装置或系统可以被配置为执行一个或多个分离或富集步骤，其中混合物中的多个分析物被分离和/或浓缩在各个级分中。例如，在一些情况下，所公开的装置(例如，微流体芯片或微流体盒筒)可以被配置为执行第一富集步骤，其中将样本中的分析物混合物分离成和/或富集为包含来自原始样本的分析物分子的子集的分析物级分(例如，分析物峰或分析物带)。在一些情况下，这些分离的分析物级分可以被活动和/或洗脱，并且在一些情况下，可以继而经受另一个下游分离和/或富集步骤。在一些情况下，例如，在最终分离和/或富集步骤后，可以从装置驱排分离的/富集的分析物级分以用于进一步分析。
在一些情况下，所公开的装置和系统可以被配置为执行一个、两个、三个、四个或五个或更多个分离和/或富集步骤。在一些情况下，分离或富集步骤中的一个或多个可以包括固相分离技术，例如，反相HPLC。在一些情况下，分离或富集步骤中的一个或多个可以包括溶液相分离和/或富集技术，例如，毛细管区带电泳(CZE)或等电聚焦(IEF)。
所公开的装置和系统可以被配置为执行由本领域的技术人员已知的多种分析物分离和/或富集技术中的任一种，其中一个或多个分离或富集步骤在至少第一分离通道中执行，所述第一分离通道被配置为被整体地或部分地成像，以便可以在执行分离过程时监测分离过程。例如，在一些情况下，成像的分离可以是电泳分离，其包括例如等电聚焦、毛细管凝胶电泳、毛细管区带电泳、等速电泳、毛细管电动色谱、胶束电动色谱、流动平衡毛细管电泳、电场梯度聚焦、动态场梯度聚焦和类似的，其从分析物混合物产生一个或多个分离的分析物级分。在一些情况下，可以在至少第一分离通道中执行分离和活动化步骤，所述第一分离通道被配置为被整体地或部分地成像，使得可以在执行分离和活动过程时监测分离和活动过程。在这些情况中的任一种情况下，分离通道的全部或部分成像可以被连续地或间歇地执行，并且可以在分离和/或富集过程之前、期间或之后被执行。
在一些情况下，使用微流体装置的形式可以提供用于快速的分离时间和准确的且可再现的分离数据。例如，在微流体装置被配置为执行电泳分离和/或等电聚焦反应的情况下，微流体通道的高表面积与容积之比可以允许人们在没有招致显着焦耳加热的情况下使用高电场强度，由此使得在没有分离分辨率的实质分散和损失的情况下实现非常快速的分离反应。在一些情况下，流体通道几何形状的精确控制提供用于对样本注入体积、电场强度等的精确和可再现的控制，由此能够非常精确地确定化验的一个或多个参数，例如，分离分辨率和/或pI测定。
化验的一个或多个参数可以包括分离的特征。例如，一个或多个参数可以从由分离分辨率、峰宽度、峰容量、pH梯度的线性和最小可分辨pI差异组成的组中选出。
一般来说，实现完全分离所需的分离时间将根据所利用的具体分离技术和操作参数(例如，分离通道长度、微流体装置设计、缓冲物组合物、所施加的电压等)而变化。在一些情况下，使用所公开的装置和系统实现的分离时间可以在约0.1分钟至约30分钟的范围内。在一些情况下，分离时间可以是至少0.1分钟、至少0.5分钟、至少1分钟、至少5分钟、至少10分钟、至少15分钟、至少20分钟、至少25分钟或至少30分钟。在一些情况下，分离时间可以是至多30分钟、至多25分钟、至多20分钟、至多15分钟、至多10分钟、至多5分钟、至多1分钟、至多0.5分钟或至多0.1分钟。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，分离时间可以在约1分钟至约20分钟的范围内。本领域的技术人员将认识到，分离时间可以具有在该范围内的任何值，例如，约11.2分钟。在一些情况下，分离时间可以长于20分钟。
类似地，使用所公开的装置和系统实现的分离效率和分辨率可以根据所利用的具体分离技术和操作参数(例如，分离通道长度、微流体装置设计、缓冲物组合物、所施加的电压等)以及是利用分离的一个维度还是分离的两个维度而变化。在一些情况下，例如，当执行等电聚焦时，使用可切换的电极来触发活动化电解质到分离通道中的电泳引入而可以引起改进的分离分辨率。例如，在一些情况下，使用所公开的方法和装置执行的IEF的分离分辨率可以提供用于具有在约0.1至约0.0001个pH单位范围内的pI差异的分析物带的分辨率。在一些情况下，IEF分离分辨率可以允许用于具有小于0.1、小于0.05、小于0.01、小于0.005、小于0.001、小于0.0005或小于0.0001个pH单位的pI差异的分析物带的分辨率。
因此，在一些情况下，例如，当使用分离通道的全部或一部分的成像来识别等电聚焦反应中的pI标记的位置和确定用于分离的分析物的pI值时，可以确定pI值的准确度会小于±0.1个pH单位、小于±0.05个pH单位、小于±0.01个pH单位、小于±0.005个pH单位、小于±0.001个pH单位、小于±0.0005个pH单位或小于±0.0001个pH单位。
在一些情况下，使用所公开的装置实现的峰值容量可以在约100至约20000的范围内。在一些情况下，峰值容量可以是至少100、至少200、至少300、至少400、至少500、至少600、至少700、至少800、至少900、至少1000、至少2000、至少3000、至少4000、至少5000、至少10000、至少15000或至少20000。在一些情况下，峰值容量可以是至多20000、至多15000、至多10000、至多5000、至多4000、至多3000、至多2000、至多1000、至多900、至多800、至多700、至多600、至多500、至多400、至多300、至多200或至多100。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，峰值容量可以在约400至约2000的范围内。本领域的技术人员将认识到，峰值容量可以具有在该范围内的任何值，例如，约285。
毛细管等电聚焦(CIEF)：在一些实施例中，分离技术可以包括等电聚焦(IEF)，例如，毛细管等电聚焦(CIEF)。等电聚焦(或“电聚焦”)是一种用于通过其等电点(pI)(即，其中分子具有零净电荷的pH值)的差异来分离分子的技术。CIEF涉及将两性电解质(两性电解物)溶液添加到包含阳极或阴极的试剂贮器之间的样本通道，以在分离通道(即，将包含电极的凹孔连接的流体通道，例如，毛细管的管腔或微流体装置中的通道)内产生pH梯度，横过所述分离通道施加分离电压。两性电解质可以是溶液相或固定在通道壁的表面上。带负电的分子通过介质中的pH梯度朝向正电极迁移，而带正电的分子朝向负电极移动。在低于其等电点(pI)的pH区域中的蛋白质(或其它分子)将带正电，并且因此将朝向阴极(即，带负电的电极)迁移。蛋白质的总净电荷将随着其通过增大pH的梯度迁移而减少(例如，由于羧基或其它带负电荷的官能团的质子化)，直到蛋白质到达与其pI相对应的pH区域为止，此时它没有净电荷并且因此迁移停止。结果，基于其酸性和碱性残基的相对含量而分离的蛋白质混合物变得聚焦成尖锐的固定带，每个蛋白质都位于与其pI相对应的pH梯度中的一点处。该技术能够实现极高的分辨率，将因单个电荷而不同的蛋白质被分级成分离的带。在一些方面中，在使流体(例如，阴极液或活动化试剂)从流体入口流过毛细管或通道而流出毛细管或通道的远侧端部的同时，可以执行等电聚焦。在一些实施例中，可以在已经(例如，用中性和亲水性聚合物涂层)永久地或动态地涂覆的分离通道中执行等电聚焦，以消除电渗流(EOF)。合适的涂层的示例包括但不限于氨基改性剂、羟丙基纤维素(HPC)和聚乙烯醇(PVA)、
(阿尔科生物分离)、线性聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷(PVP)、甲基纤维素、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、三乙胺、丙胺、吗啉、二乙醇胺、三乙醇胺、二氨基丙烷、乙二胺、壳聚糖、聚乙烯亚胺、尸胺、腐胺、亚精胺、二亚乙基三胺、四亚乙基五胺、纤维素、葡聚糖、聚环氧乙烷(PEO)、醋酸纤维素、支链淀粉、乙基吡咯烷甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲酯、二十二烷基二甲基溴化铵、Brij 35、磺基甜菜碱、1,2-二月桂酰n-磷脂酰胆碱、1,4-二癸基-1,4-重氮二环[2,2,2]辛烷二溴化物、琼脂糖、聚(N羟乙基丙烯酰胺)、pole-323、超支化聚氨基酯、普鲁兰多糖、甘油、吸附涂层、共价涂层、动态涂层等。在一些实施例中，可以(例如，在未涂覆的分离通道中)使用在分离介质中的诸如甲基纤维素、甘油、尿素、甲酰胺、表面活性剂(例如，Triton-X100、CHAPS、洋地黄皂苷)的添加剂执行等电聚焦以显著地通过增大电解质的粘度来减少电渗流、允许更好的蛋白质溶解和限制毛细管内(例如，在毛细管的管腔中)或流体通道内的扩散。
如上所述，用于毛细管等电聚焦技术的pH梯度是通过使用两性电解质产生的，即，所述两性电解质含有酸性基团和碱性基团两者并且主要作为在一定pH范围内的两性离子来存在。在分离通道的阳极侧上的电解质溶液的一部分被称为“阳极液”。在分离通道的阴极侧上的电解质溶液的那部分被称为“阴极液”。多种电解质可以用在所公开的方法和装置中，包括但不限于磷酸、氢氧化钠、氢氧化铵、谷氨酸、赖氨酸、甲酸、二甲胺、三乙胺、乙酸、哌啶、二乙胺和/或其任何组合。电解质可以以任何合适的浓度使用，例如，0.0001％、0.001％、0.01％、0.1％、1％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％等。电解质的浓度可以是至少0.0001％、0.001％、0.01％、0.1％、1％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。电解质的浓度可以是至多90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、1％、0.1％、0.01％、0.001％、0.0001％。可以使用一系列浓度的电解质，例如，0.1％至2％。两性电解质可以被选自任何商业或非商业载体两性电解质混合物(例如，Servalyt pH 4-9(德国海德堡，赛瓦)、Beckman pH 3-10(美国加利福尼亚州，富勒顿贝，克曼仪器公司)、Ampholine 3.5-9.5和Pharmalyte 3-10(两者均来自法国奥赛通用电气医疗中心)、AESlytes(AES)、FLUKA两性电解质(美国新泽西州，斯韦德斯伯勒，托马斯科学公司)、Biolyte(美国加利福尼亚州，赫拉克勒斯，Bio-Rad))和类似物。载体两性电解质混合物可以包括含有多重脂肪族氨基和羧酸基团的小分子(约300Da至1000Da)的混合物，这些基团具有紧密间隔的pI值和良好的缓冲能力。在存在所施加的电场的情况下，载体两性电解质分成平滑的线性或非线性pH梯度，其从阳极到阴极逐渐地增加。
在所公开的方法和装置中可以使用多种pI标准中的任一种来用于计算用于分离的分析物峰的等电点。例如，可以使用在CIEF应用中通常使用的pI标记，例如，蛋白质pI标记和合成小分子pI标记。在一些情况下，蛋白质pI标记会是具有普遍接受的pI值的特定蛋白质。在一些情况下，pI标记可以是可例如经由成像检测的。可以使用可商购获得的蛋白质pI标记或合成小分子pI标记的多种或组合，例如，可从先进电泳解决方案有限公司(加拿大安大略省，剑桥)、ProteinSimple、由Shimura设计的肽库以及Slais染料(阿尔科生物分离)获得的小分子pI标记。
毛细管区带电泳(CZE)：在一些情况下，分离或富集技术可以包括毛细管区带电泳，这是一种用于在所施加的电场中分离溶液中的带电分析物的方法。带电分析物分子的净速度受到由分离系统表现的电渗流(EOF)μEOF和用于各个分析物的电泳淌度μEP(其取决于分子的大小、形状和电荷)两者的影响，使得表现不同的大小、形状或电荷的分析物分子表现出不同的迁移速度并且分离成带。与其它毛细管电泳方法相比，CZE使用“简单的”缓冲物或背景电解质(用于分离的溶液)。
毛细管凝胶电泳(CGE)：在一些情况下，分离或富集技术可以包括毛细管凝胶电泳，这是一种用于基于大分子(例如，DNA、RNA和蛋白质)及其碎片的大小和电荷来分离和分析大分子及其碎片的方法。该方法包括使用填充凝胶的分离通道，其中凝胶在带电分析物分子在所施加的电场中进行电泳运动期间充当抗对流和/或筛分介质。凝胶的功能是抑制通过施加电场引起的热对流，同时也充当阻碍分子通过的筛分介质，由此导致不同大小或电荷的分子具有不同的迁移速度。
毛细管等速电泳(CITP)：在一些情况下，分离技术可以包括毛细管等速电泳，这是一种用于分离带电分析物的方法，所述方法使用在合适尺寸的毛细管或流体通道内的两种电解质(被称为前导电解质和终止电解质)的不连续系统。前导电解质包含具有最高电泳淌度的离子，而终止电解质包含具有最低电泳淌度的离子。待分离的分析物混合物(即，样本)被夹在这两种电解质之间，并且施加电场促使毛细管或流体通道内的带电分析物分子分隔到紧密相邻的区带中，以便降低电泳淌度。这些区带在所施加的电场中以恒定的速度运动，使得可以利用诸如电导检测器、光电检测器或成像装置的检测器来记录它们沿着分离通道的通过。与毛细管区带电泳不同，在使用毛细管等速电泳执行的单个分析中，同时测定或检测阴离子和阳离子分析物是不可行的。
毛细管电动色谱(CEC)：在一些情况下，分离技术可以包括毛细管电动色谱，这是一种基于液相色谱和电泳分离方法的组合来分离分析物混合物的方法。CEC提供毛细管电泳(CE)的效率以及填充毛细管高效液相色谱(HPLC)的选择性和样本容量两者。由于CEC中使用的毛细管被填充有HPLC填充材料，所以在HPLC中可用的广泛种类的分析物选择性在CEC中也是可用的。这些填充材料的高表面积使CEC毛细管能够容纳相对大量的样本，使随后洗脱的分析物的检测比其在毛细管区带电泳(CZE)中进行稍微更简单的任务。
胶束电动色谱(MEKC)：在一些情况下，分离技术可以包括毛细管电动色谱，这是一种基于表面活性剂胶束(准固定相)和周围水性缓冲溶液(流动相)之间的差异分隔来分离分析物混合物的方法。针对MEKC使用的基本设置和检测方法与在CZE中使用的那些相同。不同之处在于，缓冲溶液含有浓度高于临界胶束浓度(CMC)的表面活性剂，使得表面活性剂单体与胶束处于平衡状态。通常在开放毛细管或流体通道中使用碱性条件执行MEKC，以产生强电渗流。十二烷基硫酸钠(SDS)是在MEKC应用中常用的表面活性剂的一个示例。SDS的硫酸基团的阴离子特性促使表面活性剂和胶束具有与强电渗流的方向相反的电泳淌度。结果，表面活性剂单体和胶束的迁移非常缓慢，尽管它们的净运动仍然是在电渗流的方向上，即，朝向阴极。在MEKC分离期间，分析物本身分布在胶束的疏水性内部和亲水性缓冲溶液之间。不溶于胶束内部的亲水性分析物以电渗流速uOo迁移，并且将在缓冲液的保留时间tM处检测到。完全溶解在胶束内的疏水性分析物以胶束速度uC迁移，并且在最终洗脱时间tC处洗脱。
流动平衡毛细管电泳(FCCE)：在一些情况下，分离技术可以包括流动平衡毛细管电泳，这是一种用于提高毛细管电泳的效率和分辨能力的方法，所述方法利用压力诱导的逆流来主动地延迟、中止或逆转通过毛细管的分析物的电动迁移。通过延迟、中止或来回移动分析物横过检测窗口，感兴趣的分析物被高效地限制在分离通道中长达比在正常分离条件下明显更久的时间段，从而提高分离的效率和分辨能力两者。
色谱法：在一些情况下，分离技术可以包括色谱技术，其中样本流体(流动相)中的分析物混合物穿过柱或通道填充材料(固定相)，所述柱或通道填充材料(固定相)有差别地保留混合物的各种成分，从而使它们以不同的速度行进和分离。在一些情况下，会需要后续的洗脱或活动化步骤来置换对固定相具有高结合亲和力的分析物。可以结合到所公开的方法中的色谱技术的示例包括但不限于离子交换色谱、尺寸排阻色谱和反相色谱。
分离的分析物类的活动化：在一些情况下，本文提供的是被配置为执行例如色谱分离技术(例如，反相色谱)的装置和系统。由所述装置或系统实施的方法还可以包括洗脱被保留在多个分离通道中的每个中的固定相上的分析物类(例如，通过同时地或独立地改变流过多个分离通道中的每个的缓冲液)，这可以被称为“活动化”步骤或反应。在一些情况下，由所述装置或系统实施的方法还可以包括同时地或独立地向多个分离通道中的每个施加压力，或同时地或独立地将电解质引入多个分离通道中的每个中以破坏用于等电聚焦的pH梯度，并且从而触发分离的分析物峰迁移出分离通道，这也可以被称为“活动化”步骤。在一些情况下，用于驱动分离反应的力(例如，用于反相色谱的压力，或用于电动分离或等电聚焦反应的电场)可以在活动化步骤期间被切断。在一些情况下，用于驱动分离反应的力会在活动化步骤期间被留下。在所公开的方法的一些实例(例如，包括等电聚焦步骤的那些)中，分离的分析物带可以被活动(例如，使用流体动力压力和/或化学活动技术)，使得分离的分析物带朝向与另一个流体通道连接的多个分离通道中的每个的端部(其可以是例如出口、废物贮器或第二分离通道)迁移。在一些情况下，例如，在采用毛细管凝胶电泳、毛细管区带电泳、等速电泳、毛细管电动色谱、胶束电动色谱、流动平衡毛细管电泳或通过差速分离分析物混合物的组分的任何其它分离技术的那些实例中，分离步骤本身可以被视为活动化步骤。
在一些情况下，分析物带的活动化可以通过同时地或独立地向多个分离通道中的每个的一个或两个端部施加流体动力压力来实现。在一些情况下，分析物带的活动化可以通过将装置取向成使得多个分离通道处于竖直位置中来实现，使得可以采用重力。在一些情况下，分析物带的活动化可以使用EOF辅助的活动化来实现。在一些情况下，分析物带的活动化可以使用化学活动化例如通过同时地或独立地将活动化电解质引入多个分离通道中的每个中来实现，所述活动化电解质在用于等电聚焦的pH梯度中改变局部pH。在一些情况下，可以采用这些活动化技术的任何组合。
在一个优选的实例中，用于等电聚焦的分析物带的活动化步骤包括化学活动化。与基于压力的活动化相比，化学活动化具有以下优势，即，通过克服通过使用压力引起的流体动力抛物线流动分布而表现出最小的谱带增宽。化学活动化可以通过将电解质(即，“活动化电解质”)引入分离通道中以改变分离的分析物带(或两性离子缓冲液组分)上的局部pH值和/或净电荷来实现，使得分析物带(或两性离子缓冲液组分和相关联的水合壳)在所施加的电场中迁移。在一些情况下，用于使分离的分析物带活动的所施加的电场的极性可以使得分析物朝向与分离通道的出口或远侧端部电连通的阳极迁移(阳极活动化)。在一些情况下，用于使分离的分析物带活动的所施加的电场的极性可以使得分析物朝向与分离通道的出口或远侧端部电连通的阴极迁移(阴极活动化)。活动化电解质包含阴离子或阳离子，所述阴离子或阳离子与羟基(阴极活动化)或水合氢离子(阳极活动化)竞争以用于引入分离通道或毛细管中。可以用作用于阳极活动化的阴极液的碱的示例包括但不限于氢氧化钠、氢氧化铵(“氨”)、二乙胺、二甲胺、哌啶等。可以用作阴极活动化中的阳极液的酸的示例包括但不限于磷酸、乙酸、甲酸和碳酸等。在一些情况下，活动化可以通过向阳极液或阴极液中添加盐(例如，氯化钠)来引发。在一些情况下，阳极可以保持接地，并且负电压被施加到阴极。在一些情况下，阴极可以保持接地，并且正电压被施加到阳极。在一些情况下，可以将非零负电压施加到阴极，并且可以将非零正电压施加到阳极。在一些情况下，可以将非零正电压施加到阳极和阴极两者。在一些情况下，可以将非零负电压施加到阳极和阴极两者。
在一些情况下，分离的分析物带的活动化可以在用户指定的时间点处发起，所述用户指定的时间点为在开启状态和关闭状态之间触发可切换电极(例如，与多个分离通道中的每个的远侧端部电连通的阴极和与多个活动化通道(例如，在每个分离通道的出口或远侧端部附近与分离通道相交的流体通道)中的每个的近侧端部电连通的阴极)以控制将活动化缓冲液或电解质电泳引入分离通道中。
在一些情况下，用于在针对多个分离通道中的每个的开启状态和关闭状态之间独立地触发一个、两个或三个或更多个可切换电极的转变的用户指定的时间对于任何活动化计划而言可以在约30秒至约30分钟的范围内。在一些情况下，用户指定的时间可以是至少30秒、至少1分钟、至少2分钟、至少3分钟、至少4分钟、至少5分钟、至少10分钟、至少15分钟、至少20分钟、至少25分钟或至少30分钟。在一些情况下，用户指定的时间可以是至多30分钟、至多25分钟、至多20分钟、至多15分钟、至多10分钟、至多5分钟、至多4分钟、至多3分钟、至多2分钟、至多1分钟或至多30秒。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，用户指定的时间可以在约2分钟至约25分钟的范围内。本领域的技术人员将认识到，用户指定的时间可以具有在该范围内的任何值，例如，约8.5分钟。
在一些情况下，用于在本文公开的任何活动化方案中实现活动化(或在执行此类分离技术的那些情况下执行电动分离或等电聚焦反应)的电场可以在约0V/cm至约1000V/cm的范围内。在一些情况下，电场强度可以是至少0V/cm、至少20V/cm、至少40V/cm、至少60V/cm、至少80V/cm、至少100V/cm、至少150V/cm、至少200V/cm、至少250V/cm、至少300V/cm、至少350V/cm、至少400V/cm、至少450V/cm、至少500V/cm、至少600V/cm、至少700V/cm、至少800V/cm、至少900V/cm或至少1000V/cm。在一些情况下，电场强度可以是至多1000V/cm、至多900V/cm、至多800V/cm、至多700V/cm、至多600V/cm、至多500V/cm、至多450V/cm、至多400V/cm、至多350V/cm、至多300V/cm、至多250V/cm、至多200V/cm、至多150V/cm、至多100V/cm、至多80V/cm、至多60V/cm、至多40V/cm、至多20V/cm或至多0V/cm。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，电场强度时间可以在约40V/cm至约650V/cm的范围内。本领域的技术人员将认识到，电场强度可以具有在该范围内的任何值，例如，约575V/cm。
在一些情况下，分离的分析物带的活动化可以基于从独立地监测用于多个分离通道中的每个的电流(或电导率)得到的数据发起，其中例如在等电聚焦的情况下，通过分离通道的电流可以达到最小值。在一些情况下，最小电流值的检测或在指定时间段内保持恒定或低于指定阈值的电流值的检测可以用于判定等电聚焦反应是否已经完成，并且从而可以用于触发化学活动化步骤的发起。
在一些情况下，最小电流值或阈值电流值可以在约0μA至约100μA的范围内。在一些情况下，最小电流值或阈值电流值可以是至少0μA、至少1μA、至少2μA、至少3μA、至少4μA、至少5μA、至少10μA、至少20μA、至少30μA、至少40μA、至少50μA、至少60μA、至少70μA、至少80μA、至少90μA或至少100μA。在一些情况下，最小电流值或阈值电流值可以是至多100μA、至多90μA、至多80μA、至多70μA、至多60μA、至多50μA、至多40μA、至多30μA、至多20μA、至多10μA、至多5μA、至多4μA、至多3μA、至多2μA、至多1μA或至多0μA。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，最小电流值或阈值电流值可以在约10μA至约90μA的范围内。本领域的技术人员将认识到，最小电流值或阈值电流值可以具有在该范围内的任何值，例如，约16μA。
在一些情况下，指定的时间段可以是至少5秒、至少10秒、至少15秒、至少20秒、至少25秒、至少30秒、至少35秒、至少40秒、至少45秒、至少50秒、至少55秒或至少60秒。在一些情况下，指定的时间段可以是至多约60秒、至多约55秒、至多约50秒、至多约45秒、至多约40秒、至多约35秒、至多约30秒、至多约25秒、至多约20秒、至多约15秒、至多约10秒或至多约5秒。本文描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，指定的时间段可以在约5秒至约30秒的范围内。本领域的技术人员将认识到，指定的时间段可以具有在该范围内的任何值，例如，约32秒。
在一些情况下，分离的分析物带的活动化可以基于在执行分离反应时从多个分离通道的图像(例如，通过执行自动图像处理)得到的数据来发起。图像衍生数据可以用于监测一个或多个分析物峰的存在与否、一个或多个分析物峰的位置、一个或多个分析物峰的宽度、一个或多个分析物峰的速度、分离分辨率、一个或多个分析物峰的存在、位置、宽度或速度的变化率或其缺乏或其任何组合，并且可以用于判定分离反应是否完成和/或触发给定分离通道中的活动化步骤的发起。在一些情况下，分离步骤的完成可以通过监测分离性能参数(例如，峰位置或峰宽度)在一段时间内(例如，在10秒至60秒的时间段内)的变化率来确定。
在一些实施例中，化学活动化步骤可以在微流体装置内发起，所述微流体装置被设计为通过改变装置内的电场以将活动化电解质电泳到分离通道中来将CIEF与ESI-MS集成。在一些情况下，可以基于从分离通道的全部或一部分的图像得到的数据触发活动化步骤的发起。在一些情况下，可以通过连接或断开与一个或多个电源附接的一个或多个电极来实现电场的变化，其中一个或多个电极被定位在装置上的试剂凹孔中或与装置的流体通道集成。在一些情况下，一个或多个电极的连接或断开可以使用由计算机实施的方法和可编程开关来控制，使得活动化步骤的定时和持续时间可以与分离步骤相协调。在一些情况下，改变装置内的电场可以用于使活动化缓冲液以电泳或电渗的方式流入包含固定相的分离通道中，使得保留的分析物从固定相释放。
在一些情况下，用于每个分离通道的三个或更多个电极可以被连接到或集成到装置中。例如，第一电极可以被电联接到分离通道的近侧端部、与分离通道联接的电极贮器或与分离通道电地和/或流体地连通的另一个通道。类似地，第二电极继而可以被联接到分离通道的远侧端部、与分离通道的远侧端部联接的电极贮器或与分离通道的远侧端部电地和/或流体地连通的另一个通道，并且第三电极可以与活动化通道(或与其连接的通道或贮器)联接，所述活动化通道例如在分离通道的远侧端部处与分离通道相交并且连接至或包括容纳有活动化缓冲液的贮器。在如通过基于图像的方法所确定的分离步骤完成时，第二电极或第三电极与其相应的通道的电联接可以是可在“开”状态和“关”状态之间切换的。在一个这样的示例中，形成分离电路的阳极或阴极的第二电极可以切换到“关”模式，并且在分离期间会关闭的第三电极可以切换到“开”模式，以发起将活动化缓冲液引入通道(例如，经由电泳)中。在一些情况下，“开”状态和“关”状态可以分别包括在电极和流体通道之间的电联接的完全连接或断开。在一些情况下，“开”状态和“关”状态可以包括将通过指定电极的电流分别夹持到非零安或零微安。
在一些情况下，活动化步骤的触发或发起可以包括针对如上所述的一个或多个图像衍生分离参数检测到没有变化或小于指定阈值的变化。例如，在一些情况下，一个或多个图像衍生参数(例如，峰位置、峰宽度、峰速度等)中的小于20％、15％、10％或5％的变化可以用于触发活动化步骤。
在一些情况下，活动化步骤的触发或发起可以包括针对如上所述的一个或多个图像衍生分离参数检测到没有变化或小于指定阈值的变化率。例如，在一些情况下，一个或多个图像衍生参数(例如，峰位置、峰宽度、峰速度等)在至少10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒、55秒或60秒的时间段内的小于20％、15％、10％或5％(或这些百分比变化和时间段的任何组合)的变化可以用于触发活动化步骤。
在一些情况下，可以在活动化步骤期间使用校准物来关联和/或校准来自质谱仪的信息。在一些情况下，校准物可以包括具有已知质量的肽、多肽、蛋白质或其它分子(天然的或合成的)。在一些情况下，校准物将与活动剂(mobilizer)溶液混合。校准物可以用于校准质谱仪。在一些情况下，校准物可以用于将来自质谱仪的信息关联到活动化过程或分离过程。例如，可以在分离(例如，等电聚焦)或活动化期间监测校准物。
电喷雾离子化(ESI)和质谱分析法：在优选的实施例中，本公开的方法、装置和系统被配置为用于对分离的分析物混合物执行电喷雾离子化并且将分离的分析物混合物注入质谱仪中。在ESI中，通过在毛细管尖端或发射极尖端与质谱仪源板之间施加电场而从包括电喷雾特征部(例如，发射极尖端或孔口)的毛细管或微流体装置的远侧端部发射样本和溶液的液滴。在一些实施例中，在毛细管或发射极尖端与质谱仪之间的电压可以是介于500V与6000V之间或介于-500V与-6000V之间。液滴在该感应电场中拉伸和扩张，以形成圆锥形状的发射物(即，“泰勒锥”)，所述圆锥形状的发射物包括越来越小的液滴，其蒸发和产生气相离子，所述气相离子被引入质谱仪中以用于进一步的分离和检测。在优选的实施例中，本公开的方法、装置和系统包括在ESI期间执行雾化过程(例如，使用气体通道)。在一些情况下，雾化可以被执行以实现纳米流动或纳米级的液滴的生成，这可以帮助在质谱分析法期间减少离子抑制、增大离子化、减少污染、更稳定的电喷雾性能、更高的检测准确度或更高的检测信号。例如，包括雾化在内的ESI性能可以由总质谱信号中的小于1.0％的标准误差波动来表征。在一些情况下，在使流体从流体入口流过毛细管或通道而流出毛细管或通道的远侧端部的同时，可以执行ESI。
如本文描述的，在一些情况下，微流体装置(例如，微流体芯片或微流体盒筒)包括用作发射极尖端的流体孔口(例如，ESI孔口)。发射极尖端可以使用研磨轮、锉刀、机械加工工具、CNC机械加工工具、水射流切割或其它工具或工艺来磨砺以提供较小表面和滴体积，以便使ESI尖端成形来提供较小表面体积，诸如此类。在一些情况下，发射极尖端可以被定位在微流体装置的边缘或拐角处。在其它情况下，可以通过加热和拉伸芯片的尖端部分来拖曳尖端。在一些情况下，尖端可以被切割到所需的长度或直径。在一些情况下，电喷雾尖端可以用疏水性涂层涂覆，所述疏水性涂层可以使形成在尖端上的液滴的大小最小化。在一些实施例中，当没有从装置洗脱分析物时，系统可以在分离步骤期间具有电喷雾活动剂、阴极液或任何其它液体。在一些实施例中，基底出口孔口可以进一步被成形为楔形、金字塔形、圆锥形或其它三维形状。在一些实施例中，该形状可以包括供通道(气体或流体)的一些或全部离开的平坦特征部。在一些实施例中，基底可以是化学改性表面，所述化学改性表面是疏水性的或亲水性的或与流体、水、有机溶剂等维持规定的接触角。
用于从微流体装置(例如，生物制药或生物仿制药)驱排的且被引入质谱仪中的分析物的质荷比(或“质量”)可以使用各种不同的质谱仪设计中的任何一种来测量。示例包括但不限于飞行时间质谱、四极质谱、离子阱或轨道阱质谱、飞行距离质谱、傅里叶变换离子回旋共振、共振质量测量和纳米机械质谱。
在一些实施例中，微流体装置的电喷雾特征部可以与分离通道成直线。在一些实施例中，微流体装置的电喷雾特征部可以相对于分离通道以直角或中间角度取向。在所公开的方法的一些实施例中，从电喷雾尖端或特征部以连续的流驱排出从在毛细管或微流体装置中执行的最终分离或富集步骤分离的和/或富集的分析物级分的基本全部。在一些实施例中，可以从微流体装置经由出口或流体孔口驱排分析物混合物的一部分(例如，感兴趣的级分)，所述出口或流体孔口被配置为与分析仪器(例如，质谱仪或被配置为将样本的至少一部分分级和/或富集的另一个装置)接合。
在一些实施例中，从毛细管或微流体装置的驱排是使用压力、电力、离子化或这些的任何组合来执行的。在一些实施例中，驱排与如上所述的活动化步骤符合。在一些实施例中，用于电喷雾离子化的鞘流液体被用作用于电泳分离的电解质。在优选的实施例中，提供雾化气体(例如，其流过微流体装置的气体通道)以在将样本引入分析仪器(例如，质谱仪)中期间使样本雾化和/或减小液滴尺寸。在雾化期间，气体(例如，空气、氧气、氮气等)流以足够高的速度被朝向样本引导以使样本气雾化。所得到的样本包括更小的液滴，其然后可以蒸发得更快并且允许被引入质谱仪中的样本进行改进的离子化。
电喷雾离子化性能的成像：本文公开了用于改进电喷雾离子化性能的装置、方法和系统，并且从而改进对于基于毛细管或基于微流体装置的ESI-MS系统所采集的质谱数据的质量。在一些情况下，在电喷雾离子化装置中的泰勒锥的成像可以用于评估在ESI期间的雾化过程的性能。例如，对泰勒锥的成像可以提供关于泰勒锥的大小、形状或其它特征或关于雾化过程的大小、形状或其它特征(例如，液滴尺寸、均匀性等)的数据。在某些情况下，成像可以用在计算机实现的方法中以提供一个或多个操作参数的反馈控制，使得泰勒锥的形状、密度或其它特征被维持在指定的范围内。在一些实施例中，可以通过这种反馈过程控制的操作参数包括但不限于电喷雾尖端或孔口与质谱仪入口的对准、电喷雾尖端与质谱仪入口之间的距离(例如，通过将包括集成的电喷雾特征部的毛细管尖端或微流体装置安装在可编程的精密X-Y-Z平移台架上)、通过电喷雾尖端的分析物样本的流速(例如，通过调节用于驱动分析物样本的驱排的压力、电场强度或其组合)、所施加的电压(例如，在通道的近侧端部处，例如，在电喷雾尖端或孔口与质谱仪入口之间)、包围被驱排的分析物样本的鞘流液体或鞘流气体或雾化器气体的体积流速或它们的任何组合。
分离通道的成像：在一些情况下，所公开的装置和系统可以被配置为对至少一个分离通道的全部或一部分执行成像，以在执行分离和/或活动化反应的同时监测该分离和/或活动化反应。在一些情况下，所公开的装置和系统可以被配置为对多个分离通道的全部或一部分执行成像，以在执行多个分离和/或活动化反应的同时并行地监测多个分离和/或活动化反应。在一些情况下，可以使用本领域的技术人员已知的多种成像技术中的任一种对分离和/或活动化反应成像。示例包括但不限于紫外(UV)光吸收、可见光吸收、荧光(例如，天然荧光或由用荧光团标识的一个或多个分析物引起的荧光)、傅里叶变换红外光谱、傅里叶变换近红外光谱、拉曼光谱、光学光谱和类似物。在一些情况下，多个分离(或富集)通道可以是多个毛细管的管腔。在一些情况下，多个分离(或富集)通道可以是微流体装置内的多个流体通道。在一些情况下，分离(或富集)通道、将分离通道的端部和下游分析仪器或电喷雾孔口或尖端连接的连结或连接通道、电喷雾孔口或尖端本身或其任何组合中的一部分或全部可以被成像。在一些情况下，分离(或富集)通道可以是毛细管的管腔。在一些情况下，分离(或富集)通道可以是微流体装置内的流体通道。
用于对分离的分析物带成像和检测的一个或多个波长范围将典型地取决于成像技术的选择和制造装置或其部分的一种或多种材料。例如，在UV光吸光度用于对分离通道的全部或一部分或微流体装置的其它部分成像的情况下，在约220nm(由于肽键的天然吸光度)和/或约280nm(由于芳香族氨基酸残基的天然吸光度)下的检测可以允许人们在分离和/或活动化期间观察蛋白质带，前提是该装置的至少一部分(例如，分离通道或其一部分)对在这些波长下的光是透明的。在一些情况下，待分离的分析物可以在分离之前用例如荧光团、生色团、化学发光标签或其它合适的标志标识，使得它们可以使用荧光成像、UV吸光度成像或其它合适的成像技术成像。在一些情况下，例如，其中分析物包括由商业制造过程产生的蛋白质，蛋白质可以被基因改造以并入绿色荧光蛋白(GFP)结构域或其变体，使得它们可以使用荧光被成像。在一些情况下，可以使用一种方法来执行对蛋白质或其它分析物分子的标识，以确保标签本身不干扰或不扰乱由所选分离技术所基于的分析物特性。
在一些情况下，成像(或源自其的数据)可以用于触发例如活动化步骤或分离的分析物级分或其部分从第一分离通道或多个分离通道到第二分离通道或第二多个分离通道或从第一分离通道或多个分离通道到与第一分离通道或多个分离通道的出口端部流体连通的第二分离通道或多个分离通道的其它转移。例如，在一些情况下，所公开的方法可以包括将分析物混合物注入微流体装置中，所述微流体装置包含第一多个分离通道和第二多个分离通道。第一多个分离通道可以包含介质，所述介质被配置为结合来自样本分析物混合物的分析物。因此，当样本分析物混合物被加载或注入装置例如微流体装置或微流体盒筒中时，每个样本分析物混合物中的分析物的至少一级分可以被结合到基质和/或被阻碍流过第一多个分离通道。例如，将分析物混合物注入微流体装置中可以实现第一多个分离通道中的色谱分离。然后，可以将洗脱液注入微流体装置中，使得分析物(如果存在的话)的至少一级分从每个分离通道中的介质活动。在一些情况下，可以在分析物被活动化的同时对第一多个分离通道成像。在一些情况下，第一多个分离反应的成像可以包括全柱(例如，全通道)成像和/或对分离通道的一部分成像。在一些情况下，当成像检测到分析物级分被布置在第一多个分离通道和第二多个分离通道的交叉点处时，可以将电场施加到第二多个分离通道，使得分析物级分被电动地注入到第二多个分离通道中。例如，在一些情况下，第一多个分离通道和第二多个分离通道可以形成一系列T形接头。在一些情况下，成像可以用于检测分析物级分(例如，感兴趣的级分)何时位于该一系列T形接头中的一个或多个处。施加电场可以将感兴趣的分析物级分(以及任选地，并非其它不位于该一系列T形接头处的分析物级分)电动地注入第二多个分离通道中以用于第二分离阶段。在一些情况下，依据是否在T形接头中的一个或多个处检测到感兴趣的分析物级分，电场可以被独立地施加到第二多个分离通道中的一个或多个。
在一些情况下，可以在活动化期间执行成像以监测活动化反应。在一些情况下，用于监测分离反应的成像系统也可以用于监测活动化反应。在一些情况下，可以仅对通道或多个通道的一部分成像以监测活动化反应。在一些情况下，可以对整个通道或多个通道成像，并且仅成像的通道或多个通道的一部分可以用于监测活动化反应。例如，可以以给定的采样率对通道成像，并且对于所生成的每个图像而言，与一个或多个通道的远侧端部相对应的图像的部分可以用于生成淌度色谱图。淌度色谱图可以提供关于例如作为时间函数的某个像素宽度(例如，8个像素)的平均吸光度的信息。在一些情况下，用于生成淌度色谱图的图像的像素宽度(例如，其与通道的远侧端部相对应)可以包括至少1个像素、至少2个像素、至少3个像素、至少4个像素、至少5个像素、至少6个像素、至少7个像素、至少8个像素、至少9个像素、至少10个像素、至少15个像素、至少20个像素、至少25个像素、至少30个像素、至少35个像素、至少40个像素、至少50个像素、至少60个像素、至少70个像素、至少80个像素、至少90个像素、至少100个像素。
淌度色谱图可以用于确定活动化反应的参数。例如，淌度色谱图可以用于校准质谱仪，以确定一个或多个分析物的飞行时间信息、峰宽度、峰速度、峰活动、峰位置等。在一些情况下，淌度色谱图可以实时地生成。在一些情况下，淌度色谱图可以以采样率(例如，奈奎斯特采样率，1Hz-2Hz，或与质谱仪的采样率相匹配的频率)生成。在一些情况下，色谱图可以用于产生关于作为时间函数的通道片段的吸光度的信息。
系统和系统部件：在一些情况下，本公开的系统可以包括一个或多个所公开的装置(例如，微流体装置)、一个或多个高电压电源(或在进行多个并行分离的情况下，允许独立地控制两个或更多个通道的单个多路复用高电压电源)、自动取样器和/或流体装卸系统、流体流量控制器、成像模块、动态光散射模块、微板装卸机器人模块、废物管理模块(例如，去除或防止液滴积聚在电喷雾尖端的外部上)、电极接口单元、处理器或计算机或它们的任何组合。
高电压电源：在一些情况下，所公开的系统的一个或更多个高电压电源(或允许独立地控制两个或更多个通道的单个多路复用高电压电源)被配置为提供对多个分离通道的同时且独立的电气控制，例如，同时地且独立地向多个分离通道或辅助流体通道(例如，用于在等电聚焦反应完成后将化学活动剂输送到分离通道的活动化通道)中的每个施加指定的电压或电流。在一些情况下，所公开的系统的两个或更多个高电压电源(或允许独立地控制两个或更多个通道的单个多路复用高电压电源)被配置为监测和/或记录流过多个分离通道中的每个分离通道的电流(不仅仅是总电流)。如本文描述的，分离通道可以包含不同的样本或相同的样本(例如，样本的等分试样)。在一些情况下，流过每个分离通道的电流可以用于例如确定等电聚焦反应何时完成和/或检测故障(例如，在分离通道中引入或形成气泡)。
在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被编程或以其它方式被配置为在恒定电压模式下运行，例如，其中横过多个分离通道和/或辅助通道中的每个所施加的电压在分离反应的持续时间内或在指定的时间段内保持固定。在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被编程或以其它方式被配置为使横过多个分离通道和/或辅助通道中的每个所施加的电压在一个或多个指定的时间下从第一指定电压逐步变化到至少第二指定电压。在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被编程或以其它方式被配置为在分离反应的进程上使电压进行两个、三个、四个、五个或多于五个的逐步变化。
在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被编程或以其它方式被配置为在恒定功率模式下运行，例如，以便当在分离反应期间由于电导率变化而导致电流下降时升高施加到给定的分离通道的电压，从而允许人们增大电压以在未引起过度焦耳加热的情况下使分离时间最小化。
如上所述，在一些情况下，用于执行电泳分离或等电聚焦反应(或其它电动注入或分离过程)的电场可以在约0V/cm至约1000V/cm的范围内。因此，在一些情况下，所公开的系统的两个或更多个高电压电源可以被配置为提供在约0伏至约5000伏的范围内的可调电压(例如，对于5cm长的分离通道而言)。在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被配置为提供至少0伏、至少5伏、至少10伏、至少50伏、至少100伏、至少500伏、至少1000伏或至少5000伏的可调电压。在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被配置为提供至多5000伏、至多1000伏、至多500伏、至多100伏、至多50伏、至多10伏或至多5伏的可调电压。在本段落中描述的下限值和上限值中的任一者可以被组合以形成包含在本公开内的范围，例如，在一些情况下，两个或更多个高电压电源可以被配置为提供在约100伏至约1000伏的范围内的可调电压。本领域的技术人员将认识到，两个或更多个高电压电源可以被配置为提供在该范围内的任何值的可调电压，例如，约1250伏。
流体流量控制器：在一些情况下，所公开的系统可以包括一个或多个可编程流体流量控制器，其被配置为提供例如通过一个或多个分离通道的独立受控的压力驱动流动(例如，用于单独使用或用于与施加到一个或多个分离通道的电压梯度结合使用)或与分离通道相交的辅助通道。在一些情况下，压力驱动流动可以用于使分离的分析物峰从分离通道活动出来。在一些情况下，压力驱动流动可以用于例如将化学活动剂引入分离通道中(例如，破坏用于等电聚焦的pH梯度的电解质)，由此使分离的分析物峰从分离通道活动出来。在一些情况下，压力驱动流动可以用于例如将化学活动剂引入分离通道中(例如，用于从限制在分离通道内的固定相洗脱分析物的洗脱缓冲液)，由此使分离的分析物峰从分离通道活动出来。在一些情况下，可以通过将限流器集成到装置中来控制流动，例如，长毛细管或通道长度，以增加流体动力阻力和提供均匀的流动分布和电喷雾性能。
通过所公开的装置和系统的压力驱动流体流动的控制将典型地通过使用泵(或其它流体致动机构)和阀来执行。合适的泵的示例包括但不限于注射泵、可编程注射泵、蠕动泵、隔膜泵、活塞泵和类似物。在一些实施例中，通过系统的流体流动可以借助于在装置上的一个或多个流体入口或样本或试剂贮器处施加正气动气压来控制。在一些实施例中，通过系统的流体流动可以借助于在一个或多个流体出口或废物贮器处抽真空来控制。合适的阀的示例包括但不限于止回阀、机电二通或三通阀、气动二通和三通阀和类似物。在一些情况下，一个或多个微型泵或(例如，蠕动泵、压电泵)、微型阀(例如，计量喷射阀、压电阀、旋塞阀、滑阀)可以被集成在装置内。在某些情况下，通过所公开的装置和系统的控制或压力驱动流体流动可以使用球囊、泡罩包装、活塞、螺钉、玻璃料或它们的组合来执行。在一些情况下，压力驱动流体流动可以是无脉冲的。
在一些实施例中，可以使用一个或多个装置或系统参数来控制通过系统的流体流动。在一些情况下，可以通过改变系统的温度(例如，改变装置的区域中的气体压力)或通过引入温度梯度来在装置中产生流动。在一些情况下，可以改变贮器高度以驱动流动通过装置的一个或多个通道(例如，经由液体静压力)。在一些情况下，装置的一部分(例如，入口或出口)可以被暴露并且允许蒸发，由此驱动流体流动通过通道。在一些情况下，流体流动可以是无脉冲的。
在一些情况下，可以电力地执行通过所公开的装置和系统的流体流动。例如，可以使用例如电渗泵来执行装置的一个或多个通道中或通道外的电渗流。
气体流量控制器：在一些情况下，所公开的系统可以包括一个或多个可编程气体流量控制器，其被配置为提供例如通过一个或多个气体通道或与流体通道相交的辅助通道的独立受控的压力驱动气体。在一些情况下，可以通过将限流器集成到装置中(例如，长毛细管或通道长度以增大流体动力阻力)、通过改变几何形状等以提供均匀的气体流动剖面来控制流动。
通过所公开的装置和系统的压力驱动气体流动的控制可以包括使用泵(或其它流体/气体致动机构)和阀。在一些实施例中，通过系统的气体流动可以借助于在装置的一个或多个气体入口处施加正气动气压来控制。在一些实施例中，通过系统的气体流动可以借助于在一个或多个气体出口处抽真空来控制。合适的阀的示例包括但不限于止回阀、机电二通或三通阀、气动二通和三通阀和类似物。在一些情况下，一个或多个微型泵(例如，蠕动泵、压电泵)或微型阀(例如，计量喷射阀、压电阀、旋塞阀、滑阀)可以被集成在装置内。在某些情况下，通过所公开的装置和系统的控制或压力驱动气体流动可以使用球囊、泡罩包装、活塞、螺钉、玻璃料或它们的组合来执行。在一些情况下，压力驱动气体流动可以是无脉冲的。
在一些实施例中，可以使用一个或多个装置或系统参数来控制通过系统的气体流动。在一些情况下，可以通过改变系统的温度(例如，改变装置的区域中的气体压力)或通过引入温度梯度来在装置中产生流动。在一些情况下，可以改变贮器高度以驱动流动通过装置的一个或多个通道(例如，经由液体静压力)。在一些情况下，气体流动可以是无脉冲的。
可以使用原动力执行通过一个或多个气体通道的气体流动，例如，压力驱动流动、电动能、重力、离心力等或它们的组合。在一些情况下，使用压缩气体源驱动气体流动。在一些优选的情况下，在气体出口孔口上游的入口气体压力在100磅/平方英寸(PSI)至110磅/平方英寸(PSI)的范围内。在气体出口孔口上游的入口气体压力可以是约50PSI、约60PSI、约70PSI、约80PSI、约90PSI、约100PSI、约110PSI、约120PSI、约130PSI、约140PSI、约150PSI或更大。在一些情况下，在气体出口孔口上游的入口气体压力可以是至少约50PSI、至少约60PSI、至少约70PSI、至少约80PSI、至少约90PSI、至少约100PSI、至少约110PSI、至少约120PSI、至少约130PSI、至少约140PSI、至少约150PSI或更大。在一些情况下，在气体出口孔口上游的入口气体压力可以是至多约150PSI、至多约140PSI、至多约130PSI、至多约120PSI、至多约110PSI、至多约100PSI、至多约90PSI、至多约80PSI、至多约70PSI、至多约60PSI、至多约50PSI或更小。在气体出口孔口上游的入口气体压力可以在例如约50PSI至约110PSI的范围内。在气体出口孔口处的气体压力可以是约0PSI、约5PSI、约10PSI、约15PSI或约20PSI。在特定方面中，在气体出口孔口处的气体压力可以是约0PSI。
气体流动速率可以处于数值的范围内，并且可以根据具体的几何形状或用途(例如，用于雾化，用于干燥ESI尖端等)来调节。气体流动速率可以是约10m/s、约20m/s、约30m/s、约40m/s、约50m/s、约60m/s、约70m/s、约80m/s、约90m/s、约100m/s、约150m/s、约200m/s、约300m/s、约400m/s、约500m/s或更大。气体流动速率可以是至少约10m/s、至少约20m/s、至少约30m/s、至少约40m/s、至少约50m/s、至少约60m/s、至少约70m/s、至少约80m/s、至少约90m/s、至少约100m/s、至少约150m/s、至少约200m/s、至少约300m/s、至少约400m/s、至少约500m/s或更大。气体流动速率可以是至多约500m/s、至多约400m/s、至多约300m/s、至多约200m/s、至多约100m/s、至多约90m/s、至多约80m/s、至多约70m/s、至多约60m/s、至多约50m/s、至多约40m/s、至多约30m/s、至多约20m/s、至多约10m/s或更小。气体流动速率可以处于例如介于约50m/s与150m/s之间的数值的范围内。在一些方面中，气体流动速率可以依据环境条件为声速(例如，约350m/s)。在一些方面中，气体流动速率可以依据环境条件为超音速。
气体源可以包括空气、氮气、氧气、惰性气体(例如，氦气、氩气等)、电子载气(例如，一氧化二氮或诸如氟聚氨酯的含氟聚合物)。可以使用气体的组合，例如，氮气和氧气。在一些情况下，可以向气体管线添加溶剂(例如，甲醇)，这当气流与液体的流体流动路径在流体排放通道孔口处或附近会聚时可以有助于将电荷驱动到分子上。在一些情况下，气体源可以从分析仪器(例如，质谱仪)获得，并且可以被集成到本文描述的装置、系统和方法中。
在执行所公开的分析物分离方法期间，可以在不同的点处利用流体流动控制的不同模式，例如，可以全部使用正向流动(相对于用于给定装置或流体或气体通道的入口和出口)、反向流动、振荡流动或脉动流动或它们的组合。例如，在一些情况下，例如，在装置起动步骤期间可以使用振荡流动或脉动流动，以促进可以被困在装置内的任何气泡的驱逐。在一些情况下，装置可以经受真空(例如，脱气)以用于装置起动，例如，以促进流体或试剂的无气泡的引入。
在执行所公开的分析物分离方法期间，可以在不同的点处利用不同的流体流动速率。例如，在所公开的装置和系统的一些实例中，体积流速可以从-100mL/s到+100mL/s变化。在一些情况下，体积流速的绝对值可以是至少0.001mL/s、至少0.01mL/s、至少0.1mL/s、至少1mL/s、至少10mL/s或至少100mL/s。在一些情况下，体积流速的绝对值可以是至多100mL/s、至多10mL/s、至多1mL/s、至多0.1mL/s、至多0.01mL/s或至多0.001mL/s。在给定时间点处的体积流速可以具有在该范围内的任何值，例如，2.5mL/s的正向流动速率、-0.05mL/s的反向流动速率或0mL/s的值(即，停止流动)。在一些情况下，压力驱动流体流动模式和/或通过每个分离通道和/或辅助流体通道的流体流动速度可以被彼此独立地编程以遵循指定的时间进程。
在ESI期间，样本(或分离的样本)从ESI孔口的流速可以被调谐以获得基本纳米的体积流量。例如，在样本发射以形成泰勒锥时的样本的流速可以是约1纳升/每分钟(nL/min)、5nL/min、10nL/min、20nL/min、30nL/min、40nL/min、50nL/min、60nL/min、70nL/min、80nL/min、90nL/min、100nL/min、200nL/min、300nL/min、400nL/min、500nL/min、600nL/min、700nL/min、800nL/min、900nL/min、1000nL/min(1μL/min)、2μL/min、3μL/min、4μL/min、5μL/min、10μL/min或更大。在样本发射以形成泰勒锥时的样本的流速可以是至少约1纳升/每分钟(nL/min)、至少约5nL/min、至少约10nL/min、至少约20nL/min、至少约30nL/min、至少约40nL/min、至少约50nL/min、至少约60nL/min、至少约70nL/min、至少约80nL/min、至少约90nL/min、至少约100nL/min、至少约200nL/min、至少约300nL/min、至少约400nL/min、至少约500nL/min、至少约600nL/min、至少约700nL/min、至少约800nL/min、至少约900nL/min、至少约1000nL/min(1μL/min)、至少约2μL/min、至少约3μL/min、至少约4μL/min、至少约5μL/min、至少约10μL/min或更大。在样本发射以形成泰勒锥时的样本的流速可以是至多约10μL/min、至多约5μL/min、至多约4μL/min、至多约3μL/min、至多约2μL/min、至多约1μL/min、至多约900nL/min、至多约800nL/min、至多约700nL/min、至多约600nL/min、至多约500nL/min、至多约400nL/min、至多约300nL/min、至多约200nL/min、至多约100nL/min、至多约90nL/min、至多约80nL/min、至多约70nL/min、至多约60nL/min、至多约50nL/min、至多约40nL/min、至多约30nL/min、至多约20nL/min、至多约10nL/min、至多约9nL/min、至多约8nL/min、至多约7μL/min、至多约6μL/min、至多约5μL/min、至多约4μL/min、至多约3μL/min、至多约2μL/min，至多约1μL/min。在样本发射以形成泰勒锥时的样本的流速可以处于例如约500nL/min至约1μL/min的数值的范围内。
自动取样器和流体装卸系统：在一些情况下，所公开的系统还可以包括自动取样器或流体装卸系统，所述自动取样器或流体装卸系统被配置为用于将样本等分试样和/或其它分离反应试剂自动地且独立地控制加载到通向分离通道的多个样本或试剂入口端口中。在一些情况下，可以将定制的自动取样器或流体装卸模块并入所公开的系统中。在一些情况下，可以将可商购的自动取样器或流体装卸模块集成到所公开的系统中。合适的可商购的自动取样器的示例包括但不限于安捷伦1260无限双回路自动取样器和1260无限高性能微型自动取样器(美国加利福尼亚州，圣克拉拉市，安捷伦科技)、HT1500L HPLC自动取样器(意大利，布雷西亚市，HTA)、Spark Holland Alias(荷兰，埃曼，Spark-Holland)以及SIL-20A/AC HPLC自动取样器(美国马里兰州，哥伦比亚市，岛津制作所)。合适的可商购的流体装卸系统(或液体装卸系统)的示例包括但不限于Tecan 
系统(瑞士，Tecan贸易公司)、汉密尔顿麦蓝STAR和麦蓝NIMBUS系统(美国内华达州，里诺，汉密尔顿)以及安捷伦布拉沃自动液体装卸平台和安捷伦竖式移液站(美国加利福尼亚州，圣克拉拉市，安捷伦科技)。
在一些情况下，一个或多个流体流量控制器或流体装卸系统可以用于填充或补充一个或多个贮器。如本文描述的，贮器可以与盒筒、微流体装置或组件流体连通，或者可以例如经由接口单元(例如，参见图17A至图17B和以下示例9)连接到与盒筒或组件接合的流体管线。贮器可以包括例如压缩气体单元、用于执行分离反应的试剂(例如，阴极液、阳极液、载体两性电解质等)、用于执行活动化反应的试剂或用于执行电喷雾离子化反应的试剂。
废物管理：在一些情况下，微流体装置的气体通道或多个气体通道用于管理在流体(例如，分离)通道内的或与流体(例如，分离)通道相邻的废物。例如，气体通道可以用于引导流体远离与分离通道流体连通的流体孔口。例如，气体通道可以用于引导流体朝向废物容器或通常远离下游分析仪器(例如，质谱仪)。在一些情况下，气体通道在与流体孔口相邻的气体出口孔口处驱排空气，所述气流用于从流体孔口去除多余的液体(所述流体孔口可以包括或充当电喷雾尖端)。在一些情况下，气体通道可以用于清洁电喷雾尖端。例如，可以施加更高的压力以引导多余的液体或废弃产物远离电喷雾尖端。
在一些实施例中，系统还可以包括废物管理模块，所述废物管理模块可以与微流体装置集成(即，附接至微流体装置)或与微流体装置分离。废物管理模块可以用于从微流体装置收集废弃产物。在一些情况下，另外地或可替代地，废物管理模块可以用于管理微流体装置的出口或表面处的液滴形成。例如，废物管理模块可以用于防止在装置的出口(例如，电喷雾尖端)处形成液滴和/或防止液滴芯吸到装置的不同分段或部分(例如，入口、接口电极等)。在一些情况下，废物管理模块可以包括施加正压或负压(例如，真空)。在这种情况下，可以对微流体装置的一部分(例如，出口或电喷雾尖端)施加真空。例如，可以将法兰或适配器应用于芯片，从而在对装置的放置的干扰最小或对任何下游分析单元(例如，质谱仪)的干扰最小的情况下允许真空待与装置接合。然后，随着从出口或电喷雾尖端驱排液滴或废弃产物，真空可以用于抽吸液滴或废弃产物。在一些情况下，废物管理模块使用正压力。例如，气流(例如，来自雾化器模块)可以用于引导液滴远离电喷雾尖端。在这样的示例中，气流可以被连接到空气或氮气源和/或加压器以产生空气(或氮气)压力来喷射液滴或引导液滴远离装置或其部分(例如，电喷雾尖端)。在一些情况下，废物管理模块可以包括雾化单元。例如，雾化器可以被配置为固定到芯片。雾化器可以包括对于将空气朝向芯片引导所必需的几何形状，使得液滴或废弃产物被引导远离电喷雾尖端或出口(例如，到达废物容器)。雾化器可以包括密封机构并且可以被连接到空气源和/或加压器以产生气压来喷射液滴或引导液滴远离电喷雾尖端。在一些情况下，雾化器可以包括喷嘴。雾化器可以由聚合物、金属或陶瓷材料构成。
在一些情况下，本文描述的废物管理方法与其它用于废物管理的方法协同使用。例如，装置可以包括几何形状或化学/材料特性，其允许用于控制在流体孔口或出口处的液滴形成和/或将液滴和流体到装置的不同分段或部分(例如，电极或入口)的芯吸最小化。在一些情况下，涂层可以用于允许在装置的尖端或出口处形成液滴并且可以帮助防止流体芯吸到装置的其它分段或部分。在一些情况下，涂层可以是疏水性涂层。
在一些情况下，装置的几何形状或取向可以用于控制出口处的液滴形成和/或将液滴到装置的不同分段或部分的芯吸最小化。例如，出口或电喷雾尖端可以被形成为三角形尖端以允许用于最佳的液滴形成。在一些情况下，装置的几何形状可以用于控制废物管理。例如，在微流体装置包括气体通道和流体通道的情况下，气体通道的几何形状可以被优化以允许较高气体压力引导流体远离流体孔口或出口。较高气体压力还可以用于从流体孔口(例如，ESI尖端)去除例如碎屑或其它不需要的产物或副产物。
成像模块：在一些情况下，系统还可以包括成像模块，所述成像模块被配置为获取两个或更多个分离通道或其一部分的一系列一个或多个图像。在一些情况下，图像的视场可以包括两个或更多个分离通道的全部或一部分。在一些情况下，成像可以包括在执行分离和/或活动化反应的同时对两个或更多个分离通道的全部或一部分连续成像。在一些情况下，成像可以包括在执行分离和/或活动化反应的同时对两个或更多个分离通道的全部或一部分间歇或周期成像。在一些情况下，成像可以包括获取UV吸光度图像。在一些情况下，成像可以包括获取荧光图像，例如，天然荧光的荧光图像或由于附着于分析物的外源荧光标签的存在而引起的荧光的荧光图像。在一些情况下，成像模块可以被配置为例如确定等电聚焦反应何时完成和/或检测故障(例如，分离通道中的气泡的引入或形成)。
多种成像系统或系统部件中的任一种可以用于实现所公开的方法、装置和系统的目的。示例包括但不限于一种或多种光源(例如，发光二极管(LED)、二极管激光器、光纤激光器、气体激光器、卤素灯、弧光灯等)、聚光透镜、物镜、反射镜、滤光片、分束器、棱镜、图像传感器(例如，CCD图像传感器或照相机、CMOS图像传感器或照相机)和类似物或它们的任何组合。在一些情况下，一个或多个光源可以包括光源阵列。例如，LED阵列可以用于照亮装置的一个或多个区域。依据所使用的成像模式，光源和图像传感器可以被定位在微流体装置的相对侧上，例如，以便可以获取基于吸光度的图像。在一些情况下，光源和图像传感器可以被定位在微流体装置的同一侧上，例如，以便可以获取落射荧光图像。
如上所述，可以在分离和/或活动化步骤期间连续地获取图像，或者可以以随机或指定的时间间隔获取图像。在一些情况下，连续地或以随机或指定的时间间隔获取一系列一个或多个图像。在一些情况下，快速地(例如，在毫秒时间尺度上)获取一系列短曝光图像(例如，10张到20张图像)，然后它们被平均化以提供具有改进的信噪比的“单幅图像”。在一些情况下，每1秒、5秒、10秒、20秒、30秒或以更长的时间间隔获取“单幅图像”。在一些情况下，可以使用更长的曝光时间来改进信噪比。在一些情况下，一系列一个或多个图像可以包括视频图像。
图像处理：在一些情况下，如上所述，系统可以包括处理器、控制器或计算机，其被配置为运行图像处理软件以用于检测分析物峰的存在、确定pI标记或分离的分析物带的位置、确定峰宽度，确定峰形状(例如，高斯拟合或其它曲线拟合算法)或这些参数中的任一者随时间的变化。在一些情况下，图像处理可以用于检测故障，例如，在两个或更多个分离通道之一中引入或形成气泡。在实现所公开的方法和系统时，可以利用多种图像处理算法中的任何一种来进行图像预处理或图像处理。示例包括但不限于Canny边缘检测方法、Canny-Deriche边缘检测方法、一阶梯度边缘检测方法(例如，索贝尔算子)、二阶微分边缘检测方法、相位一致性(相位相干性)边缘检测方法、其它图像分割算法(例如，强度阈值、强度聚类方法、基于强度直方图的方法等)、特征和模式识别算法(例如，用于检测任意形状的广义霍夫变换、圆形霍夫变换等)以及数学分析算法(例如，傅里叶变换、快速傅里叶变换、小波分析、自相关、Savitzky-Golay平滑、特征值分析等)或它们的任何组合。
微板装卸机器人：在一些情况下，系统还可以包括微板装卸机器人模块，其被配置为运输和更换用作用于样本和/或试剂的来源的微板。在一些情况下，系统还可以包括微流体装置装卸机器人模块，其被配置为例如在故障检测之后运输和更换在系统中使用的微流体装置。在一些情况下，微板装卸和微流体装置装卸可以由相同的机器人模块装卸。在一些情况下，可以将定制机器人并入所公开的系统中以执行这些功能。在一些情况下，可商购的机器人系统可以适应和/或集成到所公开的系统中以执行这些功能。合适的微板装卸机器人系统的示例包括但不限于Tecan机器人夹持手臂(瑞士，Tecan贸易公司)和安捷伦直接驱动和台式机器人(美国加利福尼亚州，圣克拉拉市，安捷伦科技)。
温度控制：在一些情况下，所公开的系统和方法可以受到温度控制。在一些情况下，装置的气体通道或多个气体通道可以用于调节或控制基底的温度。例如，气体的温度可以是变化的，使得热可以被消散到一个或多个气体通道中或从一个或多个气体通道消散来加热或冷却装置。在一些情况下，系统的一部分(例如，装置的一部分)可以受到温度控制。在一些情况下，系统或系统的一个或多个部件可以使用例如珀尔帖效应、风扇或其它散热器或气刀来冷却。在一些情况下，冷却系统可以与废物管理系统(例如，气刀)集成。在一些情况下，冷却系统可以包括用于冷却的压缩机。在一些情况下，系统可以包括环境或温度控制室。在一些情况下，可以使用冷却块或预冷却块(例如，联接到台架或盒筒)。在一些情况下，系统或其部件可以由允许用于与环境热交换的材料构造。在一些情况下，系统可以包括液体热交换器。在一些实施例中，系统将把温度控制在约15℃至35℃的范围内。在一些实施例中，系统将把温度控制在约+/-5℃内。在一些实施例中，系统将把温度控制在约+/-1℃内。
应用：所公开的方法、装置和系统在各种领域中具有潜在的应用，包括但不限于蛋白质组学研究、细胞研究、药物发现和开发以及临床诊断。例如，使用所公开的方法对分析物样本的基于分离的表征可以实现的改进的再现性和定量对于在开发和/或制造期间的生物制药和生物仿制药的表征会是非常有益的。
生物制药和生物仿制药是一类药物，其包括例如重组蛋白、抗体、活病毒疫苗、人血浆衍生蛋白、基于细胞的药物、天然来源的蛋白、抗体-药物偶联物、蛋白-药物缀合物和其它蛋白质药物。FDA和其它监管机构要求使用逐步方法来证明生物相似性，其可以包括在结构、功能、动物毒性、人体药代动力学(PK)和药效学(PD)、临床免疫原性和临床安全性和有效性方面比较拟定产品和参考产品(参见2015年4月美国卫生与公众服务部，食品和药物管理局，“Scientific Considerations in Demonstrating Biosimilarity to aReference Product:Guidance for Industry”)。对于蛋白质产品而言会需要的结构表征数据的示例包括一级结构(即，氨基酸序列)、二级结构(即，形成α螺旋结构或β片状结构的折叠程度)、三级结构(即，通过折叠多肽骨架和二级结构域所产生的蛋白质的三维形状)和四级结构(例如，形成活性蛋白质复合物或蛋白质的聚集状态所需的亚基数量)。在许多情况下，在不采用费力、耗时且成本高昂的技术(诸如X射线晶体学)的情况下会无法获得此信息。因此，为了在候选生物药物与参考药物之间建立生物相似性的目的，需要允许用于方便、实时且相对高通量地表征蛋白质结构的实验技术。
在一些情况下，所公开的方法、装置和系统可以用于为候选生物药物(例如，单克隆抗体(mAb))和参考生物药物提供结构比较数据，以用于建立生物相似性的目的。例如，在一些情况下，确定用于候选药物和参考药物的等电点可以提供重要的证据来支持证明生物相似性。在一些实施例中，用于在相同反应条件下均已用位点特异性蛋白酶处理的候选药物和参考药物的等电点数据可以提供重要的证据来支持证明生物相似性。在一些实施例中，所公开的方法、装置和系统可以用于监测生物药物制造过程(例如，以实时监测生物反应器过程)以通过分析在生产过程中的不同点处抽取的样本或从不同的生产运行抽取的样本来确保产品的质量和一致性。
所公开的用于并行地执行多个独立受控的分离反应的装置和系统提供优于当前可用技术的许多优点，例如，在不同通道中执行不同等电聚焦反应(或其它分离反应)(例如，使用不同的pH梯度、不同的聚焦时间、不同的聚焦电压等)以用于更详细和准确的样本表征(例如，更准确确定pI)的能力，或者同时地使用相同的一组分离反应条件并行地处理多个样本以用于更高通量样本表征的能力。此外，当试图证明生物相似性等时，独立监测和/或记录用于每个分离通道的电流迹线和/或电压设置可以有利于满足对FDA提交的数据跟踪要求。如前所述，在一些情况下，所公开的装置和系统可以被配置为识别样本运行故障(例如，微流体装置中的气泡的存在或形成)并且开启恢复步骤(例如，通过从微量滴定板或其它样本源自动地重新加载样本并且重复分离反应)。
示例
提供这些示例仅用于说明的目的，而不是限制本文提供的权利要求书的范围。
示例1–包括多个分离通道的微流体装置
图1A提供用于执行多个分离反应(例如，等电聚焦反应)的微流体装置的一个非限制性示例的视图。装置包括下基底101，所述下基底101可以是基本平面的，包括熔融石英，其中使用例如压印、激光微加工或光刻和湿法化学蚀刻来制造测量为210μm的宽度和100μm的深度的流体通道。通过将基底101粘合到透明盖玻片102来密封流体通道。在一些情况下，例如，在UV吸光度成像用于监测分离和/或活动化反应的情况下，基底101可以由光学透明材料制造。在一些情况下，例如，在使用落射荧光成像来监测分离和/或活动化反应的情况下，基底101可以由光学不透明材料制造。尽管装置被图示为矩形，但是将应理解，装置可以采用任何有用的形状。在一些实施例中，微流体装置可以包括尖端(例如，在远侧端部处)，其可以允许用于引导流体远离装置(例如，引导到废物容器或分析单元，例如，质谱仪)。
通过样本入口端口103、阳极凹孔104、阴极凹孔106、样本出口端口107和化学活动剂入口端口109提供对装置内的流体通道的接近。一个阳极凹孔104和阴极凹孔106分别与每个分离通道105的近侧端部和远侧端部流体地和电地连通(在该非限制性示例中示出四个分离通道)。在一些情况下，电极可以被放置成与阳极凹孔104和阴极凹孔106接触。分离通道延伸超出阴极凹孔106到样本出口端口107(仅标记出图中所示的四个分离通道中的两个)。化学活动剂入口端口109经由化学活动化通道108连接到分离通道105的远侧端部(仅标记出图中所示的四个分离通道中的两个)。如图1A所示，入口端口109和出口端口107可以被配置为通过装置的侧加载，这可以促进全通道或全装置成像。
为了用于执行多个等电聚焦反应以分离蛋白质混合物，蛋白质样本与两性电解质pH梯度和pI标记预混合，并且继而被放入小瓶中和加载到自动取样器上。样本由自动取样器经由样本入口端口103被逐次地加载到装置中，通过分离通道105被加载到微流体装置上，并且通过样本出口端口107排出装置以浪费。
将阴极液流体(例如，在H2O中的1％的NH4OH)加载到阴极凹孔106中，将阳极液(例如，10mM的H3PO4)加载到阳极凹孔104中，并且将活动剂溶液(例如，49％的MeOH，49％的H2O，1％的乙酸)连接到活动剂入口端口109。
在加载所有试剂之后，通过将电极连接到阳极凹孔104和阴极凹孔106而将例如+600V/cm的电场从一个或多个阳极凹孔104施加到相对应的阴极凹孔106来发起等电聚焦。如上所述，施加到每个分离通道105的电压和/或电流可以被独立控制并且也可以作为时间的函数被记录。在一些情况下，用于阳极和阴极的电极可以与装置集成。对于UV吸收度成像，由UV光源提供的准直光束与分离通道105对准，并且图像传感器(例如，CCD照相机或CMOS照相机)被放置在分离通道105的另一侧上以测量通过每个分离通道105透射的光量，由此借助于聚焦的蛋白质(或其它分离的分析物)的吸光度来对它们成像和检测。在一些情况下，聚焦的蛋白质可以是未标识的，并且通过在220nm、280nm或将供蛋白质吸光的任何其它波长下的天然吸光度来检测。对于荧光成像，即，落射荧光成像，借助于包括合适的二向色反射器和带通滤光片的光学组件将合适波长的激发光传送到分离通道105，并且通过相同的光学组件从分离通道105收集发射的荧光，并且将发射的荧光成像到图像传感器上。在一些情况下，可以使用天然荧光对聚焦的蛋白质(或其它分离的分析物)成像和检测。在一些情况下，可以使用非共价结合的荧光标签、显色标签、发荧光标签或发色团标签(例如，
红宝石、考马斯亮蓝和类似物)来检测聚焦的蛋白质。在一些情况下，装置的多个部分可以由光学不透明的材料构造，使得光可以仅通过分离通道105传输，由此阻止任何杂散光在没有通过分离通道105的情况下到达图像传感器并且增加UV吸光度测量的灵敏度。
随着在多个分离通道105中执行等电聚焦反应，可以连续地和/或周期性地捕获分离通道105的全部或一部分中的聚焦蛋白质的图像。在一些情况下，分离通道105的图像中的pI标记的位置检测可以用于确定作为沿着分离通道的位置的函数的局部pH，并且通过外推法针对分离的蛋白质(或其它分析物)进行更准确的pI的确定。在一些情况下，当聚焦完成时，在样本入口端口103和/或阳极凹孔104处施加正压，以使分离的蛋白质(或其它分析物)混合物朝向样本出口107活动。在一些情况下，当聚焦完成时，连接到阴极凹孔106的电极被断开，并且与活动剂通道108电连通的电极用于将600V/cm的电场从阳极凹孔104施加到化学活动剂入口109以将活动剂电泳式地引入分离通道105中。在一些情况下，代替化学活动剂的电泳引入或除了化学活动剂的电泳引入以外，可以使用施加到活动剂入口109的轻微正压。
在电泳引入活动剂的情况下，活动剂溶液中的乙酸通过电场被吸引到分离通道105中，在所述分离通道105中乙酸使蛋白质和两性电解质离子化并且破坏用于等电聚焦的pH梯度。富集的蛋白质级分的离子化促使它们朝向样本出口107迁移出分离通道105。在活动化过程期间对分离通道105的继续成像可以用于对用于每个分离的蛋白质的pI的确定细化。
示例2–使用所公开的装置和系统以证明生物相似性的预测示例
所公开的装置和系统的实用性的一个非限制性示例是在生物制药的领域中和生物相似性的证明。如上所述，FDA和其它监管机构要求使用逐步方法来证明生物相似性，其可以包括在结构、功能、动物毒性、人体药代动力学(PK)和药效学(PD)、临床免疫原性和临床安全性和有效性方面比较拟定产品和参考产品。对于蛋白质产品而言会需要的结构表征数据的示例包括一级结构(即，氨基酸序列)、二级结构(即，形成α螺旋结构或β片状结构的折叠程度)、三级结构(即，通过折叠多肽骨架和二级结构域所产生的蛋白质的三维形状)、四级结构(例如，形成活性蛋白质复合物或蛋白质的聚集状态所需的亚基数量)和转译后修饰。蛋白质等电点的准确确定可以为候选生物药物与参考药物的比较提供重要的数据，以便证明生物相似性。制造的候选生物仿制药和参考药物的样本等分试样可以被加载到所公开的装置或系统中，并且在一组或多组等电聚焦反应条件下(例如，使用不同的缓冲物、pH梯度、施加的电压和/或电流等)被表征，以确定在一组或多组反应条件下的准确pI值并且为候选生物仿制药物和参考药物提供有价值的比较数据。此外，监测和记录用于每个单独的分离反应的电流迹线(以及用于执行等电聚焦反应的其它操作参数)有助于与FDA数据提交要求相符。
示例3–在分析物峰离开微流体芯片而进入质谱仪时的分析物峰的跟踪速度
图1B示出本文描述的微流体装置的另一个非限制性示例。在装置中的微流体通道网络110是在250μm厚的不透明环烯烃聚合物层中制造的。通道122的深度为250μm，所以通道122一直穿过250μm的层。所有其它通道的深度为50μm。通道层被夹在两个透明环烯烃聚合物层之间，以制造平面微流体装置。端口112、114、116、118和120提供对通道网络的接近，用于从外部贮器和电接触引入试剂。端口112被连接到真空源，允许通道113充当废物通道，从而能够通过通道网络灌注其它试剂以“浪费”。酸(例如，1％的甲酸)通过端口118灌注到通道119、122、124和113并且排出端口112。样本(例如，在4％的Pharmalyte 3-10中稀释的肽或蛋白质，12.5mM的pI标准物3.38(纯化肽，序列：Trp-Asp-Asp-Asp)，12.5mM的pI标准物10.17(纯化肽，序列：Trp-Tyr-Lys-Arg))通过端口116灌注到通道117、122、124和113中并且排出到端口112。这留下了包含样本分析物的通道122。碱(例如，1％的二甲胺)通过端口114灌注到通道115、124和113中并且排出到端口112。活动剂(例如，1％的甲酸、49％的甲醇)通过端口120灌注到通道121、124和113中并且从通道113排出到端口112。
通道122中的分析物样本的电泳通过向端口118施加4000V并且将端口120接地来执行。分析物样本中的两性电解质建立跨越通道122的pH梯度。使用对准到通道122的280nm的光源并且用CCD照相机测量穿过通道122的280nm的光的透射来执行分离的吸光度成像。软件通过将在分离或活动化期间的光透射与在分析物运行之前在没有聚焦的分析物的情况下采取的“空白”参考测量值进行比较来计算吸光度，并且继而显示通道122的长度上的每个像素的吸光度。由标准物或已经聚焦的分析物的所在之处被显示为源自图像数据的吸光度迹线中的峰值。
一旦已经完成对分析物的聚焦，就捕获最终聚焦的吸光度图像。软件将识别pI标记的空间位置并且插入标记之间以计算聚焦的分析物级分峰的pI。此时，控制软件将触发继电器以断开端口120处的接地并且将端口114接地，以及在连接到端口114的活动剂贮器上设置压力，以建立通过端口114流入通道115和124中并且在孔口126处流出芯片的100nL/min的活动剂溶液的流动。在入口电压为-3500V至-4500V的情况下，孔口126被定位在远离质谱仪ESI入口2mm处。
虽然压力驱动流动将活动剂从端口114引导至孔口126，但是在活动剂试剂中的一些甲酸将以甲酸盐的形式从通道115通过通道122电泳至在端口118处的阳极。随着甲酸盐行进穿过通道122，甲酸将破坏等电pH梯度，促使两性电解质、标准物和分析物样本增加电荷和以电泳方式从通道122迁移出到通道124中，其中来自端口120的压力驱动流动将携带它们进入从孔口126出来的ESI喷雾中。
当发生活动化时，软件继续捕获吸光度图像并且识别峰，跟踪它们从成像通道122迁移出到通道124中的迁移。通过跟踪由每个峰离开成像通道122的时间、其速度以及在通道124中的流速，软件可以计算由峰横穿通道124并且经由孔口126引入质谱仪中的时间，从而允许原始聚焦的峰与所得的质谱之间的直接关联。
示例4：包括用于液体的雾化的气体通道的微流体装置
图2A至图2B示出包括分离通道和两个气体通道的本文描述的示例微流体装置的自上而下的示意图。参照图2A，微流体装置包括基底200，所述基底200具有约1毫米(mm)的厚度并且包括熔融石英。通道被化学地蚀刻至40微米的深度以及86微米至600微米的宽度。在一些实施例中，微流体装置可以包括尖端(例如，在远侧端部处)，所述尖端可以允许用于将流体远离装置引导(例如，至废物容器或分析单元，例如，质谱仪)。
通过样本入口端口203、阳极端口204、阴极端口206、样本出口端口207(在本文中也被称为“流体孔口”)和化学活动剂入口端口209提供对装置内的流体通道的接近。阳极端口204和阴极端口206分别与分离通道205的近侧端部和远侧端部流体地和电地连通。在一些情况下，电极可以被放置成与阳极端口204和阴极端口206接触。在其它情况下，阳极端口204和阴极端口206与电极贮器(未示出)流体地和/或电地连通，所述电极贮器经由例如通道连接到阳极端口204和阴极端口206。分离通道205越过阴极端口206延伸到样本出口端口207。化学活动剂入口端口209经由化学活动化通道208连接到分离通道205的远侧端部。装置还包括两个气体通道211和213，它们具有与样本出口端口207相邻的气体孔口或出口。气体入口端口215和217允许用于使气体(例如，空气、氮气等)进入气体通道211和213中。在一些情况下，气体通道211和213的气体孔口或出口可以从样本出口端口207对称地定位。包括阳极端口204、阴极端口206、样本入口端口203、化学活动剂入口端口209和气体入口端口215和217在内的入口端口可以被配置为通过装置的侧边或边缘220加载，这可以促进诸如试剂加载、全通道或全装置成像等的各种过程。
为了用于执行等电聚焦反应以分离蛋白质混合物，蛋白质样本与两性电解质pH梯度和pI标记预混合，并且继而被放入小瓶中和加载到自动取样器上。样本由自动取样器经由样本入口端口203被逐次地加载到装置中，通过分离通道205被加载到微流体装置上，并且通过样本出口端口207排出装置以浪费。
将阴极液流体(例如，在H2O中的1％的NH4OH)加载到阴极端口206中，将阳极液(例如，10mM的H3PO4)加载到阳极端口204中，并且将活动剂溶液(例如，49％的MeOH，49％的H2O，1％的乙酸)连接到活动剂入口端口209。
在加载所有试剂之后，通过将电极连接到阳极贮器和阴极贮器(未示出)而将例如+600V/cm的电场从阳极端口204施加到相对应的阴极端口206来发起等电聚焦。在一些情况下，用于阳极和阴极的电极可以与装置集成。对于UV吸收度成像，由UV光源提供的准直光束与分离通道205对准，并且图像传感器(例如，CCD照相机或CMOS照相机)被放置在分离通道205的另一侧上以测量通过分离通道205透射的光量，由此使用吸光度对聚焦的蛋白质(或其它分离的分析物)成像和检测。在一些情况下，聚焦的蛋白质可以是未标识的，并且通过在220nm、280nm或将供蛋白质吸光的任何其它波长下的天然吸光度来检测。对于荧光成像，即，落射荧光成像，借助于包括合适的二向色反射器和带通滤光片的光学组件将合适波长的激发光传送到分离通道205，并且通过相同的光学组件从分离通道205收集发射的荧光，并且将发射的荧光成像到图像传感器上。在一些情况下，可以使用天然荧光对聚焦的蛋白质(或其它分离的分析物)成像和检测。在一些情况下，可以使用非共价结合的荧光标签、显色标签、发荧光标签或发色团标签(例如，
红宝石、考马斯亮蓝和类似物)来检测聚焦的蛋白质。在一些情况下，装置的多个部分可以由光学不透明的材料构造，使得光可以仅通过分离通道205传输，由此阻止任何杂散光在没有通过分离通道205的情况下到达图像传感器并且增加UV吸光度测量的灵敏度。
随着在多个分离通道205中执行等电聚焦反应，可以连续地和/或周期性地捕获分离通道205的全部或一部分中的聚焦蛋白质的图像。在一些情况下，分离通道205的图像中的pI标记的位置检测可以用于确定作为沿着分离通道的位置的函数的局部pH，并且通过外推法针对分离的蛋白质(或其它分析物)进行更准确的pI的确定。在一些情况下，当聚焦完成时，在样本入口端口203和/或阳极端口204处施加正压，以使分离的蛋白质(或其它分析物)混合物朝向样本出口207活动。在一些情况下，当聚焦完成时，连接到阴极端口206的电极被断开，并且与活动剂通道208电连通的电极用于将600V/cm的电场从阳极端口204施加到化学活动剂入口209以将活动剂电泳式地引入分离通道205中。在一些情况下，代替化学活动剂的电泳引入或除了化学活动剂的电泳引入以外，可以使用施加到活动剂入口209的轻微正压。
在电泳引入活动剂的情况下，活动剂溶液中的乙酸通过电场被吸引到分离通道205中，在所述分离通道205中乙酸使蛋白质和两性电解质离子化并且破坏用于等电聚焦的pH梯度。富集的蛋白质级分的离子化促使它们朝向样本出口207迁移出分离通道205。在活动化过程期间对分离通道205的继续成像可以用于对用于每个分离的蛋白质的pI的确定细化。
图2B示出图2A中所示的微流体装置的出口部分的放大示意图。气体通道211和213每个都分别具有气体孔口219和221，从所述气体孔口219和221驱排气体。气体孔口219和221被定位成与样本出口端口207相邻并且用于使样本在样本出口端口207附近雾化。在一些情况下，气体通道211和213或其一部分从样本出口207对称地定位。在一些情况下，气体通道孔口219和221从样本出口207对称地定位。在一些情况下，气体通道211和213每个都包括与分离通道205的一部分平行的区域。如图2A所示，气体通道211和213具有不同的长度；然而，气体通道211和213可以被配置为在气体出口孔口219和221中的每个处提供基本相似的流体动力流动阻力。例如，气体通道211和213沿着通道的一部分可以具有不同的横截面积，但是在气体出口孔口219和221附近具有大约相同的横截面积。在一些情况下，气体通道可以在远侧端部处变窄，以增大在气体出口孔口处的流量或流速。对于其中从样本出口207对称地定位气体出口孔口219和221的装置，在气体出口孔口219和221中的每个处的相似的流体动力流动阻力可以有益于在样本出口207附近实现用于使样本雾化的稳定空气流动。在其它情况下，气体出口孔口219和221可以从样本出口207不对称地定位；在这种情况下，在气体出口孔口219和221中的每个处的流体动力流动阻力可以不同，使得到达样本出口207的空气的体积、数量或流速大致相同。
在可以与ESI同时地执行的雾化期间，样本被分散或破碎成更小的液滴。在一些情况下，雾化的液滴继而受到补充干燥气体，促使液体的蒸发和气相离子的产生，所述气相离子被引入质谱仪(未示出)中。在电喷雾过程期间，样本出口207或在样本出口207周围的区域的连续成像可以用于确定ESI或泰勒锥的特征，例如，液滴尺寸、泰勒锥形状等。
示例5-用于优化在ESI期间的样本雾化的设计参数
如本文所公开的，样本的雾化是通过由气体射流产生的剪切力和惯性力将连续的液体流打破成较小液滴来实现的。样本(或分离的样本)的雾化可以用于改进在微米流下的样本(或分离的样本)的定量测量，其中样本(或分离的样本)以大约微升级的流速(例如，一个或多个微升/分钟)流过ESI尖端。雾化尤其用于在微升/分钟的流量范围内的较高流速(1’s-，10’a-，100’s-ul/min，其中需要从样本去除额外的溶剂，以得到为分析而收集到质谱仪中的单离子)。本文公开的气体通道的各种参数是可变的，并且可以被配置为优化雾化。图3A至图3D示意性地示出包括流体排放通道和两个气体通道的微流体装置的可变参数的非限制性示例，所述两个气体通道可以用于使样本在流体排放通道中雾化。在一些情况下，流体排放通道(例如，在近侧端部处)被流体地联接到分离通道(例如，在远侧端部处)，用于在诸如等电聚焦的分离反应中使用。
图3A示出在气体通道的远侧端部与包括孔口(在本文中也被称为“样本出口”、“流体孔口”或“流体出口孔口”)的流体排放通道的远侧端部之间的可变会聚角的示意图。在这种配置中，气体通道311和313从流体排放通道307的出口对称地定位。在气体通道313的远侧段与流体排放通道的远侧段之间的会聚角可以例如在约0度至约45度的范围内。会聚角可以改变以实现有用的雾化特性；例如，15度的会聚角可以用于基本再现共轴流动，诸如在基于毛细管的鞘流系统中使用的那些。此外，两个气体射流的会聚产生更大的惯性力和剪切力，其促进液体样本破碎成更小的液滴。在一些情况下，较低的会聚角会是有用的，例如，降低在样本出口307处或附近的样本的背压或流动。在样本出口307处或附近的样本的背压或流动的降低可以有助于减少被重新引入流体排放通道中的样本量。当在样本出口前方的气流诱导的背压减到最小时，可以出现最优的雾化，同时在流体(液体)排放通道孔口处或附近保持较高的剪切力和流动，以提供用于使样本高效地雾化的稳定气流。
图3B示出可变的气体通道或气体出口孔口的直径的示意图。除了气体通道和流体排放通道的几何形状和会聚角以外，气体通道311和313中的一个或两个或气体出口孔口的直径是可变的。例如，气体出口孔口311的直径可以介于40微米与400微米之间。在一些情况下，优选的是具有较窄的气体出口孔口，以最大限度地提高朝向流体排放通道的出口或在其附近的气体的局部速度。图3C示出一个或多个气体通道相对于流体排放通道的可变定位的示意图。额外的可变方面可以是一个或多个气体出口孔口相对于流体排放通道的出口或孔口的定位。图3D示出气体出口孔口的出口的可变角度的示意图。参照图3A至图3D，当稳定的纳米流或微米流在流体通道的出口处基本没有背压时，会发生最优的雾化。
图4A至图4B示出本文描述的微流体装置的显微图的非限制性示例。图4A示出包括两个气体通道411a和413a的微流体装置，其中出口孔口从流体出口通道的孔口407a对称地定位。气体出口孔口与流体出口通道孔口会聚。每个气体出口孔口的直径为约114微米(μm)，并且流体出口通道的直径为约98μm。气体通道413a与流体出口通道的会聚角为约15度。图4B示出包括两个气体通道411b和413b的微流体装置，其中出口孔口从流体出口通道的孔口407b对称地定位。气体出口孔口略微会聚于流体出口通道孔口的外侧并且定位成与流体出口通道孔口相邻，其中在气体出口孔口与流体出口通道孔口之间有0至200微米的间隙。每个气体出口孔口的直径为约119μm，并且流体出口通道的直径为约94μm。气体通道413与流体出口通道的会聚角为约15度。
示例6-具有雾化气体通道的微流体装置
如示例5中描述的，气体通道和流体出口通道的各种参数是可变的。图5A至图9B示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的非限制性示例。参照图5A，通过样本入口端口503、阳极端口504、阴极端口506、样本出口端口507(在本文中也被称为“流体孔口”)和化学活动剂入口端口509提供对装置500内的流体通道的接近。阳极端口504和阴极端口506分别与分离通道505的近侧端部和远侧端部流体地和电地连通。在一些情况下，电极可以被放置成与阳极端口504和阴极端口506接触。在其它情况下，阳极端口504和阴极端口506与电极贮器(未示出)流体地和/或电地连通，所述电极贮器经由例如通道连接到阳极端口504和阴极端口506。分离通道505越过阴极端口506延伸到样本出口端口507。化学活动剂入口端口509经由化学活动化通道508连接到分离通道505的远侧端部。装置还包括两个气体通道511和513，它们具有与样本出口端口507会聚的相邻的气体孔口或出口。气体通道513与流体出口通道的会聚角为约30度。气体入口端口515和517允许用于使气体(例如，空气、氮气等)进入气体通道511和513中。在一些情况下，气体通道511和513的气体孔口或出口可以从样本出口端口507对称地定位。包括阳极端口504、阴极端口506、样本入口端口503、化学活动剂入口端口509和气体入口端口515和517在内的入口端口可以被配置为通过装置的侧边或边缘加载，这可以促进诸如试剂加载、全通道或全装置成像等的各种过程。
图5B示出图5A所示的微流体装置的出口部分的放大示意图。气体通道511和513每个都分别具有气体孔口519和521，从所述气体孔口519和521驱排气体。气体通道511和513与样本出口端口507会聚并且用于在样本出口端口507附近使样本雾化。类似于图2A至图2B中所示的示例，气体通道511和513或其一部分从样本出口507对称地定位。在一些情况下，气体通道孔口519和521从样本出口507对称地定位。在一些情况下，气体通道511和513每个都包括与分离通道505的一部分平行的区域。气体通道511和513具有不同的长度；然而，气体通道511和513可以被配置为在气体出口孔口519和521中的每个处提供基本相似的流体动力流动阻力。例如，气体通道511和513沿着通道的一部分可以具有不同的横截面积，但是在气体出口孔口519和521附近具有大约相同的横截面积。对于其中从样本出口507对称地定位气体出口孔口519和521的装置，在气体出口孔口519和521中的每个处的相似的流体动力流动阻力可以有益于在样本出口507附近实现用于使样本雾化的稳定空气流动。在其它情况下，气体出口孔口519和521可以从样本出口507不对称地定位；在这种情况下，在气体出口孔口519和521中的每个处的流体动力流动阻力可以不同，使得到达样本出口507的空气的体积、数量或流速大致相同。
图5C示出图5A至图5B中所示的装置的等距视图。
图6A至图6C示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的另一个示例。图6A示出装置的布局。图6A至图6b分别示出图6A中所示的装置的出口部分的等距放大图。该装置可以类似于5A至图5C中所示的装置，其中气体通道611和613与样本出口端口607会聚并且用于在样本出口端口607附近使样本雾化。气体通道611和613以约15度的角与流体出口通道会聚。气体通道611和613相对于流体通道出口孔口607不对称地定位。虽然气体通道611和613相对于流体出口通道孔口607是不对称定位的，但是在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口607的流体的流体流动路径的轴线是对称的。
图7A至图7C示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的又一个示例。图7A示出装置的布局。图7A至图7B分别示出图7A中所示的装置的出口部分的等距放大图。气体通道711和713的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道711和713被定位成使得孔口719和721每个都与流体通道出口孔口707间隔约30μm。气体通道711和713用于在样本出口端口707附近使样本雾化。气体通道711和713相对于流体通道出口孔口707对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口707的流体的流体流动路径的轴线是对称的。
图8A至图8C示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的又一个示例。图8A示出装置的布局。图8A至图8B分别示出图8A中所示的装置的出口部分的等距放大图。气体通道811和813被定位成使得孔口819和821每个都与流体通道出口孔口807间隔约40μm。气体通道811和813用于在样本出口端口807附近使样本雾化。气体通道811和813相对于流体通道出口孔口807对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口807的流体的流体流动路径的轴线是对称的。气体通道811和813的远侧端部以约15度的角与流体出口通道会聚。
图9A至图9B示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的又一个示例。图9A示出装置900的布局。参照图9A，通过样本入口端口903、阳极端口904、阴极端口906、样本出口端口907(在本文中也被称为“流体孔口”)和化学活动剂入口端口909提供对装置内的流体通道的接近。阳极端口904和阴极端口906分别与分离通道905的近侧端部和远侧端部流体地和电地连通。在一些情况下，电极可以被放置成与阳极端口904和阴极端口906接触。在其它情况下，阳极端口904和阴极端口906与电极贮器(未示出)流体地和/或电地连通，所述电极贮器经由例如通道连接到阳极端口904和阴极端口906。分离通道905越过阴极端口906延伸到样本出口端口907。化学活动剂入口端口909经由化学活动化通道908连接到分离通道905的远侧端部。装置还包括两个气体通道911和913，它们具有与样本出口端口907会聚的相邻的气体孔口或出口。气体入口端口915和917允许用于使气体(例如，空气、氮气等)进入气体通道911和913中。气体通道911和913的气体孔口或出口从样本出口端口907对称地定位。包括气体入口端口917之一和阳极端口904在内的入口端口沿着装置的一侧或边缘定位，而阴极端口906、样本入口端口503、化学活动剂入口端口509和气体入口端口915被配置为通过装置的另一侧或边缘加载。
图9B示出图9A中所示的装置的出口部分的放大图。气体通道911和913的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道911和913被定位成使得孔口919和921每个都与流体通道出口孔口907间隔约30μm。气体通道911和913用于在样本出口端口907附近使样本雾化。气体通道911和913相对于流体通道出口孔口907对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口907的流体的流体流动路径的轴线是对称的。气体通道911和913的远侧端部以约15度的角与流体出口通道会聚。
图10A至图10C示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的又一个示例。图10A示出装置的布局。图10B和图10C示出图10A中所示的装置的出口部分的放大图。气体通道1111和1113的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道1111和1113被定位成使得孔口1119和1121每个都与流体通道出口孔口1107间隔约15μm。气体通道1111和1113用于在样本出口端口1107附近使样本雾化。气体通道1111和1113相对于流体通道出口孔口1107对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口1107的流体的流体流动路径的轴线是对称的。
图11A至图11C示意性地示出包括气体通道和分离通道的微流体装置的又一个示例。装置可以类似于图10A至图10C中所示的装置。图11A示出装置的布局。图11B至图11C分别示出如图11A中所示的装置的气体入口和远侧出口部分的等距放大图。气体入口端口1215的特点为基本椭圆形的横截面。气体通道的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道被定位成使得孔口1219和1221每个都与流体通道出口孔口1207间隔约15μm。气体通道用于在样本出口端口1207附近使样本雾化。气体通道相对于流体通道出口孔口1207对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口1207的流体的流体流动路径的轴线是对称的。
图12A至图12D提供微流体芯片的各种远侧端部(尖端)的示例示意图(12A至图12C)和图像(图12D)。气体通道的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道的远侧端部与流体出口通道平行。气体通道被定位成使得孔口1319和1321每个都与流体通道出口孔口1307间隔约15μm。气体通道用于在样本出口端口1307附近使样本雾化。气体通道相对于流体通道出口孔口1307对称地定位，并且在每个通道中的气体的出口流动路径相对于来自流体出口孔口1307的流体的流体流动路径的轴线是对称的。
图12A示出具有气体孔口1319和1321以及流体孔口1307的未定形尖端的示意图。图12B示出具有气体孔口1319和1321以及流体孔口1307的分面形尖端的示意图。分面形尖端包括在顶面1325和底面1327上的斜面，在如图12A所示的未成形尖端上没有所述斜面。图12C示出具有气体孔口1319和1321以及流体孔口1307的倒圆形尖端的示意图。倒圆形尖端被均匀地成斜面，形成没有如图12A至图12B所示的尖角的倒圆形尖端。图12D示出类似于图12B所示的、具有气体孔口1319和1321以及流体孔口1307的分面形尖端的示意图的图像。分面形尖端包括在顶面1325和底面1327上的斜面，在如图12A所示的未成形尖端上没有所述斜面。
示例7-在雾化和ESI期间的泰勒锥的成像
作为雾化的函数的ESI的性能可以使用成像来监测。图13示出在ESI期间的微流体装置的流体出口通道的孔口的荧光图像的非限制性示例。流体出口通道用荧光染料填充。图13的每个面板均示出样本从流体出口通道流出的流速(1.3μL/min，4.6μL/min，2.5μL/min，4.7μL/min)以及在气体通道1011和1013中的每个中所施加的70PSI的气体压力。顶部面板演示了其中尖端被成形的装置，并且底部面板演示了其中没有限定尖端形状的装置。尖端成形围绕出口孔口创建金字塔形。它通常需要使用本领域中已知的许多措施中的任一种借助于机械研磨和/或抛光以良好的控制角(优选为30度)在孔口附近斜切芯片的顶部拐角和底部拐角。
图14A至图14B示出在与雾化结合的ESI期间的微流体装置的出口(孔口)部分的孔口的荧光图像的非限制性示例。流体出口通道用荧光染料填充，并且装置的尖端被定位成离接地板(对电极)约8毫米(mm)。在尖端与接地板之间施加4000V的电压电位。以大约2μL/min至3μL/min的速率从流体出口通道驱排包含荧光染料的样本。通过每个气体通道施加大约100PSI的气体压力以用于使样本雾化。图14A示出当UV光源被放置在装置孔口附近时的装置的图像，其演示了在孔口周围由雾化和电压降所产生的喷雾羽流。图14B示出当UV光源被放置在接地板附近时的装置的图像，其演示了在给定的ESI和雾化条件下喷雾羽流高效地到达接地板。
示例8-在不同的芯片设计中的流动剖面的数值模拟
在微流体装置的流体出口通道的孔口处和周围的气体剪切速率可以使用数值模拟(例如，对所有微流体芯片进行3D模拟；在COMSOL中的同心圆柱体示例的2D轴对称模型)来表征。图15示出作为包括流体排放通道和两个气体通道的微流体装置的不同参数(例如，会聚角、气体出口孔口直径、气体出口孔口与流体出口通道孔口的接近性等)的函数的、在流体出口通道孔口上和周围的气体流动速度的有限元分析的结果示例。除了“同心”面板以外，所有模拟都使用每个通道11标准立方厘米/分钟(sccm)的气体流动速率，而“同心”模型使用370sccm的气体流动速率。
图15的面板A示出具有从流体出口通道的孔口对称地定位的出口孔口的装置的气体流动速度。气体出口孔口与流体出口通道孔口会聚。每个气体出口孔口的直径为约114微米(μm)，并且流体出口通道的直径为约98微米(μm)。气体通道与流体出口通道的会聚角为约15度。图15的面板B示出与图15的面板A中的装置相同的装置的气体流动速度，其中尖端的一部分被截断。图15的面板C示出图6A至图6C中所示的装置的气体流动速度，其中气体出口孔口以15度的角与流体出口通道孔口会聚。出口角是对称的，并且较低通道在孔口附近包括弯曲部。图15的面板D示出图2A至图2B中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道与流体出口通道间隔约115μm。图15的面板E示出图5A至图5C中所示的装置的气体流动速度，其中气体出口孔口与流体通道出口孔口会聚，并且气体通道被定位成与流体通道出口相邻。图15的面板F示出图7A至图7C中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道在气体出口孔口附近向外弯曲，使得气体与流体流动路径平行地流出流体出口通道。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约30μm。图15的面板G示出图8A至图8C中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道在孔口附近弯曲，使得气体通道和流体出口通道以约15度的角会聚。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约40μm。图15的“同心”面板示出由环形同心气体通道径向地包围的流体出口通道的模拟结果。
数值模拟也可以用于确定或模仿来自气体通道的气体剪切速率。图16示出作为包括流体排放通道和两个气体通道的微流体装置的不同参数(例如，会聚角、气体出口孔口直径、气体出口孔口与流体出口通道孔口的接近性等)的函数的、在流体出口通道孔口上和周围的气体剪切速率的有限元分析的结果示例。除了“同心”面板以外，所有模拟都使用每个通道11标准立方厘米/分钟(sccm)的气体流动速率，而“同心”模型使用370sccm的气体流动速率。
图16的面板A示出具有从流体出口通道的孔口对称地定位的出口孔口的装置的气体剪切速率。气体出口孔口与流体出口通道孔口会聚。每个气体出口孔口的直径为约114微米(μm)，并且流体出口通道的直径为约98微米μm。气体通道与流体出口通道的会聚角为约15度。图16的面板B示出与图16的面板A中的装置相同的装置的气体剪切速率，其中尖端的一部分被截断。图16的面板C示出图6A至图6C中所示的装置的气体剪切速率，其中气体出口孔口以15度的角与流体出口通道孔口会聚。出口角是对称的，并且较低通道在孔口附近包括弯曲部。图16的面板D示出图2A至图2B中所示的装置的气体剪切速率，其中气体通道与流体出口通道间隔约115μm。图16的面板E示出图5A至图5C中所示的装置的气体剪切速率，其中气体出口孔口与流体通道出口孔口会聚，并且气体通道被定位成与流体通道出口相邻。图16的面板F示出图7A至图7C中所示的装置的气体剪切速率，其中气体通道在气体出口孔口附近向外弯曲，使得气体与流体流动路径平行地流出流体出口通道。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约30μm。图16的面板G示出图8A至图8C中所示的装置的气体剪切速率，其中气体通道在孔口附近弯曲，使得气体通道和流体出口通道以约15度的角会聚。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约40μm。图16的“同心”面板模仿由环形同心气体通道径向地包围的流体出口通道。
图17示出作为包括流体排放通道和两个气体通道的微流体装置的不同参数(例如，会聚角、气体出口孔口直径、气体出口孔口与流体出口通道孔口的接近性等)的函数的、在流体出口通道孔口上和周围的速度场的有限元分析的结果示例。图17示出装置的透视图。除了“同心”面板以外，所有模拟都使用每个通道11标准立方厘米/分钟(sccm)的气体流动速率，而“同心”模型使用370sccm的气体流动速率。
图17的面板A示出图2A至图2B中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道与流体出口通道间隔约115μm。图17的面板B示出图5A至图5C中所示的装置的气体流动速度，其中气体出口孔口与流体通道出口孔口会聚，并且气体通道被定位成与流体通道出口相邻。图17的面板C示出图6A至图6C中所示的装置的气体流动速度，其中气体出口孔口以15度的角与流体出口通道孔口会聚。出口角是对称的，并且较低通道在孔口附近包括弯曲部。图17的面板D示出图7A至图7C中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道在气体出口孔口附近向外弯曲，使得气体与流体流动路径平行地流出流体出口通道。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约30μm。图17的面板E示出图8A至图8C中所示的装置的气体流动速度，其中气体通道在孔口附近弯曲，使得气体通道和流体出口通道以约15度的角会聚。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约40μm。
图18示出有限元分析的结果的示例，其示出作为包括流体排放通道和两个气体通道的微流体装置的不同参数(例如，会聚角、气体出口孔口直径、气体出口孔口与流体出口通道孔口的接近性等)的函数的、来自在流体出口通道孔口上和周围的雾化的气体压力场。除了“同心”面板以外，所有模拟都使用每个通道11标准立方厘米/分钟(sccm)的气体流动速率，而“同心”模型使用370sccm的气体流动速率。
图18的面板A示出具有从流体出口通道的孔口对称地定位的出口孔口的装置的气体压力场。气体出口孔口与流体出口通道孔口会聚。每个气体出口孔口的直径为约114微米(μm)，并且流体出口通道的直径为约98微米(μm)。气体通道与流体出口通道的会聚角为约15度。图18的面板B示出与图18的面板A中的装置相同的装置的气体压力场，其中尖端的一部分被截断。图18的面板C示出图6A至图6C中所示的装置的气体压力场，其中气体出口孔口以15度的角与流体出口通道孔口会聚。出口角是对称的，并且较低通道在孔口附近包括弯曲部。图18的面板D示出图2A至图2B中所示的装置的气体压力场，其中气体通道与流体出口通道间隔约115μm。图18的面板E示出图5A至图5C中所示的装置的气体压力场，其中气体出口孔口与流体通道出口孔口会聚，并且气体通道被定位成与流体通道出口相邻。图18的面板F示出图7A至图7C中所示的装置的气体压力场，其中气体通道在气体出口孔口附近向外弯曲，使得气体与流体流动路径平行地流出流体出口通道。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约30μm。图18的面板G示出图8A至图8C中所示的装置的气体压力场，其中气体通道在孔口附近弯曲，使得气体通道和流体出口通道以约15度的角会聚。气体通道的孔口每个都被定位成离流体出口通道的孔口约40μm。图18的“同心”面板模仿由环形同心气体通道径向地包围的流体出口通道。
图19示出将作为离尖端(流体通道出口孔)的距离(mm)的函数的、用于多个装置设计的气体压力进行比较的图表。“TSTK C4”表示图4A中所示的装置；“TSTK C6”表示在尖端被截断的情况下的图4A中所示的装置；“E5E1”表示图2A中所示的装置；“E5E2”表示图5A中所示的装置；“E5E3”表示图6中所示的装置，“E5E4”表示图7A中所示的装置；并且“E5E5”表示图8A中所示的装置。
示例9-微流体芯片与盒筒的接口以及盒筒与仪器的接口
如本文描述的，系统可以包括被配置为与微流体芯片接合的盒筒，并且在一些情况下，盒筒(与微流体芯片接合)被配置为与仪器接合。
图20示意性地示出在微流体芯片、盒筒和仪器接口之间的接合的分解图。微流体装置1702与盒筒1704接合，或者微流体装置1702插入盒筒1704中。微流体装置具有位于装置的边缘处的六个端口(参见图2A、图5A、图6A、图7A、图8A)，所述六个端口与盒筒的边缘接合。盒筒包括六个流体端口，所述六个流体端口与微流体装置的六个端口对准并且使用弹性体材料(例如，垫圈或O型环，未示出)在端口处密封。
盒筒1704被配置为与仪器接合，所述仪器可以经由接口装置1706实现。接口装置1706包括六个独立的弹簧加载的配件组件(在本文中也被称为“互连件”)1710，其被配置为经由端口与盒筒和微流体装置流体地和/或电地连通。弹簧加载的配件组件与外部流体管线联接，所述外部流体管线提供例如样本、阳极液、阴极液、活动化试剂、气体(例如，用于雾化)等。例如，每个弹簧加载的配件组件都可以是与流体端口相匹配的平坦面的密封配件或锥形配件。在这样的示例中，独立的弹簧加载的配件包括锥形配件或平坦面的密封配件，其经由微流体盒筒中的孔1712与六个流体端口相匹配(六个流体端口中的仅四个由箭头指示)。在某些方面中，保持部1712可以是渐缩的。接口装置1706可以被配置为使用定位销1708以精确的方式与盒筒1704联接。
图20B示意性地示出在“密封”配置中在微流体装置、盒筒和接口装置之间的接口。可以施加夹持力1712以接触所有三个部件，从而建立基本防泄漏的流体连通。
图20C至图20E示意性地示出在卸载的、接触的和密封的配置中的弹簧加载的配件组件的剖视图。图20C示出在卸载配置中的弹簧加载的配件组件，其中流体互连件不接触盒筒的弹性体部件1714。图20D示出在接触配置中的弹簧加载的配件组件，其中流体互连件与盒筒的弹性体部件1714接触。图20E示出在密封配置中的弹簧加载的配件组件，其中流体互连件与盒筒的弹性体部件1714接触(例如，在施加夹持力时，例如1612)。在密封配置中，盒筒经弹簧加载的配件被夹持到接口装置，并且在管材与盒筒之间产生密封力。弹簧加载的配件的弹簧1716有助于建立可重复的密封力。
图21A至图21C示意性地示出在卸载的、接触的和密封的配置中的弹簧加载的配件组件的透视图，如在图20C至图20E中演示。
图22A至图22C示意性地示出在微流体装置与盒筒之间的接口。参照图22A至图22B，装置的端口和盒筒的端口的接口是弹性体部件1901(例如，O型环或垫圈)，其有助于在盒筒与装置之间产生基本防泄漏的密封。在一些实施例中，可以使用一组连接的垫圈(例如，在装置的端口之间的节距或间距相同的情况下)，如图22C所示。
示例10-计算机系统
图23示出示例性软件架构系统。软件架构系统可以与本文公开的系统集成并且可以包括一个或多个计算机处理器。在一些情况下，一个或多个计算机处理器可以被配置为收集和/或分析数据。软件架构系统可以包括计算机处理单元，所述计算机处理单元包括控制器服务，所述控制器服务可以与先进先出(FIFO)数据库通信。在一些情况下，FIFO数据库可以与第二计算机处理器通信，所述第二计算机处理器可以包括图形用户界面和服务器数据库。第二计算机处理器可以例如经由云与客户数据库通信。在一些情况下，计算机处理单元可以与系统的一个或多个硬件单元通信(例如，经由有线或无线连接)。例如，计算机处理单元可以经由USB集线器连接到台架、一个或多个照相机、高电压电源、自动取样器、流量控制系统(例如，用于微流体流量控制的软件和硬件，例如，Fluigent Inc.)和/或其它实验室装备。
例11-集成系统
图24示出集成系统的示例性框图。集成系统可以包括本文公开的一个或多个系统。系统包括接口盒筒2107，所述接口盒筒2107可以与多个贮器2103流体和/或电连通。例如，接口盒筒2107可以连接到阳极液贮器、阴极液贮器、活动剂贮器和自动取样器单元。可替代地或除此之外，接口盒筒2107可以与压力控制歧管2105流体和/或电连通，所述压力控制歧管2105可以被联接到流体驱动机构，例如，泵。接口盒筒2107可以被联接到盒筒2100，所述盒筒2100可以包括装置2101。装置2101可以与阳极液高电压贮器、阴极液高电压贮器、活动剂高电压贮器和样本线电地和/或流体地连通。阳极液高电压贮器、阴极液高电压贮器、活动剂高电压贮器和样本线可以各自与接口盒筒2107流体和/或电连通。装置2101也可以被联接到废物管理单元2109，所述废物管理单元2109可以用于引导废物远离装置2101，并且在一些情况下，还用于将样本引导至下游分析单元2111。在一些实施例中，废物管理单元2109可以包括雾化器。在一些情况下，下游分析单元2111可以包括质谱仪。
系统还可以包括多个成像系统。例如，系统可以包括成像系统2115，所述成像系统2115可以包括照相机、照明器、废物容器和/或适配器，所述适配器可以用于与分析单元2111接合。系统还可以包括成像系统2117，所述成像系统2117可以包括照明器(例如，UV照明源)、镜和/或照相机或其它合适的检测器。在一些情况下，检测器(例如，照相机)可以被连接到冷却源，例如，风扇或其它温度控制平台。图25示出集成系统的示例性框图。系统可以包括：样本2201、样本和试剂保持器和/或处理器2203，其可以被配置为存储样本和处理样本(例如，混合、添加试剂、抽吸或分配样本等)；样本注射器2205；和样本尖端清洁器2207。样本尖端清洁器可以包括用于清洗样本和/或系统的机构。该系统还可以包括分离单元2209，所述分离单元2209可以包括包含该装置的盒筒、成像系统(例如，UV照明器和照相机)。分离单元可以被联接到多个控制器2211，所述多个控制器2211可以包括使用负压(例如，真空)或正压(例如，旋转或隔膜泵、阀等)的流体控制。控制器2211和/或分离单元2209可以被联接到流体歧管2213，所述流体歧管2213可以包括一个或多个包含试剂的贮器。
分离单元2209可以用于执行分离反应(例如，等电聚焦)和/或活动化反应。分离单元2209可以被连接到或被联接到通信接口2215(例如，RFID)、高电压电源2217、废物管理单元2219(例如，真空和废物容器)、另一个成像单元2221和/或下游分析单元2223(例如，质谱仪)。在一些情况下，分离单元2209可以被联接到温度控制单元2225。在一些情况下，本文描述的一个或多个系统可以包括温度控制单元2227和/或其它控制单元，例如，用于仪器控制2229。
虽然在此已经示出了和描述了本公开的优选的实施例，但是对于本领域的技术人员而言将显而易见的是这种实施例仅通过示例的方式提供。并非意欲的是本发明由在本说明书内提供的具体示例限制。虽然已经参照上述说明书描述了本公开，但是本文的实施例的描述和图解并不意味着以限制的意义解释。对于本领域的技术人员而言，在没有脱离本发明的情况下，现在将出现各种变化、改变和替换。此外，应当理解，本公开的所有方面不限于在本文中所阐述的具体描述、配置或相对比例，这些取决于各种条件和变量。应当理解，在实践本发明时，可以采用针对本文描述的本发明的实施例的各种可替代方案。因此，设想到，本公开也应当涵盖任何这样的可替代方案、修改方案、变型方案或等同方案。意欲的是以下权利要求书限定了本发明的范围，并且由此涵盖了在这些权利要求范围书内的方法和结构及其等同物。
Claims (87)
1.一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：
a)基底，其中，所述基底包括：
i)流体通道，所述流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及
ii)气体通道，所述气体通道包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部，所述气体出口孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻；
其中，在所述流体通道的所述远侧端部与所述气体通道的所述远侧端部之间的角在约0度至约30度的范围内。
2.根据权利要求1所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角或尖端上。
3.根据权利要求2所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口被布置在与所述电喷雾离子化孔口相邻的所述基底的边缘上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流体芯片，其中，所述基底包括两个或更多个气体通道，所述两个或更多个气体通道中的每个都包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部。
5.根据权利要求4所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体芯片，其中，所述角在约10度至约20度的范围内。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体芯片，其中，所述角为约15±5度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口被配置为执行从所述电喷雾离子化孔口驱排的溶液的雾化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的微流体芯片，其中，所述微流体装置包括三个或更多个气体通道，所述三个或更多个气体通道中的每个都包括布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻的气体出口孔口。
10.根据权利要求9所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述基底内，并且所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述微流体芯片的辅助部件内，所述辅助部件被定位成与所述基底相邻，使得所述至少一个气体通道不位于与所述基底相同的平面内。
11.根据权利要求10所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的布置在所述辅助部件内的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于与所述基底的平面基本垂直的平面中并且对称地围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口相邻。
12.根据权利要求11所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的布置在所述辅助部件内的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于相对于所述基底的平面旋转的一个或多个平面中并且以径向对称的成对方式围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口相邻。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道包括分离通道。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的微流体芯片，其中，所述微流体芯片被配置为在所述流体通道中对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦或电泳分离。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道具有在约20μm至约600μm的范围内的宽度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道具有在约10μm至约100μm的范围内的深度。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道具有在约0.25cm至约30cm的范围内的长度。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口具有基本正方形、矩形、圆形、卵形或菱形的横截面。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口具有在约10μm至约100μm的范围内的最大横截面尺寸。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体通道具有在约20μm至约200μm的范围内的宽度。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体通道具有在约10μm至约100μm的范围内的深度。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体通道具有在约0.2cm至约20cm的范围内的长度。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口具有基本正方形、矩形、圆形、卵形或菱形的横截面。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口具有在约10μm至约50μm的范围内的最大横截面尺寸。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的100μm内。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的50μm内。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体出口孔口被布置在所述电喷雾离子化孔口的15μm内。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的微流体芯片，其中，所述基底由玻璃、硅、聚合物或其任何组合制造。
29.一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：
a)基底，其中，所述基底包括：
i)具有不同长度的两个或更多个气体通道，每个所述气体通道都被配置为将气体输送到气体出口孔口；
其中，所述两个或更多个气体通道中的至少一个的尺寸沿着其长度的一部分被调节，使得所述两个或更多个气体通道中的每个都具有大约相同的流体动力流动阻力。
30.根据权利要求29所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体通道中的至少一个的横截面积沿着其长度的一部分被调节。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体通道的长度的最小差异在约1cm至约10cm的范围内。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体通道的长度的最大差异在约1cm至约10cm的范围内。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的微流体芯片，其中，所述基底还包括流体通道，所述流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部。
34.根据权利要求33所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻并且被配置为执行从所述电喷雾离子化孔口驱排的溶液的雾化。
35.根据权利要求33至34中任一项所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角上。
36.根据权利要求35所述的微流体芯片，其中，所述两个或更多个气体出口孔口被布置在与所述电喷雾离子化孔口相邻的所述基底的边缘上。
37.根据权利要求29至36中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道包括分离通道。
38.根据权利要求29至37中任一项所述的微流体芯片，其中，所述微流体芯片被配置为执行等电聚焦或电泳分离。
39.根据权利要求29至38中任一项所述的微流体芯片，其中，所述气体是雾化器气体。
40.根据权利要求39所述的微流体芯片，其中，所述雾化器气体包括空气、氮气、氧气、一氧化二氮、氟乙烷、氦气、氩气、甲醇或其任何组合。
41.根据权利要求35至40中任一项所述的微流体芯片，还包括在其上布置有所述电喷雾离子化孔口的、所述基底的边缘的或所述基底的拐角的至少一部分上的疏水涂层。
42.一种微流体芯片，所述微流体芯片包括：
a)基底，其中，所述基底包括：
i)流体通道，所述流体通道包括与流体入口端口流体连通的近侧端部和与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及
ii)至少两个气体通道，所述至少两个气体通道中的每个都包括与气体入口端口流体连通的近侧端部和与气体出口孔口流体连通的远侧端部；
其中，所述至少一个流体入口端口和所述至少两个气体入口端口沿着所述基底的第一边缘布置。
43.根据权利要求42所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口被定位在所述基底的第二边缘上。
44.根据权利要求43所述的微流体芯片，其中，所述电喷雾离子化孔口被定位在不包括所述第一边缘的所述基底的拐角上。
45.根据权利要求42至44中任一项所述的微流体芯片，其中，所述基底具有小于约2.0mm的厚度。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道包括被配置为执行电泳分离的分离通道。
47.根据权利要求42至45中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道包括被配置为执行等电聚焦分离的分离通道。
48.根据权利要求46至47中任一项所述的微流体芯片，其中，所述基底包括第一分离通道和第二分离通道，其中，所述第一分离通道的远侧端部与所述第二分离通道的近侧端部流体连通，并且其中，所述第二分离通道的远侧端部与所述电喷雾离子化孔口流体连通。
49.根据权利要求48所述的微流体芯片，其中，所述第一分离通道被配置为执行色谱分离，并且其中，所述第二分离通道被配置为执行电泳分离。
50.根据权利要求48所述的微流体芯片，其中，所述第一分离通道被配置为执行色谱分离，并且其中，所述第二分离通道被配置为执行等电聚焦分离。
51.根据权利要求42至50中任一项所述的微流体芯片，其中，所述流体通道包括分离通道，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦分离，并且所述基底还包括活动化电解质通道，所述活动化电解质通道与所述分离通道的远侧端部流体连通并且被配置为在所述分离通道的远侧端部处提供活动化电解质的电泳引入。
52.一种用于从微流体芯片执行电喷雾离子化的方法，所述方法包括：
a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：
i)至少一个流体通道，所述至少一个流体通道包括与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部；以及
ii)至少一个气体通道，所述至少一个气体通道被配置为将气体输送到与所述电喷雾离子化孔口相邻的气体出口孔口；
b)使溶液流过所述至少一个流体通道，使得从所述电喷雾离子化孔口驱排所述溶液；以及
c)使气体流过所述至少一个气体通道，使得从所述气体出口孔口驱排所述气体；
其中，所述基底的温度由流过所述至少一个气体通道的所述气体的温度控制。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述气体的温度在约4℃至约100℃的范围内
54.根据权利要求52或权利要求53所述的方法，其中，所述基底的温度在约10℃至约50℃的范围内。
55.根据权利要求52至54中任一项所述的方法，其中，所述基底的平均温度被保持在30±5℃处。
56.根据权利要求52至55中任一项所述的方法，其中，所述至少一个流体通道包括分离通道。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行等电聚焦分离。
58.根据权利要求56所述的方法，其中，所述分离通道被配置为对包含分析物混合物的样本执行电泳分离。
59.根据权利要求52至58中任一项所述的方法，其中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时所实现的电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于1.0％的标准误差波动来表征。
60.根据权利要求52至59中任一项所述的方法，其中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时，电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于0.1％的标准误差波动来表征。
61.一种用于提供稳定的电喷雾离子化性能的方法，所述方法包括：
a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：(i)流体通道，所述流体通道具有与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部，以及(ii)气体通道，所述气体通道具有与气体出口孔口流体连通的远侧端部；
b)使溶液流过所述流体通道；
c)使气体流过所述气体通道；以及
d)控制所述气体的流量和所述溶液的流量，使得所述气体的体积流量和所述溶液的体积流量的比率在1000:1至1000000:1的范围内。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述气体的体积流量和所述溶液的体积流量的比率在10000:1至500000:1的范围内。
63.根据权利要求61或权利要求62所述的方法，其中，所述溶液的流动由压力、重力、电动力或其任何组合控制。
64.根据权利要求61至63中任一项所述的方法，其中，所述气体的流动由压缩气体源提供。
65.根据权利要求61至64中任一项所述的方法，其中，所述溶液的体积流量小于25μL/min。
66.根据权利要求61至65中任一项所述的方法，其中，所述微流体芯片包括两个或更多个气体通道，每个所述气体通道都包括与气体出口孔口流体连通的远侧端部，并且其中，所述两个或更多个气体出口孔口对称地围绕所述电喷雾离子化孔口布置成与所述电喷雾离子化孔口相邻。
67.根据权利要求61至66中任一项所述的方法，其中，所述电喷雾离子化孔口被布置在所述基底的边缘或拐角上。
68.根据权利要求67所述的方法，其中，所述一个或多个气体出口孔口被设置为与在所述基底的边缘上的所述电喷雾离子化孔口相邻。
69.根据权利要求61至68中任一项所述的方法，其中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时所实现的电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于1.0％的标准误差波动来表征。
70.根据权利要求61至69中任一项所述的方法，其中，当所述微流体芯片被配置为将样本引入质谱仪中时，电喷雾离子化性能由总质谱信号强度中的小于0.1％的标准误差波动来表征。
71.一种用于提供稳定的电喷雾离子化性能的方法，所述方法包括：
a)提供包括基底的微流体芯片，其中，所述基底包括：(i)流体通道，所述流体通道具有与电喷雾离子化孔口流体连通的远侧端部，以及(ii)气体通道，所述气体通道具有与气体出口孔口流体连通的远侧端部；
b)使溶液流过所述流体通道；
c)使气体流过所述气体通道；以及
d)控制所述气体的流量和所述溶液的流量，使得在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率在100:1至1000000:1的范围内。
72.根据权利要求71所述的方法，其中，在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率为500:1至5000:1。
73.根据权利要求71或权利要求72所述的方法，其中，在所述气体出口孔口处的所述气体的流速与在所述电喷雾离子化孔口处的所述溶液的流速的比率为1000:1至3000:1。
74.一种微流体盒筒，所述微流体盒筒包括：
a)微流体芯片，所述微流体芯片包括布置在所述微流体芯片的边缘上的至少一个流体端口和至少两个气体端口；以及
b)微流体盒筒部件，所述微流体盒筒部件与所述微流体芯片流体连通并且被配置为包围所述微流体芯片的至少一部分，所述微流体盒筒部件包括至少一个流体端口和至少两个气体端口，所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口与所述微流体芯片的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口对准。
75.根据权利要求74所述的微流体盒筒，还包括一个或多个弹性体部件，所述一个或多个弹性体部件布置在所述微流体芯片的边缘与所述微流体盒筒的表面之间；并且其中，所述一个或多个弹性体部件在施加力时在所述微流体芯片的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口与所述微流体盒筒部件的所述至少一个流体端口和所述至少两个气体端口之间形成基本防泄漏的密封。
76.根据权利要求74或权利要求75所述的微流体盒筒，其中，所述微流体芯片的所述边缘具有小于约2.0mm的厚度。
77.根据权利要求74至76中任一项所述的微流体盒筒，其中，所述微流体芯片的所述边缘具有为约1±0.4mm的厚度。
78.一种系统，所述系统包括：
a)微流体盒筒，所述微流体盒筒包括两个或更多个流体端口并且被配置为能从所述系统去除；以及
b)仪器，所述仪器包括两个或更多个流体互连件；
其中，所述两个或更多个流体互连件中的每个都被配置为在对包括所述两个或更多个流体互连件和所述微流体盒筒的所述两个或更多个流体端口的组件施加力时在所述仪器的流体管线与所述微流体盒筒的流体端口之间提供基本防泄漏的流体联接，并且
其中，当在所述两条或更多条流体管线中的两条内的相对流体压力发生至少10倍的变化时，维持所述基本防泄漏的流体联接。
79.根据权利要求78所述的系统，其中，当在所述两条或更多条流体管线中的两条内的相对流体压力发生至少100倍的变化时，维持所述基本防泄漏的流体联接。
80.根据权利要求78或权利要求79所述的系统，其中，所述两个或更多个流体互连件中的每个都包括独立的弹簧加载的配件。
81.根据权利要求80所述的系统，其中，所述独立的弹簧加载的配件包括平坦面的密封配件，所述平坦面的密封配件与所述微流体盒筒中的包括孔的流体端口相配合。
82.根据权利要求1至8中任一项所述的微流体芯片，其中，所述微流体装置包括三个或更多个气体通道，所述三个或更多个气体通道中的每个都包括布置成与所述电喷雾离子化孔口紧邻的气体出口孔口。
83.根据权利要求82所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述基底内，并且所述三个或更多个气体通道中的至少一个被布置在所述微流体芯片的辅助部件内，所述辅助部件被定位成与所述基底紧邻，使得所述至少一个气体通道不位于与所述基底相同的平面内。
84.根据权利要求83所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的布置在所述辅助部件内的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于与所述基底的平面基本垂直的平面中并且对称地围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口紧邻。
85.根据权利要求84所述的微流体芯片，其中，所述三个或更多个气体通道中的布置在所述辅助部件内的所述至少一个气体通道被定位成使得其气体出口孔口处于相对于所述基底的平面旋转的一个或多个平面中并且以径向对称的成对方式围绕所述电喷雾离子化孔口定位成与所述电喷雾离子化孔口紧邻。
86.根据权利要求47所述的微流体芯片，其中，当使流体从所述流体入口端口通过所述分离通道流动时执行等电聚焦。
87.根据权利要求48所述的微流体芯片，其中，当使流体从所述流体入口端口通过所述第一分离通道和所述第二分离通道流动时执行电喷雾离子化。
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