CN1534290A - 一种多功能微分析系统平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型分析芯片技术，是一种基于线性阵列微电极芯片的多功能微分析系统平台，系统平台由两大部分组成：线性阵列微电极芯片和芯片控制系统。线性阵列微电极芯片是在绝缘基片上制作的一组金电极构成的，电极上面覆盖着由绝缘材料构成的按需要制作的微流体通道；电极阵列用于产生分析所需的电场，微通道用于分析样品的流动分离。芯片控制系统由微控制芯片构成，包括显示、键盘、电源、继电器电路。基于线性阵列电极的多功能微分析系统平台可以作为毛细管电泳芯片进行生物样品的分离，可以实现移动电场下的低压电泳分离，还可以进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

Description

一种多功能微分析系统平台

技术领域

本发明涉及一种微型分析芯片系统的结构设计，具体地说涉及一种可以进行毛细管电泳分离实验的多功能芯片平台，可以实现移动电场下的低压电泳分离，还可以进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

背景技术

微型全分析系统(MicroTAS)是近年来生物化学分析技术发展的重要的方向之一。完整的微全分析系统在芯片上集成了包括样品的采集、稀释、进样、反应分离、检测等功能，能够实现从样品处理到检测的整体微型化、集成化与便携化的生化分析过程。毛细管电泳芯片(Capillary ElectrophoresisChip)是微全分析系统的重要组成部分，是采用微加工技术在几平方厘米大小的芯片上刻蚀出微管道网络和其它功能单元，形成进样、反应分离、检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析装置。低压毛细管电泳可以减少生化样品的发热；芯片上的检测和对样品在电磁场作用的操纵是一个具有吸引力的研究方向。因此，多功能的微分析系统平台为毛细管电泳分离分析提供了技术条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线性阵列微电极芯片的多功能微分析系统平台的设计。

本发明的另一目的在于提供一种多功能微分析系统平台的控制系统，其通过键盘可以控制微分析系统平台，实现通常的毛细管电泳分离分析和进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种多功能微分析系统平台，基于线性阵列微电极芯片，在一个绝缘基片上沉积金属薄膜，光刻出线性阵列的微电极；基片上粘合有另一个包含微通道、进样和出样口的绝缘片；微通道置于微电极的中间，且与线性阵列的方向一致。

所述的微分析系统平台，其所述的沉积金属薄膜为金薄膜。

所述的微分析系统平台，其所述的微电极是两端引线。

所述的微分析系统平台，其所述的基片是固定在PCB板上的，微电极的引线与PCB板上的焊盘对应连接。

所述的微分析系统平台，其系统平台由两大部分组成：线性阵列微电极芯片和芯片控制系统。

所述的微分析系统平台，其所述线性阵列微电极芯片是在绝缘基片上制作的一组金属电极构成的，电极上面覆盖着按需要制作的微流体通道；电极阵列用于产生分析所需的电场，微通道用于分析样品的流动分离。

所述的微分析系统平台，其所述的金属电极为金金属电极。

所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的微流体通道是由PDMS材料构成的。

所述的微分析系统平台，其所述芯片控制系统由微控制芯片构成，包括显示、键盘、电源、继电器电路、芯片上电流温度传感器的增益放大电路，基于线性阵列电极的多功能微分析系统平台，可以作为毛细管电泳芯片进行生物样品的分离，可以实现移动电场下的低压电泳分离，还可以进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

一种多功能微分析系统平台的控制系统，使用线性阵列微电极芯片，包括微控制器、译码器阵列、继电器阵列、显示、键盘、电源(包括恒压和恒流源)以及增益放大器，其通过键盘可以设定电压源施加在线性阵列微电极中的任意两个电极间，实现通常的毛细管电泳分离分析；也可设定运动电场的方式进行被分析样品的操纵，即在分析的过程中，电压源是按照程序加在不同的电极对之间；也可设定电流源施加在某一个或几个电极上，进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

附图说明

图1为本发明微分析系统平台线性阵列电极芯片的俯视结构图；

图2为本发明微分析系统平台线性阵列电极芯片的剖面结构图；

图3为本发明微分析系统平台控制系统的电路方框图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的一个具体实施方案。

如图1所示，多功能微分析系统平台的线性阵列微电极芯片采用微电子机械技术在一个绝缘基片1上沉积金薄膜，光刻出线性阵列的微电极2；基片1上粘合有另一个包含微通道3、进样和出样口4的绝缘片5。微通道3置于微电极2的中间，且与线性阵列的方向一致。按照本发明，微电极2是两端引线6；所述的基片1是固定在PCB板7上的，微电极2的引线6与PCB板7上的焊盘对应连接。

本实施例的工艺流程是首先用计算机辅助设计软件画出电泳沟道、电极排列的几何构图，并由此制作掩膜板，以进一步光刻转移到基片上。

如图2所示，在一个清洗好的载玻片1(规格：76×25×1.4mm)上，制备上光刻胶，曝光制作出阵列电极的图形，利用微电子技术射频溅射厚度为1500-2000的Pt金薄膜，去光刻胶即形成所需的阵列电极2。

设计芯片的总长度为5cm，其中有效分离长度为2.2cm，电极对的跨距S＝100μm，电极9宽度We＝50μm。

在另外一个玻璃基片上，制备厚度为微通道深度(40μm)的SU-8光刻胶，曝光制备出微通道(宽度为100μm)模板，然后利用PDMS浇铸出微通道，构成微电极上粘合的绝缘片。在制备完成的Pt阵列电极2上，粘合上已经用PDMS做好的包含微流通3和进出样口4，即形成一个毛细管电泳芯片。把此芯片镶嵌在PCB板7中，用超声压焊的方法将电泳芯片阵列电极与硬件控制系统接口的PCB板所对应的电极相连，微分析系统平台的线性阵列微电极芯片的构建完成。

微分析系统平台的控制系统包括基于单片机的硬件系统搭建，以及控制实验过程的程序编制。

硬件系统以Cygnal公司的c8051F020单片机为控制核心，外加12组2-4译码器分时控制高达50组驱动电泳的电极；片内A/D可将探测到的电泳电流、温度等状态参数转换成数字量，并在液晶上显示出来；4×4矩阵键盘用来设定反应参数如电压大小、电压施加方式、反应时间等，参数值同时在液晶上显示出来供参考。

继电器用来隔离单片机供电系统和微电极阵列芯片的高压电源。通过程序单片机经继电器控制高压电源，精确控制50路电极中的任一路或一组。这里采用Solid State Optronics，Inc公司的400v固态继电器(SSR)，输入输出之间光电隔离，输出端可驱动400v高压。

电场区域最短可到8个电极间隔(长度为8×450μm＝3.6mm)，在400v继电器的作用下，可实现场强值400v/3.6mm＝1.111kv/cm，足以满足芯片电泳的驱动场强(200v/cm左右)。

多功能微分析系统平台控制系统的连接方框图如图3所示。

Claims (10)

1.一种多功能微分析系统平台，基于线性阵列微电极芯片，其特征在于，一个绝缘基片，其上沉积金属薄膜，光刻出线性阵列的微电极；基片上粘合有另一个包含微通道、进样和出样口的绝缘片；微通道置于微电极的中间，且与线性阵列的方向一致。

2.如权利要求1所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的沉积金属薄膜为金或Pt金薄膜。

3.如权利要求1或2所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的微电极是两端引线。

4.如权利要求1或2所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的基片是固定在PCB板上的，微电极的引线与PCB板上的焊盘对应连接。

5.如权利要求1所述的微分析系统平台，其特征在于，系统平台由两大部分组成：线性阵列微电极芯片和芯片控制系统。

6.如权利要求5所述的微分析系统平台，其特征在于，所述线性阵列微电极芯片是在绝缘基片上制作的一组金属电极构成的，电极上面覆盖着按需要制作的微流体通道；电极阵列用于产生分析所需的电场，微通道用于分析样品的流动分离。

7.如权利要求6所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的金属电极为金金属电极。

8.如权利要求6所述的微分析系统平台，其特征在于，所述的微流体通道是由PDMS材料构成的。

9.如权利要求5所述的微分析系统平台，其特征在于，所述芯片控制系统由微控制芯片构成，包括显示、键盘、电源、继电器电路、芯片上电流温度传感器的增益放大电路，基于线性阵列电极的多功能微分析系统平台，可以作为毛细管电泳芯片进行生物样品的分离，可以实现移动电场下的低压电泳分离，还可以进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

10.一种多功能微分析系统平台的控制系统，使用线性阵列微电极芯片，包括微控制器、译码器阵列、继电器阵列、显示、键盘、电源：包括恒压和恒流源，以及增益放大器，其特征在于，通过键盘可以设定电压源施加在线性阵列微电极中的任意两个电极间，实现通常的毛细管电泳分离分析；也可设定运动电场的方式进行被分析样品的操纵，即在分析的过程中，电压源是按照程序加在不同的电极对之间；也可设定电流源施加在某一个或几个电极上，进行电磁场作用下的生物样品的反应分析试验。

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