CN1831537A - 微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法 - Google Patents
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Abstract
一种微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是采用专用负压进样和分离的装置上进行，操作步骤是：首先设定电触点真空表的最大真空度和最小真空度，接通微型真空泵电源，使真空瓶内形成负压，电触点真空表作为控制微型真空泵的开关和用于指示真空瓶内压力，使瓶内真空度稳定在设定的范围内；在进样阶段，三通电磁阀通电，三通电磁阀b端口与c端口连通，微流控芯片样品废液池中形成负压，使样品池中的样品，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液流入废液池，样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；在分离阶段，三通电磁阀断电，三通电磁阀b端和a端连通，微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。本发明成本低廉，自动控制真空瓶内的真空度，进样和分离的操作简单、负压稳定、速度快。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片毛细管电泳分析技术，特别是涉及微流控芯片毛细管电泳负压进样方法。
背景技术
自从1990年提出微全分析系统概念以来，微流控芯片技术已在医学和生命科学领域开辟了广阔的发展空间。微流控芯片毛细管电泳技术已用于DNA测序，DNA片段的分离和鉴定，氨基酸、多肽、蛋白质的分离测定以及单细胞内组分的分析等。
目前普遍采用基于电渗流驱动的电动进样方式进样，如电夹流进样，悬浮进样和门式进样等。但是由于电动进样时有“歧视效应”，即正负离子在电场中迁移速度不一致，导致样品塞的组成与样品溶液的组成不一致。通过延长进样时间可以减小样品塞与样品溶液组成上的差异，但又削弱了微流控芯片快速分析的特点。同时，芯片毛细管表面性质的变化会导致电渗流大小的改变，使进样量的精密度大大降低，毛细管表面性质变化严重时，电渗流方向也会改变，使样品无法进入进样和分离通道。
专利申请200510050458.90中，提出了一种微流控芯片毛细管电泳负压进样方法，采用由微流控芯片、柱塞泵、三通阀、接口，高压电源组成专用负压进样和分离的装置，进行微流控芯片毛细管电泳负压进样方法。
在注样阶段，负压进样和分离的装置中三通阀的b端和c端连通，柱塞泵通过三通阀和接口抽取样品废液池中的空气，在样品废液池内造成负压，微流控芯片上其他储液池中的样品溶液和缓冲液在大气压的作用下向样品废液池流动，在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；在分离阶段，切换负压进样和分离的装置中的三通阀b端和a端连通。由于三通阀的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，样品废液池上的负压释放，在微流控芯片交叉处已形成的样品塞被加在分离通道上高电场所产生电渗流带入分离通道，开始电泳分离检测；分离结束前，三通阀a端和c端连通，柱塞泵压出空气而复位。
该方法存在以下缺点：1.微量注射泵价格昂贵，每台价值1万多元。2.注射泵抽气效率低，在抽气过程中负压随柱塞的移动距离而变化，且在每次抽气后柱塞必须复位，才能再次在样品废液池中形成负压.3.为了稳定在微流控芯片样品废液池中的负压，在每次抽气后必需保持负压1-10秒钟，从而降低了进样速度.4.步进电机驱动的三通阀的价格比三通电磁阀高，操作比三通电磁阀复杂。因此该方法存在价格高，效率低和难以普遍推广的问题。
发明内容
本发明目的是在200510050458.90基础上，针对存在的问题，采用成本低廉、结构简单的微型真空泵负压源的负压进样和分离的装置，提供一种操作更方便、负压稳定、效率高的进样方法。
本发明提供的微流控芯片毛细管电泳进样的方法，采用由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、电触点真空表、三通电磁阀、接口和高压电源组成专用负压进样和分离的装置上进行，操作步骤是：
首先设定电触点真空表的最大真空度为-500mbar，最小真空度为-50mbar。三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通，c端截止。接通微型真空泵电源，使真空瓶内形成负压，真空瓶内的真空度为-50～-500mbar，当瓶内真空度达到设定真空度上限时，电触点真空表关闭微型真空泵电源，当瓶内真空度低于设定真空度下限时，电触点真空表启动微型真空泵，使瓶内真空度稳定在设定的范围内；
在进样阶段，三通电磁阀通电，三通电磁阀b端口与c端口连通，使微流控芯片样品废液池中形成负压。样品池中的样品通过微流控芯片交叉处而流入废液池，与此同时，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液也在大气压的作用下也通过微流控芯片交叉处流入废液池，样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；
在分离阶段，三通电磁阀断电，使b端和a端连通。由于三通电磁阀的a端直接与大气相通，样品废液池与大气相通，它与其他液池之间的压力差立即同时消失，微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。
本发明提供的微流控芯片负压进样和分离的装置，由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、电触点真空表、三通电磁阀、接口和高压电源组成。电触点真空表作为控制微型真空泵的开关和用于指示真空瓶内压力，真空瓶与三通电磁阀c端口相接，三通电磁阀a端口直接与大气相通，三通电磁阀b端口通过接管道和安装微流控芯片样品废液池SW上面的接口与微流控芯片样品废液池SW相通。微流控芯片上有缓冲液储液池B、缓冲液废液储液池BW、样品储液池S、样品废液池SW。微流控芯片进样通道为S-SW，分离通道为B-BW，在分离通道B-BW二端连接高压电源。
本发明的微型真空泵的开关和真空瓶内真空度由电触点真空表控制，使真空瓶内真空度稳定在设定范围内。
本发明的真空瓶的容积为20mL-2000mL。
本发明的真空瓶内的最佳压力为-50～-500mbar。
本发明通过三通电磁阀的通电或断电控制控制微流控芯片的进样阶段向分离阶段的转换。当三通电磁阀通电时，三通电磁阀b端口和c端口相通，使真空瓶与微流控芯片样品废液池相通，使样品废液池中形成负压，从而使样品池中的样品通过微流控芯片交叉处而流入废液池，与此同时，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液也在大气压的作用下也通过微流控芯片交叉处流入废液池，使样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞，防止了样品塞在微流控芯片交叉处扩散增宽。当三通电磁阀断电时，三通电磁阀b端口和a端连通。由于三通阀的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其他液池之间的压力差立即同时消失，可以使微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。通过优化各储液池的液面高度，可以防止样品溶液在分离时进入分离通道而影响分离效果。
与专利申请200510050458.90的方法相比较，本发明使用成本低廉(仅300元左右)的微量真空泵产生负压，由电触点真空表自动控制真空瓶内的真空度，由成本低廉三通电磁阀(仅几十元)的通断电控制微流控芯片的进样阶段向分离阶段的转换，代替了原来由步进电机控制的三通阀才能完成的功能。装置结构简单、成本低廉、操作方便、负压稳定、进样速度更快。
附图说明
图1负压进样微流控芯片毛细管电泳分离装置示意图
图2微流控芯片与三通电磁阀接口示意图
图3微流控芯片毛细管电泳分离电泳图
图中：1-微流控芯片，2-微型真空泵，3-真空瓶，4-电触点真空表，5-三通电磁阀及a、b、c三个端口，6-接口，7-高压电源，8-进样通道，9-样品废液储液池中的溶液，10-样品废液储液池中液面上方的空气，11-样品废液储液池SW，12-密封胶管，13-联接管道。
具体实施方式
实施例1
参见图1、图2，微流控芯片1上缓冲液储液池B和缓冲液废液储液池BW之间的通道是分离通道B-BW，样品储液池S和样品废液池SW之间的通道是进样通道S-SW，负压源由真空瓶3与电触点真空表4和微型真空泵2连接构成，真空瓶3与三通电磁阀5的c端口相接，三通电磁阀5的a端口直接与大气相通，三通电磁阀5的b端口通过联接管道13与接口6相连，接口6安装在微流控芯片样品废液池SW上面。在微流控芯片上的样品储液池S中加入样品溶液，在其他储液池B、SW、BW加入不同体积的电泳缓冲液，保持分离通道两端储液池B和BW的液面高度相同，样品储液池S中液面的高度小于分离通道两端储液池B和BW的液面高度，样品废液储液池SW中的液面高度小于储液池S中液面的高度。接口示意图见图2。其中8为进样通道，9为样品废液储液池中的溶液，10是样品废液储液池中液面上方的空气，11是样品废液储液池SW，12是密封胶管，13是联接管道，将密封胶管插入废液储液池SW上部作为接口，插入的密封胶管始终保持不与SW储液池内的电泳缓冲液的液面相接触，同时保证接口的气密性。在分离通道B端施加+1200V高电压，BW端接地。操作步骤是：
首先设定电触点真空表的最大真空度为-500mbar，最小真空度为-50mbar。三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通，c端截止。接通微型真空泵电源，使真空瓶内形成负压，真空瓶内的真空度为-50～-500mbar，当瓶内真空度达到设定真空度上限时，电触点真空表关闭微型真空泵电源，当瓶内真空度低于设定真空度下限时，电触点真空表启动微型真空泵，使瓶内真空度稳定在设定的范围内；
在进样阶段，三通电磁阀5通电，使三通电磁阀b端和c端连通，真空瓶3经接口6与微流控芯片样品废液池11连通，使样品废液池中形成负压，微流控芯片上其他储液池中的样品溶液和缓冲液等在大气压的作用下向样品废液池流动，在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；
在分离阶段，三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通。由于三通电磁阀5的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其它液池之间的压力差立即同时消失，可以使在微流控芯片交叉处已形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道，开始电泳分离。
实施例2
根据实施例1提供更具体的一个优化实例，参见图1，微流控芯片上通道宽度为10-100μm，深5-50μm，其中S与SW之间的通道是进样通道，长度为5-50mm，B和BW之间的通道是分离通道，长度为10-100mm。分离通道与进样通道十字交叉。在进样通道和分离通道两端各打小孔，在小孔上用粘接剂粘合微量塑料储液池，塑料储液池外径6mm，内径4mm，高6mm。分别用S、SW、B、BW表示样品储液池、样品废液储液池、缓冲液储液池和缓冲液废液储液池。在储液池B和BW中分别加入150μL 20mmol/L pH9.2的硼砂缓冲液，在储液池S加入样品溶液90μL，样品溶液的组成为1.5×10-6mol/L荧光素异硫氰酸(FITC)标记的丙氨酸(Ala)和缬氨酸(Val)的混合物，样品废液池SW中加45μL 20mmol/LpH9.2的硼砂缓冲液溶液。
取外径为1.6mm内径0.8mm的聚四氟乙烯管作为连接管，一端与三通阀b相接，另一端插入作为密封胶管的硅橡胶管中，硅橡胶管长10mm，内径1.5mm，外径4.1mm，再将密封胶管插入废液储液池SW上部。始终保持插入的密封胶管不与SW储液池内的电泳缓冲液的液面相接触，同时保证接口的气密性。
将激光光斑聚焦在分离通道上距通道十字交叉点10mm的检测点处，用激光荧光法检测电泳分离结果。在分离通道B端施加+1200V高电压，BW端接地。首先设定电触点真空表的最大真空度为-500mbar，最小真空度为-50mbar。三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通，c端截止。开启微型真空泵2，使真空瓶3内形成负压，当瓶内压力达到设定真空度上限时，电触点真空表4关闭微型真空泵电源，当瓶内压力低于设定真空度下限时，电触点真空表启动微型真空泵2，使瓶内真空度稳定在-50mbar～-500mbar的设定范围内。
微流控芯片毛细管电泳分析的操作由注样和分离两个阶段组成。在进样阶段，三通电磁阀5通电，使三通电磁阀b端和c端连通，真空瓶3经接口6与微流控芯片样品废液池11连通，使样品废液池中形成负压，微流控芯片上其他储液池中的样品溶液和缓冲液等在大气压的作用下向样品废液池流动，在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；
在分离阶段，三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通。由于三通电磁阀5的a端直接与大气相通，从而使使样品废液池与大气相通，它与其它液池之间的压力差立即同时消失，可以使在微流控芯片交叉处已形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道，开始电泳分离，同时记录电泳图。分离得到的电泳图见图3。连续进行5次分析，FITC、Ala and Val迁移时间的标准相对偏差分别为0.54，0.51和0.45％，峰高的标准相对偏差分别为1.9，4.1和6.9％。
Claims (7)
1、一种微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是采用由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、电触点真空表、三通电磁阀、接口和高压电源组成专用负压进样和分离的装置上进行，操作步骤是：
首先设定电触点真空表的最大真空度为-500mbar，最小真空度为-50mbar，三通电磁阀5断电，三通电磁阀b端和a端连通，c端截止，接通微型真空泵电源，使真空瓶内形成负压，真空瓶内的真空度为-50～-500mbar，当瓶内真空度达到设定真空度上限时，电触点真空表关闭微型真空泵电源，当瓶内真空度低于设定真空度下限时，电触点真空表启动微型真空泵，使瓶内真空度稳定在设定的范围内；
在进样阶段，三通电磁阀通电，三通电磁阀b端口与c端口连通，使微流控芯片样品废液池中形成负压，使样品池中的样品通过微流控芯片交叉处而流入废液池，与此同时，缓冲溶液池和缓冲溶液废液池中的溶液也在大气压的作用下也通过微流控芯片交叉处流入废液池，样品溶液在进样通道和分离通道的交叉处形成稳定的样品塞；
在分离阶段，三通电磁阀断电，三通电磁阀b端和a端连通，由于三通电磁阀的a端直接与大气相通，样品废液池与大气相通，它与其他液池之间的压力差立即同时消失，微流控芯片交叉处形成皮克级的样品塞被加在分离通道上的电场所产生的电渗流带入分离通道分离测定。
2、权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是所述专用负压进样和分离的装置，由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、电触点真空表、三通电磁阀、接口和高压电源组成，电触点真空表作为控制微型真空泵的开关和用于指示真空瓶内压力，真空瓶与三通电磁阀c端口相接，三通电磁阀a端口直接与大气相通，三通电磁阀b端口通过接管道和安装微流控芯片样品废液池(SW)上面的接口与微流控芯片样品废液池(SW)相通，微流控芯片上有缓冲液储液池(B)、缓冲液废液储液池(BW)、样品储液池(S)、样品废液池(SW)，微流控芯片进样通道为(S-SW)，分离通道为(B-BW)，在分离通道(B-BW)二端连接高压电源。
3、根据权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是微型真空泵的最大抽气真空度为-600mbar。
4、根据权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是微型真空泵的开关和真空瓶内真空度由电触点真空表控制，使真空瓶内真空度稳定在设定范围内。
5、根据权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是真空瓶的容积为20mL-2000mL。
6、根据权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是真空瓶内的真空度为-50～-500mbar。
7、根据权利要求1所述的微型真空泵负压源的微流控芯片负压进样方法，其特征是通过三通电磁阀的通电或断电制控制微流控芯片的进样阶段向分离阶段的转换。
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2006
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