CN1991356B - 一种多通道毛细管电泳芯片及其电压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于毛细管电泳技术领域，其所述毛细管电泳芯片的特征在于：该芯片至少有两个样品池及相应的样品通道，一个进样缓冲液池和一个样品废液池之间有进样管道相连，该进样管道与所述各样品通道连通，一个分离缓冲液池和一个分离废液池之间有分离管道相连，所述分离管道和进样管道之间用交叉方式连通。所述毛细管电泳芯片的电压控制方法，其特征在于：进样时，向样品池施加电压使样品经样品管道和一部分进样管道进入样品废液池；回样时，向样品施加电压，使样品分别进入样品池和样品废液池，余下部分流入分离管道和进样管道交叉处；分离时，使分离管道中的样品在电压作用下进入分离废液池。本发明与传统的毛细管电泳芯片相比有更高的通量。
Description
技术领域
本发明涉及一种多通道毛细管电泳芯片及其电压控制方法。
背景技术
毛细管电泳芯片是在毛细管电泳的基本原理和技术基础上，利用微加工技术在硅、石英、玻璃或高分子材料的表面加工出各种微细结构，如管道、反应池、电极之类的功能单元，完成样品的进样、分离和检测等一系列任务，是一种快速、高效和低耗的微型分析器件。毛细管电泳芯片之所以受到人们的青睐，是因为它与普通毛细管电泳相比，具有如下突出的优点：
1.分析效率高
毛细管电泳芯片的分析效率高主要体现在：(1)分离效果好；(2)速度快；(3)样品消耗量少。毛细管电泳芯片的这些优势，主要得益于它的微细结构。一方面由于在芯片上加工的管道截面积小，相应的比表面积大，散热性能出色。这样，在分离过程中可以施加更高的电压，从而提高分离效果和分离速度；另一方面由于芯片的微细结构大都在微米量级，所以每次分析所消耗的样品量少，效率较高。
2.芯片设计灵活多样
利用现有的各种微加工技术，可以在芯片上加工出各种各样的管道、器件和微结构，所以毛细管电泳芯片的样式多种多样，极大地提高了它的适用范围和处理能力。如可在一块芯片上加工出96甚至384条管道，提高分析通量；在芯片上实现二维毛细管电泳，增强分离效果。这些设计思想用普通的毛细管电泳实现起来是有一定难度的。
3.适合与其他系统整合
与其它器件或仪器相联合，共同发挥作用是毛细管电泳芯片一个突出的特点。首先在生物芯片实验室中，它作为一种有效的检测手段，可以发挥十分重要的作用，如与PCR芯片连接到一起的毛细管电泳芯片，可完成扩增与检测；其次可以做出各种接口，将毛细管电泳芯片与其他仪器设备相连接，自动完成分析，如将毛细管电泳芯片与质谱联用。与其他系统连接配合是今后毛细管电泳芯片的主要发展方向之一。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种新的多通道毛细管电泳芯片的设计方案，使得与传统的毛细管电泳芯片相比，具有更高的通量。
本发明的目的之一在于提出一种用于多通道毛细管电泳芯片的电压控制方法，采用该方法可以防止多通道样品之间的相互污染，实现多个样品的连续独立分离分析。
本发明所述的多通道毛细管电泳芯片，其特征在于：该芯片是利用微加工技术在硅、石英、玻璃或高分子材料，或所述材料的混合物的表面加工出的一种微细结构，该芯片含有：
至少两个样品池和相应的样品管道；
一个进样缓冲液池和一个样品废液池，有一条进样管道连接于进样缓冲液池和样品废液池之间，该进样管道与所述各样品管道连通；
一个分离缓冲液池和一个分离废液池，有一条分离管道连接于所述分离缓冲液池和分离废液池之间，该分离管道与所述进样管道通过交叉的方式连通。
各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池可以通过插入电极的方式，也可以通过将电极集成在芯片上的方式施加电压。
本发明所述的多通道毛细管电泳芯片的电压控制方法，其特征在于：该方法含有以下步骤：
步骤1.进样：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品池中的样品在电压驱动下，从该样品池依次经过样品管道和一部分进样管道进入样品废液池，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池；
步骤2.回样：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品在电压驱动下，一部分从所述进样管道中回到原来所在的样品池，另一部分进入所述的样品废液池，同时，处于进样管道与分离管道交叉部分的样品进入分离管道，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池；
步骤3.分离：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品在电压驱动下，在所述分离管道中进入所述分离废液池，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池。
所述样品池的直径为0.1mm～10mm。
所述的电压，当以任何一个液体池为参考点，其范围为-106～+106V。
实验效果：与常规毛细管电泳芯片相比，使用本发明所述的多通道毛细管电泳芯片和相应的电压控制方法，实现了多样品连续检测，且不需要更换芯片或清洗管道。
附图说明
图1为多通道芯片形貌图。
图2为进样过程样品的流动。
图3为回样过程样品的流动。
图4为分离过程样品的流动。
具体实施方式
本发明中所述的毛细管电泳芯片，该芯片有至少两个样品池和两个样品管道，一个进样缓冲液池，一个样品废液池，一个分离缓冲液池，一个分离废液池，一个进样管道和一个分离管道。进样管道与分离管道通过交叉的方式进行连通，进样管道的一个末端连接进样缓冲液池，另一个末端连接样品废液池，分离管道的一个末端连接分离缓冲液池，另一个末端连接分离废液池。在分离管道与进样管道的交叉处与进样缓冲液池之间的进样管道上，连接有至少两个样品管道，每个样品管道的末端各连接一个样品池。通过在样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池、分离废液池施加不同的电压，可以实现多个不同样品的独立进样、回样和分离。
本发明中所述的电压控制方法分为三个步骤：进样、回样和分离。进样过程中，一个样品在电压的驱动下，从样品池进入样品废液池，而其他样品保持不动。回样过程中，一个样品在电压的驱动下，一部分从进样管道中回到原来所在的样品池，另一部分进入样品废液池，而其他样品保持不动，同时处于进样管道与分离管道交叉部分的样品进入分离废液池。分离过程中，一个样品在电压的驱动下，在分离管道中进入分离废液池，而其他样品在电场的作用下不会因为扩散流出样品池。
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
1.多通道芯片设计
毛细管电泳芯片的管道相当于电阻网络，通过对其等效电阻网络进行仿真计算，设计了多通道电泳芯片，如图1所示。图中S1、S2、S3、S4、S5、S6表示样品池，B1、B2表示进样缓冲液池，SW表示样品废液池，W1和W2表示分离废液池。B2-SW表示进样管道，B1-W1表示分离管道，S1、S2、S3、S4、S5、S6-进样管道表示6条样品管道。Det1、Det2表示检测定位标志。多通道毛细管电泳芯片尺寸：
S1～01＝S2～02＝S3～03＝S4～04＝S5～05＝S6～06＝15mm；
B2～0＝21mm；SW～0＝6mm；B1～0＝15mm；W2～0＝66.5mm；
2.进样过程样品流动的方向
各端口电压：
B1＝-269.98V；B2＝-359.98V；
W2＝-572.40V；
S1＝-629.96V；S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝0V；
进样过程样品的流动方向如图2所示：其中实线条表示样品实际流动路径；虚线线条表示钳制管路中虚拟样品走向(这些管路中实际上并无样品)。
3.回样过程样品流动的方向
各端口电压：
B1＝0V；B2＝0V；
SW＝329.99V；W2＝1932V；
S1＝621.48V；S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝0V；
回样过程样品的流动方向如图3所示，其中实线条表示样品实际流动路径；虚线线条表示钳制管路中虚拟样品走向(这些管路中实际上并无样品)。
4.分离过程样品流动的方向
各端口电压：
B1＝0V；B2＝0V；
SW＝329.99V；W2＝1932V；
S1＝S2＝S3＝S4＝S5＝S6＝310.7V；
分离过程样品的流动方向如图4所示，其中实线条表示样品实际流动路径；虚线线条表示钳制管路中虚拟样品走向(这些管路中实际上并无样品)。
以上结合优选实施例对根据本发明的及其应用进行了描述。本领域内的技术人员可以理解，上文中所提到的参数如数量、尺寸等均是示例性的而不应视为对本发明的限制。本发明的范围有后附的权利要求书限定。
Claims (5)
1.一种多通道毛细管的电压控制方法，其特征在于，该方法含有以下步骤：
步骤1.进样：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品池中的样品在电压驱动下，从该样品池依次经过样品管道和一部分进样管道进入样品废液池，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池；
步骤2.回样：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品在电压驱动下，一部分从所述进样管道中回到原来所在的样品池，另一部分进入所述的样品废液池，同时，处于进样管道与分离管道交叉部分的样品进入分离管道，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池；
步骤3.分离：设定各样品池、进样缓冲液池、样品废液池、分离缓冲液池和分离废液池的电极电压，使指定样品在电压驱动下，在所述分离管道中进入所述分离废液池，而其他样品在电压的作用下停留在原位置，不会扩散到其它管道或样品池。
2.根据权利要求1所述的一种多通道毛细管的电压控制方法，其特征在于：所述样品池的直径为0.1mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的一种多通道毛细管的电压控制方法，其特征在于：所述的电压，当以任何一个液体池为参考点，其范围为-106～+106V。
4.根据权利要求1所述的一种多通道毛细管的电压控制方法，其特征在于：所述电压是通过加工在芯片上的电极施加上的。
5.根据权利要求1所述的一种多通道毛细管的电压控制方法，其特征在于：所述电压是通过插入式电极施加上的。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101110 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |