CN200982977Y - 一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片 - Google Patents

一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及微流控芯片，具体地说是一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片，芯片由上、下二层基片封接而成，其上层基片设有进样口、出样口及微通道，在微通道上设有微粒引入通道及其入口，在微粒引入通道与进样口和出样口之间分别设有坝结构，坝结构的顶面与下层基片间存有缝隙，二个坝结构形成了一双围堰式结构，二个坝结构之间的微通道形成填充柱床通道。芯片含有一个微粒引入通道，通过该通道可实现固定相微粒的填充和更新。本实用新型提供的用于集成固相萃取柱的微流控芯片制作简便、快速、成本低廉，适用范围广、通用性强。

Description

一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片
技术领域
本实用新型涉及微流控芯片，具体地说是一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片。
背景技术
固相萃取(SPE)技术广泛应用于分离/纯化、浓缩或富集痕量被测物、除去干扰物(如盐等)，提高被测物的浓度和检测灵敏度，是一种常用和重要的样品预处理方法。SPE技术的微型化，即微流控芯片SPE技术，是指利用芯片微加工技术所形成的微通道结构以及微阀/微泵等控制单元，在微流控芯片平台上完成SPE操作的一种微型化样品处理技术。芯片SPE技术具有许多常规SPE技术所不及的优点，比如萃取速度快、样品/试剂消耗低、可与其他操作单元集成、可阵列化等，是实现微全分析系统(μ-TAS)的一种必不可少的操作单元。
目前，已经出现了多种形式的基于微流控芯片的SPE方法，可应用于从多种小分子到蛋白质、核酸等大分子的分离/富集中。根据固相萃取柱的不同制作方法，这些基于微流控芯片的SPE方法可分为开口管柱、整体柱和填充柱芯片SPE方法三种类型。其中，前两种方法对芯片制作的要求不高，但它们要么因为较小的比表面积而导致其固定相负载容量偏低，比如文献[1 Kutter J P，Jacobson S C，Ramsey J M.J Microcolumn Sep.2000，12：93-97。2 Broyles B C，Jacobson S C，Ramsey J M.Anal.Chem.2003，75：2761-2767。]；要么因为采用较复杂的聚合反应，限制了其固定相的种类和对有机溶剂的耐受性[3 Yu C，Davey M H，Svec F，Frechet J M J.Anal.Chem.2001，73：5088-5096。]，或者因采用热诱导聚合反应而较难使整体柱结构固定在微通道内的特定位置[4 Wolfe K A，Breadmorel M C，Ferrance J P，et al..Electrophoresis 2002，23：727-733。5 BreadmoreM C，Wolfe K A，Arcibal I G，et al..Anal.Chem.2003，75：1880-1886。]，使其很难成为一种通用的芯片SPE方法，因而在一定程度上限制了这些方法在芯片SPE技术上的应用。采用特殊的微加工技术，可在芯片制作过程中直接在通道内形成特殊的微结构，用以阻挡填充的固定相微粒，从而形成填充型固相萃取柱[6 Oleschuk R D，Shultz-Lockyear L L，Ning Y，etal..Anal.Chem.2000，72：585-590。7 Jemere A B，Oleschuk R D，OuchenF，et al..Electrophoresis 2002，23：3537-3544。]。由于填充柱萃取效率较高，可利用的填料种类多且填充过程相对简单，可利用电渗流或压力引入填充微粒，而且可通过反压冲出使用过的填充微粒，从而可不断更新填充柱。但由于该方法采用“差异刻蚀”法制作芯片中的双围堰式微结构，需要在同一芯片表面连续两次进行光刻/蚀刻过程，难度大、周期长、成本高，仍然限制了其广泛应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种相对简便且成本低廉的、带有双围堰式结构的微流控芯片，不仅为芯片SPE技术的广泛使用提供更多的可能，而且为其进一步集成化打下良好的基础。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片，芯片由上、下二层基片封接而成，其上层基片设有进样口、出样口及微通道，在上层基片的微通道上设有微粒引入通道及其入口，在微粒引入通道的入口与进样口和出样口之间分别设有坝结构，坝结构的顶面与下层基片间存有缝隙，二个坝结构形成了一双围堰式结构，二个坝结构之间的微通道形成填充柱床通道。
所述芯片材料为石英、玻璃或能以它们为模板的各种聚合物(如：聚二甲基硅氧烷或PDMS)以及它们的复合体；填充柱床通道内填充有固定相微粒。
本实用新型具有如下优点：
1.本实用新型芯片微通道内含有双围堰式微结构，可用来阻挡填充的固定相微粒；芯片含有一个微粒引入通道，通过该通道可实现固定相微粒的填充和更新。
2.本实用新型双围堰式结构的围堰深度可控且小于所填充微粒的直径。其微粒引入通道的长度、宽度和深度可为任何可得到的值。
3.本实用新型提供的用于集成固相萃取柱的微流控芯片，适合填充不同种类和大小的色谱固定相微粒，从而可应用于不同的分析对象。
4.本实用新型提供的用于集成固相萃取柱的微流控芯片制作简便、快速、成本低廉，无需任何复杂的芯片微加工技术；同时，适用范围广、通用性强。芯片制作采用简化的“单面/两步刻蚀”方法，可在芯片同一表面上刻蚀出不同深度，从而在微通道内形成双围堰式结构。芯片制作过程中采用石蜡作为保护层；芯片制作过程中的石蜡层采用细空心管“钻孔”的方法得到所需要结构。
附图说明
图1为本实用新型提供的微流控芯片结构示意图，其中1为进样口，2为出样口，3为微粒引入通道的入口，4为双围堰式结构，5为填充柱床通道；
图2为上层基片第一次刻蚀后的截面示意图，其中4为未被刻蚀的坝结构，5为填充柱床通道；
图3为经第一次刻蚀后的上层基片涂上石蜡保护层并用细空心管“钻孔”后的截面示意图，其中4为未被刻蚀的坝结构，6为石蜡保护层；
图4为上层基片经第二次刻蚀并用超声波打孔后的截面示意图，其中1、2分别为进样口和出样口，4为刻蚀后的坝结构，5为填充柱床通道；
图5为刻蚀好的上层基片与相应盖片封接后得到的微流控芯片的截面示意图；
图6为填充固定相微粒后的芯片截面示意图。
具体实施方式
一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片，芯片由上、下二层基片封接而成，其上层基片设有进样口1、出样口2及微通道，在上层基片的微通道上设有微粒引入通道及其入口3，在微粒引入通道的入口3与进样口1和出样口2之间分别设有坝结构，坝结构的顶面与下层基片间存有缝隙，二个坝结构形成了一双围堰式结构4，二个坝结构之间的微通道形成填充柱床通道5；填充柱床通道5用于填充固定相微粒。
芯片制作步骤如下(以玻璃芯片为例)：
(1)将设计好的芯片结构如图1所示制成掩膜，按照标准的玻璃光刻/湿法刻蚀工艺得到所需深度的通道结构(如图2所示)，其中含有两个未被刻蚀的坝结构4，从而形成一个不连续的微通道；
(2)经第一次刻蚀后的上层基片用洗液除去光刻胶和金属保护层并烘干，然后涂上一薄层熔化成液态的固体石蜡；
(3)在石蜡重新固化之前，用细空心管在两个坝结构的位置“钻孔”，以除去其上的石蜡层并暴露出两个坝结构，同时不破坏其他位置的石蜡层(如图3所示)；由于石蜡固/液状态可逆，因而其涂覆/“钻孔”过程可重复进行多次，直至得到所需的保护层结构；
(4)用上述方法暴露出的两个坝结构再用湿法刻蚀至所需深度(即围堰深度，该深度可改变以适用于不同大小的固定相微粒)；然后将上层基片放入汽油中超声清洗以清除石蜡保护层，再用超声波打孔器在相应位置打孔，如图4所示；
(5)经两次刻蚀后的上层基片在严格清洗后与相同材质及大小的玻璃盖片进行热封接，即得到所需的微流控芯片(如图5所示)，其中双围堰式结构4由两个具有一定深度的坝结构和相应盖片所构成；
(6)通过微粒引入通道的入口3向填充柱床通道5中填充未改性的硅胶微粒(直径5μm)，得到芯片SPE柱的截面图如图6所示。该芯片SPE柱可应用于核酸的分离、纯化。

Claims (4)

1、一种用于集成固相萃取柱的微流控芯片，芯片由上、下二层基片封接而成，其上层基片设有进样口(1)、出样口(2)及微通道，其特征在于：在上层基片的微通道上设有微粒引入通道及其入口(3)，在微粒引入通道的入口(3)与进样口(1)和出样口(2)之间分别设有坝结构，坝结构的顶面与下层基片间存有缝隙，二个坝结构形成了一双围堰式结构(4)，二个坝结构之间的微通道形成填充柱床通道(5)。
2、按照权利要求1所述用于集成固相萃取柱的微流控芯片，其特征在于：所述芯片材料为石英、玻璃或能以它们为模板的各种聚合物以及它们的复合体。
3、按照权利要求1所述用于集成固相萃取柱的微流控芯片，其特征在于：所述聚合物为聚二甲基硅氧烷或PDMS。
4、按照权利要求1所述用于集成固相萃取柱的微流控芯片，其特征在于：所述填充柱床通道(5)内填充有固定相微粒。
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