CN203002392U

CN203002392U - 一种固相萃取微流控分析芯片

Info

Publication number: CN203002392U
Application number: CN 201220745197
Authority: CN
Inventors: 翟海云; 李江梅; 苏子豪; 周清; 潘育方
Original assignee: Guangdong Pharmaceutical University
Current assignee: Guangdong Pharmaceutical University
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2022-12-25

Abstract

本实用新型涉及固相萃取微流控分析芯片。芯片的基片上设有固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口，样品引入通道、固相萃取柱微通道、废液导出口、样品进样池、样品废液池、缓冲液池和分离通道，以分别实现原位聚合反应溶液引入，废液导出，固相萃取柱活化，样品溶液的引入、净化、富集、洗脱、电迁移进样、电泳分离和检测。本实用新型作为微全分析系统固相萃取的分析芯片，其优点在于工艺简单、成本低廉、原位聚合分子印迹固相萃取柱性能可控、预处理效果好、集成化程度高，可根据分析需要选择对应的分子印迹固相萃取材料以实现组分的选择性分离富集，能将样品在线预处理和进样、分离、检测的功能集成于微全分析系统中。

Description

一种固相萃取微流控分析芯片

技术领域

本实用新型涉及一种固相萃取微流控分析芯片。具体为一种集成原位聚合分子印迹固相萃取微型整体柱的微流控分析芯片，该分析芯片系统能实现样品的在线预处理、进样、分离和检测功能的集成化。

背景技术

微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems，μ-TAS)是在微型化的基础上实现全部分析过程的集成化，把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在芯片实验室上，具有集成化、微缩化、自动化的特点，能够极大地减少样品和试剂消耗量、缩短分析时间、节约分析成本、提高分析效率。相关的研究大多集中在分离、检测、混合和反应等方面，关于如何在芯片上实现样品前处理，特别是复杂基质样品中痕量待测成分预处理分离富集的研究还相对比较薄弱。其中固相萃取预处理芯片因具有微型化和在线处理等优势，倍受青睐。文献报道的微流控芯片上的固相萃取主要有开口管柱、填充柱和整体柱。其中，开口管柱通过化学键合、交联、物理吸附等作用，把具有高度亲和性的固定相结合在微通道内壁而制成，制备相对较为简单，为空心结构，柱压小，但其固定相仅通道壁表面一层，有效表面积很小，制约了负载容量，难以获得高富集效率。填充柱通过将固定相填充于微通道中制得，与开口管柱相比，具有表面积大、负载容量大的优点，从而一定程度上提高了富集效率，还可灵活更换固定相以适应不同组分的分析。其关键技术是在填充柱端制作固定填料微粒的柱塞，填充柱制备的是否均匀与稳定将影响富集效果，固定相的装填增加了操作的复杂性，不易与后续功能芯片集成。相对而言，整体柱具有制备容易、重现性好、固定相比表面积大、负载容量比填充柱高3-5个数量级，机械强度高、液流阻力小的优点，可使用很高的流速，能在短时间内实现大体积极稀试样溶液的富集。

目前报道的微流控芯片固相萃取整体柱主要有芯片外整体柱和芯片上整体柱。芯片外整体柱通过接口与微芯片联用，集成度相对较差，需设计合适的微接口以减小死体积影响。芯片上固相萃取整体柱提高整个系统的集成度，消除芯片外固相萃取接口带来的死体积，避免脱线处理过程以及可能引起的试样损失和污染等问题，特别是原位聚合反应制备芯片上集成固相萃取整体柱，具有制备容易、整体柱种类多样和性质可控、性能优良等优点。然而，固相萃取填充材料(如C₈、C₁₈、离子交换树脂等)选择性不强，萃取和洗脱条件苛刻，在富集分析物的同时，也富集大量基体和干扰物质，导致洗脱液中仍含有基体和杂质，干扰后续分析。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种工艺简单、成本低廉、性能可控、预处理效果好、集成化程度高的分子印迹固相萃取微流控分析芯片，实现样品前处理、进样、分离、检测功能的集成。

微全分析系统由芯片、液流驱动系统和检测系统组成。本实用新型将芯片的盖片或基片设计成合适厚度的膜片，在芯片基片上刻蚀有微形通道和液池凹槽，将固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口，样品溶液引入通道、固相萃取柱微通道、废液导出口、样品进样池、样品废液池、缓冲液池和分离通道设置于芯片上。在芯片上集成原位聚合分子印迹固相萃取微型整体柱。原位聚合反应溶液的引入，废液的导出，前处理步骤的溶液(包括固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂、洗脱溶剂)由微型注射泵和真空泵驱动，样品经过预处理洗脱后进入进样池，采用电迁移进样后，进行电泳分离。芯片盖片叠放于非接触电导检测电极之上，紧贴检测电极，以实现电泳分离信号的实时检测，得到分离谱图。

下面对本实用新型作详细的描述。

本实用新型固相萃取微流控分析芯片，包括基片和盖片，其特征在于，在芯片基片上刻蚀有固相萃取微通道、分离通道、进样通道和液池凹槽，设置有固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口，样品引入通道、固相萃取柱微通道、废液导出口、样品进样池、样品废液池、缓冲液池和分离通道。

基片和盖片的材料可以用玻璃或高分子聚合材料，如聚二甲基硅氧烷等。基片与盖片的键合，可用的加热、光照等键合方法。

本实用新型的芯片盖片为薄膜片，厚度为0.1～1.1mm。固相萃取微通道长30-40mm，宽1-2mm，深200-300μm，固相萃取微型整体柱两端设置的微通道长1-2mm，宽50-100μm，深50-100μm，其它通道也均宽50-100μm，深50-100μm。

盖片和基片采用的材料、基片上微形通道和凹槽、基片和盖片的键合等应用现有技术，采用玻璃材料做基片，经过涂胶、光刻、化学刻蚀等工艺制作微通道；采用高分子聚合材料做基片，可采用模塑法制作微通道。可分别制得集成有固相萃取微通道的玻璃芯片、玻璃-PDMS-玻璃芯片、PDMS-玻璃芯片。对微通道内壁进行活化和硅烷化处理之后，将适量体积和比例的原位聚合反应溶液(功能单体、交联剂、分子印迹模板分子、引发剂、致孔剂的预聚体溶液等)通过正压或负压方法，引入到芯片的固相萃取微通道中，通过紫外光照引发的方式，原位合成分子印迹固相萃取微球，制成芯片上分子印迹固相萃取微型整体柱，固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口和废液导出口分别与微型注射泵和微型真空泵相连。应用时在储液池分别插入铂丝电极，与进样、分离电源相连接，实现电迁移进样和电泳分离，将检测电极紧贴在薄膜盖片的外侧沿电泳分离毛细管通道末端对应的位置，以实现非接触电导检测。

本实用新型的优点和积极效果在于工艺简单、成本低、性能可控、预处理效果好、集成化程度高，可根据分析对象要求选择制备不同种类的分子印迹固相萃取微型整体柱，能将样品在线预处理和进样、分离、检测功能集成于微全分析系统中。

附图说明

图1为集成有固相萃取柱微通道的玻璃、PDMS-玻璃(薄盖片)芯片的结构示意图。

图2为集成有固相萃取柱微通道的玻璃(厚盖片)芯片的结构示意图。

图3为集成有分子印迹固相萃取微型整体柱的芯片结构示意图

图1～图3中，(1)为基片，(2)为盖片，(3)为固相萃取柱活化溶剂引入口，(4)为样品溶液引入口，(5)为净化溶剂引入口，(6)为洗脱溶剂引入口，(7)为废液导出口，(8)为洗脱样品进样池，(9)为样品废液池，(10)为缓冲液池，(11)为缓冲液废液池，(12)为固相萃取柱微通道，(13)为电泳分离通道。图3中，(14)为分子印迹固相萃取微型整体柱。

具体实施方式

下面通过实施例给出实施方式。

实施例1、盖片或基片为合适厚度玻璃膜片的芯片制备

在长64mm，宽64mm，厚1.5mm的玻璃一侧，用常规方法刻蚀微通道，其中固相萃取柱微通道采用深度刻蚀法，刻蚀深200-300μm，宽1-2mm，长30-40mm；其它通道均采用浅刻蚀，刻蚀深50-100μm，宽50-100μm，并在微柱两端设置长2-4mm的微通道，微通道的深度和宽度均为50-100μm。在微通道末端合适位置打直径为1-2mm的孔作为液池，得常规玻璃基片，如图1的(1)。分离通道有效长度45mm，进样通道有效长度15mm。另取长64mm，宽64mm，厚1.1mm薄玻璃作为膜盖片，如图1的(2)。将清洗后的玻璃基片、膜盖片叠放于马弗炉，加热至550℃保温6h。缓慢降温，15h后降至100℃。重复一次升温、保温、降温过程，最后冷至室温，完成基片和薄玻璃膜盖片的键合，做成芯片成品。

用64mm，宽64mm，厚1.5mm的玻璃作为盖片，与上述基片键合后，在打磨机上将基片或盖片磨至厚度100μm，做成芯片成品。

在长64mm，宽64mm，厚1.5mm的玻璃一侧，用常规方法刻蚀固相萃取柱微通道，刻蚀深200-300μm，宽1-2mm，长30-40mm，制成带有固相萃取柱微通道的盖片，并在合适位置打孔作为液池，如图2的(1)；在长64mm，宽64mm，厚1.5mm的玻璃一侧，用常规刻蚀方法刻蚀其它微通道，刻蚀深度50-100μm，宽度为50-100μm，如图2的(2)。将清洗后的玻璃基片和盖片仔细对准后叠放于马弗炉，加热至550℃保温6h。缓慢降温，15h后降至100℃。重复一次升温、保温、降温过程，最后冷至室温，完成基片和薄玻璃膜盖片的键合，在打磨机上将盖片磨至厚度100μm，做成芯片成品。

实施例2、常规玻璃基片和高分子聚合材料-玻璃杂合薄膜盖片的芯片制备

在长64mm，宽64mm，厚1.5mm的玻璃一侧，用常规方法刻蚀微通道，其中固相萃取柱微通道采用深度刻蚀法，刻蚀深度为200-300μm，宽度为1-2mm，长度为30-40mm；其它通道均采用浅刻蚀，刻蚀深度为50-100μm，宽度为50-100μm，在微通道末端打孔作为缓冲液池，得常规玻璃基片，如图1的(1)。分离通道有效长度45mm，进样通道有效长度15mm。另取长64mm，宽64mm，厚0.17mm的薄玻璃盖玻片作为盖片，表面均匀涂覆约10-20μm厚度的高分子聚合材料PDMS放于烘箱中，加热至80℃保温30min，取出固化后的薄片，放冷，得到PDMS-玻璃杂合薄膜盖片，如图1的(2)。将基片和该杂合薄膜盖片清洗后，贴合叠放于80℃烘箱，加热12h，做成芯片成品。

实施例3、高分子聚合材料基片和薄膜玻璃盖片的芯片制备

采用模塑法制作制作高聚物聚合材料基片，将适量液态高分子聚合材料PDMS浇注于预先设计好的铜质阳膜模具池中，放于烘箱中，加热至80℃保温30min，取出后，冷却、剥离，得到固化的PDMS材料的基片，基片长64mm，宽64mm，厚2mm，其中固相萃取柱微通道深度为200μm，宽度为2mm，长度为3cm；其它通道均深度为100μm，宽度为100μm，并在合适位置有孔作为液池，如图1的(1)。另取长64mm，宽64mm，厚0.17mm的薄玻璃盖玻片作为盖片，如图1的(2)，将基片和盖片清洗后，贴合叠放于80℃烘箱12h，做成分析芯片。

实施例4、原位聚合分子印迹固相萃取微柱制备

固相萃取柱微通道依次用0.1mol/L HCl溶液，去离子水洗冲洗10min，0.1mol/LNaOH溶液冲洗20min，去离子水洗冲洗至中性，N₂吹干的方式进行活化。之后用3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液(体积比1∶1)冲洗1h，去离子水冲洗10min，氮气吹干的方式进行内壁硅烷化预处理。在微通道中采用紫外光照射引发原位聚合反应的方法制备分子印迹固相萃取微型整体柱。

称取模板分子(如罗丹明B 0.0479g)置于10mL锥形瓶中，加入0.04mL甲基丙烯酸(MAA)，振荡、以使MAA和罗丹明B均匀混合并充分作用，然后向其中加入致孔剂2.5mL，待其充分混匀后，再加入交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)0.4mL、引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)0.215mg，在通N₂条件下超声混匀，将溶液用正压方式引入微芯片的固相萃取柱微通道，然后封口，用隔光铝箔纸遮住芯片，仅留出固相萃取柱微通道位置，置于波长316nm、功率36W、照射距离为15cm的紫外光下聚合，冰浴反应6h，得充满红色聚合物的微型整体柱。依次用不同比例甲醇-甲酸溶剂冲洗该柱至近白色，制成分子印迹固相萃取微型整体柱。

本实用新型不限于上述实施例。

Claims

1.一种固相萃取微流控分析芯片，包括基片和盖片，其特征在于，在芯片基片上刻蚀有固相萃取通道、分离通道、进样通道和液池凹槽，设置有固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口，样品引入通道、固相萃取柱微通道、废液导出口、样品进样池、样品废液池、缓冲液池和分离通道。

2.根据权利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，固相萃取柱微通道长30-40mm，宽1-2mm，深200-300μm，分离通道和进样通道宽50-100μm，深50-100μm。

3.根据权利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，芯片上的固相萃取柱活化溶剂、样品溶液、净化溶剂以及洗脱溶剂的引入口和废液导出口分别与注射泵和真空泵相连。