CN208580058U

CN208580058U - 基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统

Info

Publication number: CN208580058U
Application number: CN201821068730.5U
Authority: CN
Inventors: 尤晖; 黄哲; 杨明鹏; 孙翠敏
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2019-03-05
Anticipated expiration: 2028-07-06

Abstract

本实用新型涉及基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，包括微流控芯片、高压发生控制模块、非接触电导检测模块和控制模块。微流控芯片包括微芯片盖板、绝缘层和PCB基板。微芯片盖板的底部设有微管道。PCB基板的顶部刻蚀有检测电极。微管道包括直线型的第一通道和Y型的第二通道。第一通道的两端分别设有样品蓄水池和样品废液池。第二通道包括第一连接部和对称设置在第一连接部尾端前后两侧的第二连接部和第三连接部。第一连接部的头端设有缓冲液蓄水池，第二连接部的尾端设有阳离子蓄水池，第三连接部的尾端设有阴离子蓄水池。本实用新型仅需单一进样、微管道和非接触电导检测模块便可实现阴阳离子的同步检测分离。

Description

基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统

技术领域

本实用新型涉及微芯片电泳技术领域，具体涉及一种基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统。

背景技术

在农业、环境监测、临床医学监测、食品药品监测等领域，检测对象往往是阳离子和阴离子共存的样品，比如，土壤养分检测和PM2.5监测。土壤中植物可吸收的生物有效态的养分主要是K⁺、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-等阴阳离子。PM2.5是环境质量监测的重要内容，它也包含多种阴阳离子如F^－、Cl^－、NO₂ ^－、NO₃ ^－、SO₄ ^2－、K⁺、Na⁺、NH₄ ⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。目前的检测方法是将样品分离，而后分开检测阳离子和阴离子，这样使得检测系统十分繁杂，并且效率不高，同时样品试剂的损耗量也极大，这对于像医学上所需监测的比较珍稀的样品非常不利。所以，上述领域迫切需要阴阳离子可一次同步检出的技术和设备。

目前的阴阳离子同步检测主要采用毛细管电泳和微芯片电泳两种技术。其中，毛细管电泳技术因为发展的时间比较长，检测分离方法较多，但是这种检测技术相较于微芯片电泳检测技术有诸多缺陷，比如分离效率差，样品损耗量大，电泳所需高压大，系统集成度低等。而微芯片电泳技术，由于发展时间短，技术难度高，目前成功实现阴阳离子同步检测的仅发现三例，其中一例采用两极等速电泳技术，实现了阴阳离子同步检测，但是检测耗时过长、精度低，第二种检测分离方法，则依赖于两套进样系统，且在待测离子种类多的情况下，易出现混叠现象影响检测结果，最后一例则采用两套分离管道和非接触电导检测器，虽然实现了阴阳离子的短时间检测，但系统非常复杂，成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，该系统解决了现有技术中存在的不足，使得阴阳离子在仅有单一进样、微管道和非接触电导检测模块的条件下就能实现同步检测和分离。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

本实用新型涉及一种基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，包括微流控芯片、高压发生控制模块、非接触电导检测模块和控制模块。

具体地说，所述微流控芯片包括自上向下依次设置的微芯片盖板、绝缘层和PCB基板。所述微芯片盖板的底部设有微管道；所述PCB基板的顶部刻蚀有发射电极、接收电极和地电极。所述微管道包括交叉设置且内部相连通的第一通道和第二通道。所述第一通道为直线型，第一通道的两端分别设有样品蓄水池和样品废液池。所述第二通道为Y型，包括与第一通道交叉设置的第一连接部以及分别与第一连接部的尾端相连且对称设置的第二连接部和第三连接部。所述第一连接部的头端设有缓冲液蓄水池，第二连接部的尾端设有阳离子蓄水池，第三连接部的尾端设有阴离子蓄水池。

进一步的，所述高压发生控制模块包括高压电源发生模块、高压继电器阵列和高压继电器驱动阵列。所述高压电源发生模块的输入端通过信号隔离芯片与控制模块的输出端相连，高压电源发生模块的输出端与高压继电器阵列的高压输入端相连。所述高压继电器阵列的输出端分别接样品蓄水池、样品废液池、缓冲液蓄水池、阳离子储蓄池和阴离子储蓄池。所述高压继电器驱动阵列的输入端接控制模块的输出端，高压继电器驱动阵列的输出端接高压继电器阵列的控制输入端。

进一步的，所述高压电源发生模块包括第一高压电源和第二高压电源两个高压电源。所述高压电源采用美国EMCO公司的型号为C20的高压电源。所述高压继电器阵列包括高压继电器R1、高压继电器R2、高压继电器R3、高压继电器R4、高压继电器R5、高压继电器R6、高压继电器R7和高压继电器R8。所述第一高压电源的高压输出端V1分别接高压继电器R1及高压继电器R2的输入端，第一高压电源的接地端分别接高压继电器R3及高压继电器R4的输入端。所述第二高压电源的高压输出端V2分别接高压继电器R5及高压继电器R6的输入端，第二高压电源的接地端分别接高压继电器R7及高压继电器R8的输入端。所述高压继电器R1的输出端分别接样品蓄水池和地；所述高压继电器R2的输出端分别接样品废液池和地。所述高压继电器R3的输出端分别接样品废液池和地。所述高压继电器R4的输出端分别接样品蓄水池和地。所述高压继电器R5的输出端分别接缓冲液蓄水池和地。所述高压继电器R6的输出端分别接阴离子储蓄池和地。所述高压继电器R7的输出端分别接阳离子蓄水池和地。所述高压继电器R8的输出端分别接缓冲液蓄水池和地。所述高压继电器R1-R8的控制输入端的一端接地，另外一端接高压继电器驱动阵列的输出。

进一步的，所述非接触电导检测模块包括信号发生器、相移模块、前置放大器、乘法器、低通滤波器和后置放大器。所述信号发生器的输出端分别接发射电极、相移模块的输入端。相移模块的输出端接乘法器的输入端。乘法器的输出端接低通滤波器的输入端。低通滤波器的输出端接后置放大器的输入端；后置放大器的输出端接控制模块的输入端；接收电极接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端接乘法器的输入端。

进一步的，所述相移模块包括电压跟随器、第一相移电路、第二相移电路和后级放大电路。所述第一相移电路包括可调电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1和运放U1。所述第二相移电路包括可调电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2和运放U2。所述后级放大电路包括电阻R15、电阻R16和运放U3。所述电压跟随器的同相输入端接信号发生器的输出端，电压跟随器的反相输入端接其输出端，电压跟随器的输出端接可调电阻R9的输入端。所述可调电阻R9的输出端接运放U1的同相输入端，可调电阻R9的输入端还依次经过电阻R10和R11与运放U1的输出端相连。所述运放U1的同相输入端还经电容C1接地，运放U1的反相输入端连接在电阻R10与R11之间的节点上，运放U1的输出端接可调电阻R12的输入端。所述可调电阻R12的输出端接运放U2的同相输入端，可调电阻R12的输入端还依次经过电阻R13和R14与运放U2的输出端相连。所述运放U2的同相输入端还经电容C1接地，运放U2的反相输入端连接在电阻R13与R14之间的节点上，运放U2的输出端接运放U3的同相输入端。所述运放U3的输出端依次经过电阻R16和R15接地，运放U3的反相输入端连接在电阻R15与R16之间的节点上。

进一步的，所述低通滤波器包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运放U4和运放U5。所述运放U4的同相输入端依次经电阻R18和R17接乘法器的输出端，运放U4的同相输入端还经电容C3接地，运放U4的反相输入端经电阻R19接地，运放U4的反相输入端还经电阻R20接运放U4的输出端，运放U4的输出端依次经电阻R21和R22接运放U5的同相输入端。所述电容C4的一端连接在电阻R17与R18之间的节点上，另一端接运放U4的输出端。所述运放U5的同相输入端经电容C5接地，运放U5的反相输入端经电阻R23接地，运放U5的反相输入端还经电阻R24接运放U5的输出端，运放U5的输出端接后置放大电路的输入端，运放U5的输出端还经电容C6连接在电阻R21与R22之间的节点上。

由以上技术方案可知，本实用新型利用电渗流抑制剂抑制微管道中的电渗流力，使得阳离子和阴离子在相同高压下的迁移方向相反，而后在微管道的不同分支施加高压，使得阳离子和阴离子经过检测区域被非接触电导检测模块所检测后分别迁移进入不同的管道分支，实现阴阳离子的同步检测与分离。本实用新型采用了一种Y型的微管道结构，实现了阴离子和阳离子的同步检测和分离。本实用新型采用的微流控芯片和非接触电导检测模块具有成本低、操作简单、适宜于大规模生产等特点。同时，由于仅需进行一次加样操作，本实用新型避免了阴阳离子样品分离后导致的样品不均匀，大大的减少了试剂的损耗。本实用新型可应用于土壤质量监测、临床医学监测等行业。

附图说明

图1是基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统的结构及原理示意图；

图2是基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统的原理框图；

图3是微流控芯片的俯视图；

图4是微流控芯片的纵向剖视图；

图5是高压发生控制模块的原理框图；

图6是相移模块的电路原理图；

图7是低通滤波器的电路原理图；

图8是基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统的电泳进程图；

图9是本实用新型进行阴阳离子同步检测结果的电泳谱图。

其中：

100、微流控芯片，101、第一通道，102、第二通道，103、样品蓄水池，104、样品废液池，105、缓冲液蓄水池，106、阳离子储蓄池，107、发射电极，108、地电极，109、接收电极，110、微管道，111、微芯片盖板，112、PCB基板，113、绝缘层，114、阴离子储蓄池，200、高压发生控制模块，201、第一高压电源，202、第二高压电源，300、非接触电导检测模块，301、信号发生器，302、相移模块，303、乘法器，304、前置放大器，305、低通滤波器，306、后置放大器，400、控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型涉及一种基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，包括微流控芯片100、高压发生控制模块200、非接触电导检测模块300和控制模块400。

如图3和图4所示，所述微流控芯片100包括自上向下依次设置的微芯片盖板111、绝缘层113和PCB基板112。所述绝缘层113，用于隔绝检测电极与溶液，避免检测时高压灌入检测系统造成系统的损坏。所述微芯片盖板111的底部设有微管道110，微管道110采用热压成型工艺压印在微芯片盖板111的内表面。所述微芯片盖板111与绝缘层113之间采用热压键合工艺密封。所述PCB基板112的顶部刻蚀有检测电极，所述检测电极包括发射电极107、接收电极109和地电极108。位于检测电极上方的绝缘层113和带有微管道110的微芯片盖板111成为微芯片层，所述微芯片层采用螺栓和PCB基板112连接在一起，便于拆卸和检测电极的重复利用。

所述微管道110包括交叉设置且内部相连通的第一通道101和第二通道102。所述第一通道101为直线型，第一通道101的两端分别设有样品蓄水池103和样品废液池104。所述第二通道102为Y型，包括与第一通道101交叉设置的第一连接部以及分别与第一连接部的尾端相连且对称设置的第二连接部和第三连接部。所述第一连接部的头端设有缓冲液蓄水池105，第二连接部的尾端设有阳离子蓄水池106，第三连接部的尾端设有阴离子蓄水池114。所述第一连接部和第一通道交叉设置且相互垂直。第一通道沿如图2和图3所示的前后方向设置，第一连接部沿如图2和图3所示的左右方向设置。第一通道和第一连接部内部相连通，二者交叉的部位作为微管道的十字交叉区域。第二连接部位于第一连接部的尾端前侧，第三连接部位于第一连接部的尾端后侧，第二连接部和第三连接部以第一连接部的中心线为对称轴对称设置。第一连接部、第二连接部和第三连接部内部相通。第二连接部作为阳离子的分离管道，第三连接部作为阴离子的分离管道。检测区域位于第一连接部的下方。检测区域为与检测电极相连的非接触电导检测模块。图1和图8中的C⁴D表示非接触电导检测模块。

如图5所示，所述高压发生控制模块200包括高压电源发生模块、高压继电器阵列和高压继电器驱动阵列。所述高压电源发生模块的输入端通过信号隔离芯片与控制模块400的输出端相连。控制模块400通过控制系统接口发送高压控制信号，该高压控制信号通过信号隔离芯片传送给高压电源发生模块产生高压；同时，控制模块400通过控制系统接口给高压继电器驱动阵列发送控制信号，该信号通过高压继电器驱动阵列进行电流放大，而后驱动高压继电器导通，实现高压发生控制模块200的高压输出。高压电源发生模块的输出端与高压继电器阵列的高压输入端相连。所述高压继电器阵列的输出端分别接样品蓄水池103、样品废液池104、缓冲液蓄水池105、阳离子储蓄池106和阴离子储蓄池114。所述高压继电器驱动阵列的输入端接控制模块400的输出端，高压继电器驱动阵列的输出端接高压继电器阵列的控制输入端。高压发生控制模块200的高压部分和弱电控制部分之间进行了割地的隔离，同步整个模块外圈被三端电源的大地层所包围，模块被罩在金属屏蔽盒中，屏蔽盒与模块大地层紧密接触，整个模块通过屏蔽盒进行了良好的接地。本实用新型所采用的高压发生控制模块200，可以避免现有高压电源可控度低、体积大、集成度低等不足，本实用新型所采用的高压发生控制模块具有体积小、集成度高等特点，可实现0～2000V程控多路高压输出。

具体地说，所述高压电源发生模块包括第一高压电源201和第二高压电源202两个高压电源，这两个高压电源均采用美国EMCO公司的型号为C20的高压电源，该高压电源仅需12V供电，0-5V程控高压输出，可由STM32等微处理器经电平转换后直接控制。所述高压继电器阵列包括高压继电器R1、高压继电器R2、高压继电器R3、高压继电器R4、高压继电器R5、高压继电器R6、高压继电器R7和高压继电器R8。利用高压继电器阵列将高压电源单一的电压输出，转换为多路输出，输出接口组合方式灵活，方便微流控芯片高压极性的切换。对于每一个高压电源而言，高压继电器阵列将高压电源的输出进行拆分，实现2路高压、2路地输出。高压继电器阵列可由控制模块通过三极管开关电路直接控制。

所述第一高压电源201的高压输出端V1分别接高压继电器R1及高压继电器R2的输入端，第一高压电源201的接地端分别接高压继电器R3及高压继电器R4的输入端。所述第二高压电源202的高压输出端V2分别接高压继电器R5及高压继电器R6的输入端，第二高压电源202的接地端分别接高压继电器R7及高压继电器R8的输入端。所述高压继电器R1的输出端分别接样品蓄水池和地。所述高压继电器R2的输出端分别接样品废液池和地。所述高压继电器R3的输出端分别接样品废液池和地。所述高压继电器R4的输出端分别接样品蓄水池和地。所述高压继电器R5的输出端分别接缓冲液蓄水池和地。所述高压继电器R6的输出端分别接阴离子储蓄池114和地；所述高压继电器R7的输出端分别接阳离子蓄水池106和地；所述高压继电器R8的输出端分别接缓冲液蓄水池105和地。

如图2所示，所述非接触电导检测模块300包括信号发生器301、相移模块302、前置放大器303、乘法器304、低通滤波器305和后置放大器306。所述信号发生器301的输出端分别接发射电极107、相移模块302的输入端。相移模块302的输出端接乘法器304的输入端；乘法器304的输出端接低通滤波器305的输入端。低通滤波器305的输出端接后置放大器306的输入端；后置放大器306的输出端接控制模块400的输入端。接收电极109接前置放大器303的输入端，前置放大器303的输出端接乘法器304的输入端。所述信号发生器301，用于产生交流激励信号给微流控芯片100上的发射电极107，由于极化现象会在接收电极109上产生一个相同频率的电流信号。所述前置放大器303将该电流信号转化为同频的电压信号，同时信号发生器301产生另一路参考信号，该参考信号通过相移模块302调整至与前置放大器303的输出信号相位相同，而后参考信号与前置放大器303的输出信号一同输入乘法器304相乘，相乘之后得到一个二倍频信号和一个直流信号，经过低通滤波器305滤除二倍频信号后只剩下直流信号。所述乘法器304采用MPY634乘法器电路。当离子通过检测区域时，该直流信号的幅度会发生变化，离子的浓度信息则包含在该幅度变化中。所述后置放大器306用于放大该直流信号，在噪声已经被削弱的基础上，进一步放大有效信号，可大大提高系统的信噪比和灵敏度。

如图6所示，所述相移模块302包括电压跟随器U0、第一相移电路、第二相移电路和后级放大电路。所述第一相移电路包括可调电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1和运放U1。所述第二相移电路包括可调电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2和运放U2。所述后级放大电路包括电阻R15、电阻R16和运放U3。所述电压跟随器U0的同相输入端接信号发生器301的输出端，电压跟随器U0的反相输入端接其输出端，电压跟随器U0的输出端接可调电阻R9的输入端；所述可调电阻R9的输出端接运放U1的同相输入端，可调电阻R9的输入端还依次经过电阻R10和R11与运放U1的输出端相连。所述运放U1的同相输入端还经电容C1接地，运放U1的反相输入端连接在电阻R10与R11之间的节点上，运放U1的输出端接可调电阻R12的输入端。所述可调电阻R12的输出端接运放U2的同相输入端，可调电阻R12的输入端还依次经过电阻R13和R14与运放U2的输出端相连。所述运放U2的同相输入端还经电容C1接地，运放U2的反相输入端连接在电阻R13与R14之间的节点上，运放U2的输出端接运放U3的同相输入端。所述运放U3的输出端依次经过电阻R16和R15接地，运放U3的反相输入端连接在电阻R15与R16之间的节点上。运放U1、U2和U3均采用高带宽运放OP42。所述相移模块302采用两个级联的0-180°有源移相电路所构成，即第一相移电路和第二相移电路，实现了0-360°大范围内的相移。通过采用电压跟随器做模块之间的隔离，能够避免调相时影响信号发生器的输出。通过在有源调相电路之后加入一级同相比例放大电路，即后级放大电路，能够避免因为调相所导致的输出幅度变动过大。

如图7所示，所述低通滤波器305包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运放U4和运放U5。所述运放U4的同相输入端依次经电阻R18和R17接乘法器304的输出端，运放U4的同相输入端还经电容C3接地，运放U4的反相输入端经电阻R19接地，运放U4的反相输入端还经电阻R20接运放U4的输出端，运放U4的输出端依次经电阻R21和R22接运放U5的同相输入端。所述电容C4的一端连接在电阻R17与R18之间的节点上，另一端接运放U4的输出端。所述运放U5的同相输入端经电容C5接地，运放U5的反相输入端经电阻R23接地，运放U5的反相输入端还经电阻R24接运放U5的输出端，运放U5的输出端接后置放大电路的输入端，运放U5的输出端还经电容C6连接在电阻R21与R22之间的节点上。所述低通滤波器305采用4阶有源巴特沃斯低通滤波器替代传统的RC低通滤波器，能够大大提高系统的滤波性能及信噪比。运放U4和U5均采用采用双路低噪声精密运放OPA2111。

进一步的，所述控制模块400采用14位高精度模数转换器MAX194作为信号采集模块，该模数转换器支持-5V至+5V宽范围的模拟电压输入，有效的防止了由于系统放大倍数过大造成的电平溢出。控制模块采用STM32芯片。

上述基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统的对阴阳离子进行同步检测与分离的方法包括以下步骤：

(1)采用20mM His/MES、0.01mM电渗流抑制剂CTAB和去离子水制备缓冲液。其中，His/MES表示histidine/2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid，即2-吗啉乙磺酸/组氨酸。CTAB表示cetyltrimethylammoniumbromide，即十六烷基三甲基溴化铵。

(2)缓冲液通过缓冲液蓄水池注满整个微管道110，由于缓冲液中含有CTAB电渗流抑制剂，在此条件下，离子在微管道110中所受的电渗流力将被抑制，阳离子和阴离子在相同的高压条件下迁移方向相反。

(3)如图8(a)所示，待测样品加注于样品蓄水池103。

(4)如图8(b)所示，控制模块400控制高压发生控制模块200产生500V高压V1，并导通高压继电器R1、R3，则样品蓄水池103被施加500V高压，样品废液池104接地，阳离子会从样品蓄水池103向样品废液池104迁移，此时微通道110的十字交叉区域(即第一通道和第二通道的交叉处)会充满阳离子；如图8(c)所示，而后控制模块400控制高压发生控制模块200关闭高压V1及高压继电器R1、R3，产生1000V高压V2，并导通高压继电器R5、R7，则缓冲液蓄水池105被施加1000V高压，阳离子储蓄池106接地，微通道十字交叉区域的阳离子会向阳离子储蓄池106迁移。

(5)信号发生器301产生交流激励信号给发射电极107，接收电极109会接收到一个同频的电流信号，当阳离子迁移通过发射电极107与接收电极109之间的检测区域时，接收电极109上的电流信号幅度发生变化，该幅度变化通过非接触电导检测模块300的后续模块被采样出来，并传输给控制模块400，得到阳离子的种类和浓度信息。所述非接触电导检测模块300的后续模块包括前置放大器、相移模块、乘法器、低通滤波器和后置放大器。

(6)当阳离子迁移进入阳离子储蓄池106所在的微管道的第二连接部后，如图8(d)所示，控制模块控制高压发生控制模块关闭高压V2及高压继电器R5、R7，产生500V高压V1，并导通高压继电器R2、R4，则样品蓄水池103接地，样品废液池104被施加500V高压，阴离子会从样品蓄水池103向样品废液池104迁移，此时微通道110的十字交叉区域会充满阴离子；如图8(e)所示，而后控制模块400控制高压发生控制模块200关闭高压V1及高压继电器R2、R4，产生1000V高压V2，并导通高压继电器R6、R8，则缓冲液蓄水池105接地，阴离子储蓄池114被施加1000V高压，微通道110十字交叉区域的阴离子会向阴离子储蓄池114迁移，当阴离子通过非接触电导检测区域时被非接触电导检测模块300检测出来，并传输给控制模块400，得到阴离子的种类和浓度信息，从而实现了阴阳离子的同步检测和分离。

如图8所示，将微管道110中注满带有电渗流抑制剂的缓冲液，此时微管道110中的电渗流力受到抑制，离子在微管道中的迁移主要受电泳力的影响。在样品蓄水池103加入50μL样品，而后控制模块400发送高压控制信号给高压发生控制模块200，先在样品蓄水池103施加0.5kV的高压，样品废液池104接地，其它蓄水池悬空，此时样品中的阳离子会注满第一通道，之后在缓冲液蓄水池105施加1kV的高压，阳离子储蓄池106接地，其它蓄水池悬空，此时十字交叉口的阳离子会向检测区域迁移，当通过检测区域时被非接触电导检测模块检测出对应的阳离子种类和浓度信息，直至阳离子全部迁移至阳离子蓄水池106，关闭高压，再进行样品中阴离子的检测，样品中阴离子的检测过程与阳离子类似，样品注射高压方向与阳离子检测时相反，分离高压为阴离子储蓄池114接1kV的高压，缓冲液蓄水池105接地，其它蓄水池悬空，通过这种简单的电泳进程使得阴阳离子在简易的系统条件下成功的被检测和分离出来。

如图9所示，采用本实用新型所述的系统，6种阴阳离子的混合样品在120s内完成了同步检测与分离，其中(I)K⁺，(II)Na⁺，(III)Li⁺(IV)Cl^－，(V)F^－，(VI)PO₄ ^3－,这证明了本实用新型可以实现仅依靠简易的系统完成对阴阳离子的同步检测与分离。另外，阴阳离子分别进入了不同的管道分支，实现了检测与分离。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：包括微流控芯片、高压发生控制模块、非接触电导检测模块和控制模块；

所述微流控芯片包括自上向下依次设置的微芯片盖板、绝缘层和PCB基板；所述微芯片盖板的底部设有微管道；所述PCB基板的顶部刻蚀有发射电极、接收电极和地电极；所述微管道包括交叉设置且内部相连通的第一通道和第二通道；所述第一通道为直线型，第一通道的两端分别设有样品蓄水池和样品废液池；所述第二通道为Y型，包括与第一通道交叉设置的第一连接部以及分别与第一连接部的尾端相连且对称设置的第二连接部和第三连接部；所述第一连接部的头端设有缓冲液蓄水池，第二连接部的尾端设有阳离子蓄水池，第三连接部的尾端设有阴离子蓄水池。

2.根据权利要求1所述的基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：所述高压发生控制模块包括高压电源发生模块、高压继电器阵列和高压继电器驱动阵列；所述高压电源发生模块的输入端通过信号隔离芯片与控制模块的输出端相连，高压电源发生模块的输出端与高压继电器阵列的高压输入端相连；所述高压继电器阵列的输出端分别接样品蓄水池、样品废液池、缓冲液蓄水池、阳离子储蓄池和阴离子储蓄池；所述高压继电器驱动阵列的输入端接控制模块的输出端，高压继电器驱动阵列的输出端接高压继电器阵列的控制输入端。

3.根据权利要求1所述的基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：所述非接触电导检测模块包括信号发生器、相移模块、前置放大器、乘法器、低通滤波器和后置放大器；所述信号发生器的输出端分别接发射电极、相移模块的输入端；相移模块的输出端接乘法器的输入端；乘法器的输出端接低通滤波器的输入端；低通滤波器的输出端接后置放大器的输入端；后置放大器的输出端接控制模块的输入端；接收电极接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端接乘法器的输入端。

4.根据权利要求2所述的基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：所述高压电源发生模块包括第一高压电源和第二高压电源两个高压电源，所述高压电源采用美国EMCO公司的型号为C20的高压电源；所述高压继电器阵列包括高压继电器R1、高压继电器R2、高压继电器R3、高压继电器R4、高压继电器R5、高压继电器R6、高压继电器R7和高压继电器R8；所述第一高压电源的高压输出端V1分别接高压继电器R1及高压继电器R2的输入端，第一高压电源的接地端分别接高压继电器R3及高压继电器R4的输入端；所述第二高压电源的高压输出端V2分别接高压继电器R5及高压继电器R6的输入端，第二高压电源的接地端分别接高压继电器R7及高压继电器R8的输入端；所述高压继电器R1的输出端分别接样品蓄水池；所述高压继电器R2的输出端分别接样品废液池；所述高压继电器R3的输出端分别接样品废液池；所述高压继电器R4的输出端分别接样品蓄水池；所述高压继电器R5的输出端分别接缓冲液蓄水池；所述高压继电器R6的输出端分别接阴离子储蓄池；所述高压继电器R7的输出端分别接阳离子蓄水池；所述高压继电器R8的输出端分别接缓冲液蓄水池。

5.根据权利要求3所述的基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：所述相移模块包括电压跟随器、第一相移电路、第二相移电路和后级放大电路；所述第一相移电路包括可调电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1和运放U1；所述第二相移电路包括可调电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2和运放U2；所述后级放大电路包括电阻R15、电阻R16和运放U3；所述电压跟随器的同相输入端接信号发生器的输出端，电压跟随器的反相输入端接其输出端，电压跟随器的输出端接可调电阻R9的输入端；所述可调电阻R9的输出端接运放U1的同相输入端，可调电阻R9的输入端还依次经过电阻R10和R11与运放U1的输出端相连；所述运放U1的同相输入端还经电容C1接地，运放U1的反相输入端连接在电阻R10与R11之间的节点上，运放U1的输出端接可调电阻R12的输入端；所述可调电阻R12的输出端接运放U2的同相输入端，可调电阻R12的输入端还依次经过电阻R13和R14与运放U2的输出端相连；所述运放U2的同相输入端还经电容C1接地，运放U2的反相输入端连接在电阻R13与R14之间的节点上，运放U2的输出端接运放U3的同相输入端；所述运放U3的输出端依次经过电阻R16和R15接地，运放U3的反相输入端连接在电阻R15与R16之间的节点上。

6.根据权利要求3所述的基于微芯片电泳的阴阳离子同步检测与分离的系统，其特征在于：所述低通滤波器包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、运放U4和运放U5；所述运放U4的同相输入端依次经电阻R18和R17接乘法器的输出端，运放U4的同相输入端还经电容C3接地，运放U4的反相输入端经电阻R19接地，运放U4的反相输入端还经电阻R20接运放U4的输出端，运放U4的输出端依次经电阻R21和R22接运放U5的同相输入端；所述电容C4的一端连接在电阻R17与R18之间的节点上，另一端接运放U4的输出端；所述运放U5的同相输入端经电容C5接地，运放U5的反相输入端经电阻R23接地，运放U5的反相输入端还经电阻R24接运放U5的输出端，运放U5的输出端接后置放大电路的输入端，运放U5的输出端还经电容C6连接在电阻R21与R22之间的节点上。