CN215029012U - 用于分选dna的微流控芯片及其装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种用于分选DNA的微流控芯片及其装置。所述分选DNA的微流控芯片，包括上层、微流控芯片流道层和支撑层三层结构，所述上层包括上电极、微流控入口和微流控出口；所述微流控芯片流道层位于中间，为分选的DNA提供微流体通道；支撑层包括下电极。本实用新型还提供了分选DNA的微流体芯片装置。本实用新型提供的一种用于分选DNA的微流控芯片及其装置，相比采用凝胶电泳分选DNA，提高了DNA分选速度且对实验技术人员的健康无威胁。

Description

用于分选DNA的微流控芯片及其装置

技术领域

本实用新型涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种用于分选DNA的微流控芯片及其装置。

背景技术

DNA作为主要的遗传物质，包含了生物体几乎全部的遗传信息。研究人员从生物供体提取DNA分子后，在离体条件下用工具酶进行DNA切割。当DNA被工具酶进行切割后，则需将分离的靶向DNA从原始DNA母体提取出来，即为DNA分选过程。目前最常用的DNA分选技术是凝胶电泳。其原理是利用DNA上有携带负电荷的磷酸集团，施加电场后，DNA片在凝胶中移动，不同大小的DNA片段在电场作用下运动一段时间，不同大小的DNA会出现在不同的位置，然后通过人工分离溶液的方式得到需要的DNA片段。然而这种分选方式却存在不可避免的缺陷，一是分选的精度不高，不同大小的DNA仍然可能团簇在一起。二是分选效率较低，通常在数时以上的电场力作用下才会有明显效果。第三、需要较大的样品量，且分选过程中不可避免地会损失样品。此外，为了方便识别不同的DNA片段，经常需要对DNA进行走胶、染色工序，而使用的染色剂通常具有较强的毒性，对操作者的健康也构成一定威胁。

近年来，微流控芯片分析技术已成为分析化学中一个重要的研究方向，在科研还是应用领域都引起了广泛的重视。微流控芯片技术又称芯片实验室(lab-on-a-chip)，是20世纪90年代提出的一种利用微机械加工技术，将生物化学反应中所涉及的分离、采样、反应和检测等基本步骤集成到面积约几平方厘米的芯片上并实现全程精确控制。微流控芯片具有高通量、易操作、成本低等优点，已经在众多领域获得了广泛应用。然而，采用微流控芯片装置用于分选DNA，在相关技术领域并无实质性的发展。

因此，提供一种用于分选DNA的微流控芯片及其装置，解决目前采用凝胶电泳分选DNA存在的问题，具有重要的意义。

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种分选DNA的微流控芯片及其装置，提高DNA分选效率且对实验技术人员的健康无威胁。

为实现上述目的，本实用新型采取以下的技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种用于分选DNA的微流控芯片，包括上层、微流控芯片流道层和支撑层三层结构，所述上层包括上电极、微流控入口和微流控出口；所述微流控芯片流道层位于中间，为分选的DNA提供微流体通道；支撑层包括下电极。

进一步的，在上述分选DNA的微流控芯片中，所述微流控芯片流道层的流体通道宽度不小于200μm。

进一步的，在上述分选DNA的微流控芯片中，所述微流控入口包括缓冲液入口和DNA溶液入口，缓冲液入口宽度与DNA溶液入口宽度的尺寸比为9：1。当缓冲液和DNA溶液同时进入流体通道时，形成层流，且DNA溶液压制在溶液下方流动。在本申请设置的电极所产生的垂直电场带动下，向通道垂直的方向运动，从而分离DNA。

进一步的，在上述分选DNA的微流控芯片中，所述上层和支撑层基底为玻璃，微流控芯片流道层基底材料为聚二甲基硅氧烷，上电极和下电极材料为金。

第二方面，本实用新型提供一种分选DNA的微流控芯片装置，包括分别注射样品液和缓冲液的注射器、导管、芯片接头以及上述的微流控芯片；所述芯片接头胶黏在微流控芯片入口处；所述注射器通过导管与芯片接头相连。

进一步的，在上述分选DNA的微流控芯片装置中，所述芯片接头为聚醚醚酮硬质芯片接头。

本实用新型的有益效果为：本实用新型利用电泳力对粒子运动的控制能力和微流控芯片的粒子分选能力，提供了一种用于分选DNA的微流控芯片及其装置。相比采用凝胶电泳分选DNA，可以提高DNA分选速度且对实验技术人员的健康无威胁。

附图说明

图1是微流控芯片的结构示意图；

图2是微流控芯片上层的结构示意图；

图3是微流控芯片流道层的结构示意图；

图4是微流控芯片支撑层的结构示意图；

图5是微流控芯片装置结构示意图；

图6是微流控芯片分离原理示意图；

图7是微流体通道内部电场分布图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种用于分选DNA的微流控芯片，包括上层、微流控芯片流道层和支撑层三层结构，所述上层包括上电极、微流控入口和微流控出口；所述微流控芯片流道层位于中间，为分选的DNA提供微流体通道；支撑层包括下电极；所述微流控芯片流道层的流道宽度为200μm。所述微流控入口包括缓冲液入口和DNA溶液入口，缓冲液入口宽度与DNA溶液入口宽度的尺寸比为9：1。所述上层和支撑层基底为玻璃，微流控芯片流道层材料为聚二甲基硅氧烷，上电极和下电极材料为金。

上述分选DNA的微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、制备上层：上层的上电极采用掩膜版光刻-镀膜的方式制作；微流控入口和微流控出口采用CNC精密数控机床加工；

步骤2、制备微流控芯片流道层：采用CNC精密数控机床对玻璃加工，制得微流道模板，然后配置聚二甲基硅氧烷预聚体，倒在微流道模板上，复制出图形，然后脱模即得；聚二甲基硅氧烷采用常规方法配制；

步骤3、制备支撑层：支撑层的下电极采用掩膜版光刻-镀膜的方式制作；

步骤4、用丙酮超声清洗玻璃基底并氮气吹干，将微流控芯片流道层和上层及支撑层放置等离子体腔内进行氧气等离子轰击，然后将微流控芯片流道层的键合面与上层及支撑层的键合面对准，紧密贴合，用重物压着后置于60℃的烘箱中6个小时。

实施例2

如图5所示，一种分选DNA的微流控芯片装置，包括分别注射样品液和缓冲液的注射器、导管、芯片接头以及微流控芯片；所述芯片接头胶黏在微流控芯片入口处；所述注射器通过导管与芯片接头相连。

上述微流控芯片装置分选DNA的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将待分选的DNA溶液吸入样品液注射器，将缓冲液吸入缓冲液注射器；待分选的DNA溶液的DNA大小为为5000pb和300bp；缓冲液为去离子水；缓冲液入口微流道的宽度为1.8毫米，DNA溶液入口的微流道的宽度为0.2毫米。

步骤S2：设置电极电压为36V，将待分选的DNA溶液和缓冲液注入微流控芯片，注射缓冲液的速度与注射待分选的DNA溶液的速度比为9:1。

步骤S3：在微流控芯片的出口收集分选后的DNA。

采用上述微流控芯片装置分选DNA的方法，成功将大小不同的DNA分离收集，所用时间为1min。

本实用新型提供的微流控芯片分选DNA原理如图6所示。将酶切后具有不同大小DNA的混合样品液从微流控芯片入口(样品液入口)进入，同时缓冲液从微流控芯片另一入口(缓冲液入口)流入，此时样品液和缓冲液会同时进入微流控芯片流道层，由于缓冲液的存在，样品液和缓冲液会形成层流状态，样品液在通道的下部向前流动。此时电极通电，上面的电极为正电，下面的电极为负电。在微流通道内形成如图7所示的电场。因为DNA为多聚阴离子，带负电，DNA会在电场作用下向正电极运动。然而大小DNA由于分子量不同，带电量也不同，带电量大的大DNA分子会比带电量小的小DNA分子运动的快，大DNA会运动到微流通道的顶部位置，而小DNA还保持在微流通道的下半部分，最后，不同大小的DNA通过不同的微流控芯片出口收集。从而实现DNA的快速分选。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.用于分选DNA的微流控芯片，其特征在于，包括上层、微流控芯片流道层和支撑层三层结构，所述上层包括上电极、微流控入口和微流控出口；所述微流控芯片流道层位于中间，为分选的DNA提供微流体通道；支撑层包括下电极。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片流道层的流道宽度不小于200μm。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控入口包括缓冲液入口和DNA溶液入口，缓冲液入口宽度与DNA溶液入口宽度的尺寸比为9：1。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上层和支撑层基底为玻璃，微流控芯片流道层材料为聚二甲基硅氧烷，上电极和下电极材料为金。

5.用于分选DNA的微流控芯片装置，其特征在于，包括分别注射样品液和缓冲液的注射器、导管、芯片接头以及权利要求1～4任意一项所述的微流控芯片；所述芯片接头胶黏在微流控芯片入口处；所述注射器通过导管与芯片接头相连。

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