專利名稱：用微型真空泵的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片毛細(xì)管電泳分析技術(shù)，特別是涉及微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置。
背景技術(shù)：
自從1990年提出微全分析系統(tǒng)概念以來，微流控芯片技術(shù)已在醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域開辟了廣闊的發(fā)展空間。微流控芯片毛細(xì)管電泳技術(shù)已用于DNA測序，DNA片段的分離和鑒定，氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)的分離測定以及單細(xì)胞內(nèi)組分的分析等。
對(duì)于上述應(yīng)用，準(zhǔn)確控制皮升級(jí)的樣品進(jìn)樣量是分離測定的關(guān)鍵。目前普遍采用基于電滲流驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)進(jìn)樣方式進(jìn)樣，如電夾流進(jìn)樣，懸浮進(jìn)樣和門式進(jìn)樣等。但是由于電動(dòng)進(jìn)樣時(shí)有“歧視效應(yīng)”，即正負(fù)離子在電場中遷移速度不一致，導(dǎo)致樣品塞的組成與樣品溶液的組成不一致。通過延長進(jìn)樣時(shí)間可以減小樣品塞與樣品溶液組成上的差異，但又削弱了微流控芯片快速分析的特點(diǎn)。同時(shí)，芯片毛細(xì)管表面性質(zhì)的變化會(huì)導(dǎo)致電滲流大小的改變，使進(jìn)樣量的精密度大大降低，毛細(xì)管表面性質(zhì)變化嚴(yán)重時(shí)，電滲流方向也會(huì)改變，使樣品無法進(jìn)入進(jìn)樣和分離通道。
為了解決上述問題，在微流控芯片毛細(xì)管電泳的進(jìn)樣技術(shù)方面，也有壓力進(jìn)樣的報(bào)道。即在注樣階段，用注射泵或其他驅(qū)動(dòng)器施加壓力驅(qū)動(dòng)樣品池中樣品進(jìn)入進(jìn)樣通道，并通過進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處流入廢液池。由于微流控芯片的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了防止樣品溶液在進(jìn)樣時(shí)進(jìn)入分離通道而導(dǎo)致分離效率降低，需要使用一個(gè)，兩個(gè)或多個(gè)注射泵，或者使用計(jì)算機(jī)通過軟件和壓力傳感器控制多個(gè)電控閥，使樣品溶液在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞，從而增加了進(jìn)樣系統(tǒng)的成本和進(jìn)樣操作的難度；在分離階段，在微流控芯片交叉處已形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道分離測定。如果導(dǎo)電的樣品或電泳緩沖液泄漏出輸液設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致輸液設(shè)備帶高壓電而影響安全操作。
專利申請(qǐng)200510050457.4中，提出了一種由微流控芯片、柱塞泵、三通閥、接口和高壓電源組成的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，在進(jìn)樣階段，通過用柱塞泵抽取微流控芯片樣品廢液池中的空氣，使樣品廢液池中形成負(fù)壓，從而使樣品池中的樣品通過微流控芯片交叉處而流入廢液池，與此同時(shí)，緩沖溶液池和緩沖溶液廢液池中的溶液也在大氣壓的作用下也通過微流控芯片交叉處流入廢液池，使樣品溶液在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞，從而防止了樣品塞在微流控芯片交叉處擴(kuò)散增寬；在分離階段，切換負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置中的三通閥b端和a端連通。由于三通閥的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，它與其他液池之間的壓力差立即同時(shí)消失，可以使微流控芯片交叉處形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道分離測定。通過優(yōu)化各儲(chǔ)液池的液面高度，可以防止樣品溶液在分離時(shí)進(jìn)入分離通道而影響分離效果。
在上述技術(shù)中使用注射器容積為0.5-1mL微量注射泵抽取微流控芯片樣品廢液池中的空氣來產(chǎn)生負(fù)壓，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三通閥改變閥位來控制微流控芯片的進(jìn)樣和分離。它存在以下缺點(diǎn)1.微量注射泵價(jià)格昂貴，每臺(tái)價(jià)值1萬多元。2.注射泵抽氣效率低，在抽氣過程中負(fù)壓隨柱塞的移動(dòng)距離而變化，且在每次抽氣后柱塞必須復(fù)位，才能再次在樣品廢液池中形成負(fù)壓.3.為了穩(wěn)定在微流控芯片樣品廢液池中的負(fù)壓，在每次抽氣后必需保持負(fù)壓1-10秒鐘，從而降低了進(jìn)樣速度.4.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三通閥的價(jià)格比三通電磁閥高，操作比三通電磁閥復(fù)雜.因此，該裝置在實(shí)際產(chǎn)品中存在價(jià)格高，效率低和難以普遍推廣的問題.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是在200510050457.4基礎(chǔ)上，提供一種操作更方便、負(fù)壓穩(wěn)定、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、便于推廣使用的微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置。
本發(fā)明提供的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、電觸點(diǎn)真空表、三通電磁閥、接口和高壓電源組成。其特征是負(fù)壓源由真空瓶與電觸點(diǎn)真空表和微型真空泵連接構(gòu)成，電觸點(diǎn)真空表作為控制微型真空泵的開關(guān)和用于指示真空瓶內(nèi)壓力，真空瓶與三通電磁閥c端口相接，三通電磁閥a端口直接與大氣相通，三通電磁閥b端口通過接管道和安裝微流控芯片樣品廢液池SW上面的接口與微流控芯片樣品廢液池SW相通。微流控芯片上有緩沖液儲(chǔ)液池B、緩沖液廢液儲(chǔ)液池BW、樣品儲(chǔ)液池S、樣品廢液池SW。微流控芯片進(jìn)樣通道為S-SW，分離通道為B-BW，在分離通道B-BW二端連接高壓電源。
本發(fā)明的真空瓶的容積為20mL～2000mL。
本發(fā)明的真空瓶內(nèi)的最佳壓力為-50～-500mbar。
本發(fā)明通過三通電磁閥控制三通電磁閥與微流控芯片樣品廢液池SW相通的b端口分別與大氣(a端口)或真空瓶(c端口)相通。當(dāng)三通電磁閥通電時(shí)，三通電磁閥b端口和c端口相通，使真空瓶與微流控芯片樣品廢液池相通，使樣品廢液池中形成負(fù)壓，從而使樣品池中的樣品通過微流控芯片交叉處而流入廢液池，與此同時(shí)，緩沖溶液池和緩沖溶液廢液池中的溶液也在大氣壓的作用下也通過微流控芯片交叉處流入廢液池，使樣品溶液在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞，防止了樣品塞在微流控芯片交叉處擴(kuò)散增寬。當(dāng)三通電磁閥斷電時(shí)，三通電磁閥b端口和a端連通。由于三通閥的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，它與其他液池之間的壓力差立即同時(shí)消失，可以使微流控芯片交叉處形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道分離測定。通過優(yōu)化各儲(chǔ)液池的液面高度，可以防止樣品溶液在分離時(shí)進(jìn)入分離通道而影響分離效果。
本發(fā)明提供微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，操作過程是首先設(shè)定電觸點(diǎn)真空表的最大真空度為-500mbar，最小真空度為-50mbar。三通電磁閥5斷電，三通電磁閥b端和a端連通，c端截止。接通微型真空泵電源，使真空瓶內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)瓶內(nèi)真空度達(dá)到設(shè)定真空度上限時(shí)，電觸點(diǎn)真空表關(guān)閉微型真空泵電源，當(dāng)瓶內(nèi)真空度低于設(shè)定真空度下限時(shí)，電觸點(diǎn)真空表啟動(dòng)微型真空泵，使瓶內(nèi)真空度穩(wěn)定在設(shè)定的-50～-500mbar范圍內(nèi)；在進(jìn)樣階段，三通電磁閥通電，b端口與c端口連通，使微流控芯片樣品廢液池中形成負(fù)壓，從而使樣品池中的樣品通過微流控芯片交叉處而流入廢液池。與此同時(shí)，緩沖溶液池和緩沖溶液廢液池中的溶液也在大氣壓的作用下也通過微流控芯片交叉處流入廢液池，使樣品溶液在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞，從而防止了樣品塞在微流控芯片交叉處擴(kuò)散增寬；在分離階段，三通電磁閥斷電，使b端和a端連通。由于三通電磁閥的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，它與其他液池之間的壓力差立即同時(shí)消失，可以使微流控芯片交叉處形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道分離測定。通過優(yōu)化各儲(chǔ)液池的液面高度，可以防止樣品溶液在分離時(shí)進(jìn)入分離通道而影響分離效果。
本發(fā)明的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置結(jié)構(gòu)簡單，除微流控芯片外，僅用一個(gè)微型真空泵，一個(gè)三通電磁閥，一個(gè)真空瓶、一個(gè)電觸點(diǎn)真空表和一個(gè)高壓電源。與專利申請(qǐng)200510050457.4中裝置相比較，本發(fā)明使用成本低廉(僅300元左右)的微量真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，由電觸點(diǎn)真空表自動(dòng)控制真空瓶內(nèi)的真空度，由成本低廉三通電磁閥(僅幾十元)的通斷電控制微流控芯片的進(jìn)樣階段向分離階段的轉(zhuǎn)換，代替了原來由步進(jìn)電機(jī)控制的三通閥才能完成的功能。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、成本低廉、負(fù)壓穩(wěn)定、進(jìn)樣速度更快。


圖1負(fù)壓進(jìn)樣微流控芯片毛細(xì)管電泳分離裝置示意2微流控芯片與三通電磁閥接口示意中1-微流控芯片，2-微型真空泵，3-真空瓶，4-電觸點(diǎn)真空表，5-三通電磁閥及a、b、c三個(gè)端口，6-接口，7-高壓電源，8-進(jìn)樣通道，9-樣品廢液儲(chǔ)液池中的溶液，10-樣品廢液儲(chǔ)液池中液面上方的空氣，11-樣品廢液儲(chǔ)液池SW，12-密封膠管，13-聯(lián)接管道。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1參見圖1、圖2，微流控芯片1上S和SW之間的通道是進(jìn)樣通道，B和BW之間的通道是分離通道，負(fù)壓源由真空瓶3與電觸點(diǎn)真空表4和微型真空泵2連接構(gòu)成，真空瓶3與三通電磁閥5的c端口相接，三通電磁閥5的a端口直接與大氣相通，三通電磁閥5的b端口通過聯(lián)接管道13與接口6相連，接口6安裝在微流控芯片樣品廢液池SW上面。在微流控芯片上的樣品儲(chǔ)液池S中加入樣品溶液，在其他儲(chǔ)液池B、SW、BW加入不同體積的電泳緩沖液，保持分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度相同，樣品儲(chǔ)液池S中液面的高度小于分離通道兩端儲(chǔ)液池B和BW的液面高度，樣品廢液儲(chǔ)液池SW中的液面高度小于儲(chǔ)液池S中液面的高度。接口示意圖見圖2。其中8為進(jìn)樣通道，9為樣品廢液儲(chǔ)液池中的溶液，10是樣品廢液儲(chǔ)液池中液面上方的空氣，11是樣品廢液儲(chǔ)液池SW，12是密封膠管，13是聯(lián)接管道，將密封膠管插入廢液儲(chǔ)液池SW上部作為接口，插入的密封膠管始終保持不與SW儲(chǔ)液池內(nèi)的電泳緩沖液的液面相接觸，同時(shí)保證接口的氣密性。在分離通道B端施加+1200V高電壓，BW端接地。
首先設(shè)定電觸點(diǎn)真空表的最大真空度為-500mbar，最小真空度為-50mbar。三通電磁閥5斷電，三通電磁閥b端和a端連通，c端截止。開啟微型真空泵2，使真空瓶3內(nèi)形成負(fù)壓，當(dāng)瓶內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定真空度上限時(shí)，電觸點(diǎn)真空表4關(guān)閉微型真空泵電源，當(dāng)瓶內(nèi)壓力低于設(shè)定真空度下限時(shí)，電觸點(diǎn)真空表啟動(dòng)微型真空泵2，使瓶內(nèi)真空度穩(wěn)定在-50mbar～-500mbar的設(shè)定范圍內(nèi)。
微流控芯片毛細(xì)管電泳分析的操作由注樣和分離兩個(gè)階段組成。在進(jìn)樣階段，三通電磁閥5通電，使三通電磁閥b端和c端連通，真空瓶3經(jīng)接口6與微流控芯片樣品廢液池11連通，使樣品廢液池中形成負(fù)壓，微流控芯片上其他儲(chǔ)液池中的樣品溶液和緩沖液等在大氣壓的作用下向樣品廢液池流動(dòng)，在進(jìn)樣通道和分離通道的交叉處形成穩(wěn)定的樣品塞；在分離階段，三通電磁閥5斷電，三通電磁閥b端和a端連通。由于三通電磁閥5的a端直接與大氣相通，從而使使樣品廢液池與大氣相通，它與其它液池之間的壓力差立即同時(shí)消失，可以使在微流控芯片交叉處已形成皮克級(jí)的樣品塞被加在分離通道上的電場所產(chǎn)生的電滲流帶入分離通道，開始電泳分離。
權(quán)利要求
1.一種用微型真空泵的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由微流控芯片、微型真空泵、真空瓶、三通電磁閥、電觸點(diǎn)真空表、接口和高壓電源組成，其特征是三通電磁閥a端口直接與大氣相通，真空瓶與三通電磁閥c端口相接，三通電磁閥b端口通過接管道與接口相通，真空泵將真空瓶內(nèi)抽成一定的負(fù)壓，電觸點(diǎn)真空表用于指示真空瓶內(nèi)壓力，微流控芯片上有緩沖液儲(chǔ)液池(B)、緩沖液廢液儲(chǔ)液池(BW)、樣品儲(chǔ)液池(S)、樣品廢液池(SW)，接口安裝微流控芯片樣品廢液池(SW)上面，微流控芯片進(jìn)樣通道為(S-SW)，分離通道為(B-BW)，在分離通道(B-BW)二端連接高壓電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，其特征是電觸點(diǎn)真空表控制微型真空泵的開關(guān)和真空瓶內(nèi)真空度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，其特征是真空瓶的容積為20mL～2000mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，其特征是真空瓶內(nèi)的真空度為-50～-500mbar。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，其特征是三通電磁閥的通電或斷電控制微流控芯片的進(jìn)樣階段或分離階段。
全文摘要
一種微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，由微流控芯片、負(fù)壓源、三通電磁閥、接口和高壓電源組成，其特征是負(fù)壓源由真空瓶與電觸點(diǎn)真空表和微型真空泵連接構(gòu)成，電觸點(diǎn)真空表作為控制微型真空泵的開關(guān)和用于指示真空瓶內(nèi)壓力，真空瓶與三通電磁閥c端口相接，三通電磁閥a端口直接與大氣相通，三通電磁閥b端口通過接管道與接口相通，微流控芯片上有緩沖液儲(chǔ)液池B、緩沖液廢液儲(chǔ)液池BW、樣品儲(chǔ)液池S、樣品廢液池SW，接口安裝微流控芯片樣品廢液池SW上面，微流控芯片進(jìn)樣通道為S－SW，分離通道為B－BW，在分離通道B－BW二端連接高壓電源。本發(fā)明成本低廉，自動(dòng)控制真空瓶內(nèi)的真空度，進(jìn)樣和分離的操作簡單、負(fù)壓穩(wěn)定、速度快。
文檔編號(hào)C12Q1/00GK1793890SQ20061004890
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者殷學(xué)鋒, 張磊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)