專利名稱：毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微全分析系統(tǒng)，特別是涉及集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢
測的微流控芯片及其使用方法。
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)在化學(xué)、生命科學(xué)、 環(huán)境科學(xué)和食品科學(xué)等領(lǐng)域開辟了廣闊的發(fā)展空間。由于芯片毛細(xì)管電泳具有分離效率 高、易攜帶、試劑消耗少、分析時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，是微芯片分析系統(tǒng)中常用的分離技術(shù)。 但是芯片毛細(xì)管電泳的檢測體積小、光程短，因此與其聯(lián)用的檢測器必需具有極高的靈 敏度。 由于激光誘導(dǎo)熒光檢測器靈敏度高，與芯片毛細(xì)管電泳聯(lián)用的技術(shù)難度小，因 此，到目前為止，激光誘導(dǎo)熒光檢測器在微流控芯片分析系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，它也是 目前在商品化微流控芯片分析系統(tǒng)中唯一被采用的檢測器。但是激光誘導(dǎo)熒光檢測器體 積較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高，難以微型化。 化學(xué)發(fā)光檢測法，因其無需激發(fā)光源、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高和易于微型化等特 點(diǎn)，理論上是芯片毛細(xì)管電泳最具吸引力的檢測方法之一。但是，芯片毛細(xì)管電泳需要 將皮升級的樣品引入微流控芯片的分離通道，進(jìn)行分離分析?；瘜W(xué)發(fā)光法又需要將化學(xué) 發(fā)光試劑引入微流控芯片的檢測通道中，使待測物各組分與化學(xué)發(fā)光試劑在檢測通道中 發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，才能進(jìn)行定性定量分析。但由于微流控芯片的網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，為了防 止在電泳分離時(shí)發(fā)光試劑倒流進(jìn)入電泳的分離通道而影響分離效率，設(shè)計(jì)和應(yīng)用集成芯 片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控芯片難度較大。 為了在微流控芯片上集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的功能，Harrison 研究組用Y型柱后反應(yīng)器作為芯片毛細(xì)管電泳和化學(xué)發(fā)光檢測的接口?；瘜W(xué)發(fā)光試劑 和樣品溶液分別通過Y型的兩根支管引入，在作為檢測通道的Y型柱后反應(yīng)器的公共通 道中相混合并發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，由置于檢測通道下方的光電倍增管測定發(fā)光強(qiáng)度。此 種設(shè)計(jì)，發(fā)光試劑的流速不能太快，檢測通道的長度也不能過長，否則會產(chǎn)生較大阻 力，發(fā)光試劑會倒流進(jìn)入前端的電泳分離通道而影響分離效果，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。 Tsukagoshi研究組將化學(xué)發(fā)光試劑直接加在分離通道末段的儲液池中，并用此儲液池作為 檢測池。當(dāng)電泳分離后的各組分流入分離通道末段的檢測池時(shí)，與發(fā)光試劑混合發(fā)生光 化學(xué)反應(yīng)，由置于檢測池下方的光電倍增管測定光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度。為獲得良好的 重現(xiàn)性，每次測定后都必須更新儲液池中的溶液，以保持發(fā)光試劑的濃度不變。因此操 作復(fù)雜，分析速度慢。 在現(xiàn)有的芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控芯片中，毛細(xì)管電泳的 分離電場都經(jīng)過檢測通道或檢測池，當(dāng)檢測通道或檢測池內(nèi)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的 氣泡將影響電泳分離的穩(wěn)定性和結(jié)果的重現(xiàn)性，這是以上兩種方式共同具有的缺點(diǎn)。并 且Y型柱后反應(yīng)器不能用于非水的發(fā)光體系中。
背景技術(shù)：
3
由于這些原因，化學(xué)發(fā)光檢測法在微流控芯片分析系統(tǒng)中未得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、發(fā)光試劑不會倒流進(jìn)入電泳分離通道、可適用于各種發(fā)光體系的集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控芯片。在該微流控分析芯片中，毛細(xì)管電泳分離電場不經(jīng)過化學(xué)發(fā)光檢測通道。因此，電泳分離的穩(wěn)定性和結(jié)果的重現(xiàn)性好，并適用各種化學(xué)發(fā)光體系，包括不導(dǎo)電的非水發(fā)光體系。 本發(fā)明提供的集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片，微流控芯片上有緩沖液儲液池、樣品儲液池、樣品廢液池、廢液池、鞘流儲液池，進(jìn)樣通道、分離通道、鞘流通道和檢測通道。所述的樣品儲液池和樣品廢液池之間的通道為進(jìn)樣通道；所述的進(jìn)樣通道和分離通道相交，分離通道和鞘流通道相交，進(jìn)樣通道和分離通道相交點(diǎn)與分離通道和鞘流通道相交點(diǎn)之間的通道是有效分離通道，在有效分離通道中有微孔塞；所述的分離通道與鞘流通道相交點(diǎn)和廢液池之間的通道是檢測通道，光電倍增管直接置于檢測通道下方，用于檢測化學(xué)發(fā)光反應(yīng)發(fā)出的光強(qiáng)度，分離通道的終端與檢測通道起點(diǎn)相連接，鞘流通道也連接在此處，與分離通道和檢測通道相通。
本發(fā)明提供的集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片，在有效分離通道中制作微孔塞。微孔塞對壓力流的阻力很大，而對電滲流阻力很小。被分析的樣品可以在電滲流的驅(qū)動下，進(jìn)入分離通道電泳分離；同時(shí)可以防止在壓力差驅(qū)動下的發(fā)光試劑倒流進(jìn)入分離通道，影響電泳分離。 本發(fā)明所述的檢測通道設(shè)計(jì)成線型，逶迤型或螺旋型，增強(qiáng)發(fā)光試劑和樣品溶液的混合強(qiáng)度，也可以通過增加檢測通道的長度來提高檢測靈敏度，而不會導(dǎo)致發(fā)光試劑倒流進(jìn)入分離通道。 本發(fā)明提供的集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片的材料為石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等聚合物材料。 本發(fā)明所述的微流控芯片用于毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測分析方法中，通過提高鞘流通道內(nèi)化學(xué)發(fā)光試劑的流速，以減少樣品在檢測通道的停留時(shí)間和電泳峰的寬度，而不會導(dǎo)致發(fā)光試劑倒流進(jìn)入分離通道。 本發(fā)明所述的微流控芯片用于毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測分析方法中，當(dāng)化學(xué)發(fā)光試劑是不導(dǎo)電的非水溶液時(shí)，使化學(xué)發(fā)光試劑的非水溶液在其中一條鞘流通道中流動，而在另一條鞘流通道加入電泳緩沖液，并將芯片毛細(xì)管電泳的分離電場通過電泳緩沖液流過的鞘流通道施加在分離通道上。當(dāng)化學(xué)發(fā)光試劑是導(dǎo)電的水溶液時(shí)，將芯片毛細(xì)管電泳的分離電場通過化學(xué)發(fā)光試劑流過的鞘流通道施加在分離通道上。
本發(fā)明所述的微流控芯片用于毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測分析方法中，分析操作由進(jìn)樣和分離兩個(gè)階段組成，在整個(gè)分析過程中，化學(xué)發(fā)光試劑通過鞘流通道進(jìn)入檢測通道，當(dāng)芯片毛細(xì)管電泳分離后的待分析組分與發(fā)光試劑在分離通道和檢測通道的連接點(diǎn)相遇后，在檢測通道內(nèi)混合并發(fā)生發(fā)光反應(yīng)。在分離通道中有微孔塞，可以防止在壓力差驅(qū)動下的發(fā)光試劑倒流進(jìn)入分離通道，影響電泳分離。電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測互不干擾，保證了毛細(xì)管電泳的高分離效率和化學(xué)發(fā)光法的高靈敏度。具有分離效 率高、檢測靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作方便等特點(diǎn)，是制作便攜式微 全分離系統(tǒng)理想的微流控分析芯片。


圖1集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片示意圖
具體實(shí)施方式

實(shí)施例l —種集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片，芯片由進(jìn)樣 通道、分離通道、檢測通道和鞘流通道所組成。進(jìn)樣通道和分離通道相交，分離通道的 終端和檢測通道起點(diǎn)處相連接，用于通過化學(xué)發(fā)光試劑的鞘流通道作為支管也連接在此 處。在進(jìn)樣通道和檢測通道之間的分離通道是有效分離通道。在有效分離通道中制作微 孔塞。被分析的樣品可以在電滲流的驅(qū)動下，進(jìn)入分離通道電泳分離；而壓力差驅(qū)動的 發(fā)光試劑不會倒流進(jìn)入分離通道。 參見圖l，微流控芯片1上有緩沖液儲液池B、樣品儲液池S、樣品廢液池SW、 鞘流儲液池L和H、廢液池W。其中，微流控芯片進(jìn)樣通道為S-SW，分離通道為B-^， 進(jìn)樣通道與分離通道相交Pp分離通道與鞘流通道相交P2， Pi和P2之間的通道是有效分 離通道Pr&。有效分離通道Pr&中有微孔塞2，鞘流儲液池L和鞘流儲液池H與分離通 道連接點(diǎn)P2之間構(gòu)成鞘流通道L-P2和鞘流通道H-P2，分離通道終端P2和廢液池W之間 的通道是檢測通道P^W，當(dāng)發(fā)光試劑是水溶液時(shí)，鞘流通道可用于輸送不同發(fā)光試劑。 當(dāng)發(fā)光試劑是非水溶液時(shí)，鞘流通道L-P2用于輸送導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液，鞘流通道H-P2用 于輸送發(fā)光試劑溶液。電泳分離的高壓電場施加在B和L儲液池之間，光電倍增管直接 置于檢測通道P2-W下方，用于檢測化學(xué)發(fā)光反應(yīng)發(fā)出的光強(qiáng)度。 在微流控芯片上的樣品儲液池S中加入樣品溶液，在緩沖液儲液池B和樣品廢 液池SW加入電泳緩沖液。當(dāng)發(fā)光試劑是水溶液時(shí)，在鞘流儲液池L和鞘流儲液池H中 加入不同的化學(xué)發(fā)光試劑；當(dāng)發(fā)光試劑是非水溶液時(shí)，在鞘流儲液池L中加入電泳緩沖 液，在鞘流儲液池H加入的化學(xué)發(fā)光試劑。儲液池W用于接受廢液。
在整個(gè)分析過程中，通過在廢液池W施加負(fù)壓力抽液或在鞘流儲液池L和H施 加正壓力可以使鞘流儲液池中的發(fā)光試劑經(jīng)過檢測通道到達(dá)廢液池W。分析操作由進(jìn)樣 和分離兩個(gè)階段組成，在進(jìn)樣階段，可通過電動(夾流或門式)進(jìn)樣或負(fù)壓力進(jìn)樣準(zhǔn)確控 制皮升級的樣品進(jìn)入分離通道；在分離階段，在B和L儲液池中施加分離電壓，待分析 組分在芯片毛細(xì)管電泳分離后與發(fā)光試劑在檢測通道內(nèi)相遇后，發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，從 而得到相應(yīng)的電泳峰。
權(quán)利要求
一種集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片，微流控芯片上有緩沖液儲液池、樣品儲液池、樣品廢液池、廢液池、鞘流儲液池，進(jìn)樣通道、分離通道、鞘流通道和檢測通道，其特征是所述的樣品儲液池和樣品廢液池之間的通道為進(jìn)樣通道；所述的進(jìn)樣通道和分離通道相交，分離通道的終端與檢測通道起點(diǎn)相連接，鞘流通道也在此處連接與分離通道和檢測通道相通，進(jìn)樣通道和分離通道相交點(diǎn)與分離通道和鞘流通道相交點(diǎn)之間的通道是有效分離通道，在有效分離通道中有微孔塞；所述的分離通道與鞘流通道相交點(diǎn)和廢液池之間的通道是檢測通道，光電倍增管直接置于檢測通道下方，用于檢測化學(xué)發(fā)光反應(yīng)發(fā)出的光強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控分析芯片，其特征是所述檢測通道為線型，逶迤 型或螺旋型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控分析芯片，其特征是鞘流通道為一條或多條。
全文摘要
一種集成芯片毛細(xì)管電泳分離和化學(xué)發(fā)光檢測的微流控分析芯片，微流控芯片上由緩沖液儲液池、樣品儲液池、樣品廢液池、廢液池、鞘流儲液池、進(jìn)樣通道、分離通道、鞘流通道和檢測通道組成。分離通道的終端和檢測通道起點(diǎn)處和鞘流通道連通?；瘜W(xué)發(fā)光試劑通過鞘流通道進(jìn)入檢測通道，當(dāng)芯片毛細(xì)管電泳分離后的待分析組分與發(fā)光試劑在分離通道和檢測通道的連接點(diǎn)相遇后，在檢測通道內(nèi)混合并發(fā)生發(fā)光反應(yīng)。在分離通道中有微孔塞，防止在壓力差驅(qū)動下的發(fā)光試劑倒流進(jìn)入分離通道，影響電泳分離。具有分離效率高、檢測靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作方便等特點(diǎn)，是制作便攜式微全分離系統(tǒng)理想的微流控分析芯片。
文檔編號B01D57/02GK101692047SQ20091015443
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者殷學(xué)鋒, 王修中 申請人:浙江大學(xué)