本發(fā)明涉及化學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

微流控芯片具有樣品消耗少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在樣品分離、檢測(cè)及分析過(guò)程中受到越來(lái)越多的關(guān)注。但是，在微流控芯片中檢測(cè)低濃度樣品仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。富集方法主要有場(chǎng)放大樣品堆積，等速電泳，等電聚焦，膜過(guò)濾及離子濃差極化。其中，基于離子濃差極化現(xiàn)象的富集方法可以富集任何帶電樣品，例如蛋白質(zhì)，DNA，熒光試劑及離子等，并且只需要簡(jiǎn)單的緩沖溶液，具有很大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了解決或者至少部分緩解上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同帶電樣品的富集，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，樣品消耗少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，過(guò)程簡(jiǎn)單快速，不需要超凈間環(huán)境。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件，包括：襯底，包括：富集通道，包括富集通道入口、富集通道流入段、富集通道出口、及富集通道流出段；緩沖通道，包括緩沖通道入口、緩沖通道流入段、緩沖通道出口、及緩沖通道流出段；以及離子交換膜固定槽，設(shè)于所述富集通道和緩沖通道之間；微流道密封層，設(shè)于所述襯底上方，用于密封各所述通道；在該微流道密封層上設(shè)有離子交換膜透過(guò)槽；離子交換膜，設(shè)于所述離子交換膜透過(guò)槽和所述離子交換膜固定槽中；以及，多個(gè)電極，分別設(shè)于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口及緩沖通道出口。

優(yōu)選的，所述的襯底的材料為光敏樹脂，尼龍或ABS；所述微流道密封層的材質(zhì)為軟固化的具有粘性的PDMS，厚度為0.1-2mm，該微流道密封層通過(guò)粘性固化與所述襯底表面連接。

優(yōu)選的，所述離子交換膜固定槽形成于襯底上，寬度為0.5-2mm，高度為0.5-2mm。

優(yōu)選的，所述微流道密封層的離子交換膜透過(guò)槽與所述襯底的離子交換膜固定槽位置對(duì)應(yīng)，使所述離子交換膜可穿過(guò)所述離子交換膜透過(guò)槽固定在所述離子交換膜固定槽中。

優(yōu)選的，所述富集通道及緩沖通道形成于所述襯底表面，其中，該富集通道位于所述離子交換膜一側(cè)，緩沖通道位于所述離子交換膜的另一側(cè)，所述富集通道及緩沖通道寬度為100-600μm，深度為100-600μm。

優(yōu)選的，所述富集通道流入段和富集通道流出段之間角度，以及所述緩沖通道流入段和緩沖通道流出段之間角度均為90-160度。

優(yōu)選的，所述的富集通道入口和富集通道流入段之間、所述富集通道出口和富集通道流出段之間、所述緩沖通道入口和緩沖通道流入段之間、及所述緩沖通道出口和緩沖通道流出段之間分別具有一連接段，該連接段的形狀為圓形、直徑為4-10mm，深度為100-600μm。

優(yōu)選的，所述多個(gè)電極的材質(zhì)為銅或不銹鋼，形狀為管狀，管外徑為0.5-2mm。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的制備方法，包括：S1、采用3D打印技術(shù)和微流控技術(shù)形成包括富集通道、緩沖通道及離子交換膜固定槽的襯底；S2、采用軟固化粘性材料在所述襯底上形成微流道密封層，并在微流道密封層上采用切割方法形成離子交換膜透過(guò)槽；S3、將離子交換膜穿過(guò)離子交換膜透過(guò)槽固定在離子交換膜固定槽中；S4、將多個(gè)電極分別插設(shè)于所述富集通道及緩沖通道的進(jìn)、出口中。

優(yōu)選的，所述步驟S2包括：S21、將軟固化粘性材料在一定溫度環(huán)境中固化一段時(shí)間，形成微流道密封層；S22、將該軟固化粘性材料與所述襯底的包含有通道的表面與接觸，在該溫度環(huán)境的條件下完全固化；

S23、將離子交換膜固定槽上方的軟固化粘性材料采用切割方法去除，形成離子交換膜透過(guò)槽。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件及其制備方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)利用微流道密封層來(lái)實(shí)現(xiàn)微流道的密封，結(jié)合不同種類的離子交換膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同帶電樣品的富集。

(2)本發(fā)明通過(guò)離子濃差極化技術(shù)可以在微流控芯片上實(shí)現(xiàn)帶電樣品的富集，可以結(jié)合熒光原位檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)痕量物質(zhì)的檢測(cè)。

(3)采用3D打印技術(shù)及微流道技術(shù)制作微流道層，樣品消耗少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，過(guò)程簡(jiǎn)單快速，不需要超凈間環(huán)境，具有巨大的應(yīng)用潛力。

附圖說(shuō)明

圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

【本發(fā)明主要元件符號(hào)說(shuō)明】

1-襯底；

11-富集通道；

111-富集通道入口；

112-富集通道流入段；

113-富集通道出口；

114-富集通道流出段；

12-緩沖通道；

121-緩沖通道入口；

122-緩沖通道流入段；

123-緩沖通道出口；

124-緩沖通道流出段；

13-離子交換膜固定槽；

2-微流道密封層；

21-離子交換膜透過(guò)槽；

3-離子交換膜；

4-電極；

41-富集通道入口電極；

42-富集通道出口電極；

43-緩沖通道入口電極；

44-緩沖通道出口電極。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件。圖1-4為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1-4，本實(shí)施例基于離子濃差極化技術(shù)的富集器件，包括：

襯底1，包括：

富集通道11，包括富集通道入口111、富集通道流入段112、富集通道出口113、及富集通道流出段114；

緩沖通道12，包括緩沖通道入口121、緩沖通道流入段122、緩沖通道出口123、及緩沖通道流出段124；以及

離子交換膜固定槽13，設(shè)于所述富集通道和緩沖通道之間；

微流道密封層2，設(shè)于所述襯底上方，用于密封各所述通道；在該微流道密封層上設(shè)有離子交換膜透過(guò)槽21；

離子交換膜3，設(shè)于所述離子交換膜透過(guò)槽和所述離子交換膜固定槽中；以及，

多個(gè)電極4，分別設(shè)于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口及緩沖通道出口。

其中，所述富集通道入口、富集通道出口、富集通道流入段、富集通道流出段、緩沖通道流入段、緩沖通道流出段、緩沖通道入口、緩沖通道出口形成于所述襯底表面，寬度為100-600μm，深度為100-600μm。

所述富集通道流入段和富集通道流出段之間角度優(yōu)選為90-160度，同樣的，緩沖通道流入段和緩沖通道流出段之間角度優(yōu)選為90-160度。

所述的富集通道入口和富集通道流入段之間、所述富集通道出口和富集通道流出段之間、所述緩沖通道入口和緩沖通道流入段之間、及所述緩沖通道出口和緩沖通道流出段之間分別具有一連接段，該連接段的形狀優(yōu)選為圓形、直徑優(yōu)選為4-10mm，深度優(yōu)選為100-600μm。

所述多個(gè)電極4分別插設(shè)于所述富集通道入口、富集通道出口、緩沖通道入口、及緩沖通道出口的固定槽內(nèi)形成富集通道入口電極41、富集通道出口電極42、緩沖通道入口電極43、及緩沖通道出口電極44，該多個(gè)電極的材質(zhì)可為銅、不銹鋼等導(dǎo)電材料，形狀可為管狀，管外徑優(yōu)選為0.5-2mm。

所述富集通道和緩沖通道為通過(guò)3D打印技術(shù)和微流控技術(shù)形成的微流道，所述微流道密封層覆蓋在微襯底上方，起密封微流道作用。該微流道密封層的材質(zhì)可為軟固化的具有粘性的PDMS，厚度為0.1-2mm。通過(guò)粘性固化與所述襯底表面連接。

所述離子交換膜固定槽形成于襯底上，寬度為0.5-2mm，高度為0.5-2mm。

所述離子交換膜置于離子交換膜固定槽中，可為陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜。

所述微流道密封層的離子交換膜透過(guò)槽與所述襯底的離子交換膜固定槽位置對(duì)應(yīng)，使所述離子交換膜可穿過(guò)所述離子交換膜透過(guò)槽固定在所述離子交換膜固定槽中。

所述富集通道位于所述離子交換膜一側(cè)，所述緩沖通道位于所述離子交換膜的另一側(cè)。

所述的襯底的材料可為光敏樹脂，尼龍，ABS等可3D打印的不導(dǎo)電材料。

本發(fā)明提供的基于離子濃差極化的富集器件，不僅可用于富集帶負(fù)電荷樣品，而且可用于富集帶正電荷樣品。具體的，

在富集帶負(fù)電荷樣品時(shí)，離子交換膜為陽(yáng)離子交換膜。將待富集樣品同時(shí)注入到富集通道和緩沖通道入口，在所述離子交換膜一側(cè)的富集通道入口電極和富集通道出口電極上分別施加正電壓V₊和V₊₊(其中，V₊<V₊₊)，在離子交換膜的另一側(cè)的緩沖通道入口電極、緩沖通道出口電極上接地，選取合適的電勢(shì)差，在富集通道所在的富集區(qū)靠近離子交換膜的區(qū)域的陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入緩沖通道所在的緩沖區(qū)，而陰離子由于受到陽(yáng)離子交換膜的排斥，向V₊₊方向移動(dòng)，在富集區(qū)靠近離子交換膜的區(qū)域產(chǎn)生耗盡區(qū)。由于富集通道入口電極和富集通道出口電極之間存在電勢(shì)差，該電勢(shì)差會(huì)誘發(fā)由V₊₊指向V₊的電滲流。通過(guò)控制該電勢(shì)差，可以平衡陰離子受到的排斥力，從而使該部分陰離子穩(wěn)定在耗盡區(qū)邊緣。電滲流源源不斷地將陰、陽(yáng)離子輸運(yùn)到耗盡區(qū)，但是耗盡區(qū)中的陽(yáng)離子交換膜會(huì)阻止陰離子的通過(guò)。因此，陰離子會(huì)在耗盡區(qū)邊界處不斷富集。

在富集帶正電荷樣品時(shí)，離子交換膜為陰離子交換膜。其工作模式與上面所述的陰離子富集方式類似，此處不再贅述。

另外，本發(fā)明還提供了一種基于離子濃差極化的富集器件的制備方法，包括：

S1、采用3D打印技術(shù)和微流控技術(shù)形成包括富集通道、緩沖通道及離子交換膜固定槽的襯底；

S2、采用軟固化粘性材料在所述襯底上形成微流道密封層；并在微流道密封層上形成離子交換膜透過(guò)槽；

S3、將離子交換膜穿過(guò)離子交換膜透過(guò)槽固定在離子交換膜固定槽中；

S4、將多個(gè)電極分別插設(shè)于所述富集通道及緩沖通道的進(jìn)、出口中。

其中，所述步驟S2包括：

S21、將軟固化粘性材料在一定溫度環(huán)境中固化一段時(shí)間，形成微流道密封層；

S22、將該軟固化粘性材料與所述襯底的包含有通道的表面與接觸，在該溫度環(huán)境的條件下完全固化。

其中，該固化溫度優(yōu)選為70-100℃，固化時(shí)間優(yōu)選為8-20分鐘。

S23、將離子交換膜固定槽上方的軟固化粘性材料去除，形成離子交換膜透過(guò)槽。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明基于離子濃差極化的富集器件及其制備方法有了清楚的認(rèn)識(shí)。

需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：

所述電極的形狀可為不限于管狀，還可以為片狀等，均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的基于離子濃差極化富集器件及其制備方法，利用微流道密封層來(lái)實(shí)現(xiàn)微流道的密封，結(jié)合不同種類的離子交換膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同帶電樣品的富集；采用3D打印技術(shù)及微流道技術(shù)制作微流道層，樣品消耗少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，過(guò)程簡(jiǎn)單快速，不需要超凈間環(huán)境，具有巨大的應(yīng)用潛力。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。