專利名稱：一種聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控技術(shù)，特別提供了一種聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，以控制微通道內(nèi)的電滲流。
毛細(xì)管電泳芯片的通道橫截面尺寸一般在微米級，寬度在20～200微米之間，高度在10～100微米之間，通道長在幾厘米范圍之內(nèi)。由于電滲流的大小包括方向是由電泳芯片微通道內(nèi)壁的電荷分布決定的，因此了解芯片材料表面性質(zhì)對了解微通道內(nèi)的電滲流是十分重要的。目前聚合物芯片因其制作相對簡單、成本相對較低、易于商品化而引起廣泛的關(guān)注和研究興趣，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚酯等，但大部分聚合物的表面性質(zhì)還不是很清楚，因此很難對聚合物芯片微通道內(nèi)的電滲流進(jìn)行很好的控制，限制了該類芯片的發(fā)展和應(yīng)用。
目前多采用電流監(jiān)控的方法對電滲流進(jìn)行測定。文獻(xiàn)1(Henry，A.C.，Tutt，T.J.，Galloway，M.，Davidson，Y.Y.，Mcwhorter，C.S.，Soper，S.A.，Mccarley，R.L.，Anal.Chem.2000，72，5331-5337.)和2(Henry，A.C.，Waddell，E.A.，Shreiner，R，Locascio，L.E.，Electrophoresis 2002，23，791-798.)通過化學(xué)反應(yīng)引入新的功能團(tuán)、文獻(xiàn)3(Barker，S.L.R，Tarlov，M.J.，Canavan，H.，Hickman，J.J.，Locascio，L.E.，Anal.Chem.2000，72，4899-4903.)和4(Liu，Y.，F(xiàn)anguy，J.C.，Bledsoe，J.M，Henry，C.S.，Anal.Chem.2000，72，5939-5944.)通過多層聚合物電解質(zhì)吸附、文獻(xiàn)2和5(Bianchi，F(xiàn).，Chevolot，Y.，Mathieu， H.J.，Girault，H.H.，Anal.Chem.2001，73，3845-3853.)在不同的氣體條件下通過激光消融等方法分別對聚合物芯片微通道內(nèi)壁進(jìn)行修飾，發(fā)現(xiàn)對微通道內(nèi)的電滲流有一定的影響。此外，也有人嘗試用表面活性劑作為添加劑，通過吸附改變通道內(nèi)壁電荷分布。文獻(xiàn)6(Xu，W，Uchiyama，K.，Shimosaka，T.，Hobo，T.，J.ChromatogrA.2001，907，279-289.)和8(Ocvirk，G.，Munroe，M.，Tang T.，Oleschuk，R.，Westra，K.，Harrison，D.J.，Electrophoresis 2000，21，107-115)通過添加十二烷基硫酸鈉(SDS)分別對聚酯和聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片微通道進(jìn)行了修飾，文獻(xiàn)7(Wang，S.C.，Perso，C.E.，Morris，M.D.，Anal.Chem.2000，72，1704-1706.)通過添加十六烷基三甲基季胺氯(CTAB)對聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片內(nèi)壁進(jìn)行修飾，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對聚合物芯片微通道內(nèi)的電滲流有所影響，但無法根據(jù)電泳分離的需要對通道內(nèi)的電滲流進(jìn)行全方位的控制。
本發(fā)明提供了一種聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于在使用前對聚合物芯片進(jìn)行予電泳以改變微通道內(nèi)電滲流的大小或方向，予電泳時(shí)將表面活性劑添加在運(yùn)行緩沖液中；表面活性劑包括陰離子表面活性劑，選自癸烷硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉(SDS)、十四烷基硫酸鈉、聚氧乙烯十二烷醚硫酸鈉、N-月桂酰-N-甲基?；撬徕c、N-十二烷基-L-纈氨酸鈉、膽酸、脫氧膽酸、牛磺膽酸、全氟庚酸鉀之一種或多種；陽離子表面活性劑，選自十二烷基三甲基氯化銨、十二甲基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)之一種或多種；兩性離子表面活性劑，選自膽酰胺丙基二甲基氨基丙磺酸、膽酰胺丙基二甲基氨基-2-羥基丙磺酸之一種或多種；中性分子表面活性劑，選自聚氧化乙烯-23-十二烷基醚(Brij 35)、辛基葡萄糖苷、十二烷基-β-D-麥芽糖苷、Triton X-100之一種或多種。
本發(fā)明聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法中，所述緩沖液為磷酸緩沖液。
本發(fā)明聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，當(dāng)需要增加電滲流時(shí)，應(yīng)以陰離子表面活性劑為添加劑，陰離子表面活性劑的濃度最好應(yīng)在1×10-5mol/L～1×10-2mol/L之間。當(dāng)需要減小電滲流時(shí)，應(yīng)以中性表面活性劑為添加劑，或者以陽離子表面活性劑為添加劑，中性表面活性劑的濃度最好應(yīng)在0.0005％～10％g/mL之間；陽離子表面活性劑的濃度最好應(yīng)在1×10-9mol/L～2×10-5mol/L之間。當(dāng)需要改變電滲流方向時(shí)，應(yīng)以陽離子表面活性劑為添加劑，其濃度最好應(yīng)在1×10-4mol/L～1×10-1mol/L之間。
本發(fā)明聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法中，予電泳的時(shí)間最好在5分鐘以上。予電泳時(shí)，在微通道兩端入口池內(nèi)分別加入不同濃度的電泳緩沖液，二者的濃度差異最好在5％以上，電泳緩沖液內(nèi)均含有相同濃度的表面活性劑。
本發(fā)明由表面活性劑作為電泳緩沖液中的添加劑，通過表面活性劑與聚合物芯片微通道內(nèi)壁的疏水相互作用、靜電作用等相互作用，來改變微通道內(nèi)壁的電荷分布，從而控制電滲流的大小和方向。
本發(fā)明方法中各種不同種類的表面活性劑添加到運(yùn)行緩沖液中后，對電滲流的影響是不同的。陰離子表面活性劑在低濃度時(shí)對電滲流的影響并不大，只有濃度達(dá)到1×10-4mol/L以上時(shí)才能對電滲產(chǎn)生較大的影響，尤其是使微通道內(nèi)的運(yùn)行緩沖液pH在3.0時(shí)的電滲值有較大的增加，與pH9.0時(shí)的電滲大小相差不多。對于陽離子表面活性劑，隨著表面活性劑濃度的增加，對電滲的影響逐漸加大，濃度在2×10-4mol/L左右時(shí)，電滲逐漸減小至零，隨著濃度的進(jìn)一步增加，電滲流反向達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值。在運(yùn)行緩沖液pH為3.0時(shí)，以中性表面活性劑為添加劑，電滲幾乎一直為零，而在pH為9.0時(shí)，電滲值隨著表面活性劑濃度的增加而不斷減小，當(dāng)濃度達(dá)到5％以上時(shí)，電滲值趨向零，電滲完全被抑制。
本發(fā)明方法提供的控制聚合物微通道內(nèi)電滲流的技術(shù)十分簡便有效。表面活性劑溶解在運(yùn)行緩沖液中，經(jīng)過不少于五分鐘的予電泳，微通道內(nèi)的電滲流的大小和方向即可改變。
圖2為微通道內(nèi)被含有不同SDS濃度的電泳緩沖液予電泳后，微通道內(nèi)的電滲流隨SDS濃度的變化圖3為微通道內(nèi)被含有不同CTAB濃度的電泳緩沖液予電泳后，微通道內(nèi)的電滲流隨CTAB濃度的變化實(shí)施例1以含有1.0×10-3mol/L的SDS、pH范圍在3.0-10.0之間的一系列磷酸緩沖液作為電泳運(yùn)行緩沖液，在PMMA芯片微通道內(nèi)予電泳約5分鐘，然后測定不同pH時(shí)微通道內(nèi)的電滲值，發(fā)現(xiàn)微通道內(nèi)的電滲隨pH的變化不大，基本保持穩(wěn)定的3.5×10-4cm2V-1s-1大小的負(fù)向電滲流。見附

圖1實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1，以5.0×10-4mol/L的CTAB作為添加劑，所得到的電滲流反向，即為正向電滲流，隨著pH的增加，電滲先是降低，在pH7.0以后得到一個(gè)穩(wěn)定的正向電滲流，其值大小約為2.0×10-4cm2V-1s-1。見附圖1。
實(shí)施例3配置一系列SDS濃度范圍在0～1.0×10-3mol/L之間的pH分別為3.0和9.0的磷酸緩沖液，在PMMA芯片的微通道內(nèi)予電泳約5分鐘，分別測定pH3.0和9.0時(shí)SDS濃度的變化對電滲流造成的影響發(fā)現(xiàn)在低pH時(shí)，只有SDS濃度足夠大(≥1.0×10-4mol/L)時(shí)，微通道內(nèi)的電滲流才有較大改變；而在高pH時(shí)，SDS濃度對電滲流的影響不大；在SDS濃度為1.0×10-3mol/L時(shí)，pH3.0和9.0時(shí)電滲值相差不大，大約為3.5×10-4cm2V-1s-1，均為負(fù)向電滲流，見附圖2。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例3，以CTAB作為添加劑，其濃度范圍在0～1.0×10-3mol/L之間，發(fā)現(xiàn)在低pH時(shí)，電滲值有兩個(gè)平臺，在CTAB濃度為2×10-5mol/L時(shí)，電滲值達(dá)到第一個(gè)平臺為零，隨著CTAB濃度增加，電滲流開始反向并達(dá)到一個(gè)新的平臺，約為3.5×10-4cm2V-1s-1；在高pH時(shí)，電滲流隨著CTAB濃度增加逐漸減小至零，然后反向達(dá)到一個(gè)新的平臺，其值與低pH相近。見附圖3。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例3，以Brij 35作為添加劑，其濃度范圍在0-5％之間，發(fā)現(xiàn)在低pH時(shí)，電滲流的變化不大，基本為零；而在高pH時(shí)，電滲流隨Brij 35濃度增加而減小，Brij 35濃度為5％時(shí)電滲值降至零，見附表1。附表1.微通道內(nèi)被含有不Brij 35濃度的電泳緩沖液予電泳后，微通道內(nèi)的電滲流隨Brij 35濃度的變化Table 1.Effect of Brij 35 on electroosmotic mobility[Brij 35] μeofμeof％(g/mL) pH3 pH9×10-4cm2/Vs 10-4cm2/Vs0 0 2.760.005 0 2.540.01 - 2.410.05 - 1.670.1- 1.171 - 0.885 - 0
權(quán)利要求
1.一種聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于在使用前對聚合物芯片進(jìn)行予電泳以改變微通道內(nèi)表面的性質(zhì)，使微通道內(nèi)電滲流的大小或方向改變；予電泳時(shí)將表面活性劑添加在運(yùn)行緩沖液中，表面活性劑包括陰離子表面活性劑，選自癸烷疏酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十四烷基硫酸鈉、聚氧乙烯十二烷醚硫酸鈉、N-月桂酰-N-甲基?；撬徕c、N-十二烷基-L-纈氨酸鈉、膽酸、脫氧膽酸、?；悄懰?、全氟庚酸鉀之一種或多種；陽離子表面活性劑，選自十二烷基三甲基氯化銨、十二甲基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨之一種或多種；兩性離子表面活性劑，選自膽酰胺丙基二甲基氨基丙磺酸、膽酰胺丙基二甲基氨基-2-羥基丙磺酸之一種或多種；中性分子表面活性劑，選自聚氧化乙烯-23-十二烷基醚、辛基葡萄糖苷、十二烷基-β-D-麥芽糖苷、Triton X-100之一種或多種。
2.按照權(quán)利要求1所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于所述緩沖液為磷酸緩沖液。
3.按照權(quán)利要求1或2所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于當(dāng)需要增大電滲流時(shí)，以陰離子表面活性劑為添加劑。
4.按照權(quán)利要求3所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于陰離子表面活性劑的濃度應(yīng)在1×10-5mol/L～1×10-2mol/L之間。
5.按照權(quán)利要求1或2所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于當(dāng)需要減小電滲流時(shí)，以中性表面活性劑為添加劑，或者以陽離子表面活性劑為添加劑。
6.按照權(quán)利要求5所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于以中性表面活性劑為添加劑減小電滲流時(shí)，其濃度應(yīng)在0.0005％～10％g/mL之間。
7.按照權(quán)利要求5所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于以陽離子表面活性劑為添加劑減小電滲流時(shí)，其濃度應(yīng)在1×10-9mol/L～2×10-5mol/L之間。
8.按照權(quán)利要求1或2所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于當(dāng)需要改變電滲流方向時(shí)，以陽離子表面活性劑為添加劑。
9.按照權(quán)利要求8所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于陽離子表面活性劑的濃度應(yīng)在1×10-4mol/L～1×10-1mol/L之間。
10.按照權(quán)利要求1或2所述聚合物芯片微通道內(nèi)表面予處理的方法，其特征在于予電泳的時(shí)間應(yīng)在5～60分鐘之間。
全文摘要
一種聚合物芯片微通道內(nèi)表面預(yù)處理的方法，其特征在于在使用前對聚合物芯片進(jìn)行預(yù)電泳以改變微通道內(nèi)表面的性質(zhì)，使微通道內(nèi)電滲流的大小或方向改變；預(yù)電泳時(shí)將表面活性劑添加在運(yùn)行緩沖液中，表面活性劑包括陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性離子表面活性劑，中性分子表面活性劑。本發(fā)明方法可以根據(jù)芯片毛細(xì)管電泳分離的需要，對芯片微通道內(nèi)表面進(jìn)行預(yù)處理，隨意調(diào)節(jié)聚合物芯片微通道內(nèi)電滲流的大小包括方向。
文檔編號G01N33/543GK1469120SQ0213262
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者王輝, 蓋宏偉, 白吉玲, 林炳承, 王 輝 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所