專利名稱：彈性空心球負(fù)壓源的微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離裝置的制作方法
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。
對于上述應(yīng)用，準(zhǔn)確控制皮升級的樣品進(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，會導(dǎo)致輸液設(shè)備帶高壓電而影響安全操作。發(fā)明專利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，提供一種操作方便、進(jìn)樣量重現(xiàn)性好、無"歧視效應(yīng)"微流控芯片毛細(xì)管電泳負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置。
在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步降低成本，在專利中(申請?zhí)?00610048906.6)用價(jià)格低廉的微型真空泵、真空瓶和三通電磁閥取代了上述發(fā)明專利中價(jià)格昂貴的柱塞泵和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三通閥，發(fā)明了由微流控芯片、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微流控芯片負(fù)壓進(jìn)樣和分離的裝置，提供了一種操作更方便、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。
但是，至今為止所發(fā)明的壓力進(jìn)樣和負(fù)壓進(jìn)樣的裝置中，均使用注射泵或真空泵等機(jī)械泵來提供壓力或真空度,這些機(jī)械泵和相應(yīng)電氣元器件的體積比微流控芯片的體積大幾個(gè)數(shù)量級.因此，這些進(jìn)樣裝置在微全分析系統(tǒng)中存在體積大和難以便攜化,微型化的問題.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是在專利200510050457.4和200610048906.6基礎(chǔ)上，提供一種不用機(jī)械泵、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、負(fù)壓源、三通電磁閥、接口和單路高壓電源組成。負(fù)壓源為能排出空氣的彈性空心球，三通電磁閥的公共端口是b，三通電磁閥的一端一端(c端口)通過連接管路與負(fù)壓源相接并保持連接處密閉不漏氣，三通電磁閥的另一端(a端口)直接與大氣相通。使三通電磁閥b端和c端連通，彈性空心球中的空氣通過擠壓從三通電磁閥b端口排出后，切換三通電磁閥b端和a端連通，處于一定真空度的空心球通過三通電磁閥的c、 b端口與外界的連接被切斷，空氣無法進(jìn)入具有一定真空度的空心球中，從而使空心球中的負(fù)壓被保持，微流控芯片上有緩沖液儲液池、緩沖液廢液儲液池、樣品儲液池、樣品廢液池，進(jìn)樣通道，分離通道，在分離通道二端連接高壓電源，用連接管道通過接口連接三通電磁閥的b端口與微流控芯片樣品廢液池。
本發(fā)明彈性空心球負(fù)壓源為吸耳球，或任何橡皮制作的空心球。本發(fā)明通過能排出空氣的彈性空心球內(nèi)的負(fù)壓和三通電磁閥控制b端口的連接位置來控制微流控芯片的進(jìn)樣和分離。當(dāng)三通電磁閥b端口和C端口相通時(shí)，處于負(fù)壓的彈性空心球與微流控芯片樣品廢液池相通，樣品池中的樣品在大氣壓的作用下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b端口和a端連通時(shí)，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)能排出空氣的彈性空心球， 一個(gè)三通電磁閥和一個(gè)單路高壓電源。與專利200510050457. 4和申請專利200610048906.6中裝置相比較，本發(fā)明用能排出空氣的彈性空心球產(chǎn)生負(fù)壓，不需要任何機(jī)械泵和附屬電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作方便、成本低廉，是制作便攜、微型微流控芯片毛細(xì)管電泳儀器理想的進(jìn)樣和分離裝置。


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圖
圖中l(wèi)一微流控芯片，2 —彈性空心球，3—三通電磁閥及a、 b、 c三個(gè)端口，4一接口，5一單路高壓電源，6—進(jìn)樣通道，7—樣品廢液儲液池中的溶液，8—樣品廢液儲液池中液面上方的空氣，9-樣品廢液儲液池SW， 10-密封膠管，11-聯(lián)接管道。
具體實(shí)施方式
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，吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2與三通電磁閥3的c端口相接,三通電磁閥3的a端口直接與大氣相通。使三通電磁閥b端和c端連通，用手?jǐn)D壓吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2將其中的空氣通過三通電磁閥b端口排出后，切換三通電磁閥b端和a端連通， 三通電磁閥3的c端口與b端口的連接被切斷，空氣無法進(jìn)入密封的吸耳球(或任何橡皮制作 的空心球)2中，從而使吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2中保持一定的真空度。
在微流控芯片上的樣品儲液池S中加入樣品溶液，在其他儲液池B、 SW、 BW加入不同體 積的電泳緩沖液，保持分離通道兩端儲液池B和BW的液面高度相同，使樣品儲液池S中液 面的高度小于分離通道兩端儲液池B和BW的液面高度，樣品廢液儲液池SW中的液面高度小 于儲液池S中液面的高度。將聯(lián)接管道ll一端與三通電磁閥3的b端口連接，另一端插入 密封膠管后再插入廢液儲液池SW上部作為接口。接口示意圖見圖2，其中6為進(jìn)樣通道，7 為樣品廢液儲液池中的溶液，8是樣品廢液儲液池中液面上方的空氣，9是樣品廢液儲液池 SW， IO是密封膠管，ll是聯(lián)接管道。插入的密封膠管始終保持不與SW儲液池內(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。 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，使三通電 磁閥b端和c端連通，吸耳球(或任何橡皮制作的空心球)2經(jīng)接口 4與微流控芯片樣品廢液 池9連通，使樣品廢液池中形成負(fù)壓，微流控芯片上其他儲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，切換三通電磁閥b端和a端連通。由于三通電磁閥3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、接口和單路高壓電源組成，其特征是負(fù)壓源為能排出空氣的彈性空心球，三通電磁閥的公共端口是b，三通電磁閥的一端c端口通過連接管路與彈性空心球負(fù)壓源相接并保持連接處密閉不漏氣，三通電磁閥a端口直接與大氣相通，使三通電磁閥b端口和c端口連通，彈性空心球中的空氣通過擠壓從三通電磁閥b端口排出后，切換三通電磁閥b端口和a端口連通，處于一定真空度的空心球通過三通電磁閥的c端口和b端口與外界的連接被切斷，空氣無法進(jìn)入具有一定真空度的空心球中，從而使空心球中的負(fù)壓被保持，微流控芯片上有緩沖液儲液池、緩沖液廢液儲液池、樣品儲液池、樣品廢液池，進(jìn)樣通道，分離通道，在分離通道二端連接高壓電源，用連接管道通過接口連接三通電磁閥的b端口與微流控芯片樣品廢液池。
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，其特征是彈性空心球負(fù)壓源 為吸耳球或橡皮彈性材料制作的空心球。
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，其特征是通過彈性空心球 內(nèi)的負(fù)壓和三通電磁閥控制b端口的連接位置控制微流控芯片的進(jìn)樣和分離當(dāng)三通 電磁閥b端口和c端口相通時(shí)，處于負(fù)壓的彈性空心球與微流控芯片樣品廢液池相通， 樣品池中的樣品在大氣壓的作用下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b端口和a端連通時(shí)，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，使微流控芯片交叉處形成皮克級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。
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、接口和單路高壓電源組成，其特征是負(fù)壓源為能排出空氣的彈性空心球，三通電磁閥c端口與彈性空心球相連接并保持連接處不漏氣，三通電磁閥a端口直接與大氣相通，三通電磁閥的公共端口b端口通過連接管道與接口相通。本發(fā)明用彈性空心球負(fù)壓源，不需要任何機(jī)械泵和附屬電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作方便、成本低廉，是制作便攜、微型微流控芯片毛細(xì)管電泳儀器理想的進(jìn)樣和分離的裝置。
文檔編號G01N27/453GK101493434SQ20091009620
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者殷學(xué)鋒 申請人:浙江大學(xué)