集成微泵阀的微流控芯片负压力夹流进样方法及专用芯片

摘要

本发明提供了一种基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法及其专用芯片；进样方法步骤为：将所需缓冲液试剂放入缓冲液储液池、缓冲液废液池和样品废液池中，需要检测的样品放入样品池中；通过泵阀实行进样步骤：由4个阀组成的两组泵通过程序控制运行，由PDMS薄膜的弹性形变产生负压力，在负压的作用下，样品池、缓冲液储液池、缓冲液废液池中的液体流向样品废液池，形成夹流的样品区带；在缓冲液储液池和缓冲液废液池之间施加电压，进行电泳分离和检测。本发明具有进样时间短且无样品歧视效应、重现性好、易于操作、集成化等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及化学与物理科学，具体涉及芯片电泳技术，芯片上的泵阀集成技术，特别提供了集成微泵阀的微流控芯片负压力夹流进样方法及专用芯片。

背景技术

随着微分离分析技术的迅速发展，微流控技术作为一个重要的技术在最近十几年中得到了人们的广大关注，它的主要特点是各种功能单元的灵活组合和规模集成。而样品进样技术作为微流控芯片分离分析中一个最重要的技术手段，也得到了科研工作者们的广泛研究。

微流控芯片技术是当前仪器分析的研究热点，该技术主要以分析化学和生物化学为基础，应用于化学分析、药物筛选、免疫分析、疾病诊断、细胞分析等众多领域，而进样技术作为微流控芯片平台中的一个关键性技术，受到了本领域研究人员的大量关注。

在现有研究中，根据进样方法的不同又分为简单进样法，T通道进样，双T通道进样，夹流进样等，而根据驱动力的不同进样技术分为电动进样和压力进样等。

1、采用十字通道进样是芯片毛细管电泳中最为常用的方法，通过电压在试样通道和分离通道之间的切换可以实现进样操作。其操作原理是首先在样品池和样品废液池之间施加电压，在电渗流的作用下样品充满进样通道，然后在分离通道中加电压实行分离检测。

2、为了增大进样量，可以把十字形通道改为双T通道，但这两种方法都具有对样品的电歧视效应，必须需要足够的时间等到迁移速率最小的组分也到达十字交叉进样口处才能代表真实的样品组成。

3、电动夹流进样是使样品废液池接地，然后其余三个液池分别施加高电压，在电场力的作用下液流会从三个液池流向样品废液池，从而使得样品区带形成夹流，然后在分离通道中施加电压，实现样品的分离和检测，这种方法具有分离效率高，无样品泄漏等优点。

上述的方法都存在着样品的电歧视效应，因此运用压力来代替电动力进样的方法越来越受到研究人员的关注和重视，压力进样方法包括静压力进样、重力进样、外接泵阀实现压力进样等方法。当驱动力是压力时，也可以实现压力作用下的夹流进样。

人们期望获得一种易于集成的，能够快速进样且没有样品电歧视效应，重现性高等特点的微流控芯片上的进样方法及其相应的设备。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法及其专用芯片，该芯片具有进样过程没有样品电歧视效应，重现性高，且工作单元具有集成化优势。

本发明提供了一种基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法，具体步骤为：

将所需缓冲液试剂放入缓冲液储液池、缓冲液废液池和样品废液池中，需要检测的样品放入样品池中；

通过泵阀实行进样步骤：由4个阀组成的两组泵通过程序控制运行，由PDMS薄膜的弹性形变产生负压力，在负压的作用下，样品池、缓冲液储液池、缓冲液废液池中的液体流向样品废液池，形成夹流的样品区带；

在缓冲液储液池和缓冲液废液池之间施加电压，进行电泳分离和检测。

本发明提供的基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法，所述微流控芯片中的不同的分离单元中所使用的缓冲液通常是同一种能适合分离条件所需的缓冲液；电泳过程常用一些缓冲液作为运行溶液，例如磷酸缓冲液、硼砂缓冲液和醋酸缓冲液等。

本发明提供的基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法，所述在阀5，6开启形成夹流的样品区带的时候，在缓冲液储液池和缓冲液废液池之间施加，场强范围为300～800伏/厘米。

本发明提供的基于集成微泵阀的微流控芯片的负压力夹流进样方法，采用点聚焦式的激光诱导荧光检测器进行检测时，需要检测的样品化合物的浓度为10^-6～10^-7摩尔/升。

本发明还提供了一种用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，该微流控芯片为玻璃-PDMS-玻璃杂交的芯片，由上层、下层和中间层三部分封接而成，上下两层为玻璃材质，上层含有微流体通道，中间层为254um的PDMS薄膜，下层含有气路通道。

本发明还提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，该微流控芯片外部连接有程序可控的电磁阀，在预先编好的程序的控制下，可以切换气路中的压力，PDMS在压力的作用下发生形变，实现阀的开启关闭功能，三个这种结构的阀在一定的操作顺序下实现液体运输即泵的功能。

本发明提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，所述上层液路层由样品池、缓冲液储液池、缓冲液废液池、样品废液池、微阀、分离通道组成；芯片中微阀的数目为3～10个。

本发明提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，所述分离通道的深度或宽度为10-100um。

本发明提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，所述下层气路层由阀座、气路通道和气路出口组成。

本发明提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，所述气路通道的宽度或深度为50-250um，真空度为40-80KPa，压力为10-100KPa。

本发明提供的用于负压力夹流进样方法的集成微泵阀的微流控芯片，所述上层微流体通道芯片和下层气路通道芯片中间可逆封接PDMS薄膜，在实验前先测试保证全部阀能正常工作。

本发明创造性地设计了用于微集成泵阀的负压力夹流进样的微流控芯片，可实现无样品歧视的高效快速进样。整个过程在一分钟内完成，样品消耗在微升级。本发明与传统方法相比，具有进样时间短且无样品歧视效应、重现性好高、易于操作、集成化等优势。

本发明可在一块几平方厘米的塑料、玻璃和PDMS杂交芯片上，在短时间内完成样品的分离分析。相对于现有技术而言，本发明具有进样时间短且无歧视效应、集成化、易于控制操作和样品用量少等特点。

附图说明

图1本发明的集成微泵阀的负压力夹流进样微流控芯片结构图；

图2该芯片的上层液路芯片结构图，其中：1样品池，2缓冲液储液池，3缓冲液废液池，4样品废液池，5、6、7、8微阀，9分离通道；

图3该芯片的下层气路芯片结构图，其中：10、11、12、13阀座，14、15、16、17气路通道，18、19、20、21气路出口；

图4以荧光素钠为样品实时荧光谱图；

图5该芯片对荧光素钠样品连续进样25次谱图；

图6该芯片上分离丝氨酸和甘氨酸谱图。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1：微流控芯片的制作

微流控芯片(如图1)是在上层刻蚀有微流体通道的液路层、下层刻蚀有气路通道的气路层和中间夹有254um的PDMS薄膜可逆封接而成。液路通道深度和宽度分别为20um和80um，气路通道深度和宽度分别为80um和200um，为保证封接牢固，需保持芯片洁净，需在10000洁净度的超净间于显微镜下进行对准封接，并确保阀的正常工作。在气路通道口处连接外围气路，通过预先设置程序控制电磁阀的开关实现气路通道内正负压力的切换，三个阀门在一定顺序的运动下可以实现泵的功能。

实施例2：以荧光素钠为对象的芯片集成微泵阀的负压力进样研究

在实施例1所述的微流控芯片的样品液池中加入荧光素钠溶液1×10^-6M，其余液池加入PH＝9.2的硼砂缓冲溶液，控制微阀的运动，产生负向的压力，在压力的作用下，样品池、缓冲液池、样品废液池中的液体被吸入阀中，并产生夹流样品区带后分离检测，如图4所示。在得到稳定流型后，在分离通道施加500伏/厘米电压，使其分离检测。本方法可以实现快速连续样品进样分析，25秒内完成一次分析操作，结果如图5所示。

实施例3：

针对氨基酸的分析检测。本实施例实施过程与实施例2基本一致，区别在于所分析对象为氨基酸样品。本实施例所采用的氨基酸为丝氨酸(Serine)和甘氨酸(Glycine)，首先用FITC进行标记，氨基酸和FITC的摩尔比为10∶1，氨基酸过量，用上述方法进行分析，两种氨基酸可基线分离，如图6所示。整个分析过程消除了样品电歧视进样的缺点，自动高效等优势。