一种新型大通道电泳微芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种新型大通道电泳微芯片，以PDMS为材质，芯片中设置有直径为0.8～1.2mm、总长为8～30cm的分离通道，分离通道两端固定缓冲槽，分离通道内固定有内制冷毛细管，所述内制冷毛细管两端以中空纤维膜固定，在距离分离通道一端0.5～2cm处设置有与分离通道垂直的进样通道，在距离所述进样通道6～20cm处设置有转移通道，所述转移通道垂直于分离通道，材质为PDMS或石英毛细管。芯片总长度为8～30cm，宽度为2～9cm，芯片厚度为0.2～0.7cm。本发明专利技术以WBE技术为基础，通过微流控芯片的手段，开发了分离通道尺寸在毫米级的新型大通道电泳芯片。首次在微流控芯片电泳系统中引入内制冷模块，从而将载样量提高至与WBE相当的水平，同时解决了焦耳热效应过大的问题，并实现了大通道与转移通道的零死体积连接，可全部通过电压控制完成样品的一维分析，二维转移的全过程。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种新型大通道电泳微芯片，以PDMS为材质，芯片中设置有直径为0.8～1.2mm、总长为8～30cm的分离通道，分离通道两端固定缓冲槽，分离通道内固定有内制冷毛细管，所述内制冷毛细管两端以中空纤维膜固定，在距离分离通道一端0.5～2cm处设置有与分离通道垂直的进样通道，在距离所述进样通道6～20cm处设置有转移通道，所述转移通道垂直于分离通道，材质为PDMS或石英毛细管。芯片总长度为8～30cm，宽度为2～9cm，芯片厚度为0.2～0.7cm。本专利技术以WBE技术为基础，通过微流控芯片的手段，开发了分离通道尺寸在毫米级的新型大通道电泳芯片。首次在微流控芯片电泳系统中引入内制冷模块，从而将载样量提高至与WBE相当的水平，同时解决了焦耳热效应过大的问题，并实现了大通道与转移通道的零死体积连接，可全部通过电压控制完成样品的一维分析，二维转移的全过程。【专利说明】一种新型大通道电泳微芯片
本专利技术属于微流控芯片电泳分析
，具体涉及一种电泳微芯片。
技术介绍
芯片实验室(Lab-on-a-chip)或称微全分析系统(MiniaturizedTotal AnalysisSystem, μ -TAS)是由Manz与Widmer在1990年首次提出的概念，并在此后的20余年中得到了不断的创新和发展。通常微芯片电泳技术的核心是在50-100 μ m宽和10-20μπι深的通道内进行高速的毛细管电泳分离，具有分析速度快、效率高、成本低、易于实现自动化和高通量化的优势，是当今分析化学领域的研究热点。随着当今生物技术的研究逐步深入，常规的一维分析很难满足复杂样品对方法的峰容量的要求，因此芯片电泳一直在朝着多维联用的方向发展，以期获得更好的分析效果，同时兼顾快速、便捷的优势。但是由于传统的毛细管微流控芯片电泳的分离管道的内径过小，导致其载样量较低，这就限制了其在多维分析方面的应用，使得微流控芯片的灵活性和易于实现自动化分析等优势不能得到足够的彰显。 焦耳热是限制芯片电泳分析载样量的关键因素。电泳过程中，通道内的缓冲液在电场作用下产生电流，从而不可避免的出现焦耳热蓄积，这就决定了不能简单地通过扩大通道内径来提高载样量。虽然一些实验结果表明，芯片通道内可承受的电场强度可达传统CE的5-10倍之高，但这都是以短通道、快速分离来实现的，缩短了焦耳热蓄积时间，并不能从根本上解决热量消除的问题。 大管电泳(WBE技术)可以从根本上解决上述问题，大幅提高电泳分析的载样量。本课题组的郭玉高使用类似于列管换热器的思路，将内制冷方法应用在了电泳分离中，从而成功实现了电泳分析载样量由nL到μ L级的变化。李优鑫对WBE技术的结构进行了改进，通过中空纤维膜进行制冷管的固定，使其被位置保持在通道中心，从而保证散热效果的均一性和稳定性，极大地提高了 WBE技术的分离效率，并开发了 WBE在线酶反应及收集系统、WBE-HPLC联用系统等，使WBE的理论不断完善，是大通道电泳微流控芯片设计的理论依据和实验基础。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种新型大通道电泳微芯片，克服现有技术中毛细管微流控芯片载样量低的问题。 本专利技术的技术方案是: 一种新型大通道电泳微芯片，以PDMS为材质，芯片中设置有直径为0.8?1.2mm、总长为8?30cm的分离通道，分离通道两端固定缓冲槽，分离通道内固定有内制冷毛细管，所述内制冷毛细管外径为400-700μπι，两端以中空纤维膜固定。在距离分离通道一端 0.5?2cm处设置有与分离通道垂直的进样通道，在距离所述进样通道6?20cm处设置有转移通道。所述转移通道垂直于分离通道，材质为PDMS或石英毛细管，另一端为缓冲液槽。芯片总长度为8?30cm，宽度为2?15cm，芯片厚度为0.2?0.7cm。 大通道芯片电泳缓冲液中需添加0.3%?1% HEC或HPMC等添加剂以增加粘度，一般选择添加0.6%的HEC。施加分离电压前，预先逆向通入内制冷水使体系温度达到平衡，冷却水温度一般控制在10°C左右，流速3-15mL/min，根据实际室温环境进行调节。在三个缓冲液槽内分别插入电极，并依据样品性质施加不同的电势，样品即受到电场力驱动，在不同通道内实现分离以及转移，并通过检测器收集信号。 其中分离通道直径最好为1mm，内制冷管外径最好为690 μ m。 所述转移通道为多个平行设置。 本专利技术的有益效果是:本专利技术以WBE技术为基础，通过微流控芯片的手段，开发了分离通道尺寸在毫米级的新型大通道电泳芯片。首次在微流控芯片电泳系统中弓I入内制冷模块，从而将载样量提高至与WBE相当的水平，电泳过程中通过逆向通入内制冷水的方式，可以将焦耳热即时原位地消除，解决了焦耳热效应过大的问题，并实现了大通道与转移通道的零死体积连接，可全部通过电压控制完成样品的一维分析，二维转移的全部过程。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术新型大通道电泳微芯片结构示意图； 图2为大通道电泳微芯片进样量-峰宽关系图； 图3为电场强度-电流曲线； 图4为以毛细管为二维通道的全组分转移； 图5为相异缓冲体系下的解离抑制转移； 图6为电进样结果图(三次重复)； 图7为相近缓冲体系下的全组分转移(259nm检测)。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术进行详细说明。 本专利技术的新型大通道电泳微芯片以PDMS为材质，采用模具成型法获得。该大通道微芯片分离通道直径为0.8?1.2mm，可以实现大量样品的分离分析，载样量高达SOOnl。大通道芯片分离通道总长为8?30cm，通道两端固定缓冲槽，在距离一端0.5?2cm处设计与主分离通道垂直的进样通道，供“十字交叉电进样”或“压力进样”使用。将烧去涂层的石英毛细管固定于芯片主分离通道内部，作为内制冷毛细管，两端以中空纤维膜固定，以保证其位置在分离通道轴心。在与样品运行相反的方向流入冷却水，冷却水流入温度控制在10°C，可保证运行缓冲液内部在场强达到300V/cm时U-1关系不偏离欧姆定律，为样品的高效分离提供基础。芯片总长度为8?30cm，宽度为2?15cm，芯片厚度为0.2?0.7cm。上述大通道芯片的通道直径最好为1_，内制冷管外径最好为690 μ m。转移毛细管一端与分离通道相连，另一端连接缓冲液槽。转移通道可选取PDMS和石英毛细管两种材质，为满足一维大通道实现一定程度的样品分离，其位置设计于距离进样位置6?20cm的任意位置，并垂直于一维分离通道。可按需要设计任意多个平行转移通道，当使用石英毛细管材质时，转移毛细管位置及接口在芯片制作时即确定，可灵活插拔，可根据不同分离需要随时更换毛细管。如图1所示，B与BW间为分离通道，直径为Imm ；A为进样位点；A与S间、A与SW间均为进样通道，错开距离约为1mm，S与SW距离为1.1cm ;C与D间为转移通道(六组平行)，且可根据需要插入转移毛细管。当选择CD为转移通道或以C点为检测点时，A与C间距离为分析有效长度与BW间距离为分析总长。CE、CD等六个平行通道均为PDMS材质的转移通道，CE、CD间距离均为二维分析总长，其有效长度依每次实验所选择的转移位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型大通道电泳微芯片，其特征在于，所述大通道电泳微芯片以PDMS为材质，芯片中设置有直径为0.8～1.2mm、总长为8～30cm的分离通道，分离通道两端固定缓冲槽，分离通道内固定有内制冷毛细管，所述内制冷毛细管两端以中空纤维膜固定，在距离分离通道一端0.5～2cm处设置有与分离通道垂直的进样通道，在距离所述进样通道6～20cm处设置有转移通道，所述转移通道垂直于分离通道，材质为PDMS或石英毛细管，另一端为缓冲液槽；芯片总长度为8～30cm，宽度为2～15cm，芯片厚度为0.2～0.7cm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李优鑫，包建民，赵璐萌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12