一种用于电脱耦合芯片电泳的智能电动进样装置，其特征是单片微处理器与ＰＣ机之间通过ＲＳ２３２串口构成双向数据通讯回路；单片微处理器与Ｄ／Ａ数模转换器、运算放大器、隔离式ＤＣ－ＤＣ高压模块、“接地／悬空”转换高压继电器的切换触电依次连接构成电压输出模式智能可控的四路浮地高压；ＤＣ－ＤＣ高压模块输出电压／电流的监测量与单片微处理器之间连接有Ａ／Ｄ模数转换器、总线驱动器；“接地／悬空”转换高压继电器的线圈供电与单片微处理器之间连接有光电耦合、达林顿驱动器和过流保护继电器；看门狗监测电路构成对单片微处理器工作状态的监控和保护。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微流控芯片电泳系统的智能电动进样装置，尤其是涉及用于电脱耦合芯片电泳电化学安培检测系统中的智能电动进样装置，属于分析化学仪器设备
技术介绍
微流控芯片电泳(Mierochip-based CE)经过十多年的发展，使得以此为基础的微全分析系统(μ-TAS)或称芯片实验室(Lab-on-a-chip)已成为当今分析科学的重要发展前沿技术。近年来的研究表明，芯片电泳对DNA、多肽和蛋白质等生物分子所表现出的高效、快速、低耗的分离分析能力，使它成为后基因时代中有希望攻克蛋白质组学研究、代谢物检测和药物筛选等难题的分离分析手段之一。因此，芯片电泳技术仍然是当今分析科学研究的重点和热点之一。芯片电泳技术是将毛细管电泳中所使用的毛细管构建在一个仅有几个或几十个平方厘米的石英、玻璃或塑料等不同材质的基片上，通过在管道网络的终端(贮液池)施加电压实现样品的进样和快速分离分析的电泳技术。在分离原理上，它与常规毛细管电泳相似，但是分离的核心元件由石英毛细管变成了平板玻璃、石英、塑料等芯片，其主体由线(毛细管)变成了面(芯片)，具有了很多常规毛细管电泳所不具有的特征，使得目前微流控芯片系统的研究仍然存在着很多挑战。例如，如何在微米级通道网络内有效驱动与控制微流体，自动实现芯片电泳的进样操作；如何达到所需的灵敏度和相应速度等。在微流控芯片系统所需的功能单元中，进样操作是实现芯片通道内流体驱动与控制的技术，也是满足芯片电泳分离模式、分离过程及分离重现性的重要保证。常规压力驱动流体通过微管道存在严重的局限性，以圆形管道为例，在圆管中流体流动的压降ΔP与圆管半径a的4次方成反比，当直径减小一半时，驱动流体的泵功率需要提高16倍；而且，在微系统条件下，表面张力的影响变得十分明显。因此，在技术意义上，常规流体体积流动的压力驱动方法在微管道中是不可行的。目前，有多种微型机械泵能够以最小的脉动来驱动与芯片匹配的低流量流体，但这些微泵或者机械结构复杂，或者加工难度大，使其与微阀难以集成在芯片上，其效果和灵活性难以令人满意。然而，非机械的基于电渗流(EOF)原理的电驱动在微分析系统中获得了越来越广泛的应用，因为电渗驱动可以实现无阀无机械部件的直接液流驱动，且液体流动无脉动、流量适中、易于集成，这常常是驱动极小管道中流体的最为有效方法。由于芯片电泳是在具有立体结构特征微小芯片上进行的，芯片上的多条微米级分离分析通道要求纳升级甚至皮升级样品规模上的分析，因而具有一些特殊操作要求。例如，为了完成充样、注样与分离等芯片电泳过程中的进样操作，要求流体在多个微通道间的流速、流向可控。要在这样的通道内实现对流体驱动与控制的自动化操作，最方便的途径是通过电渗流调控流体的流速和流向，这显然对作为电渗驱动源的外加电压(电场)及其控制技术提出了很高的要求，因此，能自动调节芯片各贮液池外加电压的电驱动进样装置(一般为四路输出高压)十分必要。在与芯片电泳适配的多种检测技术中，基于表面活性的电化学安培检测是一类非常重要的检测方式。因为其检测信号的灵敏度并不会因微通道几何尺度的减小而降低，且可与先进的微加工、微制作技术匹配，具有构成微型和便携的潜力。目前，在芯片电泳电化学安培检测系统中，由于电驱动进样过程中电泳分离高压与检测电极系统的电耦合作用，存在分离电压对检测电极的干扰，常常会造成电极电位失控，导致检测性能降低甚至失败，并有可能导致电化学检测系统的损坏。为减小分离高压对检测系统的干扰，芯片电泳电化学安培检测仍沿用毛细管电泳电化学检测方法一即柱端检测和离柱检测。柱端安培检测模式是用分离电压和电流的未端与电极系统的对电极接地来降低干扰；但该检测模式存在死体积问题，并且集成化电极一旦钝化后不易清洗或更换。所谓离柱式安培检测，是将整根毛细管被分成分离毛细管和检测毛细管两部分，通过导电接口使分离电压在分离毛细管的末端接地，使电泳电流不通过检测毛细管来减小干扰(Wu，C.C.；.Wu，R.G.；Huang，J.G.；Lin，Y.C.；Chang，H.C.Three-electrode electrochemical detector and platinum film decouplerintegrated with a capillary electrophoresis microchip for amperometricdetection.Anal.Chem.，2003，75947-952.)；该检测模式存在接口和超微电极制作困难、区带增宽效应等问题。最为关键的是，现有芯片电泳电化学安培检测系统中的电动进样装置不能隔离电泳分离高压与检测电极系统的电耦合作用，消除分离电压对检测电极系统的干扰，使得目前芯片电泳电化学安培检测只能采用简单电动进样模式，而无法使用夹流电动进样模式，以防止试样的扩散和泄漏。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种能够用于电脱耦合芯片电泳电化学安培检测系统的智能电动进样装置。该装置不仅能自动实现芯片电泳的电动进样，而且能够隔离分离高压与检测电极系统的电耦合作用(电脱耦合)，消除分离电压对检测电极系统的干扰，以满足芯片电泳柱上或柱端电化学安培检测的进样要求。本专利技术的设计路线由于芯片进样结构的设计大都来源于分离通道和进样通道相互交错所形成的“十字”或“双T”结构。因此，本专利技术所述芯片为四贮液池的“十字”或“双T”等结构形式。根据电渗理论，当芯片通道内充满中性或碱性电解质溶液并对芯片贮液池(S，B，SW，BW)施加电压(VS，VB，VSW，VBW)。在外加电压(电场)作用下，每个通道中电渗流速度vieo和试样电迁移速度vi与贮液池外加电压的关系分别表示为vieo=μeoEi=μeo(Vi-VC)Li---(1)]]>vi=(μeo+μep)Ei=(μeo+μep)(Vi-VC)Li---(2)]]>式中vieo为每个通道电渗流速度，Ei为每个通道外加电场强度，μeo为电解质溶液的电渗淌度，Vi为每个通道外加电压，VC为芯片交叉点处电压(可根据芯片的具体结构有理论和测试求得)，vi为试样电迁移速度，μep为试样的电泳淌度，Li为每个贮液池到交叉点的长度，i为贮液池S，B，SW，BW。需要说明的是，vi、vieof和Ei均为矢量。在玻璃基片上，电渗流方向与电流方向一致，且当pH＞7.0时，μeo一般显著大于μep，在这样的前提下，试样流速近似于电渗流速度。因此，通过调节各贮液池的外加电压(VS，VB，VSW，VBW)可以调控芯片各通道内流体的流速和流向。本专利技术将“电渗驱动原理、芯片电泳电化学检测方法、单片微处理器控制技术和RS232串口通讯、数模转换器(D/A)、运算放大器、隔离式DC-DC高压模块、光电耦合、达林顿驱动器、“接地/悬空”转换高压继电器、模数转换器(A/D)、总线驱动器、四或非门、看门狗监测、过流保护等集成电路”组合在一起，构成四路(独立)0～5000V智能可控的浮地电压输出。每路电极浮地电压的输出模式为“悬空/断开、接通、接地”，电极电压的输出模式和运行时间由作为控制核心的单片微处理器联合上位计算机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于电脱耦合芯片电泳的智能电动进样装置，其特征是单片微处理器与ＰＣ机之间通过ＲＳ２３２串口构成双向数据通讯回路；单片微处理器与Ｄ／Ａ数模转换器、运算放大器、隔离式ＤＣ－ＤＣ高压模块、“接地／悬空”转换高压继电器的切换触电依次连接构成电压输出模式智能可控的四路浮地高压；ＤＣ－ＤＣ高压模块输出电压／电流的监测量与单片微处理器之间连接有Ａ／Ｄ模数转换器、总线驱动器；“接地／悬空”转换高压继电器的线圈供电与单片微处理器之间连接有光电耦合、达林顿驱动器和过流保护继电器；看门狗监测电路构成对单片微处理器工作状态的监控和保护。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李清岭，唐波，公晓聪，刘新，李洪民，陈蓁蓁，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：88
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