本发明专利技术是一种用于光学检测的毛细管电泳芯片，以及具有该电泳芯片的电泳装置。芯片由两片基板组合而成，基板材料是光学透明的高聚物。在基板Ａ上制作有电泳分离微结构和光学微结构。光学微结构是制作于电泳分离通道侧面的反射面，可将检测光束反射向分离通道，从分离通道的侧面入射，激发样品的荧光。在垂直于基板表面，即与检测光束垂直的方向检测荧光，减少了激发光的干扰。另一片基板Ｂ作为盖板覆盖在基板Ａ上。电泳装置包含电泳芯片、高压模块、光源模块、激发光学模块、收集光学模块、滤光片、光电检测器、数据接收模块、处理和控制模块。本发明专利技术通过在芯片上制作光学微结构，结合电泳装置可用于高灵敏度的光学检测。芯片上的光学微结构和分离微结构可以在同一个制作步骤中完成，便于简化工艺、降低成本、批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电泳系统的微型化，特别是一种光学检测的电泳芯片及其电泳装置。
技术介绍
毛细管电泳是一种重要的分离检测技术。毛细管电泳结合筛分介质对于生物大 分子，如DNA和蛋白质具有良好的分离能力，这是现代生命科学研究的重要基础之一。 伴随着生命科学等领域的不断发展，对于毛细管电泳的应用需求也不断增加。其应用范 围正从单纯的学术研究领域向着更多的实用领域扩展。相应的，对于毛细管电泳系统的 要求也从通用型、研究型向着常规化或临床化、小型化或微型化以及专用细化等方向扩 展。毛细管电泳芯片(或称为微流控芯片)正是契合这一趋势的一个新兴发展方向。在 尺度为几个厘米的芯片基板上制作出宽度为微米量级的分离微通道，在微通道内进行电 泳分离，不仅使样品和试剂的消耗减少到微升乃至纳升的量级，更给毛细管电泳的分离 效率带来一次重大飞跃，分离时间可从几十分钟缩短到几分钟，甚至以秒为单位。毛细 管电泳芯片还具有组成集成化“芯片实验室”的潜力。目前，制作电泳芯片的材料一 般有硅、普通玻璃、优质石英以及有机高聚物等。其中，采用有机高聚物材料可以通过 注塑、印模和浇铸等方式制作芯片，特别适合于批量生产。对于推动毛细管电泳的大规 模、低成本应用，有着独特的优势。在毛细管电泳的各种检测技术中，诱导荧光检测是灵敏度最高的方式之一，特 别适合生物大分子的检测。共焦诱导荧光检测系统可以很容易地从传统毛细管电泳系统 移植到电泳芯片的检测上，而不会降低检测效率，例如图1所示。但是，因为需要传导 激发光和收集检测荧光，其光学系统相对复杂，不利于系统的小型化和低成本。有报道 (如中国专利公开号CN101013083A，公开号CN1963488A)采用光纤来简化光路。激 发光通过光纤传导，从分离通道的侧面照射，在90°方向检测荧光，有利于减小激发光 干扰。但是，在芯片上结合光纤提高了制作过程的复杂性和难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学检测的电泳芯片及其电泳装置，该芯片及其装置 可以用于高灵敏度诱导荧光检测，却避免了传统诱导荧光检测的较复杂的光学系统，有 利于减小电泳装置的体积和重量。其中的电泳芯片有助于简化生产工艺，可以适合于批 量生产。本专利技术对于毛细管电泳的大规模、低成本应用有着广阔前景。本专利技术提出的电泳芯片由两片基板A和B组合而成。基板A上制作有微结构， 用于电泳分离和光学检测。用于电泳分离的微结构与一般的电泳芯片一样，包括分离通 道和与之交叉(包括十字交叉结构或双T结构等)的进样通道。分离通道的两端以及进 样通道的两端都制作有小池，分别用作缓冲液池、缓冲废液池、样品池和样品废液池。 小池的位置也是制作分离和进样电极的位置。通过对电极上的电压的控制，实现电场驱动的进样和分离过程。为实现上述专利技术目的，本专利技术是这样实现的。—种光学检测的电泳芯片，由两片基板A、B组合而成；其中，基板A上制作 有用于电泳分离和光学检测的微结构，它包括分离通道和与之交叉的进样通道；所述的 分离通道的两端以及进样通道的两端都制作有小池，分别用作缓冲液池、缓冲废液池、 样品池和样品废液池，小池的位置也是制作分离和进样电极的位置，通过对电极上的电 压的控制，实现电场驱动的进样和分离过程；其特征在于所述的基板A、B材料为有 机高聚物，并且具有一定的机械性能和较好的光学透过性，以便进行光学检测；所述的 具有微结构的基板A上具有一反射面，反射面位于分离通道检测位置的侧面，可使激发 光束在反射面上发生全反射，或者通过在反射面上镀膜形成反射；经过反射面的反射， 激发光束从分离通道的侧面入射，激发样品的荧光。所述的光学检测的电泳芯片，其特征在于所述的分离通道与进样通道之间的 交叉结构包括十字交叉结构或双T结构。一种光学检测的电泳装置，其特征在于它包括高压模块、光源、激发光学系 统、收集光学系统、滤光片、光电检测器、数据接收模块、处理和控制模块以及如上所 述地电泳芯片；所述的高压模块为进样和分离过程提供电场驱动；所述的光源为小型 的单色或接近单色的光；所述的激发光经过激发光学系统，被准直或会聚，以面向电泳 芯片的方向入射；所述的激发光束在电泳芯片的光学微结构上发生反射，从电泳芯片的 分离通道的侧面入射，激发荧光；在面向电泳芯片的方向用收集光学系统收集并会聚荧 光，由光电检测器转换为电信号，数据接收模块接收电信号并转换为易于传输存储的数 字信号；处理和控制模块负责数据的传输、处理、存储、显示功能，以及装置中模块的 工作控制。附图说明图1是传统共焦荧光系统的光路示意图。其中，1-光电检测器；2-针孔；3-会 聚透镜；4-滤光片；5-分束器；6-聚焦透镜；7-电泳芯片；8-准直透镜；9-激发光 源。图2是本专利技术电泳芯片一种具体方案的俯视图。其中，10-基板A ； 11-样品废 液池；12-进样通道；13-分离通道；14-检测位置；15-缓冲废液池；16-反射面(宽 度较小)；17-样品池；18-缓冲液池。图3是本专利技术电泳芯片一种具体方案的俯视图。其中，19-反射面(宽度较 大)。图4.是本专利技术电泳芯片一种具体方案的截面图。其中，20-盖板B; 21-荧光； 22-激发光束；23-经由反射面反射的激发光束。图5是本专利技术电泳芯片一种具体方案的截面图。图6是本专利技术电泳芯片一种具体方案的截面图。图7是本专利技术具有电泳芯片的电泳装置构成示意图。其中，24-高压模块； 25-光源；26-激发光学系统；27-电泳芯片；28-收集光学系统；29-滤光片；30-光电 检测器；31-数据接收模块；32-处理和控制模块。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。采用有机高聚物作为电泳芯片的基板材料，要求材料有一定的机械性能和化学 惰性。为了满足光学检测的需要，材料在可见(以及近红外)波段应有较好的光学透 过性。常见的符合以上要求的材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷 (PDMS)。可以通过注塑、印模和浇铸等方式制作电泳芯片。电泳芯片上的分离微结构与一般的电泳芯片一样，如图2和图3的俯视图。分 离微结构主要包括分离通道13和与之交叉(包括十字交叉结构或双T结构等，图2和图 3中所示均为十字交叉结构)的进样通道12。分离通道13的两端以及进样通道12的两 端都制作有小池，分别用作缓冲液池18、缓冲废液池15、样品池17和样品废液池11。 小池11、15、17和18的位置也是制作分离和进样电极的位置。用于光学检测的微结构 是一条位于分离通道13的侧面，对着检测位置14，垂直于分离通道13的凹槽(见图2的 16，或图3的19)。其截面如图4所示，图中细斜线填充的部分是有机高聚物材料，白色 部分则是在基板A上制作出的微结构。凹槽靠近分离通道13的端面做成一个平面，该平 面与基板表面成一个合理的角度，例如45°。激发光束以面向于芯片表面的方向入射， 当平面16(19)的角度是45°时，推荐激发光束以垂直方向入射，如图4中的激发光束22 所示。激发光束进入到基板材料后，在平面16(19)处，平面两侧的介质分别是有机高聚 物和空气，光束22从折射率较高的高聚物材料射向折射率较低的空气。按照全反射条 件，以45°射向平面时，高聚物材料的折射率大于1.41即发生全反射。PMMA和PDMS 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学检测的电泳芯片，由两片基板Ａ、Ｂ组合而成；其中，基板Ａ上制作有用于电泳分离和光学检测的微结构，它包括分离通道和与之交叉的进样通道；所述的分离通道的两端以及进样通道的两端都制作有小池，分别用作缓冲液池、缓冲废液池、样品池和样品废液池，小池的位置也是制作分离和进样电极的位置，通过对电极上的电压的控制，实现电场驱动的进样和分离过程；其特征在于：所述的基板Ａ、Ｂ材料为有机高聚物，并且具有一定的机械性能和较好的光学透过性，以便进行光学检测；所述的具有微结构的基板Ａ上具有一反射面，反射面位于分离通道检测位置的侧面，可使激发光束在反射面上发生全反射，或者通过在反射面上镀膜形成反射；经过反射面的反射，激发光束从分离通道的侧面入射，激发样品的荧光。
【技术特征摘要】
1.一种光学检测的电泳芯片，由两片基板A、B组合而成；其中，基板A上制作有 用于电泳分离和光学检测的微结构，它包括分离通道和与之交叉的进样通道；所述的分 离通道的两端以及进样通道的两端都制作有小池，分别用作缓冲液池、缓冲废液池、样 品池和样品废液池，小池的位置也是制作分离和进样电极的位置，通过对电极上的电压 的控制，实现电场驱动的进样和分离过程；其特征在于所述的基板A、B材料为有机 高聚物，并且具有一定的机械性能和较好的光学透过性，以便进行光学检测；所述的具 有微结构的基板A上具有一反射面，反射面位于分离通道检测位置的侧面，可使激发光 束在反射面上发生全反射，或者通过在反射面上镀膜形成反射；经过反射面的反射，激 发光束从分离通道的侧面入射，激发样品的荧光。2.根据权利要求1所述的光学检测的电泳芯片，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪一，程抒一，窦晓鸣，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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