一種微流控芯片的制作方法
【專利說明】
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技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片。
(二)
【背景技術】
[0002]環(huán)境和生物樣品中的元素形態(tài)信息有助于人們了解它的毒性、迀移性和生物可利用性。原子光譜分析技術，特別是等離子體質(zhì)譜技術，是目前痕量元素總量分析的強有力工具，但難以對環(huán)境、生物和食品等復雜基體中痕量元素的存在形態(tài)及其含量進行分析。色譜分析模式種類多樣，適用范圍廣，是分析復雜基體中痕量元素的不同形態(tài)物種的高效手段，特別是毛細管電泳技術，具有分離效率高、速度快和樣品消耗小等優(yōu)點。毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術結(jié)合兩者的優(yōu)點，即毛細管電泳的高分離效率與等離子體質(zhì)譜的高靈敏度與高元素選擇性，是一種具有很大潛力的形態(tài)分析技術。微流控分析芯片具有分析效率高、試樣消耗少、易于微型化和便攜化等特點，是當前化學和生物的研究熱點。毛細管電泳和等離子體質(zhì)譜聯(lián)用接口中的連接管路和接頭可以方便地集成在芯片上，節(jié)約了制作這些管路和接頭的時間和成本，并且降低了它們的連接部位的死體積，也簡化聯(lián)用裝置。
[0003]但是，毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用必先設計一個有效的接口，這個接口必須兼容兩者的流量，保證電泳分離與等離子體質(zhì)譜測定互不干擾，同時還要使電泳流出物高效傳輸?shù)降入x子體質(zhì)譜。設計這樣的接口，需要解決的一個問題是如何降低等離子體質(zhì)譜儀所使用的氣動霧化器產(chǎn)生的自吸效應。霧化器的自吸效應會在分離毛細管中產(chǎn)生層流，干擾不同物種的電泳分離甚至導致分離失敗。為了最大程度的降低自吸效應，一種簡單有效的方法是引入補充液流。但是，由于氣動霧化器的自吸流量受霧化氣流量、樣品溶液粘度和液體被垂直提升的距離等因素的影響，很難通過補充液流來完全匹配霧化器的自吸流量，兩者間的微小差異將會對分離毛細管內(nèi)的電泳過程不利。另一種方法是使用交叉流霧化器來減小自吸效應，此情況下，霧化氣出口方向與樣品溶液管路是垂直的，霧化器的自吸流量大大降低，因而自吸效應也大為減輕。然而，交叉流霧化器的霧化效率不高，只有 10%。最近，Yang, G.，Xu, X.,Wang, W.，et al., A new interface used to couplecapillary electrophoresis with inductively coupled plasma mass spectrometry forspeciat1n analysis[J], Electrophoresis, 2008，29(13):2862-2868 中公開了一個毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用的新接口，它完全消除了霧化器自吸造成的分離毛細管內(nèi)的層流現(xiàn)象。分離毛細管內(nèi)的電泳流出物被離線收集，再由蠕動栗轉(zhuǎn)移到三通接頭，接著被另一蠕動栗輸送的補充液流傳輸?shù)届F化器并最終被等離子體質(zhì)譜檢測。當?shù)谝粋€電泳流出物轉(zhuǎn)移到三通接頭后，第一個蠕動栗停止運行，直至第二個電泳流出物收集完畢。由于分離毛細管和霧化器被第一個蠕動栗隔離開，當它停止運行時，完全消除了霧化器的自吸效應對電泳分離的影響。但是該聯(lián)用接口僅適用于迀移時間差異大于20s的物種，否則兩種分析物的電泳峰會發(fā)生重疊。
[0004]除了自吸效應，毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個問題是接口的靈敏度。等離子體質(zhì)譜所用的常規(guī)霧化器的進樣流量一般為0.5-2mL/min，采用微量霧化器的進樣流量一般為5-100 μ L/min，這都遠遠超過毛細管電泳的流速(亞μ L/min水平)，因此絕大部分的接口使用大流量的鞘流液來平衡兩者的流量差。然后在分離毛細管后引入鞘流液會大量稀釋分析物的濃度，使聯(lián)用接口的靈敏度顯著下降。另一方面，毛細管電泳的進樣量一般為數(shù)納升至數(shù)十納升，而等離子體質(zhì)譜又是一個質(zhì)量型檢測器(即靈敏度與進樣量相關)，這也導致聯(lián)用方法的靈敏度雪上加霜。由于金屬形態(tài)物種在生物、環(huán)境等基體中含量較低，使用傳統(tǒng)毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)直接檢測它們十分困難。為降低聯(lián)用系統(tǒng)的檢出限，可采用改進聯(lián)用接口、離線或在線樣品富集、增加進樣量等方法。改進聯(lián)用接口的手段有氫化物發(fā)生進樣，但其應用范圍有限(僅限于As、Sn、Hg等能形成氫化物的元素)。離線或在線樣品富集方法效果較好，但是裝置相對復雜，耗時較長。增加進樣量可以成比例地改善靈敏度，但是會犧牲分離度；而且毛細管電泳分離的樣品帶一般不能超過分離通道的1/10，否則將導致分離失敗，這限制了增加進樣量方法的效果。
[0005]此外，毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個問題是接口的死體積。接口的死體積越大，分析物在此停留的時間越長，電泳峰的擴寬越嚴重，降低分離效率和檢測靈敏度。現(xiàn)有的毛細管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用接口一般采用兩通、三通或者四通來連接高壓電極、分離毛細管、鞘流液管路及霧化器，它們的死體積少則數(shù)十納升，多則數(shù)微升，易導致電泳峰的擴寬。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的是提供一種可與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用的微流控芯片。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種微流控芯片，所述微流控芯片上設有樣品池、樣品廢液池、緩沖液池、緩沖液廢液池和補充液池，分離通道的入口分別通過進樣通道與樣品池連通、通過緩沖液通道與緩沖液池連通、通過樣品廢液通道與樣品廢液池連通；分離通道的出口分別通過補充液通道與帶有注射栗的補充液池連通、通過緩沖液廢液通道與緩沖廢液池連通；
[0009]其特征在于:
[0010]所述分離通道由至少兩條相同的微通道并聯(lián)而成，所述微通道具有折彎，入口到折彎段的各微通道相互平行，折彎到出口段的各微通道均向中心匯聚并在出口處與補充液通道和緩沖液廢液通道連通，所述微通道和所述緩沖液廢液通道中均設有多孔塞；
[0011]進一步，各微通道在出口處匯聚成一根出口管，所述出口管與補充液通道的一側(cè)連通，補充液通道的另一側(cè)與排液通道連通，補充液通道的一端和補充液池相連，另一端穿過出孔。
[0012]進一步，所述微通道的入口依次與進樣通道的一側(cè)相連通，所述進樣通道的另一側(cè)與緩沖液通道連通，所述進樣通道的入口端與樣品池連接，所述進樣通道的出口端與樣品廢液通道連接。
[0013]進一步，所述緩沖液通道和所述緩沖液廢液通道內(nèi)均設有鉑絲，所述鉑絲貫穿所述緩沖液通道和所述緩沖液廢液通道。
[0014]本發(fā)明設有至少兩條(假設為η條)微通道，微通道相同且相互并聯(lián)，每條微通道內(nèi)的進樣量、電場強度、電滲流速等均相等，各微通道能同時進行電泳分離，電泳分離的總流量為單條微通道的η倍，提高了電泳分離的效率，采用壓力輔助電動進樣時，每條微通道可以進相同體積的樣品，而且各微通道內(nèi)分析物的運行速率相同，能保證它們在相同時刻流出微通道時，避免了柱后匯集引起電泳峰擴寬；總進樣量為單條微通道的η倍，試樣總量增加，減少了補充液的流量，提高了等離子體質(zhì)譜檢測的靈敏度。
[0015]由于微通道的尺寸及內(nèi)表面相同，施加的電場強度也相同，每條分離通道的進樣量和分析效率也相同，使相同分析物在相同時刻流出分離通道并在柱后匯集，防止樣品區(qū)帶擴寬。分離通道柱后匯集使得芯片電泳的柱后流速也成η倍增加，減少補充液的流量，提高了等離子體質(zhì)譜檢測的靈敏度。同時，分離通道的長度和條數(shù)可以根據(jù)不同的分析對象改變。
[0016]所述的緩沖液通道和緩沖液廢液通道內(nèi)均插入一根比通道略長的鉑絲，由于鉑絲的導電性能極佳，當高電壓施加在緩沖液池和緩沖液廢液池時，緩沖液通道和緩沖液廢液通道幾乎不會分壓，使高電壓全部分在每條微通道上，保證每條微通道的電壓相同。
[0017]所述的微通道的入口處均設有多孔塞；多孔塞對壓力流的阻力很大，而對電滲流阻力極小。被分析的樣品可以在電滲流的驅(qū)動下，進入分離通道電泳分離，防止在壓力驅(qū)動的補充液流倒流進入分離通道，影響電泳分離；同時也防止等離子體質(zhì)譜的霧化器自