專(zhuān)利名稱(chēng)：微納流控高效富集與純化芯片及其快速制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微納流控芯片中高效微富集與純化器的快速制作方法，屬于化學(xué)和 生物領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微流控技術(shù)由于其試劑消耗量小等優(yōu)勢(shì)在分析化學(xué)和生物化學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的 應(yīng)用。但是試劑量少需要更靈敏的檢測(cè)技術(shù)，尤其對(duì)于含量很低的樣品的成分。因此， 在微流控體系中，樣品的濃縮或富集是一個(gè)很重要的工作。文獻(xiàn)中已報(bào)道了在微流控體 系中實(shí)現(xiàn)生物樣品富集的一些重要方法與技術(shù)。這些方法與技術(shù)主要包括場(chǎng)放大樣品 堆積(FASS),等速電泳(ITP)，固相萃取(SPE)，等電聚焦(IEF)和溫度梯度聚焦 (TGF)等。但是，這些技術(shù)需要兩種或兩種以上的緩沖溶液，或需要特殊的設(shè)備和復(fù) 雜的實(shí)驗(yàn)條件，因而限制了這些技術(shù)的推廣。近年來(lái)，文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)了將納米孔結(jié)構(gòu)或商 品化納米孔膜集成在微流控芯片系統(tǒng)，構(gòu)成微納流控芯片，以實(shí)現(xiàn)樣品的高度富集，但 是集成商品化納米孔膜的微流控芯片系統(tǒng)容易產(chǎn)生溶液的泄露，而納米孔結(jié)構(gòu)的制作需 要繁瑣的刻蝕技術(shù)與精密的加工技術(shù)。顯然，發(fā)展簡(jiǎn)單和易于加工的樣品高效富集與純 化微納流控芯片系統(tǒng)的新方法與新技術(shù)刻不容緩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超低成本、快速、簡(jiǎn)單、高效的微納流控富集與純化高分 子材料芯片及其制作方法。
一種微納流控富集與純化芯片，它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的 蓋片組成，在基片上打印或復(fù)印有圖案，或者在基片和蓋片上分別打印或復(fù)印有重疊的 成對(duì)映關(guān)系的圖案，使留有兩條不交叉的、空白的(無(wú)墨粉的)L形或V形微通道，兩 微通道的拐點(diǎn)處相距10-200微米，兩微通道的兩端分別留有空白的蓄液池，蓋片上蓄 液池位置打有微孔，基片和蓋片的圖案完全重疊地?zé)釅撼梢惑w，兩微通道的拐點(diǎn)附近有 兩微通道之間的納米級(jí)通道。
上述的微納流控富集與純化芯片，所述的透明高分子材料可以是聚酯材料(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯材料)、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
上述的微納流控富集與純化芯片，所述的微通道的寬度為10-300微米。 上述的微納流控富集與純化芯片，所述的蓄液池可以為圓形，直徑為0.5-5毫米。 上述的微納流控富集與純化芯片，所述的蓋片上蓄液池位置上的微孔直徑為0.5-5筆木。
上述的微納流控富集與純化芯片，所述的芯片外有封塑膠片塑封。
一種制備上述的微納流控富集與純化芯片的方法，它包括下列步驟
(1) 利用繪圖軟件(如Adobe Illustrator、 CorelDraw軟件等)，設(shè)計(jì)兩條L或V字 形通道圖案(如圖l所示)，其中的通道和蓄液池部分為白色，即無(wú)打印墨粉，
(2) 用打印機(jī)(激光或噴墨打印機(jī))將設(shè)計(jì)的通道圖案轉(zhuǎn)移到透明膠片(如PET、 PVC等高分子材料透明膠片)上，得到具有設(shè)計(jì)圖案的基片，
(3) 在蓋片上對(duì)應(yīng)于蓄液池的位置打孔，
(4) 在一定溫度和壓力下(可利用封塑機(jī)、熨斗等)將蓋片和基片進(jìn)行熱層合，
(5) 通過(guò)蓄液池將微管道中充滿(mǎn)緩沖溶液，在相隔一定距離的兩微通道間施加脈 沖電壓，電擊穿兩微通道間的碳粉層，形成納米級(jí)通道，制得微納流控富集與純化芯片。
根據(jù)上述的微納流控富集與純化芯片的制備方法，步驟3和步驟4可以改為如下步
驟
(3) 采用步驟2同樣的方法在透明膠片蓋片上打印基片的映像圖形，并在蓄液池 的位置打孔，形成蓋片，
(4) 在顯微鏡下將蓋片和基片的圖形對(duì)準(zhǔn)重疊，在一定溫度和壓力下(可利用封 塑機(jī)、熨斗等)將蓋片和基片進(jìn)行熱層合，
根據(jù)上述微納流控富集與純化芯片的制備方法，在上述步驟4與5之間，插入如下 步驟
在步驟4將蓋片和基片熱層合后，再用在蓄液池相應(yīng)位置打了孔的高分子材料的封 塑膠片對(duì)形成的微流控芯片進(jìn)行封塑，以保證該芯片的機(jī)械穩(wěn)定性。
微納流控高效富集與純化高分子材料芯片由分別打印了相隔一定距離的兩微通道 和四個(gè)蓄液池圖形的透明高分子材料基片和打印了映像圖形的高分子材料蓋片構(gòu)成；在蓋片上蓄液池的相應(yīng)位置打孔，然后將蓋片和基片的映像圖形對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行熱層合，由此 形成的芯片微通道為矩形，通道四壁的構(gòu)成為上下兩壁為透明基片和蓋片高分子材料， 兩側(cè)壁為打印墨材料。最后，利用高分子材料封塑膠片對(duì)所層合的蓋片和基片進(jìn)行封塑， 封塑膠片亦在蓄液池相應(yīng)位置打孔；采用電擊穿技術(shù)將兩相隔微通道間的打印墨粉層擊 穿，形成納米級(jí)通道，也就完成了微納流控富集與純化芯片的制作。
本發(fā)明中分隔微通道的打印墨粉層的典型寬度在10微米到200微米之間，可依打 印機(jī)分辨率進(jìn)行選擇通道間距。
本發(fā)明中用于擊穿碳粉層的電壓從1000伏到5000伏。形成的納米通道是由不連續(xù) 的納米裂縫構(gòu)成。利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電擊穿電流的方法控制納米通道的形成。
本發(fā)明基于的原理是，當(dāng)通道的寬度或高度小于100納米時(shí)，與通道表面電荷屬性 相同電荷的物質(zhì)不能通過(guò)該通道，而帶相反電荷或中性物質(zhì)則可以通過(guò)，為"電荷排斥 富集機(jī)理"。聚合物芯片的表面大多是負(fù)電荷屬性，因此負(fù)電荷物質(zhì)，如蛋白質(zhì)等生化 分子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下會(huì)在納米通道的一端發(fā)生高效富集，而荷正電物種通過(guò)該納米通 道。因而，本發(fā)明的微納流控芯片可在實(shí)現(xiàn)高效富集的同時(shí)，對(duì)荷不同電荷的生化分子 物種進(jìn)行分離。
本發(fā)明中樣品富集與純化時(shí)使用的電壓范圍是40伏到80伏之間。 本發(fā)明的特點(diǎn)是由上述方案可知，本發(fā)明所述的微納流控富集與純化芯片是利用 打印機(jī)將繪圖軟件設(shè)計(jì)的芯片圖形及其映像分別轉(zhuǎn)移到透明膠片上，形成基片和蓋片； 在一定溫度和壓力下將兩片圖形對(duì)準(zhǔn)層合，并用封塑膠片封塑以提高機(jī)械穩(wěn)定性和可操 作性；再用高電壓擊穿碳粉層得到納米通道。從制作方法可知，該方法不需要任何模板 和專(zhuān)用設(shè)備，且制作步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，極易在普通實(shí)驗(yàn)室推廣使用。


圖l為本發(fā)明的微納流控富集與純化芯片示意圖，其中a、 b、 c或d為蓄液池。 圖2為本發(fā)明的微納流控富集與純化芯片電擊穿和樣品富集的操作示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.
利用繪圖軟件設(shè)計(jì)如圖l所示圖形，兩微通道寬200微米，兩微通道的拐點(diǎn)處相距 IOO微米，蓄液池為圓形，直徑為5毫米，通過(guò)打印機(jī)將圖形轉(zhuǎn)移到透明膠片上作為基 片；同樣將其鏡像圖形轉(zhuǎn)移到透明膠片上作為蓋片，并在蓄液池相應(yīng)位置打孔,直徑為5
毫米。在顯微鏡下將基片和蓋片對(duì)準(zhǔn)重疊，在12(TC和2大氣壓的壓力下層合，并用在 蓄液池相應(yīng)位置打了孔的封塑膠片封塑得到芯片。
通過(guò)蓄液池蓋片的微孔在微通道中充滿(mǎn)緩沖溶液，在蓄液池a施加正電壓，蓄液池 c接地，如圖2所示。施加1000伏電壓進(jìn)行電擊穿，當(dāng)觀(guān)察到電流突然增加后，立即切 斷高壓，即在兩微通道間形成納米結(jié)構(gòu)。
高壓擊穿后將微通道中的溶液抽干，通過(guò)蓄液池a樣品池在微通道I中充滿(mǎn)樣品 (FITC標(biāo)記狗血清白蛋白溶液或FITC標(biāo)記狗血清白蛋白與羅丹明B的混合溶液)，通 過(guò)蓄液池c將微通道II內(nèi)充滿(mǎn)緩沖溶液。在蓄液池a樣品池施加正電壓(80伏)，蓄液 池c緩沖溶液池接地，如圖2所示。
在電滲流的驅(qū)動(dòng)下，樣品溶液從陽(yáng)極端向陰極端移動(dòng)。當(dāng)FITC標(biāo)記狗血清白蛋白 與羅丹明B的混合樣品到達(dá)納米通道時(shí)，由于納米通道對(duì)荷電物種產(chǎn)生"排除富集機(jī) 理"，帶負(fù)電荷的FITC標(biāo)記狗血清白蛋白不能通過(guò)納米通道，只在納米通道附近發(fā)生富 集。而帶正電荷的若丹明B可以通過(guò)納米通道到達(dá)微管道II，從而實(shí)現(xiàn)了不同電荷樣品 的分離與純化。
實(shí)施例2.
利用繪圖軟件設(shè)計(jì)如圖l所示圖形，兩微通道寬200微米，兩微通道的拐點(diǎn)處相距 100微米，蓄液池為圓形，直徑為5毫米，通過(guò)打印機(jī)將圖形轉(zhuǎn)移到透明膠片上作為基 片；將另一透明膠片上作為蓋片，并在蓄液池相應(yīng)位置打孔，直徑為5毫米。在120。C 和2大氣壓的壓力下將基片和蓋片層合，并用在蓄液池相應(yīng)位置打了孔的封塑膠片封塑 得到芯片。
通過(guò)蓄液池蓋片的微孔在微通道中充滿(mǎn)緩沖溶液，在蓄液池a施加正電壓，蓄液池 c接地，如圖2所示。施加5000伏電壓進(jìn)行電擊穿，當(dāng)觀(guān)察到電流突然增加后，立即切 斷高壓，即在兩微通道間形成納米結(jié)構(gòu)。
其他步驟同實(shí)施例l,得到相同的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種微納流控富集與純化芯片，其特征是它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的蓋片組成，在基片上打印或復(fù)印有圖案，或者在基片和蓋片上分別打印或復(fù)印有重疊的成對(duì)映關(guān)系的圖案，使留有兩條不交叉的、空白的L形或V形微通道，兩微通道的拐點(diǎn)處相距10-200微米，兩微通道的兩端分別留有空白的蓄液池，蓋片上蓄液池位置打有微孔，基片和蓋片的圖案完全重疊地?zé)釅撼梢惑w，兩微通道的拐點(diǎn)附近有兩微通道之間的納米級(jí)通道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微納流控富集與純化芯片，其特征是所述的透明高分子材料是聚酯材料材料、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微納流控富集與純化芯片，其特征是所述的微通道的寬度為10-300微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微納流控富集與純化芯片，其特征是所述的蓄液 池為圓形，直徑為0.5-2毫米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微納流控富集與純化芯片，其特征是所述的蓋片上蓄液池位置上的微孔直徑為0. 5-5毫米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微納流控富集與純化芯片，其特征是所述的芯片外有封塑膠片塑封。
7. —種制備權(quán)利要求1所述的微納流控富集與純化芯片的方法，其特征是它 包括下列步驟(1) 利用繪圖軟件，設(shè)計(jì)兩條不交叉的、空白的L或V字形通道圖案，其中的通道和蓄液池部分為白色，即無(wú)打印墨粉，(2) 用打印機(jī)或復(fù)印機(jī)將設(shè)計(jì)的通道圖案轉(zhuǎn)移到透明膠片上，得到具有設(shè)計(jì)圖案的基片，(3) 在蓋片上對(duì)應(yīng)于蓄液池的位置打孔，(4) 在一定溫度和壓力下(可利用封塑機(jī)、熨斗等)將蓋片和基片進(jìn)行熱層合，(5) 通過(guò)蓄液池將微管道中充滿(mǎn)緩沖溶液，在兩微通道間施加脈沖電壓，電 擊穿兩微通道間的碳粉層，形成納米級(jí)通道，制得微納流控富集與純化芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微納流控富集與純化芯片的制備方法，其特征是步 驟3和步驟4改為如下步驟，其它步驟不變-(3')采用步驟2同樣的方法在透明膠片蓋片上打印基片的映像圖形，并在蓄 液池的位置打孔，形成蓋片，(4')在顯微鏡下將蓋片和基片的圖形對(duì)準(zhǔn)重疊，在一定溫度和壓力下將蓋片 和基片進(jìn)行熱層合。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微納流控富集與純化芯片的制備方法，其特征是在 所述步驟4與5之間，插入如下步驟(4.1)在步驟4將蓋片和基片熱層合后，再用在蓄液池相應(yīng)位置打了孔的高 分子材料的封塑膠片對(duì)形成的微流控芯片進(jìn)行封塑，以保證該芯片的機(jī)械穩(wěn)定性。
全文摘要
一種微納流控富集與純化芯片，它由透明高分子材料的基片和蓋片組成，在基片和蓋片上分別打印有成對(duì)映關(guān)系的圖案，使留有兩條不交叉的、空白的L形微通道，兩微通道的兩端有空白的蓄液池，蓋片上蓄液池位置有微孔，基片和蓋片的圖案完全重疊地?zé)釅撼梢惑w，兩微通道的拐點(diǎn)附近有納米級(jí)通道。聚合物芯片的表面大多是負(fù)電荷屬性，因此負(fù)電荷物質(zhì)，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下會(huì)在納米通道的一端高效富集，而荷正電物種通過(guò)該納米通道。因而，該微納流控芯片可在實(shí)現(xiàn)高效富集的同時(shí)，對(duì)荷不同電荷的物種進(jìn)行分離。本發(fā)明公開(kāi)了其制法。
文檔編號(hào)G01N1/40GK101349704SQ20081019630
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者輝 余, 夏興華 申請(qǐng)人:南京大學(xué)