一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜分析系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜分析系統(tǒng)。
(二)
【背景技術(shù)】
[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(shù)，特別是等離子體質(zhì)譜技術(shù)，是目前痕量元素總量分析的強(qiáng)有力工具，但難以對(duì)環(huán)境、生物和食品等復(fù)雜基體中痕量元素的存在形態(tài)及其含量進(jìn)行分析。色譜分析模式種類多樣，適用范圍廣，是分析復(fù)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(xì)管電泳技術(shù)，具有分離效率高、速度快和樣品消耗小等優(yōu)點(diǎn)。毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，即毛細(xì)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(shù)。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(diǎn)，是當(dāng)前化學(xué)和生物的研究熱點(diǎn)。毛細(xì)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(shí)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(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用必先設(shè)計(jì)一個(gè)有效的接口，這個(gè)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(shí)還要使電泳流出物高效傳輸?shù)降入x子體質(zhì)譜。設(shè)計(jì)這樣的接口，需要解決的一個(gè)問題是如何降低等離子體質(zhì)譜儀所使用的氣動(dòng)霧化器產(chǎn)生的自吸效應(yīng)。霧化器的自吸效應(yīng)會(huì)在分離毛細(xì)管中產(chǎn)生層流，干擾不同物種的電泳分離甚至導(dǎo)致分離失敗。為了最大程度的降低自吸效應(yīng)，一種簡單有效的方法是引入補(bǔ)充液流。但是，由于氣動(dòng)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(bǔ)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(huì)對(duì)分離毛細(xì)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(yīng)，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(yīng)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 couple capillaryelectrophoresis with inductively coupled plasma mass spectrometry forspeciat1n analysis[J],Electrophoresis, 2008,29( 13): 2862_2868中公開了一個(gè)毛細(xì)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(xì)管內(nèi)的層流現(xiàn)象。分離毛細(xì)管內(nèi)的電泳流出物被離線收集，再由蠕動(dòng)栗轉(zhuǎn)移到三通接頭，接著被另一蠕動(dòng)栗輸送的補(bǔ)充液流傳輸?shù)届F化器并最終被等離子體質(zhì)譜檢測。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電泳流出物轉(zhuǎn)移到三通接頭后，第一個(gè)蠕動(dòng)栗停止運(yùn)行，直至第二個(gè)電泳流出物收集完畢。由于分離毛細(xì)管和霧化器被第一個(gè)蠕動(dòng)栗隔離開，當(dāng)它停止運(yùn)行時(shí)，完全消除了霧化器的自吸效應(yīng)對(duì)電泳分離的影響。但是該聯(lián)用接口僅適用于迀移時(shí)間差異大于20s的物種，否則兩種分析物的電泳峰會(huì)發(fā)生重疊。
[0004]除了自吸效應(yīng)，毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個(gè)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(jìn)樣流量一般為0.5-2mL/min，采用微量霧化器的進(jìn)樣流量一般為5-100yL/min，這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過毛細(xì)管電泳的流速(亞yL/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(xì)管后引入鞘流液會(huì)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(xì)管電泳的進(jìn)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(gè)質(zhì)量型檢測器(即靈敏度與進(jìn)樣量相關(guān))，這也導(dǎo)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(xì)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(jìn)聯(lián)用接口、離線或在線樣品富集、增加進(jìn)樣量等方法。改進(jìn)聯(lián)用接口的手段有氫化物發(fā)生進(jìn)樣，但其應(yīng)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(duì)復(fù)雜，耗時(shí)較長。增加進(jìn)樣量可以成比例地改善靈敏度，但是會(huì)犧牲分離度;而且毛細(xì)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(dǎo)致分離失敗，這限制了增加進(jìn)樣量方法的效果。
[0005]此外，毛細(xì)管電泳與等離子體質(zhì)譜聯(lián)用須考慮的另一個(gè)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(shí)間越長，電泳峰的擴(kuò)寬越嚴(yán)重，降低分離效率和檢測靈敏度?，F(xiàn)有的毛細(xì)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(xì)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(dǎo)致電泳峰的擴(kuò)寬。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜分析系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種芯片電泳分離和等離子體質(zhì)譜分析系統(tǒng)，包括相配合的電泳分離部和檢測部，所述電泳分離部包括微流控芯片，所述微流控芯片上設(shè)有樣品池、樣品廢液池、緩沖液池、緩沖液廢液池和補(bǔ)充液池，所述檢測部包括相配合的霧化器和等離子體質(zhì)譜儀；
[0009]分離通道的入口分別通過進(jìn)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(bǔ)充液通道與帶有注射栗的補(bǔ)充液池連通、通過緩沖液廢液通道與緩沖廢液池連通、通過排樣通道與檢測部連接；
[0010]其特征在于:
[0011 ]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(bǔ)充液通道、緩沖液廢液通道和排樣通道連通，所述排樣通道通過霧化器和等離子體質(zhì)譜儀相連，所述微通道和所述緩沖液廢液通道中均設(shè)有多孔塞；
[0012]所述樣品廢液池通過微型三通閥與負(fù)壓栗相連，所述緩沖液池和所述緩沖液廢液池的兩端分別與高壓電源的正、負(fù)極相連。
[0013]進(jìn)一步，所述負(fù)壓栗包括相互配合的真空瓶、電觸點(diǎn)真空表、微型真空栗及時(shí)間繼電器，所述真空瓶與微型三通閥的第一端口相連，所述微型三通閥的第二端口與大氣相通，所述微型三通閥的第三端口依次通過聚四氟乙烯管和硅橡膠管與樣品廢液池連通，所述聚四氟乙烯管和硅橡膠管的管口高于所述樣品廢液池的液面。
[0014]進(jìn)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(bǔ)充液通道的一側(cè)連通，補(bǔ)充液通道的另一側(cè)與排液通道連通，補(bǔ)充液通道的一端和補(bǔ)充液池相連，另一端與緩沖液廢液通道相連。
[0015]進(jìn)一步，所述微通道的入口依次與進(jìn)樣通道的一側(cè)相連通，所述進(jìn)樣通道的另一側(cè)與緩沖液通道連通，所述進(jìn)樣通道的入口端與樣品池連接，所述進(jìn)樣通道的出口端與樣品廢液通道連接。
[0016]進(jìn)一步，所述緩沖液通道和所述緩沖液廢液通道內(nèi)均設(shè)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。
[0017]進(jìn)一步，所述排樣通道包括近端相連的轉(zhuǎn)移毛細(xì)管和四氟管，所述轉(zhuǎn)移毛細(xì)管的遠(yuǎn)端與分離通道和補(bǔ)充液通道相連，所述四氟管的遠(yuǎn)端與霧化器相連，所述霧化器通過適配器與單通道霧化室相連，所述單通道霧化室與等離子體質(zhì)譜儀相連。
[0018]本發(fā)明的分離通道和緩沖液廢液通道中均設(shè)有多孔塞;轉(zhuǎn)移毛細(xì)管與霧化器的進(jìn)樣毛細(xì)管用四氟管連接，用于將芯片電泳流出液和補(bǔ)充液一并輸送到霧化器并進(jìn)入等離子體質(zhì)譜檢測;緩沖液通道和緩沖液廢液通道內(nèi)插入鉑絲;各通道的入口設(shè)有儲(chǔ)液池，它們分別是緩沖液池、樣品池、樣品廢液池、補(bǔ)充液池、緩沖液廢液池；負(fù)壓栗由真空瓶、電觸點(diǎn)真空表、微型真空栗及時(shí)間繼電器連接構(gòu)成，負(fù)壓栗包括相互配合的真空瓶、電觸電真空表、微型真空栗及時(shí)間繼電器，真空瓶與微型三通閥的第一端口相連，所述微型三通閥的第二端口與大氣相通，所述微型三通閥的第三端口通過聚四氟乙烯管和硅橡膠管與樣品廢液池連通。
[0019]所述聚四氟乙烯管和硅橡膠管的管口高于所述樣品廢液池的液面。插入樣品廢液池的聚四氟乙烯管和硅橡膠管高于廢液池內(nèi)的電泳緩沖液的