专利名称：微流控芯片电泳安培检测系统及其组建方法
技术领域：
本发明涉及一种微流控芯片电泳安培检测系统及其组建方法，微流控芯片电泳安 培检测系统，可用于药物分析、环境检测等领域。
背景技术：
微全分析系统，或称芯片实验室(Lab-on-a-chip)，是指以微机电加工技术为基 础，将试样采集、样品处理、生化反应、分离检测、信号输出等一系列过程都集成在一块几个 平方厘米大小的芯片上，以满足各行业对分析的需求。这一概念由Manz等人在1990年提 出，随着信息科学、微加工技术、材料科学的迅速发展，以及降低试样消耗、控制能耗等迫切 需要，这一领域近年来发展很快。微流控分析芯片是Lab-on-a-chip研究的核心内容，体现 了将分析实验室的功能转移到芯片上的思想。微流控分析芯片集成了试样引入、样品在线 衍生、电泳分离及检测等功能，可以快速完成试样预处理及分离测定等操作。分析系统通过 微流控芯片实现微型化，不仅在于分析系统尺寸的变化，更重要的是带来了分析性能上的 显著提升。微流控分析系统的分析耗时很短，目前的加工水平即可实现多通道并行分析，可 极大的提高分析效率；一次进样的样品消耗量为几个nL乃至pL的水平，降低了分析成本， 并且极大的减少了环境污染及能耗；芯片的微结构可以灵活设计，以满足不同分析对象的 需要；带来分析系统的便携化，用于现场分析等场合。目前药物分析主要采用高效液相色谱(HPLC)的方法，国内制药企业使用的HPLC 仪器90%以上是进口产品，价格昂贵、分析速度慢。微流控芯片电泳是HPLC的下一代技术， 具有分离效率高、分析速度快(比HPLC快10倍以上)、易于自动化和集成等特点，世界上主 要的分析仪器生产商如赛默飞世尔、珀金埃尔默、安捷伦科技等已开始研制用于基因分析 的微流控芯片电泳系统，而国内仪器生产商尚未掌握微流控分析技术，微流控分析仪器尚 处于萌芽状态，在药物分析领域与HPLC竞争，将有光明的市场前景。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种微流控芯片电泳安培检测系统，由微流控 分析芯片、多路输出高压电源、显微镜及显微操纵手、微电极检测器、电化学安培计组成， 所述微流控分析芯片为玻璃材质，其进样通道和分离通道宽度为5 100 μ m，深度为5 100 μ m，长度为5 150mm，所述多路输出高压电源，每一路输出电压均可单独控制，电压输 出范围在50 5000V范围内可调，工作时电流输出为1 50 μ A ；所述显微操纵手为XYZ及 角度四维控制，XYZ轴向行程为5 20mm，调节的分辨率为0. 2 10 μ m，调节角度在30 120度之间；所述微电极材料为碳纤维、金、银、钼或基于这些材料的化学修饰电极，电极的 三维尺寸中至少有一项小于50 μ m;所述电化学安培计记录微电极检测器的电流对于时间 的变化，电流可记录范围为10_12 10_3A。其组建方法如下a、将微电极检测器固定在显微操作手上，在显微镜下调节，使微电极检测器的尖 端对准微流控分析芯片分离通道的出口，使得微电极检测器尖端和分离通道出口截面的距离为1 200iim ；b、将缓冲试液及试样加到微流控分析芯片上，让缓冲试样充满芯片的分离通道和 进样通道，通过控制多路输出的高压电源实现试样的进样和分离，试样组分在通过微电极 检测器时被分别检出，信号由电化学安培计采集，输出到电脑上得到分析谱图。总的来说，本发明就是通过微加工技术将进样单元、分离微通道、检测器等元件集 成在一块微流控芯片上，利用电泳技术实现药物各组分的分离，电泳是依据样品各组分在 淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术，这些组分通过电泳分离后在微 电极检测器上逐个检出，具有分离效率高、快速、耗样量少等优点。有益效果与使用传统的HPLC仪器和高效液相色谱(HPLC)方法相比，本系统有以下优点(1)分离效率高，分离微通道线宽很小(100微米以内)，分离时具有良好的散热效 能，可有效抑制组分区带的扩散，分离效率明显优于HPLC ； (2)分析速度快，一次样品分析时间在3分钟以内，而HPLC分析一个样品通常需时 40 80分钟；(3)试样消耗少，只需50微升样品即可完成分析，每次进样量低至1个纳升以下， 远小HPLC对试样的消耗。
图1为1. OX 104mol/L的DA和CA混合溶液在本发明所述微流控芯片电泳安培检 测系统的分析谱图
具体实施例方式以下结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述。一种微流控芯片电泳安培检测系统，由微流控分析芯片、多路输出高压电源、显微 镜及显微操纵手、微电极检测器、电化学安培计组成，所述微流控分析芯片为玻璃材质，其 进样通道和分离通道宽度为5 100 ii m,深度为5 100 ii m,长度为5 150mm，所述多路 输出高压电源，每一路输出电压均可单独控制，电压输出范围在50 5000V范围内可调，工 作时电流输出为1 50 y A ；所述显微操纵手为XYZ及角度四维控制，XYZ轴向行程为5 20mm，调节的分辨率为0. 2 10 y m，调节角度在30 120度之间；所述微电极材料为碳纤 维、金、银、钼或基于这些材料的化学修饰电极，电极的三维尺寸中至少有一项小于50i!m ； 所述电化学安培训记录微电极检测器的电流对于时间的变化，电流可记录范围为10_12 10_3A。其组建方法如下a、将微电极检测器固定在显微操作手上，在显微镜下调节，使微电极检测器的尖 端对准微流控分析芯片分离通道的出口，使得微电极检测器尖端和分离通道出口截面的距 离为1 200iim ；b、将缓冲试液及试样加到微流控分析芯片上，让缓冲试样充满芯片的分离通道和 进样通道，通过控制多路输出的高压电源实现试样的进样和分离，试样组分在通过微电极 检测器时被分别检出，信号由电化学安培计采集，输出到电脑上得到分析谱图。总的来说， 本发明就是通过微加工技术将进样单元、分离微通道、检测器等元件集成在一块微流控芯片上，利用电泳技术实现药物各组分的分离，电泳是依据样品各组分在淌度和分配行为上 的差异而实现分离的一类液相分离技术，这些组分通过电泳分离后在微电极检测器上逐个 检出，具有分离效率高、快速、耗样量少等优点。下面结合实际例子来说明本发明的一种药物分析、环境检测应用。玻璃微流控芯片微通道横截面为半圆形，直径50 μ m,进样通道长5mm，分离通道 长70mm ；4路输出高压电源，最高输出电压5000V，最大输出电流300 μ Α,电脑程序控制各路 输出电压及输出时间；倒置显微镜配合四维显微操纵手，行程20mm，分辨率1 μ m ；微电极检 测器为7μπι直径碳纤维柱电极，长ΙΟΟμπι，以Ag/AgCl为参比电极。多巴胺(DA)、儿茶酚 (CA)均为分析纯试剂，电泳缓冲溶液为磷酸盐缓冲液(0.05mol/L，pH 7.0)，实验中所有溶 液均用三次蒸馏水配置；所有加入微流控芯片中的溶液在使用前均用0. 2 μ m滤膜过滤，以 免溶液中的细小渣滓堵塞芯片微通道。电泳前芯片微通道依次用0. lmol/L HC1、三次蒸馏 水清洗，然后注入缓冲溶液。分析条件分离电压为1000V，500V进样20s，进样时样品池加进样电压，样品废 液池接地；分离时缓冲液池加分离电压，检测池接地。碳纤维电极检测电位0.6V(vs Ag/ AgCl)。图1为1. OX 10_4mol/L的DA和CA混合溶液在本发明所述微流控芯片电泳安培检 测系统的分析谱图，从谱图中可得到DA和CA的保留时间、峰高、峰面积及峰形等信息，利用 保留时间进行定性分析，利用峰高和峰面积可进行定量分析，根据峰形可以对试样组分的 分离特性进行评价。
权利要求
一种微流控芯片电泳安培检测系统，由微流控分析芯片、多路输出高压电源、显微镜及显微操纵手、微电极检测器、电化学安培计组成，其特征在于所述微流控分析芯片为玻璃材质，其进样通道和分离通道宽度为5～100μm，深度为5～100μm，长度为5～150mm，所述多路输出高压电源，每一路输出电压均可单独控制，电压输出范围在50～5000V范围内可调，工作时电流输出为1～50μA；所述显微操纵手为XYZ及角度四维控制，XYZ轴向行程为5～20mm，调节的分辨率为0.2～10μm，调节角度在30～120度之间；所述微电极材料为碳纤维、金、银、铂或基于这些材料的化学修饰电极，电极的三维尺寸中至少有一项小于50μm；所述电化学安培计记录微电极检测器的电流对于时间的变化，电流可记录范围为10-12～10-3A。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片电泳安培检测系统，其特征在于组建方法如下a、将微电极检测器固定在显微操作手上，在显微镜下调节，使微电极检测器的尖端对 准微流控分析芯片分离通道的出口，使得微电极检测器尖端和分离通道出口截面的距离为 1 200 ii m ；b、将缓冲试液及试样加到微流控分析芯片上，让缓冲试样充满芯片的分离通道和进样 通道，通过控制多路输出的高压电源实现试样的进样和分离，试样组分在通过微电极检测 器时被分别检出，信号由电化学安培计采集，输出到电脑上得到分析谱图。
全文摘要
针对目前传统的HPLC仪器和高效液相色谱(HPLC)方法价格昂贵、分析速度慢的缺点，本发明提出一种微流控芯片电泳安培检测系统，它是由微流控分析芯片、多路输出高压电源、显微镜及显微操纵手、微电极检测器、电化学安培计组成，通过微加工技术将进样单元、分离微通道、检测器等元件集成在一块微流控芯片上，利用电泳技术实现药物各组分的分离，电泳是依据样品各组分在淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术，这些组分通过电泳分离后在微电极检测器上逐个检出，具有分离效率高、快速、耗样量少等优点。
文档编号G01N27/48GK101871913SQ200910030590
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者李妍 申请人:李妍