專利名稱：一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種芯片裝置，特別是關于一種適用于蛋白質等兩性物質使用的簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置。
背景技術：
等電聚焦分離方法是毛細管電泳分離分析的一種模式，廣泛應用于具有不同等電點的蛋白質混合物樣品的分離。等電聚焦分離方法分為兩種形式一步法和兩步法。一步法也稱為動態聚焦法，它是利用pH梯度和電滲的共同作用，使區帶在聚焦中遷移或在遷移中聚焦。兩步法是將等電聚焦分離中的聚焦過程和遷移過程分別進行。兩步法比一步法具有更高的檢測靈敏度、分離效率和更好的重現性，因此被更為廣泛地應用。傳統的兩步法等電聚焦分離中的遷移方式有化學遷移和壓差遷移。化學遷移方法就是在陽極(或陰極)電解液中加入鹽或兩性離子，在直流電場作用下，使聚焦區帶向檢測窗口方向遷移。壓差遷移則是采用恒定的流體力學流動，利用真空或低壓推動，使聚焦區帶遷移。但是這兩種遷移方式存在各自的缺點化學遷移，無論是用鹽或兩性離子，均不能提供線性pH梯度，不利于等電點(pI)值的測定。而壓差遷移需輔助設備，實驗裝置較為復雜，連接到毛細管上也比較麻煩。這在一定程度上阻礙了兩步法等電聚焦分離方法的發展和應用，因此設計出一種簡單的裝置，使遷移區帶易于控制，對于毛細管電泳等電聚焦蛋白質等兩性物質的分離分析具有一定的實用意義。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是在壓差遷移的基礎上，提供一種結構簡單，可以精確地控制和調節遷移聚焦區帶速度的簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置。
為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于它包括一芯片，外接的高、低壓直流電源及檢測系統，所述芯片上依序設置有微型電滲泵、進樣系統、等電聚焦分離系統及廢液池，所述高壓直流電源加載在所述等電聚焦分離系統上，所述低壓直流電源加載在所述微型電滲泵和進樣系統上。
所述等電聚焦分離系統包括分別連接所述高壓直流電源正、負極的陽極緩沖溶液儲液池和陰極緩沖溶液儲液池，等電聚焦分離通道，及兩納米尺度通道，所述兩納米尺度通道分別連接所述陽極緩沖溶液儲液池和陰極緩沖溶液儲液池至所述等電聚焦分離通道，所述等電聚焦分離通道一端連接所述微型電滲泵，另一端連接所述廢液池，在連接所述陰極緩沖溶液儲液池的納米尺度通道與等電聚焦分離通道的連接點與廢液池之間，設置所述檢測系統。
所述微型電滲泵包括儲液池、填充通道和電極，所述填充通道一端連接所述儲液池，另一端連接所述電聚焦分離通道，所述電極設置在所述填充通道與所述電聚焦分離通道的連接點處，且與所述低壓直流電源負極連接，所述儲液池連接所述低壓直流電源正極。
所述進樣系統包括樣品池、修飾通道和電極，所述修飾通道一端連接所述樣品池，另一端連接所述等電聚焦分離通道，且所述連接點位于連接所述陽極緩沖溶液儲液池的納米尺度通道與等電聚焦分離通道的連接點之后，所述電極連接所述低壓直流電源的負極，所述樣品池連接所述低壓直流電源的正極。
所述等電聚焦分離通道為通過物理涂附涂層或化學改性抑制了電滲的通道，其內徑為50～500μm。
所述填充通道為利用溶膠-凝膠技術成型的無機整體材料，通道內徑為300μm以下。
所述修飾通道為強化電滲流的芯片通道。
所述檢測系統為與芯片適配的檢測器。
所述芯片檢測器為激光誘導熒光檢測器、紫外檢測器、化學發光檢測器中的一種。
本發明由于采用以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由于采用芯片作為裝置的基體，通過與外接的高、低壓電源的連接，將微型電滲泵、進樣系統、等電聚焦分離系統、檢測系統等全部制作在芯片上，因此使整體裝置結構簡單，體積小，制作、使用方便。2、本發明采用微型電滲泵作為驅動力，其可以方便精確地通過控制電滲泵的驅動電壓來調節電滲泵的輸出流量，進而調節遷移聚焦區帶的速度，這在壓差遷移中是極為重要的，可以提供線性pH梯度，用于未知蛋白質等電點的測定，從而拓展了兩步法等電聚焦分離方法的發展和應用。3、本發明通過在芯片上制作各種不同材料和尺寸的流體通道，以及各種位置的高、低壓電場的引入，有效地避免了現有技術中毛細管的復雜連接，使整個操作過程在各個通道的轉換連接中有序進行，先是將待分離蛋白質等兩性物質樣品在分離通道內等電聚焦后，再通過微型電滲泵驅動將聚焦區帶緩慢遷移經過檢測系統，圓滿地完成了檢測目的。本發明結構簡單，操作方便，檢測效率高，檢測結果穩定，它可以廣泛適用于等電聚焦兩步法分離分析蛋白質等兩性物質。
圖1是本發明的裝置示意2是圖1的局部放大圖具體實施方式
如圖1、圖2所示，為本發明包括一芯片10、外接的高、低壓直流電源6、7及檢測系統4，芯片10上設置有微型電滲泵1、進樣系統2、等電聚焦分離系統3、及廢液池5。
如圖2所示，微型電滲泵1包括儲液池11、填充通道12及電極13，儲液池11通過引線與低壓直流電源7的正極連接，并通過填充通道12與等電聚焦分離系統3的等電聚焦分離通道33相連通。電極13設置在填充通道12與等電聚焦分離通道33的連接處，并通過引線與低壓直流電源7的負極連接。其中，填充通道12為利用溶膠-凝膠技術成型的無機整體材料，通道內徑在300μm以下(0除外)。微型電滲泵1由100～200V的低壓直流電源驅動，通過控制電壓來調節流體的輸出壓強和流量。
進樣系統2包括樣品池21、修飾通道22及電極23，樣品池21通過引線與低壓直流電源7的正極連接，并通過修飾通道22與等電聚焦分離系統3的等電聚焦分離通道33相連通，且該連接點與填充通道12與等電聚焦分離通道33的連接處間隔一定距離。修飾通道22為通過表面修飾陰離子基團強化電滲流的通道，更有利于電滲驅動進樣。電極23設置于修飾通道22中部，并通過引線與低壓直流電源7的負極連接。當然，進樣系統2也可以直接采用重力進樣的方式，比如利用樣品池與廢液池之間液面差進樣，或者將樣品池一端直立使之液面高于廢液池從而進樣。
如圖1所示，等電聚焦分離系統3，包括陽極緩沖溶液儲液池31、陰極緩沖溶液儲液池34及等電聚焦分離通道33，兩儲液池31、34分別通過起控制限流開關作用的納米尺度通道32與等電聚焦分離通道33相連通，其中陽極緩沖溶液儲液池31與等電聚焦分離通道33的連接點位于修飾通道22與等電聚焦分離通道33的連接點之前；陰極緩沖溶液儲液池34與等電聚焦分離通道33的連接點位于等電聚焦分離通道33的后部，等電聚焦分離通道33的末端連通廢液池5。陽極緩沖溶液儲液池31通過引線與高壓直流電源6的正極連接，陰極緩沖溶液儲液池34通過引線與高壓直流電源6的負極連接。在連接陰極緩沖溶液儲液池34的納米尺度通道32與等電聚焦分離通道33的連接點與廢液池5之間，設置檢測系統4。檢測系統4為各種與芯片適配的光學檢測器，例如激光誘導熒光檢測器，紫外檢測器，化學發光檢測器，也可以采用質譜檢測，其連接方式與光學檢測器的連接方式不同。等電聚焦分離通道33為通過物理涂附涂層或化學改性抑制了電滲的通道，其內徑為50～500μm，長度在2～5cm，可在通道兩端施加2～5kV的高壓直流電源，實現蛋白質的等電聚焦分離。
本發明采用了兩臺高穩定的高、低壓直流電源6、7，其中高壓直流電源6用于等電聚焦分離系統3，低壓直流電源7用于微型電滲泵1的輸液以及進樣系統2。
本發明的工作過程如下首先，接通樣品池21和電極23的低壓直流電源7，樣品池21內的待測樣品便通過修飾通道22的驅動，進入等電聚焦分離通道33，由于微型電滲泵1的填充通道12內成型無機整體材料的阻力，以及納米尺度通道32的限流作用，待測樣品主要進入并充滿等電聚焦分離通道33，完成進樣過程。然后切斷導通樣品池21和電極23的低壓直流電源7，接通陽極緩沖溶液儲液池31和陰極緩沖溶液儲液池34間的高壓直流電源6，進行等電聚焦。等電聚焦分離通道33中的待測樣品在高壓電場的作用下完成等電聚焦分離后(這個過程要持續一段時間，例如幾分鐘)，再開啟微型電滲泵1，即接通儲液池11中流體和電極13間的低壓直流電源7，使之在填充通道12的作用下，以一定的流速和壓強被驅動，由于修飾通道22的阻力、以及納米尺度通道32的限流作用，這些被驅動的流體主要進入等電聚焦分離通道33中，對等電聚焦分離通道33中已聚焦好的區帶進行遷移，使聚焦區帶緩慢經過檢測系統4，實現檢測。本發明可以通過控制加在微型電滲泵1上低壓直流電源7的電壓來調節儲液池11中流體的輸出壓強和流量，控制聚焦區帶的遷移速度。
實施例1將本發明用于等電聚焦分離溶菌酶和牛血清蛋白。
等電聚焦分離通道33為二甲基聚硅氧烷涂層通道，膜厚0.06μm，通道寬度100μm，通道長5cm，有效長度4.2cm。陰極緩沖溶液為20mM的0.2％MC溶液，陽極緩沖溶液為120mM的0.2％MC溶液。聚焦電壓1KV；微型電滲泵1輸送的液體為甲醇/水＝30/70；微型電滲泵1的驅動電壓為100V。柱上紫外-可見毛細管電泳檢測器的檢測波長為280nm。取得了很好的分離效果。
實施例2將本發明用于等電聚焦分離血紅蛋白和細胞色素c。等電聚焦分離通道33為聚二甲基硅氧烷(PDMS)通道，通道寬度200μm，通道長5cm，有效長度4cm。陰極緩沖溶液為0.7％的NaOH溶液，陽極緩沖溶液為0.1mM的H3PO4溶液，衍生的染料為異硫氰酸熒光素(FITC)。聚焦電壓為2KV；微型電滲泵1輸送的液體為甲醇/水＝40/60；微型電滲泵1的驅動電壓為150V。激光誘導熒光檢測器的檢測波長為488nm。分離效果良好。
綜上所述，本發明裝置簡單，適用于等電聚焦兩步法分離分析蛋白質等兩性物質。
權利要求
1.一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于它包括一芯片，外接的高、低壓直流電源及檢測系統，所述芯片上依序設置有微型電滲泵、進樣系統、等電聚焦分離系統及廢液池，所述高壓直流電源加載在所述等電聚焦分離系統上，所述低壓直流電源加載在所述微型電滲泵和進樣系統上。
2.如權利要求1所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述等電聚焦分離系統包括分別連接所述高壓直流電源正、負極的陽極緩沖溶液儲液池和陰極緩沖溶液儲液池，等電聚焦分離通道，及兩納米尺度通道，所述兩納米尺度通道分別連接所述陽極緩沖溶液儲液池和陰極緩沖溶液儲液池至所述等電聚焦分離通道，所述等電聚焦分離通道一端連接所述微型電滲泵，另一端連接所述廢液池，在連接所述陰極緩沖溶液儲液池的納米尺度通道與等電聚焦分離通道的連接點與廢液池之間，設置所述檢測系統。
3.如權利要求2所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述微型電滲泵包括儲液池、填充通道和電極，所述填充通道一端連接所述儲液池，另一端連接所述電聚焦分離通道，所述電極設置在所述填充通道與所述電聚焦分離通道的連接點處，且與所述低壓直流電源負極連接，所述儲液池連接所述低壓直流電源正極。
4.如權利要求2所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述進樣系統包括樣品池、修飾通道和電極，所述修飾通道一端連接所述樣品池，另一端連接所述等電聚焦分離通道，且所述連接點位于連接所述陽極緩沖溶液儲液池的納米尺度通道與等電聚焦分離通道的連接點之后，所述電極連接所述低壓直流電源的負極，所述樣品池連接所述低壓直流電源的正極。
5.如權利要求3所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述進樣系統包括樣品池、修飾通道和電極，所述修飾通道一端連接所述樣品池，另一端連接所述等電聚焦分離通道，且所述連接點位于連接所述陽極緩沖溶液儲液池的納米尺度通道與等電聚焦分離通道的連接點之后，所述電極連接所述低壓直流電源的負極，所述樣品池連接所述低壓直流電源的正極。
6.如權利要求2或3或4或5所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述等電聚焦分離通道為通過物理涂附涂層或化學改性抑制了電滲的通道，其內徑為50～500μm。
7.如權利要求3或4或5所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述填充通道為利用溶膠-凝膠技術成型的無機整體材料，通道內徑為300μm以下。
8.如權利要求4或5所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述修飾通道為強化電滲流的芯片通道。
9.如權利要求1或2或3或4或5所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述檢測系統為與芯片適配的檢測器。
10.如權利要求9所述的一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于所述芯片檢測器為激光誘導熒光檢測器、紫外檢測器、化學發光檢測器中的一種。
全文摘要
本發明涉及一種簡易的兩步法等電聚焦分離分析裝置，其特征在于它包括一芯片、外接的高、低壓直流電源及檢測系統，所述芯片上依序設置有微型電滲泵、進樣系統、等電聚焦分離系統及廢液池，所述高壓直流電源加載在所述等電聚焦分離系統上，所述低壓直流電源加載在所述微型電滲泵和進樣系統上。本發明采用芯片作為裝置的基體，通過與外接的高、低壓電源的連接，將微型電滲泵、進樣系統、等電聚焦分離系統、檢測系統等全部制作在芯片上，使整體裝置結構簡單，體積小，使用方便。本發明可以通過控制電滲泵的驅動電壓來調節電滲泵的輸出流量，進而調節遷移聚焦區帶的速度，適用于各種蛋白質等兩性物質進行等電聚焦兩步法檢測分離分析，而且檢測效率高，檢測效果好。
文檔編號G01N27/26GK1588033SQ20041008364
公開日2005年3月2日 申請日期2004年10月14日 優先權日2004年10月14日
發明者陳令新, 羅國安, 劉科輝, 王義明 申請人:清華大學