專利名稱：采用裂縫進樣的便攜式高效毛細管電泳芯片的設計和制作的制作方法
技術領域：
本發明屬于微流控芯片領域中的電泳芯片的制備方法。它用熔硅石英毛細管為分 離管道，聚二甲基硅烷彈性體為基體，首次利用熔硅石英毛細管柱上構建的裂縫作為 進樣通道，電化學檢測的電極固定通道或槽直接成型加工在聚二甲基硅烷基體中，光 檢測通過芯片上加工的可調大小的光檢測孔。該芯片集合了石英玻璃芯片與聚二甲基 硅烷等塑料芯片的優點，在藥物、食品、生化快速分離分析，海關、公安、法醫現場 快速檢驗、鑒定以及臨床床旁快速檢驗等領域都有廣闊的應用前景。
二背景技術：
微流控電泳芯片由于其分離快速、高效、樣品消耗少而日益受到重視。電泳芯片 按基體材料可以分為玻璃芯片和塑料芯片兩大類。玻璃芯片性能優良，特別是石英玻 璃芯片由于無紫外吸收更符合各種光檢測的需要。然而玻璃芯片由于其加工工藝復 雜，制作過程往往需要超凈環境，管道需要氫氟酸刻蝕形成，芯片封合麻煩且耗時， 產品易碎且易堵塞而報廢[1'2]，造成制作費時且成本高昂，不利于微流控芯片的發展 與實際應用。鑒于此，以聚二甲基硅垸(TOMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸 酯(PC)為代表的塑料芯片由于其加工簡單、制作快速、成本低[3]，有望制作低成本 的一次性芯片和利于產業化而引起了人們的廣泛研究和應用。其中PDMS芯片由于化學 性質穩定、無毒、透明、彈性好而最具有代表性。但是，塑料芯片的缺點也很突出。 主要表現在管道強度低、易變形或塌陷；管道電滲流不穩定而導致分離重現性差；管 道為強疏水性[4]，極易吸附樣品而導致分離效率下降，因此許多有關塑料芯片的研究 多集中在管道的處理和修飾以提高芯片的親水性、重現性和實際應用能力"'4]。
鑒于兩種芯片的優缺點，許多研究者嘗試將玻璃和塑料結合，構建雜化(hybrid) 芯片。典型的做法是用PDMS構筑微通道，然后將之貼合在玻璃基板上[5]，這樣芯片封 合相對簡單，管道強度、親水性有所提高，相對于玻璃芯片成本降低很多。但是，這 種方法沒有從根本上解決塑料芯片通道的問題反而由于管道材料的不一致引出了新 的問題，即由于兩種材料電滲流的不一致導致樣品區帶加寬而使分離效率下降[6]。 本發明設計了一種采用裂縫進樣的便攜式高效毛細管電泳芯片，以價廉易得且性能優越的熔硅石英毛細管作為分離管道，以PDMS為基體，首次利用熔硅石英毛細管柱上構 建的裂縫作為進樣通道，將石英玻璃芯片的管道性能優良的特點與TOMS芯片加工簡 單、成本低廉的特點有機結合起來，為制作高效、便攜式、低成本、用戶友好的實用 和商品化電泳芯片提供了一個切實可行的途徑。 Dang, F.; Kakehi， K.; Cheng, J.; Tabata, O.; Kurokawa, M; Nakajima, K.; Ishikawa, M; Baba, Y.顛/. C7z柳.2006， 7S， 1452-1458.. Effenhauser, C. S.; Bruin， G.丄M.; Paulus, A.; Ehrat， M.爿"a/. C/zew. 1997, 69， 3451-3457. Duffy, D. C.; McDonald, J. C.; Schueller， O.丄A.; Whitesides， G M.爿"a/. CAe/w. 1998, 70， 4974-4984. Vickers， J. A.; Caulum, M. M.; Henry, C. S.爿;ia/. CAew. 2006, 7S， 7446-7452. Martin, R. S.; Gawron, A. J.; Lunte, S. M; Henry, C. S.為/. CAew. 2000， 72， 3196-3202. Ross, D.; Johnson,T. J.; Locascio, L. E. Jwo/. C7!ew.2001， 73， 2509-2515.
發明內容
本發明的目的是提出一種采用裂縫進樣的便攜式高效毛細管電泳芯片的設計和 制作方法，用熔硅石英毛細管為分離管道，聚二甲基硅烷彈性體為基體，利用熔硅石 英毛細管柱上構建的裂縫作為進樣通道，電化學檢測的電極固定通道或槽直接成型加 工在聚二甲基硅烷基體中，光檢測通過芯片上加工的可調大小的光檢測孔。該芯片集
合了石英玻璃芯片與PDMS等塑料芯片的優點，在藥物、食品、生化快速分離分析， 海關、公安、法醫現場快速檢驗、鑒定以及臨床床旁快速檢驗等領域都有廣闊的應用
莉.景。
本發明通過以下技術方案來實現，其步驟如下
(1) 芯片模板制備用玻璃或有機玻璃制作，形狀如圖l所示。
(2) 聚二甲基硅烷前驅體液配制將二甲基硅烷低聚體液和交聯劑以10: 1的 質量比混合均勻，除氣后備用。
(3) 芯片分離管道的準備取一定長度的熔硅石英毛細管，清洗并干燥后，依 次在適當位置割一輕和兩重劃痕。若需進行光檢測，則需要在光檢測位置預先除去石 英管外涂層。
(4) 芯片毛胚制作將(3)中制備的熔硅石英毛細管按圖1所示放入芯片模板中，
然后倒入(2)中制備的聚二甲基硅垸前驅體液至完全覆蓋毛細管，然后75 °C加熱2 小時至聚二甲基硅垸彈性體固化成型，冷卻至室溫。在兩重劃痕上方輕壓后，聚二甲成三截。將兩端的毛細管從彈性體中抽出，形成正對 分離管道的彈性直通道。取出芯片毛胚。
(5)芯片的成型將(4)中制備的芯片毛胚按圖2所示制作三個儲液池分別為緩 沖液池、樣品池、廢液池(或檢測池)，冷卻腔以及光檢測孔。在固定在基體中的毛 細管劃痕上方輕壓形成裂縫即進樣通道。
本發明的特點是制作的電泳芯片加工工藝簡單，無需任何微機械加工技術和設 備，制作成本低廉；集合了石英玻璃芯片管道性能優良與PDMS等塑料芯片加工簡單 成本低的優點；熔硅石英毛細管無紫外吸收，特別利于紫外或熒光檢測；首次采用超 窄的裂縫進樣極大地抑制了進樣和分離過程樣品的泄漏從而很大程度上簡化了電源 設備和操作；超窄的裂縫進樣方式可以將電泳芯片的儲液池降低到最小數量，進一步 簡化了芯片的制作和操作并且降低了樣品和試劑的消耗；將親水性、內壁均勻光滑的 熔硅石英毛細管作為分離通道很大程度的避免了樣品的吸附，并且使電泳芯片的溶液 填充和管道內氣泡的除去變得相當簡單無需任何壓力或真空裝置進一步簡化了芯片 電泳的附屬設備和操作。電極可以方便在在芯片基體上固定、對準分離管道和更換。
四
圖1.芯片模板及熔硅石英毛細管安裝示意圖。 圖2.芯片示意圖。(標注單位毫米)
五具體實施例方式
實施例1.采用裂縫進樣的用于電化學檢測的便攜式電泳芯片的制備
(1) 芯片模板制備用有機玻璃板制作，形狀和規格如圖l所示。
(2) 聚二甲基硅垸前驅體液配制將二甲基硅烷低聚體液和交聯劑以10: 1的 質量比混合均勻，靜置，待氣泡除盡后備用。
(3) 芯片分離管道的準備取11厘米長度的熔硅石英毛細管(外徑360微米， 內徑25微米)，依次用通過注入O. 1M的氫氧化鈉、二次水、無水乙醇清洗，置烘箱 干燥。依次在離一端2， 1.2和9.2厘米處，割一輕和兩重劃痕。輕劃痕深度以肉眼 剛能看到刻痕為準，用以制備進樣裂縫，兩重劃痕用以折斷多余的毛細管，形成進樣 毛細管端和檢測毛細管端，并通過從模板中抽出毛細管以形成電極插入通道。(4) 芯片毛胚制作將(3)中制備的熔硅石英毛細管按圖1所示放入芯片模板中， 然后倒入(2)中制備的聚二甲基硅烷前驅體液至完全覆蓋毛細管并與模板四周持平。 然后75。C加熱2小時至聚二甲基硅烷彈性體固化成型，冷卻至室溫。在兩重劃痕上 方輕壓后，聚二甲基硅烷彈性體中包裹的毛細管斷成三截。將兩端的毛細管從彈性體 中抽出，形成正對分離管道的彈性電極引導通道，同時形成基體中包裹有8厘米長石 英管的芯片毛胚。將芯片毛胚小心從模板中取出。
(5) 芯片的成型將(4)中制備的芯片毛胚四周不均勻毛邊切除，按圖2所示切 割制作三個儲液池分別為緩沖液池、樣品池、檢測池以及冷卻腔。在固定在基體中的 毛細管處于樣品池中的劃痕上方輕壓，形成裂縫即進樣通道。用40倍光學顯微鏡觀 察裂縫，沒有觀察到裂縫左右管道出現錯位即表示進樣通道制作成功。
權利要求
1. 一種采用裂縫進樣的便攜式高效毛細管電泳芯片，其制作步驟如下(1)芯片模板制備用玻璃或有機玻璃制作，形狀如圖1所示。(2)聚二甲基硅烷前驅體液配制將二甲基硅烷低聚體液和交聯劑以10∶1的質量比混合均勻，除氣后備用。(3)芯片分離管道的準備取一定長度的熔硅石英毛細管，清洗并干燥后，依次在適當位置割一輕和兩重劃痕。若需進行光檢測，則需要在適當位置除去石英管外涂層。(4)芯片毛胚制作將(3)中制備的熔硅石英毛細管按圖1所示放入芯片模板中，然后倒入(2)中制備的聚二甲基硅烷前驅體液至完全覆蓋毛細管，然后75℃加熱2小時至聚二甲基硅烷彈性體固化成型，冷卻至室溫。在兩重劃痕上方輕壓后，聚二甲基硅烷彈性體中包裹的毛細管斷成三截。將兩端的毛細管從彈性體中抽出，形成正對分離管道的彈性直通道。取出芯片毛胚。(5)芯片的成型將(4)中制備的芯片毛胚按圖2所示制作三個儲液池分別為緩沖液池、樣品池、廢液池(或檢測池)，冷卻腔以及光檢測孔。在固定在基體中的毛細管劃痕上方輕壓形成裂縫即進樣通道。
2. 根據權利要求1的制備方法，其特征在于步驟(l)中模板的特別設計可以方便快速的形成芯片毛胚且保證了芯片制作的重復性。
3. 根據權利要求1的制備方法，其特征在于歩驟(2)(3)所述的二甲基硅烷低聚體 液和交聯劑以10: 1的質量比混合以及75。C加熱2小時固化的條件可以確保芯片基 體彈性、透明度和硬度，利于進一歩的加工及應用。
4. 根據權利要求1的制備方法，其特征在于步驟(3) (4) (5)所述的熔硅毛細管的 處理方法、電極固定通道和進樣裂縫的制備方法，可以保證芯片特別是進樣裂縫制作 的成功率和重現性以及電極固定和更換的便利性，冷卻腔可以保證芯片高效散熱。
5. 根據權利要求1的制備方法，其特征在于所述的芯片的外型設計使得芯片使用和進一歩加工方便。
全文摘要
本發明涉及一種采用裂縫進樣的便攜式高效毛細管電泳芯片。特征是①分離管道為熔硅石英毛細管；②基體為聚二甲基硅烷彈性體；③利用熔硅石英毛細管柱上構建的裂縫作為進樣通道；④電化學檢測的電極固定通道或槽直接成型在聚二甲基硅烷基體中。本發明制作的電泳芯片加工工藝簡單，制作成本低廉；集合了石英玻璃芯片管道性能優良與聚二甲基硅烷等塑料芯片加工簡單、成本低的優點；電極可以方便地在芯片基體上固定、對準分離管道和更換。本發明為制作便攜式、低成本、用戶友好的實用和商品化電泳芯片提供了一個切實可行的途徑，將在藥物、食品、生化快速分離分析，海關、公安、法醫現場快速檢驗、鑒定以及臨床床旁快速檢驗等領域都有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N27/453GK101424660SQ20071013452
公開日2009年5月6日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者春 翟, 鞠熀先 申請人:南京大學