一種芯片電泳分離和等離子體質譜分析系統的制作方法
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發明涉及一種芯片電泳分離和等離子體質譜分析系統。
(二)
【背景技術】
[0002]環境和生物樣品中的元素形態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，特別是等離子體質譜技術，是目前痕量元素總量分析的強有力工具，但難以對環境、生物和食品等復雜基體中痕量元素的存在形態及其含量進行分析。色譜分析模式種類多樣，適用范圍廣，是分析復雜基體中痕量元素的不同形態物種的高效手段，特別是毛細管電泳技術，具有分離效率高、速度快和樣品消耗小等優點。毛細管電泳與等離子體質譜聯用技術結合兩者的優點，即毛細管電泳的高分離效率與等離子體質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分析技術。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，是當前化學和生物的研究熱點。毛細管電泳和等離子體質譜聯用接口中的連接管路和接頭可以方便地集成在芯片上，節約了制作這些管路和接頭的時間和成本，并且降低了它們的連接部位的死體積，也簡化聯用裝置。
[0003]但是，毛細管電泳與等離子體質譜聯用必先設計一個有效的接口，這個接口必須兼容兩者的流量，保證電泳分離與等離子體質譜測定互不干擾，同時還要使電泳流出物高效傳輸到等離子體質譜。設計這樣的接口，需要解決的一個問題是如何降低等離子體質譜儀所使用的氣動霧化器產生的自吸效應。霧化器的自吸效應會在分離毛細管中產生層流，干擾不同物種的電泳分離甚至導致分離失敗。為了最大程度的降低自吸效應，一種簡單有效的方法是引入補充液流。但是，由于氣動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對分離毛細管內的電泳過程不利。另一種方法是使用交叉流霧化器來減小自吸效應，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中公開了一個毛細管電泳與等離子體質譜聯用的新接口，它完全消除了霧化器自吸造成的分離毛細管內的層流現象。分離毛細管內的電泳流出物被離線收集，再由蠕動栗轉移到三通接頭，接著被另一蠕動栗輸送的補充液流傳輸到霧化器并最終被等離子體質譜檢測。當第一個電泳流出物轉移到三通接頭后，第一個蠕動栗停止運行，直至第二個電泳流出物收集完畢。由于分離毛細管和霧化器被第一個蠕動栗隔離開，當它停止運行時，完全消除了霧化器的自吸效應對電泳分離的影響。但是該聯用接口僅適用于迀移時間差異大于20s的物種，否則兩種分析物的電泳峰會發生重疊。
[0004]除了自吸效應，毛細管電泳與等離子體質譜聯用須考慮的另一個問題是接口的靈敏度。等離子體質譜所用的常規霧化器的進樣流量一般為0.5-2mL/min，采用微量霧化器的進樣流量一般為5-100yL/min，這都遠遠超過毛細管電泳的流速(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。然后在分離毛細管后引入鞘流液會大量稀釋分析物的濃度，使聯用接口的靈敏度顯著下降。另一方面，毛細管電泳的進樣量一般為數納升至數十納升，而等離子體質譜又是一個質量型檢測器(即靈敏度與進樣量相關)，這也導致聯用方法的靈敏度雪上加霜。由于金屬形態物種在生物、環境等基體中含量較低，使用傳統毛細管電泳與等離子體質譜聯用系統直接檢測它們十分困難。為降低聯用系統的檢出限，可采用改進聯用接口、離線或在線樣品富集、增加進樣量等方法。改進聯用接口的手段有氫化物發生進樣，但其應用范圍有限(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，但是裝置相對復雜，耗時較長。增加進樣量可以成比例地改善靈敏度，但是會犧牲分離度;而且毛細管電泳分離的樣品帶一般不能超過分離通道的1/10，否則將導致分離失敗，這限制了增加進樣量方法的效果。
[0005]此外，毛細管電泳與等離子體質譜聯用須考慮的另一個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間越長，電泳峰的擴寬越嚴重，降低分離效率和檢測靈敏度。現有的毛細管電泳與等離子體質譜聯用接口一般采用兩通、三通或者四通來連接高壓電極、分離毛細管、鞘流液管路及霧化器，它們的死體積少則數十納升，多則數微升，易導致電泳峰的擴寬。
(三)
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明的目的是提供一種芯片電泳分離和等離子體質譜分析系統。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]一種芯片電泳分離和等離子體質譜分析系統，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有樣品池、樣品廢液池、緩沖液池、緩沖液廢液池和補充液池，所述檢測部包括相配合的霧化器和等離子體質譜儀；
[0009]分離通道的入口分別通過進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充液通道與帶有注射栗的補充液池連通、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譜儀相連，所述微通道和所述緩沖液廢液通道中均設有多孔塞；
[0012]所述樣品廢液池通過微型三通閥與負壓栗相連，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、負極相連。
[0013]進一步，所述負壓栗包括相互配合的真空瓶、電觸點真空表、微型真空栗及時間繼電器，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，所述出口管與補充液通道的一側連通，補充液通道的另一側與排液通道連通，補充液通道的一端和補充液池相連，另一端與緩沖液廢液通道相連。
[0015]進一步，所述微通道的入口依次與進樣通道的一側相連通，所述進樣通道的另一側與緩沖液通道連通，所述進樣通道的入口端與樣品池連接，所述進樣通道的出口端與樣品廢液通道連接。
[0016]進一步，所述緩沖液通道和所述緩沖液廢液通道內均設有鉑絲，所述鉑絲貫穿所述緩沖液通道和所述緩沖液廢液通道。
[0017]進一步，所述排樣通道包括近端相連的轉移毛細管和四氟管，所述轉移毛細管的遠端與分離通道和補充液通道相連，所述四氟管的遠端與霧化器相連，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譜儀相連。
[0018]本發明的分離通道和緩沖液廢液通道中均設有多孔塞;轉移毛細管與霧化器的進樣毛細管用四氟管連接，用于將芯片電泳流出液和補充液一并輸送到霧化器并進入等離子體質譜檢測;緩沖液通道和緩沖液廢液通道內插入鉑絲;各通道的入口設有儲液池，它們分別是緩沖液池、樣品池、樣品廢液池、補充液池、緩沖液廢液池；負壓栗由真空瓶、電觸點真空表、微型真空栗及時間繼電器連接構成，負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的電泳緩沖液的