通过微流体自由流电泳分离和分析样品制造技术

本发明专利技术提供一种微流体装置(11)，用于分离和分析微流体样品。该装置包括：分离通道(10)；第一电解质通道(12)，被配置为在使用中提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有正电极(13)；第二电解质通道(14)，被配置为在使用时提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有负电极(15)；其中通过第一和第二电解质通道的电解质的流从装置中除去电泳产物和气泡；其中电解质的存在在分离通道上提供基本均匀的电场。

Separation and Analysis of Samples by Microfluid Free Flow Electrophoresis

The invention provides a microfluidic device (11) for separating and analyzing microfluidic samples. The device comprises: a separation channel (10); a first electrolyte channel (12), which is configured to provide a flow of electrolyte solution with high conductivity in use, and a positive electrode (13) is arranged at the downstream outlet of the channel; and a second electrolyte channel (14), which is configured to provide a flow of electrolyte solution with high conductivity in use, and in this way. Negative electrodes (15) are arranged at the downstream outlet of the channel, in which electrolyte flow through the first and second electrolyte channels removes electrophoretic products and bubbles from the device, and electrolyte presence provides a basically uniform electric field on the separation channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过微流体自由流电泳分离和分析样品
本专利技术涉及在微流体装置中分离和分析带电粒子，特别是涉及使用自由流电泳(FFE)在微流体装置中分离和分析带电粒子。微流体自由流电泳是一种分离和分析带电粒子的有效方法，该方法有潜力处理小量样品体积，并具有高分离效率和良好控制的边界条件。
技术介绍
自由流电泳的传统方法是将金属电极嵌入微流体装置中。然而，当使用这些方法时，在电极/液体界面处产生的电解产物极大地限制了装置的稳定性和敏感性。这种情况下主要的担忧是电极/液体界面处气泡的形成，这能改变液体流形态，从而导致样品中带电粒子的不稳定分离。此外，微流体装置所需的流体体积处于微升级至纳升级。因此，即使处于能负载很大电流密度的导电缓冲液的相对较低的电场(如20V/cm)下，在数秒内产生的气泡的物理尺寸也可以很容易地超过微流体通道中的体积。已提出几种方法来减小形成这些电解产物的影响，例如通过膜从物理上使分析腔室与电极床分离开。此外，通过使用氧化还原电子载体来抑制气泡的形成。尽管减轻了对电解产物影响的担忧，这些方法中的很多方法却带来了不同的缺点，例如，复杂的制造方法或极大地限制可应用的电流/电场。此外，避免或驱替气泡并没有克服由局部pH变化(由溶解的电解产物或电流产生的焦耳热所引起)所产生的问题。已使用外部电极以便于制造降低气泡引入到微流体芯片上的风险的微流体装置，尽管在微流体芯片上的进口和出口处同时设置外部电极，但仍能产生流过微流体装置的电解产物和热量。AU738361B1公开了一种用于自由流电泳的装置，其中分离膜和限制膜置于一个盒子内，第一流动路径沿分离膜一侧，第二流动路径沿分离膜相反的一侧，限制膜用于隔开来自各流动路径的缓冲液流。图6示出了基本在通道全部长度上延伸的电极。EP1621211公开了一种细胞分离装置，该装置不会破坏细胞样品，且防止细胞分离时电压施加至其上的电极耗尽，且历经长时间的细胞分离也不会导致通道堵塞。这是使用含有电解质的凝胶电极实现的。正是在这种背景下作出了本专利技术。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于分离和分析微流体样品的微流体装置，该装置包括：分离通道；第一电解质通道，被配置为在使用中提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有正电极；和第二电解质通道，被配置为在使用时提供高电导率电解质溶液的流，并在该通道的下游出口处设置有负电极；并且其中，通过第一和第二电解质通道的电解质的流从所述装置中除去电泳产物和气泡；并且其中，电解质的存在在分离通道上提供基本均匀的电场。将正电极和负电极设置在第一和第二电解质通道的下游出口处可以是特别有利的，因为它提供了一种用于主动输运产物(诸如电解产物)的手段，伴随着局部pH变化和热量远离微流体装置，而它们中的任何一个都不直接进入微流体通道。这是通过高电导率电解质溶液的流实现的，并不能通过固定电极如凝胶电极实现。从微流体装置除去电解质产物可以在微流体装置内提供更稳定的流体流形态。正电极和负电极可以仅位于相应通道的下游出口处。第一和第二电解质通道可以通过导电通道阵列连接至分离通道。导电通道阵列可以包括至少一个位于分离通道的入口附近的导电通道。提供分离通道入口附近的至少一个导电通道限定了电场的起点。启动尽可能接近通道入口的电场使给定长度的分离通道内的电场范围最大化，并且尽可能快地启动电场使不受电场影响的流体流最小化。这确保了其他机制(例如扩散)的影响是有限的。导电通道阵列可包括至少一个位于通道出口附近的导电通道。提供至少一个通道出口附近的导电通道允许上一个导电通道上游的分离通道内的高导电率溶液的总流速较小，这减少了高导电率流体到达分离通道的距离。这增强了电场的均匀性并防止有效的分离通道宽度因液体电极到达通道的距离更远而缩减。此外，导电通道阵列可以基本与分离通道相毗连。在一些实施方式中，导电通道阵列基本垂直于分离通道、第一电解质通道和第二电解质通道。在一些实施方式中，导电通道阵列被配置为在分离通道、正电极和负电极之间提供电连接。流过导电通道的电解质可以占流过分离通道的总流体流量的0.1％至10％。流过导电通道的电解质的精确量将由电解质通道、分离通道和导电通道的电阻比决定。分离通道中的流量百分比应保持尽可能低，如果需要，将额外的电阻施加至分离通道和导电通道中。此外，导电通道阵列还提供高的流体动力学阻力，以最小化通道之间的传质。可以在第一电解质通道和第二电解质通道中提供电解质溶液。在一些实施方式中，电解质溶液是一种高电导率电解质溶液。电解质溶液可以适当地负载电流。提供高电导率的电解质溶液可以是有利的，因为它可以用于将正电极和负电极与分离通道进行电连接。此外，使用高电导率溶液是特别有利的，因为与导电性较低的流体相比，它们通过电解质通道时可以产生非常小的电压降。优选地，电解质溶液是氯化钾。在一些实施方式中，由施加在下游电极上的电压产生的电流可以与第一电解质通道中的电解质溶液的流基本相反的方向流动。此外，使用窄的导电通道可允许强电场施加至分离通道而不会破坏在电极和电解质界面处形成的气泡或其他电解产物。这可以带来样品(例如流体流中的核酸、蛋白质和荧光粒子)大的、稳定的偏转(deflection)和高分离分辨率。在另一个实施方式中，电解质溶液与分离介质形成界面，从而产生液体电极。分离介质可以是辅助流体，例如缓冲溶液，例如磷酸盐缓冲液。正电极和负电极可以是金属连接器，该金属连接器可以是中空的。使用中空金属连接器是特别有利的，因为它允许在常规微流体装置内直接集成大的有效电极表面区域。这可以极大地简化装置制造过程。在一些实施方式中，分离通道可以具有多个出口。在本专利技术的另一个方面，提供了一种从根据本专利技术前一方面的微流体装置中除去电解产物的方法。此外，热量也可以从该微流体装置中除去。除去电解产物和热量可以减少对微流体装置内流体流的任何干扰。此外，根据本专利技术，提供了一种在根据本专利技术的微流体装置中分析样品但没有电解产物的方法；该方法包括以下步骤：使高电导率电解质溶液流过第一和第二电解质通道；使样品流过分离通道；拍摄分离通道的光学图像；以及分析分离通道的光学图像。光学图像可以是荧光图像。此外，根据本专利技术，提供了一种在微流体装置中分离第一样品的方法，在微流体装置中分离通道具有多个出口，该方法包括以下步骤：使高电导率电解质溶液流过第一和第二电解质通道；使微流体样品流过分离通道；对来自分离通道的至少一个出口的流出物进行取样。电解质溶液和微流体样品在分离通道内可以沿相同的方向流动。热量可以通过高电导率电解质溶液的流从微流体装置中除去。气泡可以通过高电导率电解质溶液的流从微流体装置中除去。电流可以被配置为以与第一电解质通道中的电解质溶液的流基本相反的方向流动。电解质溶液可以与分离介质形成界面，从而产生液体电极。在一些实施方式中，电解质溶液可以是氯化钾。在一些实施方式中，分离介质可以是缓冲液介质。缓冲溶液可选自包括古氏缓冲液(Good’sbuffer)、磷酸盐缓冲液、PBS、碳酸盐缓冲液和硼酸盐缓冲液的组。选择缓冲溶液以尽可能接近地匹配样品溶剂。这是为了确保样品在通过通道时移动到缓冲溶液中时不会产生不利反应。附图说明现在将通过仅为示例的方式，并参考附图进一步且更具体地描述本专利技术，其中：图1示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分离和分析微流体样品的微流体装置，所述装置包括：分离通道；第一电解质通道，被配置为在使用中提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有正电极；第二电解质通道，被配置为在使用时提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有负电极；并且其中，通过所述第一和第二电解质通道的电解质的流从所述装置中除去电泳产物和气泡；并且其中，电解质的存在在分离通道上提供基本均匀的电场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 GB 1602946.41.一种用于分离和分析微流体样品的微流体装置，所述装置包括：分离通道；第一电解质通道，被配置为在使用中提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有正电极；第二电解质通道，被配置为在使用时提供高电导率电解质溶液的流，并且在该通道的下游出口处设置有负电极；并且其中，通过所述第一和第二电解质通道的电解质的流从所述装置中除去电泳产物和气泡；并且其中，电解质的存在在分离通道上提供基本均匀的电场。2.根据权利要求1或2所述的微流体装置，其中，所述正电极和所述负电极仅位于相应通道的下游出口处。3.根据权利要求1或2所述的微流体装置，其中，所述第一和第二电解质通道通过导电通道阵列连接至所述分离通道。4.根据权利要求3所述的微流体装置，其中，所述导电通道阵列包括至少一个位于所述分离通道的入口附近的导电通道。5.根据权利要求3或4所述的微流体装置，其中，所述导电通道阵列包括至少一个位于所述通道的出口附近的导电通道。6.根据权利要求3～5中任一项所述的微流体装置，其中，所述导电通道阵列与所述分离通道基本相毗连。7.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置，其中，所述导电通道阵列基本垂直于所述分离通道、所述第一和第二电解质通道。8.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置，其中，所述导电通道阵列被配置为在所述分离通道和所述电极之间提供电连接。9.根据权利要求8所述的微流体装置，其中，流过所述导电通道的电解质占通过所述分离通道的总流体流量的0.1％至10％。10.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置，其中，所述电解质溶液是高电导率电解质溶液。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：张英博，托马斯·米勒，图奥马斯·佩蒂·乔纳森·诺尔斯，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，流体分析有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB