用于微流体直接印迹的多鞘流和芯片上的终端电极制造技术

提供了使用微流控分离柱分离和分配材料的装置和方法，所述微流控分离柱经由出口通道连接到一个或多个鞘流动通道。所分离的材料在分离柱中的流动至少部分地由分离柱内的第一电极与鞘流动通道中的至少一个内的终端电极之间的电压电势驱动。分离柱、出口通道、鞘流动通道和电极全都位于单个单块芯片内。片上终端电极的存在允许分离的材料混入鞘液中并喷射到可以不导电的表面上。多个鞘流的存在允许鞘流流体具有彼此不同的组成，同时减少鞘流流体进入分离柱的发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微流体直接印迹的多鞘流和芯片上的终端电极相关申请的交叉引用本申请要求2016年8月8日提交的美国临时申请No.62/372,229的权益，其全部公开内容出于各种目的整体并入本文。关于在联邦政府资助的研究和开发下完成的本专利技术的权利声明本专利技术是利用在美国国立卫生研究院所授予的1R43GM112289-01拨款下的政府资助完成的。政府对本专利技术拥有一定权利。
技术介绍
蛋白质印迹法(Western印迹)是一种普遍存在的分析技术，用于识别和量化复杂混合物中的特定蛋白质。在该技术中，使用凝胶电泳基于诸如三级结构、分子量、等电点、多肽长度或电荷的特性来分离凝胶中的蛋白质。一旦分离，蛋白质然后从凝胶转移到非特异性地结合蛋白质的膜，该膜通常由硝酸纤维素、尼龙或聚偏二氟乙烯(PVDF)制成。进行这种转移的常用方法是电印迹，其中使用电流将蛋白质从凝胶中拉入膜中。然后用专用于被靶向的蛋白质的探针对膜进行染色，从而允许检测这些蛋白质的位置和量。毛细管电泳提供了与蛋白质印迹法和其它生物技术程序相关的凝胶电泳分离的替代方案。在毛细管电泳中，诸如蛋白质的材料与凝胶电泳中一样以电动方式分离，但需要的体积小得多。该技术中使用的毛细管的典型特征是直径小于1毫米，并且在某些情况下结合在微流控装置或纳米流体装置中。先前的工作已经证明了将微流控装置应用于蛋白质的蛋白质印迹法/Western印迹法的益处(Jin等人，2013Anal.Chem.85:6073)。这些装置将分离的蛋白质电转移到印迹表面，印迹表面本身就是终端电极(参见，例如，美国专利No.9,182,371)。该电场印迹法需要从分离装置到表面的连续电接触。结果，表面必须是导电的(例如，金属压印盘上的湿膜)。在电场印迹中，蛋白质经由电泳向表面迁移。由于电流的截面积在离开分离装置时突然增大，所以电场突然衰减。而且，由于表面通常是湿的，所以在分离装置与所述表面之间的接触点周围往往形成大的弯液面。这种大的弯液面可以包括再循环区，在该再循环区中诸如蛋白质的分析物可以被捕获并混合，从而降低分离度。此外，仅在分离装置位于分析物上方时才施加电场印迹力。如果表面和分离装置相对于彼此移动到不同的位置，则电力消除并且仅扩散力导致分析物固定在表面膜中。
技术实现思路
一般而言，本文提供了用于分配已经通过微流控电泳分离的少量的、可控量的材料的装置和方法。材料的分离发生在连接到出口通道的微流控分离柱内。分离柱和出口通道是单个单块芯片的两个元件。一个或多个鞘流动通道也存在于芯片上并连接到出口通道，使得筛分凝胶、有机溶剂或其它流体可以通过或被泵送通过鞘流动通道并进入出口通道。可以在分离柱内的第一电极与位于鞘流动通道的一个内的终端电极之间施加电压，使得一种或多种分析物电泳移动通过分离柱并进入出口通道。在出口通道内，分离的分析物被夹带在鞘流中以形成流出物。然后将流出物从出口通道的排放出口排出到接收表面上。在这种构型中，因为终端电极位于芯片内而不是接收表面，所以对接收表面没有电气要求。使用一个以上的鞘流动通道和鞘液/流体允许初级鞘流抵消其它鞘流向分离柱中的潜在回流。例如，在初级鞘流和二级鞘流的情况下，至多有非常小的百分比的二级鞘流将穿透初级鞘流进入分离柱。这使得二级鞘流液体的组成能够明显不同于分离柱液体的组成，而不会随着时间改变分离柱内的状态。作为另一实例，三级鞘流可以用于向流出物提供有机溶剂，从而能够通过电喷射来分配流出物。在这种构型中，二级鞘流充当三级鞘流和初级鞘流之间的屏障，这在如下的情况中可能是重要的，即，当例如三级鞘流的有机溶剂与初级鞘流和分离柱的筛分凝胶的接触能导致在筛分凝胶内发生不希望的固体沉淀时。提供的一种设备包括具有输入端和输出端的分离柱。输入端具有构造成接收流体样品的开口。第一电极位于分离柱内并靠近分离柱的输入端。该设备还包括具有上游端和下游端的出口通道。出口通道的上游端连接到分离柱的输出端。出口通道的下游端具有排放出口。该设备还包括初级鞘液/流体(sheathfluid)储器和连接到初级鞘液储器的压力源。该设备还包括一个或多个流动通道。该一个或多个流动通道中的每一个具有入口端和交叉端。该一个或多个流动通道中的一个是初级鞘流动通道。初级鞘流动通道的交叉端与出口通道交叉。初级鞘流动通道将初级鞘液储器与出口通道连接。第二电极位于该一个或多个流动通道中的一个内。在一些实施例中，第二电极在初级鞘流动通道内。在一些实施例中，该一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。在一些实施例中，一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中二级鞘流动通道的交叉端与初级鞘流动通道交叉。在一些实施例中，第二电极在二级鞘流动通道内。在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面，以及构造成使该表面相对于排放出口横向移动的电机。在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面，以及构造成使该排放出口相对于该表面横向移动的电机。在一些实施例中，该设备还包括附着在所述表面上的膜。该膜的直接面对排放出口的区域可以是干燥的，直到被从排放出口离开的流出物润湿。流出物可以包含分析物。流出物可以芯吸/通过毛细作用进入(wick)到膜中以将分析物固定在膜中。在一些实施例中，该设备还包括连接到表面的真空歧管，其中该真空歧管构造成将膜附着于表面并将分析物固定在膜中。在一些实施例中，连接到初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且该设备还包括有机溶剂储器。该设备还可包括连接到有机溶剂储器的第二压力源。一个或多个流动通道中的一个可以是将有机溶剂储器与出口通道连接的三级鞘流动通道。三级鞘流动通道的交叉端可以在出口通道排放出口与二级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。三级鞘流动通道的交叉端可以在出口通道排放出口与初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与出口通道交叉。在一些实施例中，该设备还包括跨越一间隙定位在排放出口的对面的表面。该设备还可以包括电机，该电机构造成使所述表面相对于排放出口横向移动。该设备还可以包括马达，该马达构造成使排放出口相对于所述表面横向移动。该设备还可以包括连接到所述表面的第三电极。第三电极可以构造成将流出物从排放出口电喷射到该表面。在一些实施例中，该设备还包括在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道内的筛分凝胶。在一些实施例中，该设备还包括在分离柱、初级鞘液储器和初级鞘流动通道内的筛分凝胶，以及在二级鞘流动通道内的流体。在一些实施例中，该设备还包括在分离柱内的筛分凝胶，以及在初级鞘液储器、初级鞘流动通道内和二级鞘流动通道内的流体。在一些实施例中，流体是筛分凝胶。在一些实施例中，流体的粘度比筛分凝胶低。在一些实施例中，流体包含分析物改性剂。在一些实施例中，分析物改性剂是蛋白质染色剂。在一些实施例中，分离柱和一个或多个流动通道集成在单个单块芯片上。在一些实施例中，该设备还包括在一个或多个流动通道中的至少一个的入口端处的安装在芯片上的密封件。在一些实施例中，连接到初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且该设备还包括连接到二级鞘流动通道的第二压力源。在一些实施例中，压力源是喷墨式/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析物分离和分配设备，包括：分离柱，其具有输入端和输出端，其中所述输入端具有构造成接收流体样品的开口；第一电极，其位于所述分离柱内并靠近所述分离柱的输入端；出口通道，其具有上游端和下游端，其中所述出口通道的上游端连接到所述分离柱的输出端，并且其中所述出口通道的下游端具有排放出口；初级鞘液储器；压力源，其连接到所述初级鞘液储器；一个或多个流动通道，其中所述一个或多个流动通道中的每一个具有入口端和交叉端，其中所述一个或多个流动通道中的一个是初级鞘流动通道，其中所述初级鞘流动通道的交叉端与所述出口通道交叉，并且其中所述初级鞘流动通道将所述初级鞘液储器与所述出口通道连接；和第二电极，其位于所述一个或多个流动通道中的一个内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.08 US 62/372,2291.一种分析物分离和分配设备，包括：分离柱，其具有输入端和输出端，其中所述输入端具有构造成接收流体样品的开口；第一电极，其位于所述分离柱内并靠近所述分离柱的输入端；出口通道，其具有上游端和下游端，其中所述出口通道的上游端连接到所述分离柱的输出端，并且其中所述出口通道的下游端具有排放出口；初级鞘液储器；压力源，其连接到所述初级鞘液储器；一个或多个流动通道，其中所述一个或多个流动通道中的每一个具有入口端和交叉端，其中所述一个或多个流动通道中的一个是初级鞘流动通道，其中所述初级鞘流动通道的交叉端与所述出口通道交叉，并且其中所述初级鞘流动通道将所述初级鞘液储器与所述出口通道连接；和第二电极，其位于所述一个或多个流动通道中的一个内。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二电极位于所述初级鞘流动通道内。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中所述二级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述初级鞘流动通道和出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个流动通道中的一个是二级鞘流动通道，其中所述二级鞘流动通道的交叉端与所述初级鞘流动通道交叉。5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述第二电极位于所述二级鞘流动通道内。6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，还包括：表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；和马达，其构造成使所述表面相对于所述排放出口横向移动。7.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，还包括：表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；和马达，其构造成使所述排放出口相对于所述表面横向移动。8.根据权利要求6或7所述的设备，还包括：附着到所述表面的膜，其中所述膜的直接面对所述排放出口的区域是干的，直到被从所述排放出口离开的流出物润湿，其中所述流出物包含分析物，由此将所述流出物通过毛细作用带入到所述膜中以将所述分析物固定在所述膜中。9.根据权利要求8所述的设备，还包括：连接到所述表面的真空歧管，其中所述真空歧管构造成将所述膜附着到所述表面并将所述分析物固定在所述膜中。10.根据权利要求3所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且其中所述设备还包括：有机溶剂储器；和连接到所述有机溶剂储器的第二压力源，其中所述一个或多个流动通道中的一个是将所述有机溶剂储器与所述出口通道连接的三级鞘流动通道，并且其中所述三级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述二级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。11.根据权利要求4所述的设备，其中，连接到所述初级鞘液储器的压力源是第一压力源，并且其中所述设备还包括：有机溶剂储器；和连接到所述有机溶剂储器的第二压力源，其中所述一个或多个流动通道中的一个是将所述有机溶剂储器与所述出口通道连接的三级鞘流动通道，并且其中所述三级鞘流动通道的交叉端在出口通道排放出口与所述初级鞘流动通道和所述出口通道的交点之间的位置处与所述出口通道交叉。12.根据权利要求10或11所述的设备，还包括：表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；马达，其构造成使所述表面相对于所述排放出口横向移动；和连接到所述表面的第三电极，其中所述第三电极构造成将流出物从所述排放出口电喷射到所述表面。13.根据权利要求10或11所述的设备，还包括：表面，其跨越与所述排放出口的间隙定位在所述排放出口的对面；马达，其构造成使所述排放出口相对于所述表面横向移动；和连接到所述表面的第三电极，其中，所述第三电极构造成将流出物从所述排放出口电喷射到所述表面。14.根据权利要求1-13中任一项所述的设备，还包括：筛分凝胶，其中所述筛分凝胶在所述分离柱、所述初级鞘液储器和所述初级鞘流动通道内。15.根据权利要求3或4所述的设备，还包括：筛分凝胶，其中所述筛分凝胶在所述分离柱、所述初级鞘液储器和所述初级鞘流动通道内；和二级鞘液，其中所述二级鞘液在所述二级鞘流动通道内。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述二级鞘液是筛分凝胶。17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述二级鞘液的粘度低于所述筛分凝胶。18.根据权利要求15所述的设备，其中，初级鞘液和二级鞘液中的一者或两者独立地包含一种或多种分析物改性剂。19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述分析物改性剂中的一种或多种是蛋白质染色剂。20.根据权利要求1-19中任一项所述的设备，其中，所述分离柱和所述一个或多个流动通道集成在单个单块芯片上。21.根据权利要求20所述的设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·弗尔塔，D·T·兰布，L·R·米登多夫，
申请(专利权)人：利康公司，
类型：发明
国别省市：美国,US