用于电泳应用的电泳芯片制造技术

本发明专利技术公开一种电泳芯片，所述电泳芯片包括：(a)一非导电基板，设计用于支撑所述电泳芯片的多个元件；(b)一电极结构，用于通过所述电泳芯片传导电流，所述电极结构印刷在所述非导电基板上且包括一反向电极以及至少一个工作电极，每个电极包括一导电低电阻墨层，印刷在所述非导电基板上；以及一碳墨层，印刷在所述导电低电阻墨层的顶部上且完全或部分地覆盖所述导电低电阻墨层；(c)一介电油墨绝缘层，放置在所述电极结构的顶部上且覆盖所述电极结构，所述介电油墨绝缘层在所述反向电极上方具有至少一个开口以及在所述至少一个工作电极上方具有至少一个开口，进而形成至少一个可定址位置；以及(d)一分子采集基质，点样在所述至少一个可定址位置上以及覆盖所述至少一个可定址位置，进而产生至少一个微凝胶区域。

Electrophoresis chip for electrophoresis application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电泳应用的电泳芯片
本专利技术通常涉及电泳芯片以及使用方法，更具体地涉及包含碳阵列电极的电泳芯片以及用于分析物的电泳积累、分离及/或检测的方法。
技术介绍
电泳是一种利用在两个相对电极之间施加一相对高的电场的方法，通常设置在一凝胶内或一溶液中以移动或传输感兴趣的多个带电分子或粒子。在相等但带相反电荷的多个电极之间施加的场的场强(fieldstrength)E可以通过以下公式计算：E＝V/d其中d(以米为单位)表示所述多个电极之间的间隔，且V(以伏特为单位)表示在所述多个电极间的电位差。因此，根据上述场强公式，如果所述电位差保持恒定，所述多个电极之间的距离越小，则所述电场变得越强。所述电场的范围通常可以为5至20伏特/厘米(V/cm)，且高达5千伏/厘米(kV/cm)。可以施加直流(DC)或交流(AC)场来用于所述分析物的累积、分离及/或检测。具体来说，凝胶电泳广泛用于多个生物分子的分离、纯化或分析，特别是它们的尺寸或它们的浓度。通过各种电泳方法传输以及分析多个带电实体的多个实例可以包含多种核酸以及多种蛋白质，还包含多种细胞以及多种微米和纳米粒子。将多个电极材料(基于多个印刷油墨)印刷至一基板上提供了一种相对低成本用于制造多个电极以及控制其多种性能的方法。用于多种电泳应用的多种电极阵列(array)装置尚未普遍使用。所述多个印刷电极先前已用于许多不同的电分析装置以及流体芯片中，且所述多个印刷电极是使用各种电化学方法来用于多种溶液中多个分析物的检测。这些电化学方法通常是基于氧化还原型反应，其中在所述电极表面氧化或还原所述多个分析物分子，且测量流过所述电极的电流且所述电流与溶液中所述分析物的浓度成比例。因此，在多种电化学技术中，测量所述电流作为所述分析物浓度的一函数，所述多个工作(感测)电极需要由高电活性的材料制成(例如，铂或碳墨)，这意味着它们能够促进特定分析物的氧化或还原。这是因为所述多种电分析或电化学应用需要能够在所述多个电极上产生多个高电流且具有促进所述分析物的一特定氧化/还原反应的多个表面特性的多个电极材料。凝胶电泳与大多数电化学分析方法明显不同，几十年来已广泛用于生物技术、分子生物学、生物化学、物理化学、医学、制药科学、兽医学、纳米技术等领域。多种分子，特别是大的生物分子(例如，DNA/RNA或蛋白质)需要施加高电场以有效地通过所述传输介质(凝胶或溶液)传输以及在所述凝胶基质内分离或浓缩。因此，它们的传输需要强电场，特别是通过所述凝胶基质。在两个电极之间施加电场(即阳极(带正电)以及阴极(带负电))，它们放置在面对一凝胶基质的单独缓冲液储器中，以一受控的孔隙率制备。将所述多个分析物分子的一样品插入(insert)或移液(pipet)至所述凝胶中，所述多个分子根据其不同的电泳迁移率(electrophoreticmobility)而移动通过所述凝胶基质时，所述多个分子被及时分离。所述多个分子的电泳迁移率不仅取决于所述多个分子的电荷、尺寸以及形状，还取决于所述凝胶基质的物理化学性质，例如，所述凝胶基质的粘度、介电常数、pH值、盐组成以及孔径。已知有许多设计用于多种电泳设备及其卡匣(cartridge)，包含例如嵌入一一次性卡匣内的预制凝胶(per-castgel)。所述卡匣通常基于多个铂线电极或多个碳基棒电极制成，其相对昂贵。Fanjul-Bolado等人(2008)在“丝网印刷以及传统碳糊电极的电化学特性(ElectrochemicalCharacterizationofscreen-printedandconventionalcarbonpasteelectrodes)”(ElectrochimicaActa53(10)，2008，第3635至3642页)中，比较了一传统碳糊电极以及多个非预处理商用丝网印刷碳电极对一些氧化还原对的电活性。在这种情况下，应注意的是，用于电泳的电极的电活性不同于用于电化学分析的电极的电活性。这是由电极材料的固有特性决定。具体来说，金属或金属化表面使溶液中的所述氧化还原或分析物分子与所述金属电极表面之间的电子转移容易。另外，为了电分析目的，所述电极材料必须具有相对高的电子传导性且在所述材料基质本身内传输。多种金属显示出高电子传输，因为它们在其导带(conductionband)中具有高浓度的多个自由电子。相反地，多种半导体可能在所述导带中不具有高浓度的多个自由电子。因此，多种半导体通常不会产生强电流，除非它们是掺杂的、或热激发的或光激发的。然而，由于电泳中的所述电子传输可能不需要太高的多个电流，因此多种印刷糊中的多种半导体添加剂可以有效地促进所述电泳过程。除了所述多种半导体(例如，硅以及锗)之外，许多金属氧化物(例如，二氧化钛、氧化铟、多种铁以及镍的氧化物)以及金属硫化物、碲化物以及硒化物(例如，硫化镉以及碲化镉)具有多种半导体特性。因此，由这些材料制备的所述印刷糊的所述多种半导体材料以及多种添加剂在所述电极/电解质界面处具有更高的电阻。这在所述电极/电解质界面处产生多个更高的电压并使一电泳过程在这些高电压下更有效，因为在一凝胶基质施加较高的电场下，多个大分子通过所述凝胶基质的所述电泳传输平稳地进行。然后，通过在油墨配方中制备含有更多绝缘及/或半导体添加剂的多个油墨混合物，可以容易地改变多个油墨基电极材料的电阻。在所述多个电极表面水的水解通常发生在电泳过程中。这导致在所述多个电极处产生强烈的气泡，其可能干扰电流流动，进而防止所述分析物的分离或累积并遮蔽所述电泳阵列上的多个光学信号。除了多种金属外，还可以通过使用多种半导体或多种绝缘材料来抑制在所述多个电极处水的所述电化学水解以及冒泡。这种复合材料有助于水解之外的其他多种电化学反应。Siebert(1963)在“钛表面的电化学氧化(ElectrochemicalOxidationofTitaniumSurfaces)”(JournaloftheElectrochemicalSociety，110(1)，1963，第65-72页)中建议使用钛金属或含钛的添加剂(其本质上是一半导体)来制造阳极，其中钛的氧化以及在所述电极表面二氧化钛的形成有效地阻止水解以及冒泡。如US7,134,542中所述，本专利技术人还证明，使用具有一还原剂的一缓冲液电解质作为所述缓冲液的一添加剂(例如，α-硫代甘油(alpha-thioglycerol))，可以抑制在多个正电位下的析氧(oxygenevolution)。US6,303,015描述了含有用作多个阴极的多个无定形金属玻璃电极的多个钯或镍复合材料，其中在所述多个电极的所述表面抑制析氢，因为氢是通过所述多个金属立即吸收并形成多个金属氢化物。因此，如Searson(1991)在“在高电流密度下钯的氢析出及进入(HydrogenEvolutionandEntryinPalladiumatHighCurrentDensity)”，(ActaMetallurgicaetMaterialia，39(11)，1991，第2519至2525页)中所述，水的水解是通过在金属晶格内的一电化学氢化物形成所克服。在所述电极表面处发生的多个其他类型的反应可以抑制、阻止或取代在所述多个电极处的水裂解(sp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电泳芯片，其特征在于：所述电泳芯片包括：(a)一非导电基板，设计用于支撑所述电泳芯片的多个元件；(b)一电极结构，用于通过所述电泳芯片传导电流，所述电极结构印刷在所述非导电基板上且包括一反向电极以及至少一个工作电极，每个电极包括：(1)一导电低电阻墨层，印刷在所述非导电基板上；以及(2)一碳墨层，印刷在所述导电低电阻墨层的顶部上；(c)一介电油墨绝缘层，放置在所述电极结构的顶部上且覆盖所述电极结构，所述介电油墨绝缘层在所述反向电极上方具有至少一个开口以及在所述至少一个工作电极上方具有至少一个开口，进而形成至少一个可定址位置；以及(d)一分子采集基质，点样在所述至少一个可定址位置上以及覆盖所述至少一个可定址位置，进而产生至少一个微凝胶区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.29 IL 249856;2016.12.29 IL 2498571.一种电泳芯片，其特征在于：所述电泳芯片包括：(a)一非导电基板，设计用于支撑所述电泳芯片的多个元件；(b)一电极结构，用于通过所述电泳芯片传导电流，所述电极结构印刷在所述非导电基板上且包括一反向电极以及至少一个工作电极，每个电极包括：(1)一导电低电阻墨层，印刷在所述非导电基板上；以及(2)一碳墨层，印刷在所述导电低电阻墨层的顶部上；(c)一介电油墨绝缘层，放置在所述电极结构的顶部上且覆盖所述电极结构，所述介电油墨绝缘层在所述反向电极上方具有至少一个开口以及在所述至少一个工作电极上方具有至少一个开口，进而形成至少一个可定址位置；以及(d)一分子采集基质，点样在所述至少一个可定址位置上以及覆盖所述至少一个可定址位置，进而产生至少一个微凝胶区域。2.如权利要求1所述的电泳芯片，其特征在于：所述电极结构包括一单个工作电极以及在所述单个工作电极上方的多个所述开口。3.如权利要求2所述的电泳芯片，其特征在于：全部的所述开口定位在与所述反向电极相同的距离处，进而在所述单个工作电极上形成多个可定址位置。4.如权利要求1所述的电泳芯片，其特征在于：所述电极结构包括至少两个工作电极以及在所述多个工作电极的每一个上方的一个开口。5.如权利要求4所述的电泳芯片，其特征在于：所述多个开口的每一个定位在与所述反向电极相同的距离处，进而形成多个可定址位置。6.如权利要求4或权利要求5所述的电泳芯片，其特征在于：所述至少两个工作电极通过多个连接区电性连接至一接触线。7.如权利要求6所述的电泳芯片，其特征在于：所述多个连接区的每一个包括一电阻器层，所述电阻器层印刷在所述非导电基板上，且在所述多个工作电极的每一个以及所述接触线之间并桥接所述多个工作电极的每一个以及所述接触线。8.如权利要求7所述的电泳芯片，其特征在于：所述电阻器层的片电阻在0.05至1x107欧姆/平方/密耳的范围内。9.如权利要求7所述的电泳芯片，其特征在于：所述电阻器层包括一天然树脂或一合成聚合物添加剂。10.如权利要求9所述的电泳芯片，其特征在于：所述合成聚合物添加剂是一丙烯酸树脂、醇酸树脂、纤维素树脂、橡胶改性树脂、酮树脂、苯乙烯马来酸酐树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、烃树脂、酚树脂、环氧树脂、富马酸树脂、不含无异氰酸酯的聚氨酯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚酰胺树脂、特氟隆树脂或全氟磺酸树脂。11.如权利要求2至10中任一权利要求所述的电泳芯片，其特征在于：所述多个可定址位置的每一个在向所述电泳芯片施加电压后，实质上地接收相同且均匀的电流。12.如权利要求2至11中任一权利要求所述的电泳芯片，其特征在于：所述基质产生至少两个微凝胶区域，使得多个相邻的所述微凝胶区域彼此未直接接触。13.如权利要求1至12中任一权利要求所述的电泳芯片，其特征在于：所述基质能够在所述多个可定址位置采集或累积多个分子。14.如权利要求1至12中任一权利要求所述的电泳芯片，其特征在于：所述至少一个微凝胶区域在向所述电泳芯片施加电压后，能够促进多个分子的电泳传输。15.如权利要求13或14所述的电泳芯片，其特征在于：所述基质包括一多孔聚合物结构、成膜晶格、蛋白质混合物，例如可光形成的蛋白质混合物、半透性固体膜、或具有与多个化学官能基团官能基化的透气膜，所述多个化学官能基团能够形成一附著层。16.如权利要求15所述的电泳芯片，其特征在于：所述基质更包括至少一个单独层。17.如权利要求1至16中任一权利要求所述的电泳芯片，其特征在于：所述电泳芯片更包括多个采集分子，所述多个采集分子贴附至所述基质或嵌入于所述基质内，或所述多个采集分子贴附在所述可定址位置的所述至少一个工作电极的所述碳墨层，所述多个采集分子能够结合一靶分子。18.如权利要求16所述的电泳芯片，其特征在于：所述单独层是一附著层，用于贴附能够结合一靶分子的多个采集分子。19.如权利要求18所述的电泳芯片，其特征在于：所述附著层包括多个官能基团或多个化学组成部分，用于直接结合所述靶分子或用于结合所述多个采集分子。20.如权利要求18或19所述的电泳芯片，其特征在于：所述附著层包含链亲和素化学组成部分，以及所述多个采集分子为多个生物素化分子。21.如权利要求16所述的电泳芯片，其特征在于：所述单独层包括一超分子聚合物。22.如权利要求22所述的电泳芯片，其特征在于：所述超分子聚合物为杯芳烃。23.如权利要求16所述的电泳芯片，其特征在于：所述单独层是一渗透层，能够结合一靶分子。24.如权利要求23所述的电泳芯片，其特征在于：所述渗透层包括用于结...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴利博·哈科，霍华德·R·瑞茜，弗拉迪米尔·哈吉恩，
申请(专利权)人：ADOR诊断有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT