一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片，包括电泳微芯片本体及设于电泳微芯片本体中的样品注入池，所述样品注入池通过离子富集流道与样品富集池连通，所述样品富集池通过离子进样流道与样品废液池连通；所述缓冲液注入池、缓冲液废液池之间通过离子分离流道连通；所述离子进样流道与离子分离流道垂直交叉设置且内部连通；所述样品注入池的容积大于所述样品富集池的容积，所述离子富集流道位于样品注入池和样品富集池之间距离最短处。还公开了应用该电泳微芯片的检测方法。本发明专利技术创新采用两次富集结构与喇叭口形状，大大提高了电泳微芯片的离子检测灵敏度，使离子在电泳微芯片上快速富集、分离与检测。

【技术实现步骤摘要】
一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片及检测方法
本专利技术涉及微流控芯片电泳领域，具体涉及一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片及检测方法。技术背景离子检测技术在临床医疗、水质监测、土质勘察、食品药物质量管理等诸多领域中有着至关重要的作用和意义。如土壤中的K+、Na+、Li+、NH4+、Ca2+、Mg2+等离子是土质勘察的重要指标；水体中的NH4+、PO4+等离子含量过多时会引起水体的富营养化，水体中的藻类迅速繁殖，其他水体生物大量死亡从而破坏生态平衡；而水体与土壤中的Cd2+、Pb2+等重金属离子会在食物链中逐渐累积，最终带入人体造成疾病。由于环境中的离子浓度较低，所以目前离子检测多采用液相色谱法、光学检测法和质谱检测法，但是这三种方法都依赖于昂贵的设备，并且耗时长、不易集成化、检测功能单一等缺点，这大大的限制了离子检测技术的广泛应用。此时微流控芯片电泳技术以其检测迅速、消耗试剂量少、易于集成化、可实现多种离子同时检测等优点在离子检测领域脱颖而出。但是微流控电泳芯片技术又因其检测灵敏度不高，从而又给其带来了很大的局限性。因此该领域迫切需要一种具有离子片上富集功能的电泳微芯片。目前常用的富集手段主要分为在线富集与离线富集。离线富集主要为萃取技术，萃取技术富集倍数较大，但是需要很长的富集时间。在线富集技术主要为场放大富集、扫集技术和等速电泳富集。其中等速电泳富集技术与扫集技术，虽然富集效率高，富集倍数大，但是芯片制作困难，成本较高，操作繁琐。而场放大富集技术虽然拥有无需其他设备、成本较低且操作简单的优点，但是也存在富集效率不高，富集倍数不大的缺点。本专利技术采用的电泳微流控芯片和检测方法具有富集时间短，富集效率高，富集倍数较大，且芯片制作简单，成本低，操作简单。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片及检测方法，该微电泳微芯片及方法解决了上述现有技术中的不足，达到短时间内完成离子富集、分离和检测。为达上述目的，本专利技术采取的技术方案步骤如下：一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片，包括电泳微芯片本体及设于电泳微芯片本体中的样品注入池、样品废液池、缓冲液注入池、缓冲液废液池，所述样品注入池通过离子富集流道与样品富集池连通，所述样品富集池通过离子进样流道与样品废液池连通；所述缓冲液注入池、缓冲液废液池之间通过离子分离流道连通；所述离子进样流道与离子分离流道垂直交叉设置且内部连通；所述样品注入池的容积大于所述样品富集池的容积，所述离子富集流道位于样品注入池和样品富集池之间距离最短处。进一步方案，所述样品注入池与样品富集池的容积比不大于12：1；所述样品注入池为半圆弧形结构，所述离子富集流道为三个，这三个所述离子富集流道与所述离子进样流道成十字交叉设置。离子富集流道的数量至少1个，优选的为三个，样品注入池为其他形状也可，如椭圆形、异形结构等，只要离子富集流道的长度在加工条件允许范围内越小越好。本装置中将样品注入池设计为半圆弧形结构，目的是为了能让三个富集流道的长度都相等，富集流道短会增加富集效率。样品注入池的容积大于样品富集池的容积，样品溶液中的离子从大容积的样品注入池迁移至小容积的样品富集池中形成离子第一次富集。为了获得较好的离子富集效果，这两者的容积比不大于12：1，如大于12:1后会出现饱和效应。进一步方案，所述样品注入池与离子富集流道连通处为向外突出的喇叭口形状，所述样品富集池与离子富集流道连通处为向内突出的倒喇叭口形状。这种喇叭口形状的设计是为了保证离子从样品注入池流向样品富集池的流阻较小，而反方向流动的流阻较大，从而使较低的富集电压就可获得较高的离子富集的速度，又减小离子从高浓度向低浓度扩散的现象。进一步方案，所述样品注入池、样品富集池和离子富集流道中低浓度缓冲液A的浓度小于位于样品废液池、缓冲液注入池、缓冲液废液池、离子进样流道和离子分离流道中高浓度缓冲液B的浓度，形成浓度梯度而使离子进行富集。更进一步方案，所述高浓度缓冲液B的浓度和低浓度缓冲液A的浓度比为2:1-10:1。浓度比一般为2:1-10:1，小于2:1则无明显富集效果，大于10:1则会引起电渗流紊乱，引发层流效应，降低富集效果。进一步方案，所述电泳微芯片本体从上至下依次为微管道层、绝缘层和电极层；所述离子富集流道、离子进样流道和离子分离流道设置在微管道层中，所述电极层中设有离子检测电极，所述离子检测电极是由设置于离子分离流道尾部的发射电极和接收电极构成，所述发射电极、接收电极平行设置。进一步方案，所述样品注入池、样品废液池、缓冲液注入池和缓冲液废液池中各设有一个高电压电极；所述样品富集池设有至少一个高电压电极；其中样品富集池和样品注入池中的高电压电极连接形成富集高压，样品富集池和样品废液池中的高电压电极连接形成进样高压，缓冲液注入池和缓冲液废液池中高电压电极连接形成分离高压。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种应用上述电泳微芯片的检测方法，包括以下步骤：（1）制备两种不同浓度的缓冲液，即为低浓度缓冲液A和高浓度缓冲液B，将待测样品溶于低浓度缓冲液A中制成样品溶液；（2）将高浓度缓冲液B加入样品废液池、缓冲液注入池和缓冲液废液池中，并注满离子进样流道和离子分离流道；将低浓度缓冲液A加入样品富集池中，并注满离子富集流道；将样品溶液加入样品注入池中；全部注满；（3）在样品富集池和样品注入池之间施加富集高压，使样品注入池的样品溶液中的离子迁移至样品富集池中实现离子的第一次富集；（4）在样品富集池和样品废液池之间施加进样高压，样品溶液中的离子从样品富集池经离子进样流道向样品废液池方向迁移，在低浓度缓冲液A和高浓度缓冲液B的阶梯面形成离子的第二次富集；（5）在离子到达离子进样流道与离子分离流道交叉口处时，开启分离高压，即在缓冲液注入池和缓冲液废液池之间施加分离高压，样品溶液中的离子向离子检测电极迁移，离子检测电极对其进行检测，然后进入缓冲液废液池中。离子从低浓度的样品富集池向高浓度的离子进样流道流动，并在溶液浓度阶梯面第二次富集，富集后的离子继续受进样电压的影响向样品废液池流动，在离子到达十字交叉口时开启分离电压，离子向检测电极移动，通过检测电极后最终进入缓冲液废液池。进一步方案，所述缓冲液是由组氨酸/2-吗啡乙磺酸、18-冠醚-6和去离子水制备而的，其中高浓度缓冲液B和低浓度缓冲液A的浓度比为2:1-10:1；步骤（3）中富集高压为200-800V、时间为30-90s，步骤（4）中进样电压为300-600V、时间为10-20s，步骤（5）中分离高压为500-2000V。上述各步骤中施加电压与时间成反比例关系，电压增加则需要的电压加持时间减少，电压减小则时间增长。更进一步方案，所述低浓度缓冲液A是由5mM/L组氨酸/2-吗啡乙磺酸、0.5mM/L18-冠醚-6和去离子水混合而成的pH＝6.0的溶液；高浓度缓冲液B是由20mM/L组氨酸/2-吗啡乙磺酸、0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片，其特征在于：包括电泳微芯片本体及设于电泳微芯片本体中的样品注入池（7）、样品废液池（9）、缓冲液注入池（10）、缓冲液废液池（11），所述样品注入池（7）通过离子富集流道（4）与样品富集池（8）连通，所述样品富集池（8）通过离子进样流道（5）与样品废液池（9）连通；所述缓冲液注入池（10）、缓冲液废液池（11）之间通过离子分离流道（6）连通；所述离子进样流道（5）与离子分离流道（6）垂直交叉设置且内部连通；所述样品注入池（7）的容积大于所述样品富集池（8）的容积，所述离子富集流道（4）位于样品注入池（7）和样品富集池（8）之间距离最短处。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有离子在线富集装置的电泳微芯片，其特征在于：包括电泳微芯片本体及设于电泳微芯片本体中的样品注入池（7）、样品废液池（9）、缓冲液注入池（10）、缓冲液废液池（11），所述样品注入池（7）通过离子富集流道（4）与样品富集池（8）连通，所述样品富集池（8）通过离子进样流道（5）与样品废液池（9）连通；所述缓冲液注入池（10）、缓冲液废液池（11）之间通过离子分离流道（6）连通；所述离子进样流道（5）与离子分离流道（6）垂直交叉设置且内部连通；所述样品注入池（7）的容积大于所述样品富集池（8）的容积，所述离子富集流道（4）位于样品注入池（7）和样品富集池（8）之间距离最短处。


2.根据权利要求1所述的电泳微芯片，其特征在于：所述样品注入池（7）与样品富集池（8）的容积比不大于12：1；所述样品注入池（7）为半圆弧形结构，所述离子富集流道（4）为三个，这三个所述离子富集流道（4）与所述离子进样流道（5）成十字交叉设置。


3.根据权利要求1所述的电泳微芯片，其特征在于：所述样品注入池（7）与离子富集流道（4）连通处为向外突出的喇叭口形状，所述样品富集池（8）与离子富集流道（4）连通处为向内突出的倒喇叭口形状。


4.根据权利要求1所述的电泳微芯片，其特征在于：所述样品注入池（7）、样品富集池（8）和离子富集流道（4）中低浓度缓冲液A的浓度小于位于样品废液池（9）、缓冲液注入池（10）、缓冲液废液池（11）、离子进样流道（5）和离子分离流道（6）中高浓度缓冲液B的浓度，形成浓度梯度而使离子进行富集。


5.根据权利要求4所述的电泳微芯片，其特征在于：所述高浓度缓冲液B的浓度和低浓度缓冲液A的浓度比为2:1-10:1。


6.根据权利要求1所述的电泳微芯片，其特征在于：所述电泳微芯片本体从上至下依次为微管道层（1）、绝缘层（2）和电极层（3）；所述离子富集流道（4）、离子进样流道（5）和离子分离流道（6）设置在微管道层（1）中，所述电极层（3）中设有离子检测电极，所述离子检测电极是由设置于离子分离流道（6）尾部的发射电极（12）和接收电极（13）构成，所述发射电极（12）、接收电极（13）平行设置。


7.根据权利要求1所述的电泳微芯片，其特征在于：所述样品注入池（7）、样品废液池（9）、缓冲液注入池（10）和缓冲液废液池（11）中各设有一个高电压电极；所述样品富集池（8）设有至少一个高电压电极；其中样品富集池（8）和样品注入池（7）中的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤晖，成伟清，常永嘉，孙翠敏，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34