基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法技术

本发明专利技术公开了基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法，属于功率调整电机技术领域。基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法包括以下步骤：S1.芯片设计和制备,根据实验需要设计包括进样口、离通道和检测区的微流控芯片的结构；制备微流控芯片；S2.样品进样,制备样品，将待分析的混合物或溶液准备好将所述样品注入进样通道。S3.在所述样品进样前对所述样品进行预处理；S4.电泳分离,S5.检测与分析,在芯片的检测区域使用荧光检测、吸收光谱检测和质谱检测，对所述分离后的样品进行检测和分析；使用像素级成像技术对芯片进行成像，并对图像进行定量分析。S6.对检测到的数据进行处理和分析。S6.对检测到的数据进行处理和分析。S6.对检测到的数据进行处理和分析。

【技术实现步骤摘要】
基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法


[0001]本专利技术涉及微尺度分离与分析领域，更具体地说，涉及基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法。

技术介绍

[0002]随着微流控芯片技术的发展、小体积分析需求、高分辨率和灵敏度的要求、自动化和高通量分析的趋势以及多种检测方法的结合，基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法得到了快速发展。毛细管电泳微尺度分离与分析方法高分辨分离能力、灵敏检测能力、小样品体积要求、快速分析速度以及多样性和灵活性的特点使得该方法在许多领域，如生物医学、环境分析、食品安全等得到广泛应用。
[0003]但传统的基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法仍然有很多不足，传统的微流控芯片电泳系统对样品的预处理要求较高，包括样品的预测、净化和浓缩等；在微流控芯片中，电场分布往往不均匀，可能存在电场耦合效应，导致分离效果的不稳定性和不可重复性；由于微流控芯片的尺寸较小，通道的截面积也较小，通量限制可能成为一个问题；传统的微流控芯片电泳系统在检测灵敏度上存在一定的限制。由于芯片尺寸小、信号强度较低，常规的光学检测方法可能无法获得足够的信号强度，从而限制了分析的灵敏度；传统的微流控芯片电泳系统在集成和自动化方面存在一定的挑战。

技术实现思路

[0004]1.要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题：传统的微流控芯片电泳系统对样品的预处理要求较高，包括样品的预测、净化和浓缩等；在微流控芯片中，电场分布往往不均匀，可能存在电场耦合效应，导致分离效果的不稳定性和不可重复性；由于微流控芯片的尺寸较小，通道的截面积也较小，通量限制可能成为一个问题；传统的微流控芯片电泳系统在检测灵敏度上存在一定的限制。由于芯片尺寸小、信号强度较低，常规的光学检测方法可能无法获得足够的信号强度，从而限制了分析的灵敏度；传统的微流控芯片电泳系统在集成和自动化方面存在一定的挑战。
技术方案
[0005]优选的，所述基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法包括以下步骤；S1.芯片设计和制备,根据实验需要设计包括进样口、离通道和检测区的微流控芯片的结构；制备微流控芯片，使用微流体芯片微影技术。
[0006]S2.样品进样,制备样品，将待分析的混合物或溶液准备好；
使用微流控芯片的进样口，将所述样品注入进样通道。
[0007]S3.在所述样品进样前对所述样品进行预处理，包括所述样品的净化、浓缩、化学修饰；S4.电泳分离,将电泳缓冲液注入所述微流控芯片的分离通道；施加电场，通过所述微流控芯片中的电泳通道驱动样品离子迁移，得到分离后的样品；控制所述电场的强度、方向和时间；S5.检测与分析,在芯片的检测区域使用荧光检测、吸收光谱检测和质谱检测，对所述分离后的样品进行检测和分析；使用像素级成像技术对芯片进行成像，并对图像进行定量分析。
[0008]S6.对检测到的数据进行处理和分析，使用包括MATLAB、Python和R的数据分析软件和峰识别与峰面积计算、数据聚类与分类、特征提取和降维和数据可视化算法，得到分析结果。
[0009]优选的，所述S1芯片设计与制备优化电场分布和控制策略，使用微纳结构和电场调控器，引入纳米探针、表面增强拉曼光谱（SERS）和质谱检测的新兴技术；将样品进样、混合、分离和检测的步骤实现在单个芯片上，通过自动控制实现全自动的样品分析。
[0010]优选的，所述引入纳米探针的使用步骤如下：S21.选择包括量子点、金纳米粒子和磁性纳米颗粒的纳米探针；S22.合成纳米颗粒、表面修饰和功能化，得到制备好的纳米探针；S23.将所述制备好的纳米探针加载到微流控芯片中，注入纳米探针溶液到芯片通道；S24.所述纳米探针用作标记物或增强剂，通过与样品分子相互作用，参与分离过程；S25.所述纳米探针发出特定的光信号、荧光信号和磁性信号，使用荧光显微镜、吸收光谱仪和质谱仪进行信号的捕获和测量，得出数据结果；S26.根据所述实验得到的数据结果，使用MATLAB和数据聚类与分类算法对结果进行处理和分析；解释实验结果，得出结论，并与对照组和标准进行比较；S27.根据分析结果和结论，进行结果解释和报告撰写。确保结果的准确性、可靠性，并提供充分的数据和实验证据来支持结论。
[0011]优选的，所述S4中电泳分离的步骤如下：S41.准备包括DNA、蛋白质、离子的试验样品；S42.准备微流控芯片，并将所述实验样品注入芯片的进样孔，所述微流控芯片上的微通道用于进行分离和分析；S43进行必要的芯片预处理步骤，包括冲洗、填充胶；S44.在所述微流控芯片两端施加电压；S45.通过施加电场，使所述实验样品在芯片的微通道中进行分离，分离过程根据样品的电荷和大小，以及芯片通道的性质进行；S46.在芯片的出口处设置使用荧光检测、吸收光谱检测、质谱检测，得到检测后的
数据结果；S47.根据所述检测后的数据结果，使用MATLAB进行峰面积计算、峰识别、峰高度测量、峰形分析，得到数据分析的结果；S48.根据所述数据分析的结果，进行结果解释和报告撰写。解释实验结果，得出结论。
[0012]优选的，所述S5荧光检测对所述分离后的样品检测和分析的步骤如下：S51.准备待测样品,对所述样品进行包括提取、纯化、标记的步骤，得到处理后的样品；S52.使用激光器产生波长的光源激发所述处理后的样品中的荧光分子；S53.使用激发滤光片选择并滤除非激发波长的光线，使只有激发样品的波长通过；S54.将激发光照射到所述样品上，使所述样品中的荧光分子受到激发，从而产生荧光;S55.使用适当的透镜、滤光片和光电探测器等光学元件，收集并检测样品发出的荧光信号;S56.将荧光信号放大并进行滤波处理；S57.使用数据采集系统，将荧光信号转换为电信号并进行采集，使用包括峰识别、峰面积计算、曲线拟合的数据分析软件和算法，对荧光信号进行处理和分析，得到数据分析结果；S58.根据所述数据分析结果，解释样品的荧光特性，并将结果报告或记录下来。
[0013]优选的，所述S6数据处理和分析的步骤如下：S61.综合考虑包括峰面积、峰高度、峰形、峰宽等参数的所有的数据和分析结果S62.将所述实验组的分析结果与对照组进行对比，比较两组之间的差异和相似性，确定实验组的特征；S63分析结果中的数据变异的原因，包括实验条件、样品制备和操作误差的因素，仔细分析和解释这些变异，确定其来源和影响；S64.将所述实验结果与相关的文献和先前的研究结果进行比较和讨论，查阅相关文献，了解类似样品或系统的分析结果，与之进行对比和讨论，从而得出更准确的结论；S65.基于实验结果和相关信息，进行综合推理和推断，提出假设和解释结果的可能性，并进行合理的推断和推论；S66.基于综合分析和推断，得出最终的结论，并解释实验结果。
[0014]优选的，所述S6中峰识别与峰面积的计算公式如下，在所述峰识别过程中，通过以下公式来确定峰的位置和峰的宽度：峰的位置（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法，其特征在于：所述基于微流控芯片驱动的毛细管电泳微尺度分离与分析方法包括以下步骤；S1.芯片设计和制备,根据实验需要设计包括进样口、离通道和检测区的微流控芯片的结构；制备微流控芯片，使用微流体芯片微影技术。2.S2.样品进样,制备样品，将待分析的混合物或溶液准备好；使用微流控芯片的进样口，将所述样品注入进样通道。3.S3.在所述样品进样前对所述样品进行预处理，包括所述样品的净化、浓缩、化学修饰；S4.电泳分离,将电泳缓冲液注入所述微流控芯片的分离通道；施加电场，通过所述微流控芯片中的电泳通道驱动样品离子迁移，得到分离后的样品；控制所述电场的强度、方向和时间；S5.检测与分析,在芯片的检测区域使用荧光检测、吸收光谱检测和质谱检测，对所述分离后的样品进行检测和分析；使用像素级成像技术对芯片进行成像，并对图像进行定量分析。4.S6.对检测到的数据进行处理和分析，使用包括MATLAB、Python和R的数据分析软件和峰识别与峰面积计算、数据聚类与分类、特征提取和降维和数据可视化算法，得到分析结果。5.根据权利要求1所述，其特征在于，所述S1芯片设计与制备优化电场分布和控制策略，使用微纳结构和电场调控器，引入纳米探针、表面增强拉曼光谱（SERS）和质谱检测的新兴技术；将样品进样、混合、分离和检测的步骤实现在单个芯片上，通过自动控制实现全自动的样品分析。6.根据权利要求2所述，其特征在于，所述引入纳米探针的使用步骤如下：S21.选择包括量子点、金纳米粒子和磁性纳米颗粒的纳米探针；S22.合成纳米颗粒、表面修饰和功能化，得到制备好的纳米探针；S23.将所述制备好的纳米探针加载到微流控芯片中，注入纳米探针溶液到芯片通道；S24.所述纳米探针用作标记物或增强剂，通过与样品分子相互作用，参与分离过程；S25.所述纳米探针发出特定的光信号、荧光信号和磁性信号，使用荧光显微镜、吸收光谱仪和质谱仪进行信号的捕获和测量，得出数据结果；S26.根据所述实验得到的数据结果，使用MATLAB和数据聚类与分类算法对结果进行处理和分析；解释实验结果，得出结论，并与对照组和标准进行比较；S27.根据分析结果和结论，进行结果解释和报告撰写。确保结果的准确性、可靠性，并提供充分的数据和实验证据来支持结论。7.根据权利要求1所述，其特征在于，所述S4中电泳分离的步骤如下：S41.准备包括DNA、蛋白质、离子的试验样品；S42.准备微流控芯片，并将所述实验样品注入芯片的进样孔，所述微流控芯片上的微通道用于进行分离和分析；S43进行必要的芯片预处理步骤，包括冲洗、填充胶；
S44.在所述微流控芯片两端施加电压；S45.通过施加电场，使所述实验样品在芯片的微通道中进行分离，分离过程根据样品的电荷和大小，以及芯片通道的性质进行；S46.在芯片的出口处设置使用荧光检测、吸收光谱检测、质谱检测，得到检测后的数据结果；S47.根据所述检测后的数据结果，使用MATLAB进行峰面积计算、峰识别、峰高度测量、峰形分析，得到数据分析的结果；S48.根据所述数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：车妍，徐进章，郑晓玲，辛倩，沈荣，沈颂东，魏虎来，杜弢，相博川，崔浩境，
申请(专利权)人：苏州百源基因技术有限公司，
类型：发明
国别省市：