基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法及器件技术

本发明专利技术提供一种基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法及器件。根据本发明专利技术的方法，在微流器件的两个电极上分别施加电压以形成第一电压差，并在第一持续时间后，改变所述两个电极上的电压以形成第二电压差，并持续第二持续时间，使待测液滴中的带电粒子产生不同位移，以便粒子的分离；其中，第一电压差与第二电压差中至少一者的幅度能使待测液滴中至少部分带电粒子移动。本发明专利技术利用电润湿（electrowetting）、及电泳（electrophoresis）等效应，可实现对液滴的操作以及对悬浮于液滴中的带电粒子，尤其是带同种电荷的不同粒子，进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流器件领域，特别是涉及一种基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法及器件。
技术介绍
近年来，微流器件，又称之为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)及微全分析系统(MicroTotal Analysis Systems),由于具有样品用量少、检测速度快、实验成本低、易于自动化、检测重复率高、和数据质量好等优势，得到了各个行业的关注。 传统的液体操作所需的样品量大、步骤多且繁琐，而以介质上的电润湿(Electrowetting-on-dielectric)为基础的数字化微流器件不仅可以对液体以独立液滴为控制单位来进行操作，由此来大大增加对多个样品进行平行处理以及并行检测的能力；而且，通过对器件包含的电极的控制，还可以对极其微量的液体进行自动化操作，例如液滴的移动、合并、拆分、孵育(incubation)、混合、反应、废液收集等。由于数字化微流器件上没有(也不需要)可动部件，因而大大提高了器件及操控的稳定性和可靠性。本申请的专利技术人在专利号WO 2008/147568的文献中提出一种多层控制电极结构的微流器件，不仅使得通用型微流器件成为可能，而且，在制作低成本、高质量的微流器件方面，也是一个飞跃；此外，也大大简化了微流控制过程。然而，该专利文献(W02008/147568)主要涉及液滴的操作，而对液滴中所含粒子的控制却未提及，而对液体中的粒子的控制，尤其是带电粒子的控制，对于样品制备及生化分析十分重要。电泳是生化分析中的重要手段，它是指液体(或胶状物)中的带电粒子在均匀电场的作用下运动的效应。由于液体(或胶体)中悬浮体中不同成分物质的在电场作用下迁移速度的不同，电泳效应可以有效地用于包括DNA、蛋白质、细胞等在内的物质分离，它也可用于对物质分子结构的分析。例如，在正常PH值的溶液里，细胞通常带负电，因而向正电极移动；通常红细胞在lV/cm (每厘米I伏)电场的作用下的移动速度大约为lum/sec (每秒I微米)。电泳在管道微流可以很自然地实现，专利号为WO 2007/032789的文献描述了在管道微流中利用电泳进行免疫分析的方式。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种可以实现对液体中的带电粒子进行操作和检测的方法及微流器件。为达上述目的及其他目的，本专利技术提供的基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法，所述方法用于具有至少两个电极的微流器件，其至少包括步骤a.在所述两个电极上分别施加电压以形成第一电压差，并在第一持续时间后，改变所述两个电极上的电压以形成第二电压差，并持续第二持续时间，使所述待测液滴中的带电粒子产生不同位移，以便粒子的分离；其中，第一电压差与第二电压差中至少一者的幅度能使待测液滴中至少部分带电粒子移动。优选地，多次重复步骤a，则至少一种带电粒子在液滴中持续向一个电极方向移动，最终滞留在该液滴中临近该电极的位置处。优选地，所述第一电压差与第二电压差的极性相反。优选地，所述第一持续时间与第二持续时间中的一者长于另一者。本专利技术提供的基于电泳来操控液体中的带电粒子的微流器件，至少包括第一基底及第二基底；设置于所述第一基底的第一电极结构层及设于所述第一电极结构层表面的第二电极结构层、设置于所述第二基底的第三电极结构层，且第一基底上的电极结构层与第二基底上的电极结构层相对设置，以便两者之间具有容置液体的空间；其中，在所述第二电极结构层中，两个电泳电极的宽度范围在I微米至I毫米之 间、间距范围在10微米至20毫米之间，其他电极的宽度范围和间距范围在100微米至20毫米之间。本专利技术提供的基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法，其至少包括步骤在前述的微流器件的两个电泳电极上分别施加极性相反且幅度能使得带电粒子移动的电压，使待测液滴中的带电粒子向极性与自身电荷极性相反的电泳电极方向移动。由上可见，本专利技术提出了一种基于电泳效应来操控液滴中的带电粒子(尤其是带同种电荷的不同粒子)的方法；还提出了一种利用与专利WO 2008/147568所提出的多层控制电极的结构类似的数字化微流器件。在不受理论限制的基础上，主要利用电泳来对液体介质中的带电粒子进行操控，可以实现对液体介质中的带电粒子进行重新分布或分离。与本专利技术人之前的专利(W0 2008/147568, WO 2009/003184, and PCT/CN2012/070594)结合起来，本专利技术的数字化微流器件的功能更加完善，很多液体样品的操作都可以实现，例如液滴产生、移动、合并、混合、分离、位置及大小测量、孵化、和热处理等，而为了方便于更进一步的分析处理，液体样品中的带电粒子也可以被重新分布或分离。本专利技术使得使用数字化微流系统在复杂液体样品(如血液、血清、血浆、汗液、唾液、尿液等)中分离和鉴定生物标志物(如抗体或其他蛋白质、DNA或RNA等)、病毒、细菌和细胞等成为可能。附图说明图I为本专利技术的基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法的流程图；图2A为本专利技术的基于电泳来操控液体中的带电粒子的数字化微流器件的截面示意图；图2B是图2A所示的微流器件的三维图；图2C至图2G展示了一个液滴中的两种带不同电荷的粒子在电泳效应下重新分布，以及利用电润湿效应将液滴一分为二的流程图；图3是一个在本专利技术的数字化微流器件上实现从全血样品中提取DNA，并在器件上对其进行实时PCR反应的流程图。其中所有的步骤，包括样品制备、样品操作(如加热、混合及移动)，以及信号测量等，全部在器件上实现。具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图I至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。以下先对一些术语予以说明在本专利技术中，术语“粒子”被用来指微米或纳米量级的实体，这些实体可以是天然的，也可以是人工制作的，例如细胞、亚细胞成分、病毒、脂质体(liposome)、纳米球、和微米球，或更小的如生物大分子、蛋白质、DNA、及RNA等实体，它也可指与悬浮介质不相融合的液珠，它还可指液体中的小气泡等。“粒子”的(线性)大小可以从几纳米到几百微米。 术语“电润湿(electrowetting)”用来指液体与固体表面接触角随所加电场而变化的效应。应当指出，当所加电压或电场为交流时，“电润湿”效应和“介电泳”效应同时存在，当电压或电场的频率增大时，“介电泳”效应的相对比重也会相应的增强。本专利技术中不对“电润湿”效应和“介电泳”效应进行严格区分。本专利技术的主要目的是实现可以对液体试剂中的带电粒子进行操作和检测的方法及器件。术语“操作(manipulation)”可以包含以下步骤的一个或多个组合I.选择(selection)-对包含多种粒子的样品中的某一种粒子进行分离(isolation)。2.重新排序(reordering)-对粒子的空间位置进行重新安排。3.合并(unio本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电泳来操控液体中的带电粒子的方法，用于具有至少两个电极的微流器件，其特征在于：所述方法至少包括步骤：a.在所述两个电极上分别施加电压以形成第一电压差，并在第一持续时间后，改变所述两个电极上的电压以形成第二电压差，并持续第二持续时间，使所述待测液滴中带电粒子产生不同位移，以便粒子的分离；其中，第一电压差与第二电压差中至少一者的幅度能使待测液滴中至少部分带电粒子移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴传勇，
申请(专利权)人：吴传勇，上海衡芯生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：