專(zhuān)利名稱：一種固相萃取微流控分析芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固相萃取微流控分析芯片。具體為一種集成原位聚合分子印跡固相萃取微型整體柱的微流控分析芯片，該分析芯片系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)樣品的在線預(yù)處理、進(jìn)樣、分離和檢測(cè)功能的集成化。
背景技術(shù)：
微全分析系統(tǒng)(MiniaturizedTotal Analysis Systems, μ -TAS)是在微型化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全部分析過(guò)程的集成化，把整個(gè)化驗(yàn)室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在芯片實(shí)驗(yàn)室上，具有集成化、微縮化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，能夠極大地減少樣品和試劑消耗量、縮短分析時(shí)間、節(jié)約分析成本、提高分析效率。相關(guān)的研究大多集中在分離、檢測(cè)、混合和反應(yīng)等方面，關(guān)于如何在芯片上實(shí)現(xiàn)樣品前處理，特別是復(fù)雜基質(zhì)樣品中痕量待測(cè)成分預(yù)處理分離富集的研究還相對(duì)比較薄弱。其中固相萃取預(yù)處理芯片因具有微型化和在線處理等優(yōu)勢(shì)，倍受青睞。文獻(xiàn)報(bào)道的微流控芯片上的固相萃取主要有開(kāi)口管柱、填充柱和整體柱。其中，開(kāi)口管柱通過(guò)化學(xué)鍵合、交聯(lián)、物理吸附等作用，把具有高度親和性的固定相結(jié)合在微通道內(nèi)壁而制成，制備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，為空心結(jié)構(gòu)，柱壓小，但其固定相僅通道壁表面一層，有效表面積很小，制約了負(fù)載容量，難以獲得高富集效率。填充柱通過(guò)將固定相填充于微通道中制得，與開(kāi)口管柱相比，具有表面積大、負(fù)載容量大的優(yōu)點(diǎn)，從而一定程度上提高了富集效率，還可靈活更換固定相以適應(yīng)不同組分的分析。其關(guān)鍵技術(shù)是在填充柱端制作固定填料微粒的柱塞，填充柱制備的是否均勻與穩(wěn)定將影響富集效果，固定相的裝填增加了操作的復(fù)雜性，不易與后續(xù)功能芯片集成。相對(duì)而言，整體柱具有制備容易、重現(xiàn)性好、固定相比表面積大、負(fù)載容量比填充柱高3-5個(gè)數(shù)量級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度高、液流阻力小的優(yōu)點(diǎn)，可使用很高的流速，能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大體積極稀試樣溶液的富集。目前報(bào)道的微流控芯片固相萃取整體柱主要有芯片外整體柱和芯片上整體柱。芯片外整體柱通過(guò)接口與微芯片聯(lián)用，集成度相對(duì)較差，需設(shè)計(jì)合適的微接口以減小死體積影響。芯片上固相萃取整體柱提高整個(gè)系統(tǒng)的集成度，消除芯片外固相萃取接口帶來(lái)的死體積，避免脫線處理過(guò)程以及可能引起的試樣損失和污染等問(wèn)題，特別是原位聚合反應(yīng)制備芯片上集成固相萃取整體柱，具有制備容易、整體柱種類(lèi)多樣和性質(zhì)可控、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。然而，固相萃取填充材料(如C8X18、離子交換樹(shù)脂等)選擇性不強(qiáng)，萃取和洗脫條件苛亥IJ，在富集分析物的同時(shí)，也富集大量基體和干擾物質(zhì)，導(dǎo)致洗脫液中仍含有基體和雜質(zhì)，干擾后續(xù)分析。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性能可控、預(yù)處理效果好、集成化程度高的分子印跡固相萃取微流控分析芯片，實(shí)現(xiàn)樣品前處理、進(jìn)樣、分離、檢測(cè)功能的集成。微全分析系統(tǒng)由芯片、液流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)組成。本實(shí)用新型將芯片的蓋片或基片設(shè)計(jì)成合適厚度的膜片，在芯片基片上刻蝕有微形通道和液池凹槽，將固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品溶液引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導(dǎo)出口、樣品進(jìn)樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道設(shè)置于芯片上。在芯片上集成原位聚合分子印跡固相萃取微型整體柱。原位聚合反應(yīng)溶液的引入，廢液的導(dǎo)出，前處理步驟的溶液(包括固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑、洗脫溶劑)由微型注射泵和真空泵驅(qū)動(dòng)，樣品經(jīng)過(guò)預(yù)處理洗脫后進(jìn)入進(jìn)樣池，采用電遷移進(jìn)樣后，進(jìn)行電泳分離。芯片蓋片疊放于非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電極之上，緊貼檢測(cè)電極，以實(shí)現(xiàn)電泳分離信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到分離譜圖。下面對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述。本實(shí)用新型固相萃取微流控分析芯片，包括基片和蓋片，其特征在于，在芯片基片上刻蝕有固相萃取微通道、分離通道、進(jìn)樣通道和液池凹槽，設(shè)置有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導(dǎo)出口、樣品進(jìn)樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道?；蜕w片的材料可以用玻璃或高分子聚合材料，如聚二甲基硅氧烷等。基片與蓋片的鍵合，可用的加熱、光照等鍵合方法。本實(shí)用新型的芯片蓋片為薄膜片，厚度為0.1 1.1mm。固相萃取微通道長(zhǎng)30-40mm,寬深200-300 μ m,固相萃取微型整體柱兩端設(shè)置的微通道長(zhǎng)寬50-100 μ m,深 50-100 μ m,其它通道也均寬 50-100 μ m,深 50-100 μ m。蓋片和基片采用的材料、基片上微形通道和凹槽、基片和蓋片的鍵合等應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，采用玻璃材料做基片，經(jīng)過(guò)涂膠、光刻、化學(xué)刻蝕等工藝制作微通道；采用高分子聚合材料做基片，可采用模塑法制作微通道?？煞謩e制得集成有固相萃取微通道的玻璃芯片、玻璃-PDMS-玻璃芯片、PDMS-玻璃芯片。對(duì)微通道內(nèi)壁進(jìn)行活化和硅烷化處理之后，將適量體積和比例的原位聚合反應(yīng)溶液(功能單體、交聯(lián)劑、分子印跡模板分子、引發(fā)劑、致孔劑的預(yù)聚體溶液等)通過(guò)正壓或負(fù)壓方法，引入到芯片的固相萃取微通道中，通過(guò)紫外光照引發(fā)的方式，原位合成分子印跡固相萃取微球，制成芯片上分子印跡固相萃取微型整體柱，固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口和廢液導(dǎo)出口分別與微型注射泵和微型真空泵相連。應(yīng)用時(shí)在儲(chǔ)液池分別插入鉬絲電極，與進(jìn)樣、分離電源相連接，實(shí)現(xiàn)電遷移進(jìn)樣和電泳分離，將檢測(cè)電極緊貼在薄膜蓋片的外側(cè)沿電泳分離毛細(xì)管通道末端對(duì)應(yīng)的位置，以實(shí)現(xiàn)非接觸電導(dǎo)檢測(cè)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于工藝簡(jiǎn)單、成本低、性能可控、預(yù)處理效果好、集成化程度高，可根據(jù)分析對(duì)象要求選擇制備不同種類(lèi)的分子印跡固相萃取微型整體柱，能將樣品在線預(yù)處理和進(jìn)樣、分離、檢測(cè)功能集成于微全分析系統(tǒng)中。

圖1為集成有固相萃取柱微通道的玻璃、PDMS-玻璃(薄蓋片)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為集成有固相萃取柱微通道的玻璃(厚蓋片)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為集成有分子印跡固相萃取微型整體柱的芯片結(jié)構(gòu)示意圖圖1 圖3中，⑴為基片，⑵為蓋片，⑶為固相萃取柱活化溶劑引入口，(4)為樣品溶液引入口，(5)為凈化溶劑引入口，(6)為洗脫溶劑引入口，(7)為廢液導(dǎo)出口，(8)為洗脫樣品進(jìn)樣池，O)為樣品廢液池，(10)為緩沖液池，(11)為緩沖液廢液池，(12)為固相萃取柱微通道，(13)為電泳分離通道。圖3中，(14)為分子印跡固相萃取微型整體柱。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例給出實(shí)施方式。實(shí)施例1、蓋片或基片為合適厚度玻璃膜片的芯片制備在長(zhǎng)64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕微通道,其中固相萃取柱微通道采用深度刻蝕法，刻蝕深200-300 μ m，寬l-2mm，長(zhǎng)30-40mm ;其它通道均采用淺刻蝕，刻蝕深50-100 μ m，寬50-100 μ m,并在微柱兩端設(shè)置長(zhǎng)2_4mm的微通道，微通道的深度和寬度均為50-100 μ m。在微通道末端合適位置打直徑為1-2_的孔作為液池，得常規(guī)玻璃基片，如圖1的(I)。分離通道有效長(zhǎng)度45_，進(jìn)樣通道有效長(zhǎng)度15_。另取長(zhǎng)64_，寬64_，厚1.1mm薄玻璃作為膜蓋片，如圖1的(2)。將清洗后的玻璃基片、膜蓋片疊放于馬弗爐，加熱至550°C保溫6h。緩慢降溫，15h后降至100°C。重復(fù)一次升溫、保溫、降溫過(guò)程，最后冷至室溫，完成基片和薄玻璃膜蓋片的鍵合，做成芯片成品。用64mm，寬64mm，厚1.5mm的玻璃作為蓋片，與上述基片鍵合后，在打磨機(jī)上將基片或蓋片磨至厚度100 μ m,做成芯片成品。在長(zhǎng)64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕固相萃取柱微通道,刻蝕深200-300 μ m,寬長(zhǎng)30-40mm,制成帶有固相萃取柱微通道的蓋片，并在合適位置打孔作為液池，如圖2的⑴；在長(zhǎng)64mm，寬64mm，厚1.5mm的玻璃一側(cè)，用常規(guī)刻蝕方法刻蝕其它微通道，刻蝕深度50-100 μ m，寬度為50-100 μ m，如圖2的(2)。將清洗后的玻璃基片和蓋片仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)后疊放于馬弗爐，加熱至550°C保溫6h。緩慢降溫，15h后降至100°C。重復(fù)一次升溫、保溫、降溫過(guò)程，最后冷至室溫，完成基片和薄玻璃膜蓋片的鍵合，在打磨機(jī)上將蓋片磨至厚度100 μ m，做成芯片成品。實(shí)施例2、常規(guī)玻璃基片和高分子聚合材料-玻璃雜合薄膜蓋片的芯片制備在長(zhǎng)64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕微通道,其中固相萃取柱微通道采用深度刻蝕法，刻蝕深度為200-300 μ m，寬度為1-2_，長(zhǎng)度為30_40_ ;其它通道均采用淺刻蝕，刻蝕深度為50-100 μ m,寬度為50-100 μ m,在微通道末端打孔作為緩沖液池，得常規(guī)玻璃基片，如圖1的(I)。分離通道有效長(zhǎng)度45_，進(jìn)樣通道有效長(zhǎng)度15_。另取長(zhǎng)64mm，寬64mm，厚0.17mm的薄玻璃蓋玻片作為蓋片，表面均勻涂覆約10-20 μ m厚度的高分子聚合材料PDMS放于烘箱中，加熱至80°C保溫30min，取出固化后的薄片，放冷，得到PDMS-玻璃雜合薄膜蓋片，如圖1的(2)。將基片和該雜合薄膜蓋片清洗后，貼合疊放于80°C烘箱，加熱12h，做成芯片成品。實(shí)施例3、高分子聚合材料基片和薄膜玻璃蓋片的芯片制備采用模塑法制作制作高聚物聚合材料基片，將適量液態(tài)高分子聚合材料PDMS澆注于預(yù)先設(shè)計(jì)好的銅質(zhì)陽(yáng)膜模具池中，放于烘箱中，加熱至80°C保溫30min，取出后，冷卻、剝離，得到固化的PDMS材料的基片，基片長(zhǎng)64mm，寬64mm，厚2mm，其中固相萃取柱微通道深度為200 μ m,寬度為2mm，長(zhǎng)度為3cm ;其它通道均深度為100 μ m,寬度為100 μ m,并在合適位置有孔作為液池，如圖1的(I)。另取長(zhǎng)64mm，寬64mm，厚0.17mm的薄玻璃蓋玻片作為蓋片，如圖1的(2)，將基片和蓋片清洗后，貼合疊放于80°C烘箱12h，做成分析芯片。實(shí)施例4、原位聚合分子印跡固相萃取微柱制備固相萃取柱微通道依次用0.lmol/L HCl溶液，去離子水洗沖洗lOmin，0.lmol/LNaOH溶液沖洗20min，去離子水洗沖洗至中性，N2吹干的方式進(jìn)行活化。之后用3_(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液(體積比1:1)沖洗lh，去離子水沖洗lOmin，氮?dú)獯蹈傻姆绞竭M(jìn)行內(nèi)壁硅烷化預(yù)處理。在微通道中采用紫外光照射引發(fā)原位聚合反應(yīng)的方法制備分子印跡固相萃取微型整體柱。稱取模板分子(如羅丹明B 0.0479g)置于IOmL錐形瓶中，加入0.04mL甲基丙烯酸(MAA)，振蕩、以使MAA和羅丹明B均勻混合并充分作用，然后向其中加入致孔劑2.5mL,待其充分混勻后，再加入交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)0.4mL、引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)0.215mg，在通N2條件下超聲混勻，將溶液用正壓方式引入微芯片的固相萃取柱微通道，然后封口，用隔光鋁箔紙遮住芯片，僅留出固相萃取柱微通道位置，置于波長(zhǎng)316nm、功率36W、照射距離為15cm的紫外光下聚合，冰浴反應(yīng)6h，得充滿紅色聚合物的微型整體柱。依次用不同比例甲醇-甲酸溶劑沖洗該柱至近白色，制成分子印跡固相萃取微型整體柱。本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種固相萃取微流控分析芯片，包括基片和蓋片，其特征在于，在芯片基片上刻蝕有固相萃取通道、分離通道、進(jìn)樣通道和液池凹槽，設(shè)置有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導(dǎo)出口、樣品進(jìn)樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，固相萃取柱微通道長(zhǎng)30-40臟，寬1-2臟，深200-300 μ m,分離通道和進(jìn)樣通道寬50-100 μ m,深50-100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，芯片上的固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口和廢液導(dǎo)出口分別與注射泵和真空泵相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及固相萃取微流控分析芯片。芯片的基片上設(shè)有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導(dǎo)出口、樣品進(jìn)樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道，以分別實(shí)現(xiàn)原位聚合反應(yīng)溶液引入，廢液導(dǎo)出，固相萃取柱活化，樣品溶液的引入、凈化、富集、洗脫、電遷移進(jìn)樣、電泳分離和檢測(cè)。本實(shí)用新型作為微全分析系統(tǒng)固相萃取的分析芯片，其優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、原位聚合分子印跡固相萃取柱性能可控、預(yù)處理效果好、集成化程度高，可根據(jù)分析需要選擇對(duì)應(yīng)的分子印跡固相萃取材料以實(shí)現(xiàn)組分的選擇性分離富集，能將樣品在線預(yù)處理和進(jìn)樣、分離、檢測(cè)的功能集成于微全分析系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)B01L3/00GK203002392SQ20122074519
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者翟海云, 李江梅, 蘇子豪, 周清, 潘育方 申請(qǐng)人:廣東藥學(xué)院