專利名稱：液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域?yàn)槲⒘骺胤治鲂酒貏e是涉及一種集成有支持液膜萃取反萃取試樣預(yù)處理單元的毛細(xì)管電泳微流控芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
微型全分析系統(tǒng)以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，以微機(jī)電加工技術(shù)為依托，以微通道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，把試樣的采集、預(yù)處理、分離、反應(yīng)、檢測(cè)等功能單元集成在幾到幾十平方厘米面積的芯片內(nèi)，通過(guò)試樣和試劑的流動(dòng)，高效、快速地完成待測(cè)定組分的分離和分析。微全分析系統(tǒng)的核心為微流控芯片。微流控芯片一般由上下兩層刻有二維通道網(wǎng)絡(luò)的單晶硅、石英、玻璃、高分子聚合物片所組成。微通道寬度和深度一般在微米數(shù)量級(jí)。毛細(xì)管電泳芯片是目前研究報(bào)道最多的微流控分析芯片，多數(shù)毛細(xì)管電泳芯片不包括試樣于預(yù)處理單元，不能直接用于復(fù)雜試樣的分離分析。
液液萃取是一種常用的試樣預(yù)處理方法。它借助于“相似相溶”原理，通過(guò)控制試樣pH等實(shí)驗(yàn)條件，可以將大體積試樣水溶液中的微量疏水性待測(cè)化合物萃取到小體積的與水不互溶的有機(jī)溶劑中，使待測(cè)化合物與干擾化合物初步分離。如果再用另一有利于待測(cè)化合物溶解的水溶液將已經(jīng)轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的待測(cè)化合物重新萃取回水相，該過(guò)程被稱作反萃取。經(jīng)過(guò)萃取和反萃取后，待測(cè)化合物可以大幅度地得到濃縮，并且與共存的干擾化合物分離。當(dāng)萃取和反萃取作為氣相色譜、液相色譜、毛細(xì)管電泳的在線試樣預(yù)處理手段時(shí)，常在一個(gè)流通式萃取池中動(dòng)態(tài)進(jìn)行用一片被有機(jī)溶劑浸潤(rùn)的多孔膜作為間隔，試樣溶液和反萃取液分別在膜兩側(cè)的溝槽中流動(dòng)，通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流作用，待測(cè)化合物從試樣溶液被萃取到支持于多孔膜上的有機(jī)相中，再被膜另一側(cè)的反萃取液(水相)所反萃取。調(diào)節(jié)試樣溶液的酸度、離子強(qiáng)度、流速和反萃取液的種類、流速等實(shí)驗(yàn)條件，可以調(diào)節(jié)富集倍率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將萃取反萃取試樣預(yù)處理單元集成于微流控芯片之上，與毛細(xì)管電泳分離分析單元在線耦聯(lián)，形成一個(gè)具有試樣預(yù)處理功能的分析系統(tǒng)，提高芯片毛細(xì)管電泳分離分析復(fù)雜試樣中低濃度待測(cè)化合物的能力。
本發(fā)明涉及的集成化支持液膜萃取反萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片由上、中、下三層玻璃及夾在中、下層玻璃之間的高聚物微孔膜封合而成的四層三維通道結(jié)構(gòu)。上層玻璃、中層玻璃及刻蝕在上層玻璃下表面的毛細(xì)管電泳通道網(wǎng)絡(luò)及電泳通道的儲(chǔ)液池組成毛細(xì)管電泳分離單元；中層玻璃下表面的反萃取液通道、下層玻璃上表面的試樣通道、與夾它們之間的高聚物微孔膜、試樣和反萃取液的進(jìn)出口構(gòu)成萃取反萃取單元；中層玻璃為毛細(xì)管電泳分離單元和萃取反萃取單元所共用，通過(guò)貫通中、上層玻璃的縱向的分流式接口使兩分析單元耦合為一個(gè)完整的三維通道結(jié)構(gòu)，構(gòu)成本發(fā)明的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片。
在上層玻璃的下表面、中層玻璃的下表面、及下層玻璃的上表面分別刻蝕有十字形電泳通道、“[”形反萃取液通道和“]”形試樣通道。上層玻璃、中層玻璃及刻蝕在上層玻璃下表面的毛細(xì)管電泳通道、與電泳通道相連的儲(chǔ)液池組成毛細(xì)管電泳分離單元，用高溫鍵合法封合；中層玻璃下表面的反萃取液通道、下層玻璃上表面的試樣通道、與夾它們之間的高聚物微孔膜、試樣和反萃取液的進(jìn)出口構(gòu)成萃取反萃取單元。中層玻璃為毛細(xì)管電泳分離單元和萃取反萃取單元所共用，通過(guò)貫通中、上層玻璃的縱向小孔作為兩分析單元的流通式接口，連接上部毛細(xì)管電泳進(jìn)樣通道的進(jìn)口和下部的反萃取通道出口，使兩個(gè)分析單元耦聯(lián)耦合為一個(gè)三維通道結(jié)構(gòu)。中層玻璃、下層玻璃、高聚物微孔膜所構(gòu)成具有“三明治”結(jié)構(gòu)的萃取反萃取單元，與上、中層的電泳單元對(duì)準(zhǔn)后，用膠粘劑封合，構(gòu)成本發(fā)明的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片。這樣，通過(guò)四層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使不同功能的分析單元分布在一個(gè)三維通道網(wǎng)絡(luò)上；通過(guò)分步刻蝕、分步鍵合的加工工藝，把用不同材質(zhì)的基片組成為一個(gè)具有試樣預(yù)處理功能的支持液膜萃取反萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片。
本發(fā)明的高聚物微孔膜為四氟乙烯微孔膜，厚度范圍為5微米～100微米，孔徑范圍為1微米～10微米。
毛細(xì)管電泳通道的寬度和深度范圍為5微米～200微米，深度范圍為1微米～100微米；萃取通道和反萃取通道寬度范圍為10微米～5000微米，深度范圍為1微米～500微米。
本發(fā)明所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片封接方法，其步驟是將加工有電泳通道網(wǎng)絡(luò)及儲(chǔ)液池的上層玻璃與加工有反萃取通道的中層玻璃位置對(duì)準(zhǔn)后，放在程序升溫高溫爐中高溫鍵合，組成毛細(xì)管電泳單元；毛細(xì)管電泳單元封合后，在與中層玻璃的反萃取通道進(jìn)出口、下層玻璃的試樣通道進(jìn)出口對(duì)應(yīng)的位置上鉆貫通上、中層玻璃的小孔，分別用作反萃取溶液和試樣溶液的引進(jìn)/出孔，其中連接中層玻璃下表面反萃取通道出口和上層玻璃下表面毛細(xì)管電泳進(jìn)樣通道進(jìn)口的小孔即為耦聯(lián)萃取單元和電泳單元的流通式接口；將中層玻璃、高聚物微孔膜、下層玻璃的位置對(duì)準(zhǔn)，使萃取通道和反萃取通道的中央直線部分在膜的兩側(cè)上下重合后固定；將新配置的尚未固化的粘接劑施加于中下層玻璃之間的縫隙處，依靠毛細(xì)作用，膠粘劑擴(kuò)散并充滿中、下層玻璃片間的所有縫隙直到與四氟乙烯微孔膜邊緣接觸，放置使粘接劑固化，完成液液萃取單元的封接與整塊集成化芯片的合攏。
本發(fā)明所的芯片采用重力驅(qū)動(dòng)試樣溶液和反萃取溶液，以浸潤(rùn)于聚四富氟乙烯微孔膜上的丁醇為支持液膜，實(shí)施動(dòng)態(tài)萃取與反萃取操作；采用多路高壓電源驅(qū)動(dòng)芯片毛細(xì)管電泳分離；以激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)。利用該集成化支持液膜萃取反萃取毛細(xì)管電泳芯片進(jìn)行熒光素鈉和丁基羅丹明B混合溶液的預(yù)分離富集和電泳分離分析。試驗(yàn)表明，集成了支持液膜萃取反萃取系統(tǒng)后，該芯片測(cè)得模型待測(cè)化合物熒光素鈉的信號(hào)提高了7倍，而模型干擾物丁基羅丹明B的信號(hào)降低了4倍，充分顯示了它的全分析功能。
本發(fā)明提出的制備集成化多層結(jié)構(gòu)芯片的方法具有加工工藝簡(jiǎn)單易行，無(wú)須潔凈實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)；所制備的疊層式集成化支持液膜萃取反萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片具有體積小，成本低，集試樣預(yù)處理功能和毛細(xì)管電泳分離分析功能于一體的優(yōu)點(diǎn)。


圖1液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片的結(jié)構(gòu)分解透視圖。
圖2液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片的俯視3液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片在圖2a-b位置的剖視圖。
圖1-3中。各數(shù)碼標(biāo)志分別為1，上層玻璃片；2，中層玻璃片；3，下層玻璃片；4，四氟乙烯微孔膜；5，毛細(xì)管電泳通道網(wǎng)絡(luò)；6，反萃取液通道；7，試樣通道；8，緩沖液池；9，濃縮樣廢液池；10，緩沖廢液池；11，流通式接口；12，試樣溶液入口；13，反萃取液的入口；14，試樣溶液出口；15，向微孔膜滴加有機(jī)溶劑的孔；16，微孔膜上試樣溶液流入孔、17，微孔膜上試樣溶液流出孔；18，膠粘劑層。
圖4是目標(biāo)化合物熒光素鈉(FLN)和模型干擾物丁基羅丹明B(BRB)混合溶液的電泳記錄圖。其中左，混合溶液在電泳分離前經(jīng)過(guò)在線萃取反萃取預(yù)處理；右，混合溶液未經(jīng)萃取反萃取預(yù)處理直接電泳分離。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本集成化支持液膜萃取反萃取-毛細(xì)管電泳芯片由三片玻璃和一層聚四氟乙烯微孔膜所組成的四層結(jié)構(gòu)(見圖1)。在上層玻璃片1(25×60mm)上刻蝕寬50μm、深18μm的十字形毛細(xì)管電泳通道網(wǎng)絡(luò)5，進(jìn)樣通道長(zhǎng)10mm，分離通道總長(zhǎng)40mm，有效分離長(zhǎng)度35mm，在中層玻璃片2(25×60mm)的下表面刻蝕寬640μm、深65μm的“[”型反萃取液通道6，在下層玻璃片3(15×23mm)的上表面刻蝕寬640μm、深65μm的“]”型試樣通道7。反萃取液通道6、試樣通道7分別位于微孔膜4的上、下方，反萃取液通道6和試樣通道7中，擬重疊的中央通道長(zhǎng)度均為15mm。然后，在上層玻璃電泳通道5的其中三個(gè)端頭處分別鉆直徑為1.2mm的孔，作為緩沖液池8、濃縮樣廢液池9和緩沖廢液池10，(8-10號(hào)只貫穿上層玻璃)再與中層玻璃片(無(wú)通道的平面向上)對(duì)準(zhǔn)，使反萃取通道的出口處于電泳進(jìn)樣(反萃取后的濃縮樣)通道入口的正下方，在程序升溫高溫爐中高溫鍵合組成毛細(xì)管電泳單元。封合后，在圖1所示的12試樣入口、13反萃液入口、14試樣出口、15向支持膜滴加有機(jī)溶劑的孔位置用直徑1.2mm鉆頭鉆孔，在11位置用直徑0.3mm鉆頭鉆垂直孔，該孔連結(jié)毛細(xì)管電泳進(jìn)樣通道的入口和反萃液通道的出口，作為電泳單元和萃取單元的流通式接口，11-15號(hào)孔都貫穿電泳單元的兩層玻璃。取一片7×19mm的四氟乙烯微孔膜4，孔徑1.0微米，膜厚60微米，孔隙率為70-80％，在其上與試樣入口12與出口14對(duì)應(yīng)的位置各鉆1.2mm的兩個(gè)孔16和17，將電泳單元中層玻璃片2上的反萃取通道6向下，下層玻璃片3的試樣通道7向上，四氟乙烯微孔膜4夾在中下兩層玻璃中間，并使膜兩側(cè)的反萃取通道6與試樣通道7的中央部分相互重疊，將剛剛調(diào)制好的半流體狀膠粘劑施加在中下層玻璃片之間的縫隙處，依靠毛細(xì)作用，膠粘劑擴(kuò)散并充滿中、下層玻璃片間的所有縫隙直到與四氟乙烯微孔膜邊緣接觸。固化后，膠粘劑層18將中、下層玻璃片與四氟乙烯微孔膜封合在一起，并與上層玻璃一起形成四層結(jié)構(gòu)的支持液膜萃取反萃取-毛細(xì)管電泳芯片。
圖1是按本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例方法加工的集成化支持液萃取反液萃取-毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片的結(jié)構(gòu)分解透視圖，圖2是該芯片的俯視圖，圖3是芯片在圖2a-b位置的剖視圖。
圖4是采用優(yōu)選實(shí)施例方法加工的集成化支持液萃取反液萃取-毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片進(jìn)行的在線支持液膜萃取反萃取試樣預(yù)處理-毛細(xì)管電泳分離分析模型待測(cè)化合物熒光素鈉和模型干擾物丁基羅丹明B混合溶液的電泳記錄圖。兩種化合物的濃度相同，若不經(jīng)支持液膜萃取反萃取的試樣預(yù)處理過(guò)程，熒光素鈉和丁基羅丹明B經(jīng)電泳分離后，峰高近似相等(見圖4右)。而經(jīng)過(guò)在集成化芯片上的支持液膜萃取反萃取試樣預(yù)處理后，因萃取反萃取條件有利于酸性模型待測(cè)化合物熒光素鈉的從試樣溶液向反萃取液的轉(zhuǎn)移而使其濃縮于反萃取液，結(jié)果峰高增加了7倍；相反，由于萃取反萃取條件不利于模型干擾物丁基羅丹明B的從試樣溶液向反萃取液的轉(zhuǎn)移，結(jié)果該化合物在反萃取液中的濃度低于其在試樣溶液中的原始濃度，峰高比不經(jīng)萃取反萃取的情況下降低了4倍(見圖4左)。該實(shí)驗(yàn)充分顯示了本發(fā)明所加工的集成化支持液萃取反液萃取-毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片的所具備的試樣預(yù)分離富集功能。
權(quán)利要求
1.一種液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于由上、中、下三層玻璃及夾在中、下層玻璃之間的高聚物微孔膜封合而成的四層三維通道結(jié)構(gòu)，上層玻璃(1)、中層玻璃(2)及刻蝕在上層玻璃下表面的毛細(xì)管電泳通道網(wǎng)絡(luò)(5)及電泳通道的儲(chǔ)液池組成毛細(xì)管電泳分離單元；中層玻璃(2)下表面的反萃取液通道(6)、下層玻璃(3)上表面的試樣通道(7)、與夾它們之間的高聚物微孔膜(4)、試樣和反萃取液的進(jìn)出口構(gòu)成萃取反萃取單元；中層玻璃(2)為毛細(xì)管電泳分離單元和萃取反萃取單元所共用，通過(guò)貫通中、上層玻璃的縱向的分流式接口(11)使兩分析單元耦合為一個(gè)完整的三維通道結(jié)構(gòu)，構(gòu)成本發(fā)明的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于電泳通道網(wǎng)絡(luò)(5)是由進(jìn)樣通道和分離通道所構(gòu)成的十字構(gòu)型通道，緩沖液池(8)和緩沖廢液池(10)與十字構(gòu)型中的分離通道相連通，濃縮試樣液池(11)和濃縮試樣廢液池(9)與十字構(gòu)型中的進(jìn)樣通道相連通，其中濃縮試樣液池(11)同時(shí)作為分流式接口，連結(jié)毛細(xì)管電泳進(jìn)樣通道的進(jìn)口和反萃液通道(6)的出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于在中層玻璃片下表面上有一定構(gòu)型的反萃取液通道(6)，該反萃取液通道的兩端與反萃取溶液進(jìn)口(13)和分流式接口(11)相連通；下層玻璃片(3)上表面有構(gòu)型與反萃取液通道(6)鏡面對(duì)稱的試樣通道(7)，反萃取液通道(6)和試樣通道(7)分別位于高聚物微孔膜(4)的上、下方，試樣通道(7)的兩端經(jīng)高聚物微孔膜(4)上的引導(dǎo)孔(16)和(17)，分別與試樣溶液進(jìn)口(12)、試樣溶液出口(14)相連通；再加上向高聚物微孔膜滴加有機(jī)溶劑的孔(15)，構(gòu)成萃取反萃取單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片，其特征在于反萃取液通道(6)的構(gòu)型為“[”形，試樣通道(7)的構(gòu)型為“]”，兩者鏡面對(duì)稱且中央的直線部分通道在高聚物微孔膜(4)的兩側(cè)上下重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于高聚物微孔膜(4)為四氟乙烯微孔膜，厚度范圍為5微米～100微米，孔徑范圍為1微米～10微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于毛細(xì)管電泳通道的寬度為5微米～200微米，深度范圍為1微米～100微米；萃取通道和反萃取通道寬度范圍為10微米～5000微米，深度范圍為1微米～500微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片，其特征在于也可以用石英片代替上、中、下三層玻璃片。
8.權(quán)利要求1所述的液液萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片封接方法，其步驟是(1)將加工有電泳通道網(wǎng)絡(luò)及鉆有儲(chǔ)液池的上層玻璃與加工有反萃取通道的中層玻璃位置對(duì)準(zhǔn)并固定，放在程序升溫高溫爐中高溫封合，形成毛細(xì)管電泳單元；(2)毛細(xì)管電泳單元封合后，在與中層玻璃的反萃取通道進(jìn)/出口、下層玻璃的試樣通道進(jìn)/出口對(duì)應(yīng)的位置上鉆貫通上、中層玻璃的小孔，分別用作引導(dǎo)反萃取溶液和試樣溶液的進(jìn)/出孔，其中連接中層玻璃下表面反萃取通道出口和上層玻璃下表面毛細(xì)管電泳進(jìn)樣通道入口的小孔為耦聯(lián)萃取單元和電泳單元的流通式接口；(3)將毛細(xì)管電泳單元的中層玻璃、高聚物微孔膜、下層玻璃的位置對(duì)準(zhǔn)，使萃取通道和反萃取通道在膜的兩側(cè)，并使兩通道的直線部分重合后固定；(4)將新配置的尚未固化的粘接劑施加于中、下層玻璃之間的縫隙處，依靠毛細(xì)作用，膠粘劑擴(kuò)散并充滿中、下層玻璃片間的所有縫隙直到與四氟乙烯微孔膜邊緣接觸，放置使粘接劑固化，完成液液萃取單元的封接與整塊集成化芯片的合攏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成化液液萃取－毛細(xì)管電泳聯(lián)用芯片。該方法的特征是，芯片由上、中、下三層玻璃及夾在中下層玻璃之間的高聚物微孔膜所構(gòu)成。通過(guò)分步刻蝕、分步鍵合的加工工藝，把由中、下層玻璃和高聚物膜組成的“三明治”式支持液膜萃取反萃取單元，和由上、中玻璃組成的電泳分離單元構(gòu)建到該四層結(jié)構(gòu)的芯片之上。采用縱向的分流式接口，將處于不同層面上的分析單元耦聯(lián)成一個(gè)三維通道網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)具有萃取反萃取試樣預(yù)處理功能的集成化毛細(xì)管電泳芯片。本發(fā)明提出的制備集成化多層結(jié)構(gòu)芯片的方法具有加工工藝簡(jiǎn)單易行，無(wú)須潔凈實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)；所制備的疊層式集成化支持液膜萃取反萃取毛細(xì)管電泳聯(lián)用微流控分析芯片具有體積小，成本低，集試樣預(yù)處理功能和毛細(xì)管電泳分離分析功能于一體的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/453GK1804633SQ20061004911
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者陳恒武, 蔡增軒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)