專利名稱：隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用化學(xué)發(fā)光檢測的玻璃或者透明性高聚物微流控芯片，具體而言是一種適合微量熒光性有機化合物、金屬離子等能夠進行化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的物質(zhì)的分離和檢測用的微流控芯片。
目前公開的以化學(xué)發(fā)光作為檢測手段的微流控芯片有以下幾種(1)三維微通道生物芯片化學(xué)發(fā)光進行雜化測定用標準光刻法制作芯片，對芯片微通道表面硅烷化，然后將探測試劑固定于微通道內(nèi)表面，即可用于雜化測定。對64個點的測定標準偏差是8.1％，檢測限達250amol，線形范圍為3個數(shù)量級(B.J.Cheek，A.B.Steel，M.P.Torres，Y.-Y Yu，H.Yang，Chemiluminescence detection for hybridization assays on theflow-thru chip，a three-dimensional microchannel biochip，Anal.Chem.，2001，73，5777-5783.)。
(2)化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片用于過渡金屬離子的測定X.-J.Huang等人用蠕動泵連續(xù)進樣，在芯片平臺上進行毛細管電泳分離，樣品分離后進入發(fā)光試劑池進行化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，這并不是嚴格意義上的微流控芯片，而是毛細管電泳-化學(xué)發(fā)光檢測。Tsukagoshi等人使用最經(jīng)典的十字形微流控電泳芯片，較短的通道用于進樣，而另一微通道就是分離通道，分離通道末端的液池注入發(fā)光試劑，當金屬離子經(jīng)分離通道進入該液池時，發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。Co(II)的測定表明，具有好的重現(xiàn)性，測定6次，遷移時間和峰高的標準偏差不超過5％，檢測限0.4fmol，在1.0×10-5-1.0×10-3M范圍內(nèi)具有良好的相關(guān)性。但是，由于發(fā)光試劑儲存于液池中，測定過程中無法進行即時更新，且反應(yīng)廢液積于液池中，不能即時排出，對后續(xù)金屬離子的測定產(chǎn)生干擾。(X.-J.Huang，Q.-S.Pu，Z.-L.Fang，Capillary electro-phoresis system with flow injection sampleintroduction and chemi-luminescence detection on a chip platform，Analyst.2001，126，281-284.K.Tsukagoshi，M.Hashimoto，R.Nakajima，A.Arai，Application of microchip capillaryelectrophoresis with chemiluminescence detection to analysis fortransition-metal ions.Anal.Sci.，2000，16，1111-1112)。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實現(xiàn)一種隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，包括基片和蓋片；在基片上設(shè)緩沖液池D、至少兩樣品池A、B、至少兩試劑池E、F、廢液池G和反應(yīng)檢測池H；其中兩樣品池A、B由進樣通道連通，緩沖液池D經(jīng)進樣通道與樣品池A、B的進樣通道相交后與分離通道相連；所述的分離通道、試劑池E、F和廢液池G均與反應(yīng)檢測池H相連；另在蓋片上與基片上的樣品池A、B、緩沖液池D、試劑池E、F、廢液池G及反應(yīng)檢測池H的對應(yīng)位置處設(shè)液池孔，然后將基片和蓋片固定成芯片。
當在所述的樣品池A、B兩端通電時，樣品沿進樣通道移動進入到進樣通道與分離通道的交叉口C后，即在所述的緩沖液池D、試劑池E、F與廢液池G之間通電；同時將樣品池A、B兩端浮起或加同等電位。樣品在分離通道中在電場作用下，沿分離通道移動并進行分離，當?shù)竭_反應(yīng)檢測池H時，與在電場作用下從試劑池E、F輸送過來的試劑混合并發(fā)生發(fā)光反應(yīng)，光信號通過置于反應(yīng)檢測池H下的接受器接收，而反應(yīng)后產(chǎn)生的廢液在電場作用下進入廢液池G。
上述的分離通道為螺旋槽、直線槽、曲線槽、折線槽、直線與曲線和/或折線相連的槽、曲線與曲線相連的槽、曲線與折線相連的槽及曲線與直線和折線相連的槽中的一種。
上述的基片和蓋片的材料選自玻璃及聚甲基丙稀酸甲脂(PMMA)、聚二甲基硅氧烷透明性高聚物(PDMS)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚幾內(nèi)酰胺或他們之間的任意共聚物。
上述的蓋片上的液池孔為通孔。
本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點本發(fā)明將化學(xué)發(fā)光檢測與微流控電泳芯片結(jié)合在一起，與公知的化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片相比，有較長的分離通道和巧妙的反應(yīng)檢測池，因而具有較高的靈敏度和分離效率、干擾小、試劑即時更新、多組分測定以及設(shè)備簡單等特點。該微流控芯片制造成本低、易于批量生產(chǎn)。對于海水以及環(huán)境污染水中熒光性有機化合物、過渡金屬離子等物質(zhì)的測定具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖1-基片2-緩沖液池D3-交叉口C4-樣品池A、B5-進樣通道6-分離通道7-試劑池E、F8-反應(yīng)檢測池H9-廢液池G10-蓋片11-液池孔圖2是本發(fā)明基片的結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明蓋片的結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明分解示意圖
(2)蓋片的制作，在與基片同樣材料同樣尺寸的玻璃片上，選定與基片液池相對應(yīng)的位置，用微型臺鉆打孔，孔的直徑取決于鉆頭的直徑，鉆頭為1毫米的金剛鉆頭時，孔的直徑即為液池直徑1毫米。
(3)鍵合將基片與蓋片在H2SO4∶H2O2體積比4∶1、H2O∶H2O2∶NH4OH體積比50∶10∶1、H2O∶H2O2∶HCl體積比5∶1∶1中超聲波清洗10分鐘，用氮氣吹干，將水玻璃(含二氧化硅35-38％，氧化納17-19％，少量氧化鈣)用甩膠機均勻涂敷于蓋片表面(轉(zhuǎn)速約2000轉(zhuǎn)/分鐘，涂敷20秒)，然后將兩片合攏，在氮氣環(huán)境下加熱至80℃并保持1小時左右。得到微結(jié)構(gòu)參數(shù)等于上述蓋片和基片的微流控玻璃芯片。
實施例2(1)玻璃陽模板制作玻璃板首先在煮沸的H2SO4∶H2O2體積比4∶1中清洗，再依次用丙酮、酒精、高純水各進行超聲波清洗10分鐘。然后進行真空鍍膜，鍍上150nm的鉻膜，再進行感光膠涂敷(PMER正性膠，600轉(zhuǎn)/分鐘，2分鐘，厚度1微米左右)，在95℃下預(yù)烘30分鐘，冷卻，將帶有設(shè)計圖的掩膜膠片(與玻璃芯片所用掩膜反色)置于光刻膠上，紫外光波長為365nm曝光90秒，顯影2分鐘，然后再在100℃下烘半小時。在室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕鉻膜，然后用水沖洗干凈。用0.2M HF/0.2M NH4F腐蝕硼硅玻璃，腐蝕速度為4微米/小時?？涛g十五個小時后，水洗，丙酮洗，用鉻膜刻蝕液除去鉻膜。即為帶有凸形微通道圖形的基片陽模。廢液池至檢測池通道及進樣通道寬度上底80微米，下底200微米，高度60微米，分離通道和試劑通道的上底寬30微米，下底寬150微米，高度60微米，分離通道長為21厘米。
(2)本體聚合合成PMMA芯片基片將提純后的甲基丙烯甲酯(MMA)與引發(fā)劑(一般為過氧化苯甲?；蚺嫉惗∏?按體積比1000∶5混合后，在85-90℃預(yù)聚合50分鐘左右，迅速冷卻至室溫，真空脫氣30分鐘，然后澆鑄到步驟(1)的陽模上，在45℃聚合12小時，然后升溫至95℃聚合2小時，緩慢冷卻至40℃左右后脫模，得PMMA微流控芯片基片，通道尺寸對應(yīng)于陽模板。
(3)蓋片制作將直徑為3毫米，高度為2.5毫米的不銹鋼柱置于光潔玻璃特定位置，制成模具，采用與本題聚合PMMA基片相同的方法合成蓋片，脫模后，取出小鋼柱即成蓋片。
(4)鍵合將基片與蓋片對齊合攏，在110℃鍵合2小時，即成PMMA微流控芯片，廢液池至檢測池通道及進樣通道寬度上底200微米，下底80微米，高度60微米，分離通道和試劑通道的上底寬150微米，下底寬30微米，高度60微米，分離通道長為21厘米。
實施例3(1)玻璃陽模板制作玻璃板首先在煮沸的H2SO4∶H2O2(4∶1)中清洗，再依次用丙酮、酒精、高純水各進行超聲波清洗10分鐘。然后進行真空鍍膜，鍍上150nm的鉻膜，再進行感光膠涂敷(PMER正性膠，600轉(zhuǎn)/分鐘，2分鐘，厚度1微米左右)，在95℃下預(yù)烘半小時，冷卻，將帶有設(shè)計圖的掩膜膠片(與玻璃芯片所用掩膜反色)置于光刻膠上，紫外曝光90秒(波長365nm)，顯影2分鐘，然后再在100℃下烘半小時。在室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕鉻膜，然后用水沖洗干凈。用0.2MHF/0.2MNH4F腐蝕硼硅玻璃，腐蝕速度為4微米/小時?？涛g十五個小時后，水洗，丙酮洗，用鉻膜刻蝕液除去鉻膜。即為帶有凸形微通道圖形的基片陽模。廢液池至檢測池通道及進樣通道寬度上底80微米，下底200微米，高度60微米，分離通道和試劑通道的上底寬30微米，下底寬150微米，高度60微米，分離通道長為21厘米。
(2)本體聚合合成PDMS芯片基片將PDMS單體與引發(fā)劑(Sylgard 184，Dow Corning，Midland，MI)按重量比10∶1混合，澆注于步驟(1)的陽模板上，在65℃聚合1小時左右，冷卻，剝離模板即得PDMS基片；(3)蓋片制作將直徑為3毫米，高度為2.5毫米的不銹鋼柱置于光潔玻璃特定位置，制成模具，采用與本題聚合PDMS基片相同的方法合成蓋片，脫模后，取出小鋼柱即成蓋片。
(4)鍵合基片與蓋片用乙醇洗干凈，用氬氣吹干，放于空氣等離子器中氧化1分鐘后，立即將兩片合攏，蓋片與基片即牢固的結(jié)合在一起，制成PDMS微流控芯片，或利用PDMS材料的粘性室溫下加一定壓力進行可逆鍵合，廢液池至檢測池通道及進樣通道寬度上底200微米，下底80微米，高度60微米，分離通道和試劑通道的上底寬150微米，下底寬30微米，高度60微米，分離通道長為21厘米。
權(quán)利要求
1.一種隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，包括基片(1)和蓋片(10)；其特征在于在基片(1)上設(shè)緩沖液池D(2)、至少兩樣品池A、B(4)、至少兩試劑池E、F(7)、廢液池G(9)和反應(yīng)檢測池H(8)；其中兩樣品池A、B(4)由進樣通道(5)連通，緩沖液池D(2)經(jīng)進樣通道(5)與樣品池A、B(4)的進樣通道(5)相交后與分離通道(6)相連；所述的分離通道(6)、試劑池E、F(7)和廢液池G(9)均與反應(yīng)檢測池H(8)相連；另在蓋片(10)上與基片(1)上的樣品池A、B(4)、緩沖液池D(2)、試劑池E、F(7)、廢液池G(9)及反應(yīng)檢測池H(8)的對應(yīng)位置處設(shè)液池孔(11)，然后將基片(1)和蓋片(10)固定成芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，其特征在于所述的分離通道(6)為螺旋槽、直線槽、曲線槽、折線槽、直線與曲線和/或折線相連的槽、曲線與曲線相連的槽、曲線與折線相連的槽及曲線與直線和折線相連的槽中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，其特征在于所述的基片(1)和蓋片(10)的材料選自玻璃及聚甲基丙稀酸甲脂、聚二甲基硅氧烷透明性高聚物、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚幾內(nèi)酰胺或他們之間的任意共聚物。
4.如權(quán)利要求1所述的隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，其特征在于所述的蓋片(10)上的液池孔A，B，D，E，F(xiàn)，G(11)為通孔。
5.如權(quán)利要求1所述的隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，其特征在于當在所述的樣品池A、B(4)兩端通電時，樣品沿進樣通道(5)移動進入到進樣通道(5)與分離通道(6)的交叉口C(3)后，即在所述的緩沖液池D(2)、試劑池E、F(7)與廢液池G(9)之間通電；同時將樣品池A、B(4)兩端浮起或加同等電位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隧道毛細管電泳化學(xué)發(fā)光檢測微流控芯片，包括基片和蓋片；在基片上設(shè)緩沖液池、至少兩樣品池、至少兩試劑池、廢液池和反應(yīng)檢測池；其中兩樣品池由進樣通道連通，緩沖液池經(jīng)進樣通道與樣品池的進樣通道相交后與分離通道相連；所述的分離通道、試劑池和廢液池均與反應(yīng)檢測池相連；另在蓋片上與基片上的樣品池、緩沖液池、試劑池、廢液池及反應(yīng)檢測池的對應(yīng)位置處設(shè)液池孔，然后將基片和蓋片固定成芯片；本發(fā)明有較長的分離通道和巧妙的反應(yīng)檢測池，因而具有靈敏度和分離效率高、干擾小、試劑即時更新、多組分測定以及設(shè)備簡單等特點。
文檔編號G01N33/543GK1472526SQ0212586
公開日2004年2月4日 申請日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者林金明, 蘇榮國, 屈鋒, 高云華 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心