專利名稱:一種毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種毛細管電泳芯片,尤指一種可自定位的毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片。
目前廣泛使用的毛細管電泳芯片設(shè)計如圖8所示。芯片毛細管電泳使用的毛細管一般通過刻蝕、印模等技術(shù)直接制作在芯片基體材料上。對于硅和玻璃芯片,其制作步驟分為沉積、光刻、蝕刻和粘結(jié),涉及微電子加工技術(shù),工藝復(fù)雜,價格較高。此外進樣采用十字交叉型微管道網(wǎng)絡(luò),操作復(fù)雜,進樣重現(xiàn)性不佳。
本實用新型提出的毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片。由基板、熔融石英毛細管、自定位毛細管電泳化學(xué)檢測電極系統(tǒng)、電解液槽組合構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如附圖1所示。其中,自定位毛細管電泳化學(xué)檢測電極系統(tǒng)由電極支架1、工作電極2、檢測池3、接地鉑電極4、參比電極10構(gòu)成,并置于基板14的一側(cè)之上(圖中為左側(cè)),電極支架1為方形有機玻璃塊,其底面與基板14粘給,其中間開有方形孔槽,作為檢測池3,也作為接地電解槽,接地電極4、參比電極10置于檢測池3內(nèi),并由電極引線引出檢測池外;電極支架1的檢測池左右兩側(cè)壁中部分別開有同心對準的圓孔,其中檢測池左側(cè)的為電極孔,右側(cè)為毛細管引導(dǎo)孔,工作電極2置于該電極孔內(nèi),固定,電極2穿出電極孔1-1.5mm,周圍有絕緣膠,使與電解液絕緣,頂端部磨成圓盤狀,故也稱其為圓盤電極。熔融石英毛細管13通過具有一定彈性的固定塊12、12’水平架設(shè)于基塊1之上,其左端穿過電極支架上的毛細管引導(dǎo)孔,進入檢測池3,成為檢測端8,檢測端8出口與圓盤電極2端表面相互對準(因為電極孔與毛細管引導(dǎo)孔是同心軸),固定石英毛細管13的左側(cè)固定塊12與電極支架1的右側(cè)外壁固定,右側(cè)固定塊12’上還固定有進樣電極6,進樣電極6和石英毛細管右端(即進樣端15)置于電解液槽16中,該電解液槽(也稱進樣管)可以是一個塑料管。
本實用新型設(shè)計的自定位毛細管電泳化學(xué)檢測電極系統(tǒng)還可包括一個輔助電極11,該輔助電極11也設(shè)置于檢測池3中,并由引出線引出。本實用新型的參比電極10可采用Ag/AgCl電極。
本實用新型中,工作電極2可采用碳棒、銅絲、鉑絲、金絲、鎳絲材料之一種,其直徑為200-400μm。參比電極10、輔助電極11、接地電極4可采用鉑絲,直徑可為50-100μm。進樣管16可采用塑料離心管,容積為0.2-0.5ml。石英毛細管13的長度為5-10cm,內(nèi)徑為20-30μm左右,一般為25μm左右,外徑為300-400μm,一般為360μm左右。電極支架1可采用絕緣的有機玻璃片,為方形,如2cm×2cm×0.5cm,中部的檢測池3為矩形,如1cm×0.5cm。該檢測也可用于容納電解液、觀察石英毛細管出口與工作電極的相對位置,以及對工作電極的表面處理。檢測池3左右兩側(cè)壁上的電極孔和毛細管引導(dǎo)孔直徑為400-500μm,并分別與工作電極2和石英毛細管13的直徑匹配。工作電極2與電極孔之間密封固定,一般可用502膠或聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液密封。工作電極2端部的圓盤形狀可用銼刀沿電極徑向挫磨而成。
本實用新型設(shè)計的毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片,由于在電極支架上留有引導(dǎo)毛細管的孔,用固定塊固定,將毛細管與圓盤檢測電極對準,有效地提高了毛細管出口與檢測電極準直的重現(xiàn)性,操作簡便,芯片體積小,試劑消耗小,易于屏蔽,同時減小了毛細管電泳儀的體積,結(jié)構(gòu)簡單小巧,抗震性好,易于生產(chǎn)維護。采用常用的毛細管代替原有的刻在芯片基體材料上的分離通道,制作工藝簡單,成本低廉,一般實驗室即可制作,可以大規(guī)模生產(chǎn)。將用于電化學(xué)檢測的三電極體系集成在一塊芯片上,無須每次重新安裝電極,降低了芯片的操作和維護難度。采用獨創(chuàng)的水平進樣技術(shù),無論進樣端的電解液還是樣品溶液均置于一小體積的塑料容器(0.2-0.5mL)內(nèi),工作時口處于水平位置,由于浸潤其中的液體不會流出,從而實現(xiàn)了水平進樣,其優(yōu)點是樣品容易更換。這樣大大簡化了進樣的操作過程,避免使用重現(xiàn)性不佳的十字交叉型微管道進樣網(wǎng)絡(luò),提高了更換樣品的效率。
本實用新型毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片不僅可用于芯片毛細管電泳電化學(xué)檢測(包括安培、電導(dǎo)和電位檢測),還可用于芯片毛細管流動注射電化學(xué)檢測和芯片高效液相色譜電化學(xué)檢測等微分析技術(shù)。
圖1為本實用新型毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片俯視圖。
圖2為本實用新型毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片側(cè)視圖。
圖3為自定位毛細管電泳電化學(xué)檢測電極系統(tǒng)支架圖示。其中圖3(a)、圖3(b)分別石英毛細管插入毛細管引導(dǎo)孔前后的狀態(tài)圖。
圖4為對氨基酚和乙?;拥碾娪緢D譜。
圖5為分離電壓對芯片毛細管電泳樣品遷移時間和峰高的影響。
圖6為進樣時間對樣品峰高的影響。
圖7為一種分析樣品的電泳圖譜。
圖8為傳統(tǒng)的毛細管電泳芯片結(jié)構(gòu)圖示。圖中標號1為電極支架,2為工作電極,3為檢測池,4為接地鉑電極,5為高壓電源電極引線,6為進樣電極,7為緩沖溶液或樣品溶液,8為毛細管檢測端,9為工作電極引線,10為參比電極,11為輔助電極,12和12’為固定塊,13為熔融石英毛細管,14為基板,15為毛細管進樣端,16為電解液槽。
用上述檢測芯片檢測對氨基酚和對乙酰基酚。
分離檢測條件運行緩沖液為50mmol/L HAc-NaAc緩沖液(pH5.0),工作電位+0.8V(vs.AgCl),分離電壓4000V,進樣時間為3s(4000V)。在該較優(yōu)化的分離檢測條件下測得的7次分離0.25mmol/L對氨基酚(1)和對乙酰氨基酚(2)的電泳圖譜見圖4。對氨基酚(1)和對乙酰氨基酚(2)可以在2.5min內(nèi)完全分離,分析時間短,分離效率高。其中對氨基酚(1)和對乙酰氨基酚(2)的遷移時間分別為1.17s(相對標準偏差RSD為1.92%,n=7)和2.38s(RSD1.01%,n=7),對氨基酚(1)和對乙酰氨基酚(2)的峰高分別為36.03nA(RSD 1.84%,n=7)和25.12nA(RSD1.78%,n=7),可見電泳芯片的分析重現(xiàn)性較好。
圖5為分離電壓對芯片毛細管電泳樣品遷移時間和峰高的影響。其中分離電壓分別為2000V(A)、3000V(B)、4000V(C)、5000V(D)和6000V(E),其他條件同上。可以發(fā)隨分離電壓上升樣品遷移時間降低,但峰電流上升。同時分離電壓上升,分離效果下降,本實驗選擇分離電壓為4000V。圖6為進樣時間對樣品峰高的影響,其中分離電壓為4000V,進樣時間為1s(A)、2s(B)、3s(C)、4s(D)和5s(E),其他條件同上。樣品峰高隨進樣時間延長而上升,但進樣時間多于3s,峰高上升幅度下降,而峰變寬導(dǎo)致分離度下降,綜合考慮分離度和靈敏度,選擇進樣時間為3s(4000V)。
在上述優(yōu)化的分離分析條件下,測定市售兒童百服寧糖漿中的對氨基酚。將2.5mL糖漿用蒸餾水稀釋到50mL,然后取該稀釋溶液2.5mL再用運行緩沖液50mmol/L HAc-NaAc緩沖液(pH5.0)稀釋到50mL,進樣分析得到的樣品電泳圖譜(圖7)。該糖漿中對乙酰氨基酚的標示量為160mg/5mL,采用本方案測的對乙酰氨基酚的含量為157.97mg/5mL(RSD3.76%,n=3),回收率98.73%,而者基本相符,說明本方案是可靠的。
實施例2以直徑300μm的銅圓盤電極代替上述的直徑300μm碳圓盤電極;使用熔融石英毛細管(為長10cm,直徑25μm),其他條件同上,制作得檢測芯片,使用0.1mol/L NaOH為分離介質(zhì),檢測電位為+0.6V(vs.Ag/AgCl),成功檢測和分離了蔗糖、葡萄糖和果糖。
權(quán)利要求1.一種毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片,其特征在于由基板、熔融石英毛細管、自定位毛細管電泳化學(xué)檢測電極系統(tǒng)、電解液槽組合構(gòu)成,其中,自定位毛細管電泳化學(xué)檢測電極系統(tǒng)由電極支架(1)、工作電極(2)、檢測池(3)、接地鉑電極(4)、參比電極(10)構(gòu)成,并置于基板(14)的一側(cè)之上,電極支架(1)為方形有機玻璃塊,其底面與基板(14)粘給,其中部開有方形孔槽,作為檢測池(3),接地電極(4)、參比電極(10)置于檢測池(3)內(nèi),并由電極引線引出檢測池外;電極支架(1)的檢測池左右兩側(cè)壁中部分別開有同心對準的圓孔,其中檢測池左側(cè)的為電極孔,右側(cè)為毛細管引導(dǎo)孔,工作電極(2)置于該電極孔內(nèi),固定,工作電極(2)穿出電極孔1-1.5mm,周圍有絕緣膠,使與電解液絕緣,頂端部磨成圓盤狀,熔融石英毛細管(13)通過具有一定彈性的固定塊(12)、(12’)水平架設(shè)于基板(1)之上,其左端穿過電極支架上的毛細管引導(dǎo)孔,進入檢測池(3),成為檢測端(8),檢測端(8)出口與工作電極(2)端表面相互對準,固定石英毛細管(13)的左側(cè)固定塊(12)與電極支架(1)的右側(cè)外壁固定,右側(cè)固定塊(12’)上還固定有進樣電極(6),進樣電極(6)和石英毛細管右端置于電解液槽(16)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測芯片,其特征在于所說的自定位毛細管電泳電化學(xué)檢測電極系統(tǒng)還包括有一個輔助電極(11),該輔助電極(11)也設(shè)置于檢測池(3)中,并由引出線引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測芯片,其特征在于所說的工作電極(2)采用碳棒、銅絲、鉑絲、金絲、鎳絲之一種,直徑為200-400μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測芯片,其特征在于所說的參比電極(10),接地電極(4)采用鉑絲,直徑為50-100μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測芯片,其特征在于所說的石英毛細管(13)長度為5一10cm,內(nèi)徑為20-30μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測芯片,其特征在于還可用作毛細管流動注射電化學(xué)檢測芯片或高效液相色譜電化學(xué)檢測芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種毛細管電泳電化學(xué)檢測芯片,包括自定位毛細管電泳電化學(xué)檢測電極系統(tǒng)、熔融石英毛細管、有機玻璃基片、固定塊、鉑電極和小塑料管等。改變傳統(tǒng)的在基片上通過微電子加工技術(shù)直接制作毛細管和復(fù)雜的的十字交叉型微管道進樣網(wǎng)絡(luò)的做法,采用常用的毛細管代替原有的刻在芯片基體材料上的分離通道,在保留傳統(tǒng)毛細管電泳芯片優(yōu)點的基礎(chǔ)上,具有制作簡單、操作簡單、進樣方便和價格低廉等特點,適合大批量生產(chǎn)。同時進樣重現(xiàn)性大幅提高,更換樣品溶液簡單快速,與芯片毛細管電泳的較高分離分析速度相匹配,已成功用于對氨基酚和對乙酰氨基酚的分離和分析。
文檔編號G01N27/447GK2541842SQ02217639
公開日2003年3月26日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者陳剛, 張魯雁, 江世益 申請人:復(fù)旦大學(xué)