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)