CN1769884A - 一种压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成有电化学检测电极的高聚物基质毛细管电泳芯片，包括基片和盖片，及金属丝检测电极。在基片上设有进样与分离微沟道、缓冲液池、进样池等；作为电化学检测电极的金属丝，是以热压或预制方法镶嵌在盖片上；基片的微沟道、缓冲液池等以机械滑刻方法或浇铸成型法加工；基片和盖片接合依据所选材质的不同，采用热压方法或化学方法键合构成电泳芯片。本发明制作的集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，具有制作工艺简单，材料价格低廉，成品率高，可广泛用于无机离子、有机分子、氨基酸、蛋白质等多种物质的电泳分离、检测。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种适用电化学检测的高聚物毛细管电泳微芯片，具体而言是一种适合微量无机阴离子、阳离子、氨基酸等小分子的分离和检测用的集成了电化学检测电极的毛细管电泳微芯片。
(二)背景技术
毛细管电泳是一种新型高效分离、分析技术。是分析化学最前沿的研究领域之一。近年来，基于MEMS技术的毛细管电泳微芯片以其样品用量少，分离时间短，易于系统的集成化和微型化，适合批量化生产等优点迅速发展起来，成为毛细管电泳技术高速发展的新领域。毛细管电泳微芯片是在几平方厘米大小的硅片、玻璃，或其它高聚物材料上采用集成电路的光刻、腐蚀技术，及其它微加工技术制作的带有沟道、液池、电极等微型结构的芯片。
采用硅片制作毛细管电泳微芯片，可利用成熟的集成电路工艺和硅微加工技术，具有制作工艺成熟，易于集成化和批量化生产的优点，但硅片的电绝缘性差，分离电压低，且有透光性差，价格高等缺点。玻璃基毛细管电泳微芯片，具有电绝缘性好、透光性强等优点，是当前研究最多且已商品化的毛细管电泳芯片，但玻璃基芯片有难以集成化，玻璃/玻璃的封装需要高温键合，制作成本较高，售价高等缺点。而高聚物毛细管电泳微芯片，主要是有机玻璃材质和PDMS材质，近年来被普遍看好，是低成本，加工方法简单的毛细管电泳芯片，有广阔的发展前景。
毛细管电泳芯片的检测方法主要有紫外光吸收，激光诱导荧光及电化学检测等。激光诱导荧光检测具有很高的灵敏度，但由于仪器体积较大，难于集成化，不利于系统的微型化。紫外光吸收检测可检测的物质范围广，但灵敏度低，且光源大，也难于集成化和系统的微型化。电化学检测是一大类常用的分析测试方法。不论何种电化学检测法都采用电极作为传感器，直接将溶液中待测组分的化学信号转变为电信号。这一传感方式非常符合毛细管电泳分析系统微型化、集成化的要求。因为：(1)通过MEMS技术在芯片上制作微电极并不困难，这比在芯片上加工微光学器件容易得多；(2)与光学检测法不同，电化学传感的灵敏度并不会因为通道集合尺度的微型化而降低；(3)电化学检测器的信号处理系统等外围设备比较简单，易微型化。因此作为微型全分析系统的集成化检测方式，电化学检测器具有独特的优势。根据电化学检测原理的不同，目前在毛细管电用检测系统中所采用的电化学检测器主要有安培检测器、电导检测器和电位监测器。
(三)发明内容
本发明的目的是为了提供一种有较长的分离通道和片内集成的检测电极，具有较高的灵敏度和分离效率、干扰小、可用于多组分测定，结构简单的集成电化学检测电极的毛细管电泳芯片，本发明的目的还在于提供一种制作工艺容易，成本低廉、便于操作的压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片。
本发明的目的可通过如下措施来实现：
它包括基片和盖片；在基片上设两样品池1、3，两缓冲液池2、4；其中两样品池1、3由进样通道连通，两缓冲液池2、4由分离通道相连通，且与进样通道垂直相交；在盖片上有与基片上位置对应的样品池和缓冲液池，且与基片上位置对应连通，其特征是：在分离通道末端相应位置镶嵌检测电极金属丝；基片和盖片键合成一体。。
上述的基片和盖片的材料选自聚甲基丙稀酸甲脂(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)透明性高聚物、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、树脂、聚氨酯、聚几内酰胺或他们之间的任意共聚物。当高聚物为有机玻璃基质时，金属丝电极是用热压方法镶嵌在盖片上；当高聚物为PDMS基质时，金属丝电极是在浇注盖片时直接镶嵌到盖片上的。金属丝可为Ag、Au、Pt，直径在0.1-0.8mm。
当采用电导检测时，测试电极和分离沟道垂直，距缓冲液废液池1.5-3mm，两测试电极相距0.3-1毫米；当采用安培检测时，分离电极的地端是钯电极，有去耦和排氢作用，钯电极和分离沟道垂直，距缓冲液废液池1-3毫米，安培检测工作电极也和分离沟道垂直，在分离沟道端口，和缓冲液废液池相切位置，参比电极的放置要求与分离沟道出口严格对准，且电极位置距离分离沟道出口2～50微米。
本发明比现有技术具有如下优点：
本发明将金属丝电化学检测电极与毛细管电泳芯片结合在一起，制作的毛细管电用芯片与已知的采用标准IC工艺制作的电化学检测电极的芯片相比，具有工艺简单易行，成品率高，芯片使用方便，成本低廉等优点。
(四)附图说明
图1电导检测法PMMA基片直通道毛细管电泳芯片示意图；
图2电导检测法PDMS基片弯通道毛细管电泳芯片示意图；
图3安培检测法PDMS基片弯通道毛细管电泳芯片示意图。
图中：1-样品池、3-样品废液池、2-缓冲液池、4-缓冲液废液池、5-进样通道、6-分离通道、7-银丝电极、8-铂丝电极、9-钯丝电极、10-安培检测参比电极、11-安培检测工作电极
(五)具体实施方式
图1为实施例1：电导检测法PMMA基片直通道毛细管电泳芯片示意图。
(1)基片的制作：基材为聚甲基丙烯酸甲酯，采用微机械加工方式滑刻出芯片沟道，具体方法见发明专利03111185.3“一种用于化学分析用的毛细管电泳芯片制作方法”。进样通道与分离通道宽度上底100微米，下底50微米，深度50微米，进样通道长1厘米，分离通道长为5厘米。
(2)盖片的制作：在与基片同材质、尺寸的基片上，选定与基片液池相对应的位置，用微型台钻打孔，孔的直径取决于钻头的直径，钻头为2毫米的金刚钻头时，孔的直径即为液池直径2毫米。在分离通道末端距缓冲液废液池2毫米滑刻出检测电极位置划痕，两电极之间相距500微米，将Ag丝电极置于划痕处，在热压机上热压固定，压力7.0Kg，温度95℃，1min取下，100微米粗2根Ag丝电极镶入盖片。
(3)热压接合：将基片和盖片贴合固定，加压7.0Kg，升温至100℃加热5分钟，然后自然冷却至室温，芯片接合牢固。
图2为实施例2：电导检测法PDMS基片弯通道毛细管电泳芯片示意图。
(1)基片的制作：基材为聚二甲基硅氧烷PDMS，其主要工艺流程为：制作芯片阳模-按1∶1的比例配PDMS预聚体与固化剂-浇铸固化-脱模-基片和盖片的键合。具体方法见发明专利200510009804.9“一种以聚二甲基硅氧烷为基材的芯片简易不可逆键合方法”。
(2)盖片的制作：在与基片同样材料同样尺寸的基片上，选定与基片液池相对应的位置，用打孔器打孔，液池直径1毫米。在分离通道末端距缓冲液废液池2毫米处埋入检测电极，两电极之间相距500微米，埋入50微米粗Pt丝电极2根，该组电极PDMS未聚合时放入，待聚合过程结束电极便牢固的镶嵌入PDMS芯片内。
(3)基片与盖片的键合：具体方法见发明专利200510009804.9“一种以聚二甲基硅氧烷为基材的芯片简易不可逆键合方法”。
图3为实施例3：安培检测法PDMS基片弯通道毛细管电泳芯片示意图。
(1)基片的制作：基材为聚二甲基硅氧烷PDMS，其主要工艺流程为：制作芯片阳模-按1∶1的比例配PDMS预聚体与固化剂-浇铸固化-脱模-键合。具体方法见发明专利200510009804.9“一种以聚二甲基硅氧烷为基材的芯片简易不可逆键合方法”。
(2)盖片的制作：在与基片同样材料同样尺寸的基片上，选定与基片液池相对应的位置，用打孔器打孔，液池直径1毫米。在分离通道末端距缓冲液废液池1.5毫米处埋入电泳分离地端钯电极，钯电极和分离沟道垂直。安培检测工作电极埋在缓冲液废液池内，与分离沟道端口垂直。
(3)基片和盖片的键合：具体方法见发明专利200510009804.9“一种以聚二甲基硅氧烷为基材的芯片简易不可逆键合方法”。
Claims (5)
1、一种压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，它包括基片和盖片；在基片上设两样品池(1)、(3)，两缓冲液池(2)、(4)；其中两样品池(1)、(3)由进样通道连通，两缓冲液池(2)、(4)由分离通道相连通，且与进样通道垂直相交；在盖片上有与基片上位置对应的样品池和缓冲液池，且与基片上位置对应连通，其特征是：在分离通道末端相应位置镶嵌检测电极金属丝；基片和盖片键合成一体。
2.、如权利要求1所述的压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，其特征是：基片和盖片材料的高聚物基质是聚甲基丙烯酸甲酯，用热压方法将金属丝电极镶嵌在盖片上，金属丝为Cu、Ag、Au、Pt或Pd，直径在0.01-0.8mm。
3、如权利要求1所述的压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，其特征是：基片和盖片材料的高聚物基质是聚二甲基硅氧烷，金属丝电极直接镶嵌到盖片上，金属丝为Cu、Ag、Au、Pt或Pd，直径在0.01-0.8mm。
4、如权利要求1、2或3所述的压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，其特征是：测试电极和分离沟道垂直，距缓冲液废液池0.5-3mm，两测试电极相距0.3-1mm。
5、如权利要求1、2或3所述的压丝法制作集成有电化学检测电极的毛细管电泳芯片，其特征是：分离电极的地端是钯电极，钯电极和分离沟道垂直，距缓冲液废液池1-3毫米，安培检测工作电极也和分离沟道垂直，在分离沟道端口，和缓冲液废液池相切位置，参比电极与分离沟道出口对准，且电极位置距离分离沟道出口2～50微米。
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