[发明专利]采用裂缝进样的便携式高效毛细管电泳芯片的设计和制作

说明书

一、技术领域

本发明属于微流控芯片领域中的电泳芯片的制备方法。它用熔硅石英毛细管为分 离管道，聚二甲基硅烷弹性体为基体，首次利用熔硅石英毛细管柱上构建的裂缝作为 进样通道，电化学检测的电极固定通道或槽直接成型加工在聚二甲基硅烷基体中，光 检测通过芯片上加工的可调大小的光检测孔。该芯片集合了石英玻璃芯片与聚二甲基 硅烷等塑料芯片的优点，在药物、食品、生化快速分离分析，海关、公安、法医现场 快速检验、鉴定以及临床床旁快速检验等领域都有广阔的应用前景。

二、背景技术

微流控电泳芯片由于其分离快速、高效、样品消耗少而日益受到重视。电泳芯片 按基体材料可以分为玻璃芯片和塑料芯片两大类。玻璃芯片性能优良，特别是石英玻 璃芯片由于无紫外吸收更符合各种光检测的需要。然而玻璃芯片由于其加工工艺复 杂，制作过程往往需要超净环境，管道需要氢氟酸刻蚀形成，芯片封合麻烦且耗时， 产品易碎且易堵塞而报废^[1，2]，造成制作费时且成本高昂，不利于微流控芯片的发展 与实际应用。鉴于此，以聚二甲基硅烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸 酯(PC)为代表的塑料芯片由于其加工简单、制作快速、成本低^[3]，有望制作低成本 的一次性芯片和利于产业化而引起了人们的广泛研究和应用。其中PDMS芯片由于化学 性质稳定、无毒、透明、弹性好而最具有代表性。但是，塑料芯片的缺点也很突出。 主要表现在管道强度低、易变形或塌陷；管道电渗流不稳定而导致分离重现性差；管 道为强疏水性^[4]，极易吸附样品而导致分离效率下降，因此许多有关塑料芯片的研究 多集中在管道的处理和修饰以提高芯片的亲水性、重现性和实际应用能力^[1，4]。

鉴于两种芯片的优缺点，许多研究者尝试将玻璃和塑料结合，构建杂化(hybrid) 芯片。典型的做法是用PDMS构筑微通道，然后将之贴合在玻璃基板上^[5]，这样芯片封 合相对简单，管道强度、亲水性有所提高，相对于玻璃芯片成本降低很多。但是，这 种方法没有从根本上解决塑料芯片通道的问题反而由于管道材料的不一致引出了新 的问题，即由于两种材料电渗流的不一致导致样品区带加宽而使分离效率下降^[6]。 本发明设计了一种采用裂缝进样的便携式高效毛细管电泳芯片，以价廉易得且性能优 越的熔硅石英毛细管作为分离管道，以PDMS为基体，首次利用熔硅石英毛细管柱上构 建的裂缝作为进样通道，将石英玻璃芯片的管道性能优良的特点与PDMS芯片加工简 单、成本低廉的特点有机结合起来，为制作高效、便携式、低成本、用户友好的实用 和商品化电泳芯片提供了一个切实可行的途径。

[1]Dang，F.；Kakehi，K.；Cheng，J.；Tabata，O.；Kurokawa，M.；Nakajima，K.；Ishikawa，M.；Baba， Y.Anal.Chem.2006，78，1452-1458..

[2]Effenhauser，C.S.；Bruin，G.J.M.；Paulus，A.；Ehrat，M.Anal.Chem.1997，69，3451-3457.

[3]Duffy，D.C.；McDonald，J.C.；Schueller，O.J.A.；Whitesides，G.M.Anal.Chem.1998，70， 4974-4984.

[4]Vickers，J.A.；Caulum，M.M.；Henry，C.S.Anal.Chem.2006，78，7446-7452.

[5]Martin，R.S.；Gawron，A.J.；Lunte，S.M.；Henry，C.S.Anal.Chem.2000，72，3196-3202.

[6]Ross，D.；Johnson，T.J.；Locascio，L.E.Anal.Chem.2001，73，2509-2515.

三、发明内容