專利名稱：一種固相萃取微流控分析芯片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種固相萃取微流控分析芯片。具體為一種集成原位聚合分子印跡固相萃取微型整體柱的微流控分析芯片，該分析芯片系統(tǒng)能實現(xiàn)樣品的在線預處理、進樣、分離和檢測功能的集成化。
背景技術：
微全分析系統(tǒng)(MiniaturizedTotal Analysis Systems, μ -TAS)是在微型化的基礎上實現(xiàn)全部分析過程的集成化，把整個化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在芯片實驗室上，具有集成化、微縮化、自動化的特點，能夠極大地減少樣品和試劑消耗量、縮短分析時間、節(jié)約分析成本、提高分析效率。相關的研究大多集中在分離、檢測、混合和反應等方面，關于如何在芯片上實現(xiàn)樣品前處理，特別是復雜基質(zhì)樣品中痕量待測成分預處理分離富集的研究還相對比較薄弱。其中固相萃取預處理芯片因具有微型化和在線處理等優(yōu)勢，倍受青睞。文獻報道的微流控芯片上的固相萃取主要有開口管柱、填充柱和整體柱。其中，開口管柱通過化學鍵合、交聯(lián)、物理吸附等作用，把具有高度親和性的固定相結(jié)合在微通道內(nèi)壁而制成，制備相對較為簡單，為空心結(jié)構，柱壓小，但其固定相僅通道壁表面一層，有效表面積很小，制約了負載容量，難以獲得高富集效率。填充柱通過將固定相填充于微通道中制得，與開口管柱相比，具有表面積大、負載容量大的優(yōu)點，從而一定程度上提高了富集效率，還可靈活更換固定相以適應不同組分的分析。其關鍵技術是在填充柱端制作固定填料微粒的柱塞，填充柱制備的是否均勻與穩(wěn)定將影響富集效果，固定相的裝填增加了操作的復雜性，不易與后續(xù)功能芯片集成。相對而言，整體柱具有制備容易、重現(xiàn)性好、固定相比表面積大、負載容量比填充柱高3-5個數(shù)量級，機械強度高、液流阻力小的優(yōu)點，可使用很高的流速，能在短時間內(nèi)實現(xiàn)大體積極稀試樣溶液的富集。目前報道的微流控芯片固相萃取整體柱主要有芯片外整體柱和芯片上整體柱。芯片外整體柱通過接口與微芯片聯(lián)用，集成度相對較差，需設計合適的微接口以減小死體積影響。芯片上固相萃取整體柱提高整個系統(tǒng)的集成度，消除芯片外固相萃取接口帶來的死體積，避免脫線處理過程以及可能引起的試樣損失和污染等問題，特別是原位聚合反應制備芯片上集成固相萃取整體柱，具有制備容易、整體柱種類多樣和性質(zhì)可控、性能優(yōu)良等優(yōu)點。然而，固相萃取填充材料(如C8X18、離子交換樹脂等)選擇性不強，萃取和洗脫條件苛亥IJ，在富集分析物的同時，也富集大量基體和干擾物質(zhì)，導致洗脫液中仍含有基體和雜質(zhì)，干擾后續(xù)分析。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種工藝簡單、成本低廉、性能可控、預處理效果好、集成化程度高的分子印跡固相萃取微流控分析芯片，實現(xiàn)樣品前處理、進樣、分離、檢測功能的集成。微全分析系統(tǒng)由芯片、液流驅(qū)動系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)組成。本實用新型將芯片的蓋片或基片設計成合適厚度的膜片，在芯片基片上刻蝕有微形通道和液池凹槽，將固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品溶液引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導出口、樣品進樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道設置于芯片上。在芯片上集成原位聚合分子印跡固相萃取微型整體柱。原位聚合反應溶液的引入，廢液的導出，前處理步驟的溶液(包括固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑、洗脫溶劑)由微型注射泵和真空泵驅(qū)動，樣品經(jīng)過預處理洗脫后進入進樣池，采用電遷移進樣后，進行電泳分離。芯片蓋片疊放于非接觸電導檢測電極之上，緊貼檢測電極，以實現(xiàn)電泳分離信號的實時檢測，得到分離譜圖。下面對本實用新型作詳細的描述。本實用新型固相萃取微流控分析芯片，包括基片和蓋片，其特征在于，在芯片基片上刻蝕有固相萃取微通道、分離通道、進樣通道和液池凹槽，設置有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導出口、樣品進樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道?；蜕w片的材料可以用玻璃或高分子聚合材料，如聚二甲基硅氧烷等?；c蓋片的鍵合，可用的加熱、光照等鍵合方法。本實用新型的芯片蓋片為薄膜片，厚度為0.1 1.1mm。固相萃取微通道長30-40mm,寬深200-300 μ m,固相萃取微型整體柱兩端設置的微通道長寬50-100 μ m,深 50-100 μ m,其它通道也均寬 50-100 μ m,深 50-100 μ m。蓋片和基片采用的材料、基片上微形通道和凹槽、基片和蓋片的鍵合等應用現(xiàn)有技術，采用玻璃材料做基片，經(jīng)過涂膠、光刻、化學刻蝕等工藝制作微通道；采用高分子聚合材料做基片，可采用模塑法制作微通道。可分別制得集成有固相萃取微通道的玻璃芯片、玻璃-PDMS-玻璃芯片、PDMS-玻璃芯片。對微通道內(nèi)壁進行活化和硅烷化處理之后，將適量體積和比例的原位聚合反應溶液(功能單體、交聯(lián)劑、分子印跡模板分子、引發(fā)劑、致孔劑的預聚體溶液等)通過正壓或負壓方法，引入到芯片的固相萃取微通道中，通過紫外光照引發(fā)的方式，原位合成分子印跡固相萃取微球，制成芯片上分子印跡固相萃取微型整體柱，固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口和廢液導出口分別與微型注射泵和微型真空泵相連。應用時在儲液池分別插入鉬絲電極，與進樣、分離電源相連接，實現(xiàn)電遷移進樣和電泳分離，將檢測電極緊貼在薄膜蓋片的外側(cè)沿電泳分離毛細管通道末端對應的位置，以實現(xiàn)非接觸電導檢測。本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于工藝簡單、成本低、性能可控、預處理效果好、集成化程度高，可根據(jù)分析對象要求選擇制備不同種類的分子印跡固相萃取微型整體柱，能將樣品在線預處理和進樣、分離、檢測功能集成于微全分析系統(tǒng)中。

圖1為集成有固相萃取柱微通道的玻璃、PDMS-玻璃(薄蓋片)芯片的結(jié)構示意圖。圖2為集成有固相萃取柱微通道的玻璃(厚蓋片)芯片的結(jié)構示意圖。圖3為集成有分子印跡固相萃取微型整體柱的芯片結(jié)構示意圖圖1 圖3中，⑴為基片，⑵為蓋片，⑶為固相萃取柱活化溶劑引入口，(4)為樣品溶液引入口，(5)為凈化溶劑引入口，(6)為洗脫溶劑引入口，(7)為廢液導出口，(8)為洗脫樣品進樣池，O)為樣品廢液池，(10)為緩沖液池，(11)為緩沖液廢液池，(12)為固相萃取柱微通道，(13)為電泳分離通道。圖3中，(14)為分子印跡固相萃取微型整體柱。
具體實施方式
下面通過實施例給出實施方式。實施例1、蓋片或基片為合適厚度玻璃膜片的芯片制備在長64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕微通道,其中固相萃取柱微通道采用深度刻蝕法，刻蝕深200-300 μ m，寬l-2mm，長30-40mm ;其它通道均采用淺刻蝕，刻蝕深50-100 μ m，寬50-100 μ m,并在微柱兩端設置長2_4mm的微通道，微通道的深度和寬度均為50-100 μ m。在微通道末端合適位置打直徑為1-2_的孔作為液池，得常規(guī)玻璃基片，如圖1的(I)。分離通道有效長度45_，進樣通道有效長度15_。另取長64_，寬64_，厚1.1mm薄玻璃作為膜蓋片，如圖1的(2)。將清洗后的玻璃基片、膜蓋片疊放于馬弗爐，加熱至550°C保溫6h。緩慢降溫，15h后降至100°C。重復一次升溫、保溫、降溫過程，最后冷至室溫，完成基片和薄玻璃膜蓋片的鍵合，做成芯片成品。用64mm，寬64mm，厚1.5mm的玻璃作為蓋片，與上述基片鍵合后，在打磨機上將基片或蓋片磨至厚度100 μ m,做成芯片成品。在長64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕固相萃取柱微通道,刻蝕深200-300 μ m,寬長30-40mm,制成帶有固相萃取柱微通道的蓋片，并在合適位置打孔作為液池，如圖2的⑴；在長64mm，寬64mm，厚1.5mm的玻璃一側(cè)，用常規(guī)刻蝕方法刻蝕其它微通道，刻蝕深度50-100 μ m，寬度為50-100 μ m，如圖2的(2)。將清洗后的玻璃基片和蓋片仔細對準后疊放于馬弗爐，加熱至550°C保溫6h。緩慢降溫，15h后降至100°C。重復一次升溫、保溫、降溫過程，最后冷至室溫，完成基片和薄玻璃膜蓋片的鍵合，在打磨機上將蓋片磨至厚度100 μ m，做成芯片成品。實施例2、常規(guī)玻璃基片和高分子聚合材料-玻璃雜合薄膜蓋片的芯片制備在長64mm,寬64mm,厚1.5mm的玻璃一側(cè),用常規(guī)方法刻蝕微通道,其中固相萃取柱微通道采用深度刻蝕法，刻蝕深度為200-300 μ m，寬度為1-2_，長度為30_40_ ;其它通道均采用淺刻蝕，刻蝕深度為50-100 μ m,寬度為50-100 μ m,在微通道末端打孔作為緩沖液池，得常規(guī)玻璃基片，如圖1的(I)。分離通道有效長度45_，進樣通道有效長度15_。另取長64mm，寬64mm，厚0.17mm的薄玻璃蓋玻片作為蓋片，表面均勻涂覆約10-20 μ m厚度的高分子聚合材料PDMS放于烘箱中，加熱至80°C保溫30min，取出固化后的薄片，放冷，得到PDMS-玻璃雜合薄膜蓋片，如圖1的(2)。將基片和該雜合薄膜蓋片清洗后，貼合疊放于80°C烘箱，加熱12h，做成芯片成品。實施例3、高分子聚合材料基片和薄膜玻璃蓋片的芯片制備采用模塑法制作制作高聚物聚合材料基片，將適量液態(tài)高分子聚合材料PDMS澆注于預先設計好的銅質(zhì)陽膜模具池中，放于烘箱中，加熱至80°C保溫30min，取出后，冷卻、剝離，得到固化的PDMS材料的基片，基片長64mm，寬64mm，厚2mm，其中固相萃取柱微通道深度為200 μ m,寬度為2mm，長度為3cm ;其它通道均深度為100 μ m,寬度為100 μ m,并在合適位置有孔作為液池，如圖1的(I)。另取長64mm，寬64mm，厚0.17mm的薄玻璃蓋玻片作為蓋片，如圖1的(2)，將基片和蓋片清洗后，貼合疊放于80°C烘箱12h，做成分析芯片。實施例4、原位聚合分子印跡固相萃取微柱制備固相萃取柱微通道依次用0.lmol/L HCl溶液，去離子水洗沖洗lOmin，0.lmol/LNaOH溶液沖洗20min，去離子水洗沖洗至中性，N2吹干的方式進行活化。之后用3_(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液(體積比1:1)沖洗lh，去離子水沖洗lOmin，氮氣吹干的方式進行內(nèi)壁硅烷化預處理。在微通道中采用紫外光照射引發(fā)原位聚合反應的方法制備分子印跡固相萃取微型整體柱。稱取模板分子(如羅丹明B 0.0479g)置于IOmL錐形瓶中，加入0.04mL甲基丙烯酸(MAA)，振蕩、以使MAA和羅丹明B均勻混合并充分作用，然后向其中加入致孔劑2.5mL,待其充分混勻后，再加入交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)0.4mL、引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)0.215mg，在通N2條件下超聲混勻，將溶液用正壓方式引入微芯片的固相萃取柱微通道，然后封口，用隔光鋁箔紙遮住芯片，僅留出固相萃取柱微通道位置，置于波長316nm、功率36W、照射距離為15cm的紫外光下聚合，冰浴反應6h，得充滿紅色聚合物的微型整體柱。依次用不同比例甲醇-甲酸溶劑沖洗該柱至近白色，制成分子印跡固相萃取微型整體柱。本實用新型不限于上述實施例。
權利要求1.一種固相萃取微流控分析芯片，包括基片和蓋片，其特征在于，在芯片基片上刻蝕有固相萃取通道、分離通道、進樣通道和液池凹槽，設置有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導出口、樣品進樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，固相萃取柱微通道長30-40臟，寬1-2臟，深200-300 μ m,分離通道和進樣通道寬50-100 μ m,深50-100 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的固相萃取微流控分析芯片，其特征在于，芯片上的固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口和廢液導出口分別與注射泵和真空泵相連。
專利摘要本實用新型涉及固相萃取微流控分析芯片。芯片的基片上設有固相萃取柱活化溶劑、樣品溶液、凈化溶劑以及洗脫溶劑的引入口，樣品引入通道、固相萃取柱微通道、廢液導出口、樣品進樣池、樣品廢液池、緩沖液池和分離通道，以分別實現(xiàn)原位聚合反應溶液引入，廢液導出，固相萃取柱活化，樣品溶液的引入、凈化、富集、洗脫、電遷移進樣、電泳分離和檢測。本實用新型作為微全分析系統(tǒng)固相萃取的分析芯片，其優(yōu)點在于工藝簡單、成本低廉、原位聚合分子印跡固相萃取柱性能可控、預處理效果好、集成化程度高，可根據(jù)分析需要選擇對應的分子印跡固相萃取材料以實現(xiàn)組分的選擇性分離富集，能將樣品在線預處理和進樣、分離、檢測的功能集成于微全分析系統(tǒng)中。
文檔編號B01L3/00GK203002392SQ20122074519
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者翟海云, 李江梅, 蘇子豪, 周清, 潘育方 申請人:廣東藥學院