专利名称：一种玻璃微流控芯片的质量检测方法
技术领域：
本发明涉及到轮廓仪、扫描电镜、电渗流测定法和迁移时间的相对标准偏差测定技术，特别提供了一种玻璃微流控芯片的质量检测方法。
背景技术：
九十年代初，Manz等提出了“微全分析系统”(Micro-total analysissystem，μ-TAS)的概念(Harrison D.J.，Fluri K.，Seiler K.et al..Science[J]，1993，261895-897)，并成功的将传统毛细管电泳移植到玻璃芯片上进行，这以后，各种微流控芯片引起了广泛的重视并得到快速的发展。目前玻璃和石英是使用最多的芯片材料(Fan A.H.，Harrison D.J.，Anal.Chem.[J]，1994，66177-184；Koutny L. B.，Schmalzing D.，Taylor T.A.et al..Anal.Chem.[J]，1996，6818-22.)。
微流控芯片与传统的毛细管电泳的基本共性是二者均以电渗流为主要驱动力，根据粒子在电场作用下表观淌度的差异进行分离。但微流控芯片因其通道尺寸相对较小，通道设计多变，特别是进样通道与分离通道通常交叉，所以又具有很多不同于传统毛细管电泳的个性，尽管学术界已经注意到了这种差异，但就整体而言，关于这一方面的研究还很不完善(AlarieJ.P.，Jacobson S.C.，Culbertson C.T.et al..Electrophoresis[J]，2000，21100-106.Jacobson S.C.，Hergenroder R.，Koutny L.B.et al..Anal.Chem.[J]，1994，661107-1113.)。特别是关于微流控芯片的质量检测方法仍缺乏统一的标准，文献(Indalesio R.，Paolo Spicar-Mihalic，et al Analtica ChimicaActa[J]，2003，496205-215)通过轮廓曲线仪监测芯片通道的轮廓，通过扫描电镜检测通道内壁的光滑度；文献(Jimmy D.C.，Mark S.C.，et al.Biomaterials[J]，2002，23929-935.)采用电镜扫描微流控芯片通道。检测手段比较单一，不能全面、准确的反映微流控芯片的物理及化学性质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃微流控芯片的质量检测方法，该方法可全面、准确地用于不同实验室、不同厂家生产的玻璃微流控芯片的产品评价，对玻璃微流控芯片的产品质量实施普查。
本发明提供了一种玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于包括对玻璃微流控芯片通道的横截面轮廓测定、表面光洁度测定、表面电荷分布测定和化学性质确定。
本发明提供的玻璃微流控芯片的质量检测方法中，所述的对玻璃微流控芯片通道的横截面轮廓测定是采用轮廓仪测定。轮廓仪取样长度最好在0.2mm-0.5mm之间，评定长度在0.4mm～0.8mm之间，测量速度最好为0.8～1.2mm/s。通道的截面为倒置近似椭圆形结构，尺寸为50～120μm(上顶)×10～40μm(深)。
本发明提供的玻璃微流控芯片的质量检测方法中，所述的对玻璃微流控芯片通道表面的光洁度是采用扫描电镜测定，扫描电镜的放大倍数最好在100-400之间。微流控芯片通道表面的光洁度应在为4～12μm之间。
本发明提供的玻璃微流控芯片的质量检测方法中，所述的对玻璃微流控芯片通道表面的电荷分布是采用电渗流测定法来检测，即通过电流监控的方法进行测定，其过程如下
在芯片分离通道两端的储液池内分别加入等量的不同浓度的电泳缓冲液，缓冲液浓度差异在5％以上，在分离通道两端串联一个电阻，加上电压后，记录该串联电阻上电流变化所需时间，以此时间作为中性物质在通道内的迁移时间，由此得出微通道内的电渗流大小和方向。
该方法中，在低pH值时，微通道内的电渗流比较小，一般为3.0～4.0×10-4cm2/(Vs)；随着pH值的增加，电渗流也逐渐增大，在pH值为7.0以上时达到一个平台，一般在5.0～6.0×10-4cm2/(Vs)之间；整条曲线一般为近似S形。
电渗是一种液体相对于带电的管壁移动的现象。电渗的产生和偶电层有关，它的大小包括方向是由微通道内壁的电荷分布决定的，由于用作微流控芯片的玻璃材料在生产过程中所加入的添加剂，以及表面基团氧化等原因，通道表面带负电，于是在贴近微通道内壁的液体表面形成了一个和表面电荷异号的偶电层。在高压电场作用下，由偶电层中水合阳离子或质子所引起的流体朝负极方向的运动就形成了电渗流。电渗流是微流控芯片中主要的驱动力，它可以控制组分的迁移速度和方向，进而影响分离效率和重现性。在电流监测法中电泳缓冲液最好选用pH值在3～11之间，浓度在5～20mM之间的磷酸缓冲液。通过电流监测法可以测定不同pH值条件下微流控芯片通道内的电渗流大小，从而了解通道表面内壁的电荷性质。
本发明提供的玻璃微流控芯片的质量检测方法中，所述的对玻璃微流控芯片通道的迁移时间相对标准偏差的测定最好选用激发波长为500～550nm的罗丹明系列染料，如罗丹明B作为标样；电泳缓冲液最好选用80～150mM的Tris-硼酸缓冲液。对于含有多条相同通道的芯片，最好分别测定在同一芯片上通道的迁移时间相对标准偏差，和在不同芯片上相对应位置的通道的迁移时间相对标准偏差。同一条通道的迁移时间的相对标准偏差应≤1.0％；不同芯片上相对应通道的迁移时间的相对标准偏差应≤5.0％。
本发明提供了一种玻璃微流控芯片的质量检测方法的优点在于首次全面、客观、准确的对玻璃微流控芯片的产品质量进行了监控，从而避免了以往在玻璃微流控芯片的生产使用过程中，由于产品评价标准的缺乏所造成的混乱局面；对出自不同厂家的玻璃微流控芯片进行产品质量检测的理想方法，并可成为统一的检测标准。
图1是玻璃微流控芯片通道横截面的轮廓曲线；图2是玻璃微流控芯片通道的扫描电镜图(100倍)；图3是玻璃微流控芯片通道的扫描电镜图(400倍)；图4是玻璃微流控芯片通道在不同pH值下的电渗流值。
具体实施例方式实施例1轮廓仪取样长度在0.2mm～0.5mm之间，评定长度在0.4mm～0.8mm之间，测量速度为1mm/s，垂直放大倍数为1000，标尺为10μm/格；水平放大倍数为200，标尺为50μm/格，测得玻璃微流控芯片通道横截面的轮廓曲线如图1所示。
实施例2玻璃微流控芯片十字通道和分离通道的扫描电镜图如图2所示，放大倍数分别为100和400。
实施例3以pH值在3～11之间，浓度在5～20mM之间的磷酸缓冲液作为电泳缓冲液，在芯片分离通道两端的储液池内分别加入等量的不同浓度的电泳缓冲液，缓冲液浓度差异应在5％以上。测定不同pH时微通道内的电渗值，见附图3。
实施例4配置含有一定浓度的SDS的Tris一硼酸缓冲液(100mM，pH8.3)，以罗丹明B为样品，测定其在同一芯片上各条通道中的迁移时间，计算相对标准偏差(运行次数n≥5)，计算结果见表1。
表1 玻璃微流控芯片迁移时间的相对标准偏差(同一芯片)
实施例5测定罗丹明B在不同芯片相对应位置上的通道中的迁移时间，测定方法同实施例4，计算相对标准偏差(运行次数n≥5)。计算结果见表2。
表2 玻璃微流控芯片迁移时间的相对标准偏差(不同芯片相对应位置的通道)
权利要求
1.一种玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于包括对玻璃微流控芯片通道的横截面轮廓测定、表面光洁度测定、表面电荷分布测定和化学性质确定。
2.按照权利要求1所述玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于所述的对玻璃微流控芯片通道的横截面轮廓是采用轮廓仪测定。
3.按照权利要求1所述玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于所述的对玻璃微流控芯片通道表面的光洁度是采用扫描电镜测定，放大倍数为100～400。
4.按照权利要求1所述玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于所述的对玻璃微流控芯片通道表面的电荷分布是采用电渗流测定法来检测，即通过电流监控的方法进行测定，其过程如下在芯片分离通道两端的储液池内分别加入等量的不同浓度的电泳缓冲液，缓冲液浓度差异在5％以上，在分离通道两端串联一个电阻，加上电压后，记录该串联电阻上电流变化所需时间，以此时间作为中性物质在通道内的迁移时间，由此得出微通道内的电渗流大小和方向。
5.按照权利要求1所述玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于所述的对玻璃微流控芯片通道的化学性质是采用迁移时间的相对标准偏差作为检测的方法；迁移时间相对标准偏差的测定采用激发波长为500～550nm的罗丹明系列染料，电泳缓冲液采用100mM的Tris-硼酸缓冲液。
全文摘要
本发明提供了一种玻璃微流控芯片的质量检测方法，其特征在于包括对玻璃微流控芯片通道的横截面轮廓测定、表面光洁度测定、表面电荷分布测定和化学性质确定。本发明提供了一种玻璃微流控芯片的质量检测方法的优点在于首次全面、客观、准确的对玻璃微流控芯片的产品质量进行了监控，从而避免了以往在玻璃微流控芯片的生产使用过程中，由于产品评价标准的缺乏所造成的混乱局面；对出自不同厂家的玻璃微流控芯片进行产品质量检测的理想方法并，可成为行业标准。
文档编号G01N35/00GK1632590SQ20031011946
公开日2005年6月29日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者王辉, 戴忠鹏, 王利, 白吉玲, 林炳承 申请人:中国科学院大连化学物理研究所