专利名称：微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳流控芯片中高效微富集与纯化器的快速制作方法，属于化学和 生物领域。
背景技术：
微流控技术由于其试剂消耗量小等优势在分析化学和生物化学等领域有着广泛的 应用。但是试剂量少需要更灵敏的检测技术，尤其对于含量很低的样品的成分。因此， 在微流控体系中，样品的浓縮或富集是一个很重要的工作。文献中已报道了在微流控体 系中实现生物样品富集的一些重要方法与技术。这些方法与技术主要包括场放大样品 堆积(FASS),等速电泳(ITP)，固相萃取(SPE)，等电聚焦(IEF)和温度梯度聚焦 (TGF)等。但是，这些技术需要两种或两种以上的缓冲溶液，或需要特殊的设备和复 杂的实验条件，因而限制了这些技术的推广。近年来，文献中报导了将纳米孔结构或商 品化纳米孔膜集成在微流控芯片系统，构成微纳流控芯片，以实现样品的高度富集，但 是集成商品化纳米孔膜的微流控芯片系统容易产生溶液的泄露，而纳米孔结构的制作需 要繁琐的刻蚀技术与精密的加工技术。显然，发展简单和易于加工的样品高效富集与纯 化微纳流控芯片系统的新方法与新技术刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低成本、快速、简单、高效的微纳流控富集与纯化高分 子材料芯片及其制作方法。
一种微纳流控富集与纯化芯片，它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的 盖片组成，在基片上打印或复印有图案，或者在基片和盖片上分别打印或复印有重叠的 成对映关系的图案，使留有两条不交叉的、空白的(无墨粉的)L形或V形微通道，两 微通道的拐点处相距10-200微米，两微通道的两端分别留有空白的蓄液池，盖片上蓄 液池位置打有微孔，基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体，两微通道的拐点附近有 两微通道之间的纳米级通道。
上述的微纳流控富集与纯化芯片，所述的透明高分子材料可以是聚酯材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯材料)、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
上述的微纳流控富集与纯化芯片，所述的微通道的宽度为10-300微米。 上述的微纳流控富集与纯化芯片，所述的蓄液池可以为圆形，直径为0.5-5毫米。 上述的微纳流控富集与纯化芯片，所述的盖片上蓄液池位置上的微孔直径为0.5-5笔木。
上述的微纳流控富集与纯化芯片，所述的芯片外有封塑胶片塑封。
一种制备上述的微纳流控富集与纯化芯片的方法，它包括下列步骤
(1) 利用绘图软件(如Adobe Illustrator、 CorelDraw软件等)，设计两条L或V字 形通道图案(如图l所示)，其中的通道和蓄液池部分为白色，即无打印墨粉，
(2) 用打印机(激光或喷墨打印机)将设计的通道图案转移到透明胶片(如PET、 PVC等高分子材料透明胶片)上，得到具有设计图案的基片，
(3) 在盖片上对应于蓄液池的位置打孔，
(4) 在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合，
(5) 通过蓄液池将微管道中充满缓冲溶液，在相隔一定距离的两微通道间施加脉 冲电压，电击穿两微通道间的碳粉层，形成纳米级通道，制得微纳流控富集与纯化芯片。
根据上述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法，步骤3和步骤4可以改为如下步
骤
(3) 采用步骤2同样的方法在透明胶片盖片上打印基片的映像图形，并在蓄液池 的位置打孔，形成盖片，
(4) 在显微镜下将盖片和基片的图形对准重叠，在一定温度和压力下(可利用封 塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合，
根据上述微纳流控富集与纯化芯片的制备方法，在上述步骤4与5之间，插入如下 步骤
在步骤4将盖片和基片热层合后，再用在蓄液池相应位置打了孔的高分子材料的封 塑胶片对形成的微流控芯片进行封塑，以保证该芯片的机械稳定性。
微纳流控高效富集与纯化高分子材料芯片由分别打印了相隔一定距离的两微通道 和四个蓄液池图形的透明高分子材料基片和打印了映像图形的高分子材料盖片构成；在盖片上蓄液池的相应位置打孔，然后将盖片和基片的映像图形对准后进行热层合，由此 形成的芯片微通道为矩形，通道四壁的构成为上下两壁为透明基片和盖片高分子材料， 两侧壁为打印墨材料。最后，利用高分子材料封塑胶片对所层合的盖片和基片进行封塑， 封塑胶片亦在蓄液池相应位置打孔；采用电击穿技术将两相隔微通道间的打印墨粉层击 穿，形成纳米级通道，也就完成了微纳流控富集与纯化芯片的制作。
本发明中分隔微通道的打印墨粉层的典型宽度在10微米到200微米之间，可依打 印机分辨率进行选择通道间距。
本发明中用于击穿碳粉层的电压从1000伏到5000伏。形成的纳米通道是由不连续 的纳米裂缝构成。利用实时监测电击穿电流的方法控制纳米通道的形成。
本发明基于的原理是，当通道的宽度或高度小于100纳米时，与通道表面电荷属性 相同电荷的物质不能通过该通道，而带相反电荷或中性物质则可以通过，为"电荷排斥 富集机理"。聚合物芯片的表面大多是负电荷属性，因此负电荷物质，如蛋白质等生化 分子在电场的驱动下会在纳米通道的一端发生高效富集，而荷正电物种通过该纳米通 道。因而，本发明的微纳流控芯片可在实现高效富集的同时，对荷不同电荷的生化分子 物种进行分离。
本发明中样品富集与纯化时使用的电压范围是40伏到80伏之间。 本发明的特点是由上述方案可知，本发明所述的微纳流控富集与纯化芯片是利用 打印机将绘图软件设计的芯片图形及其映像分别转移到透明胶片上，形成基片和盖片； 在一定温度和压力下将两片图形对准层合，并用封塑胶片封塑以提高机械稳定性和可操 作性；再用高电压击穿碳粉层得到纳米通道。从制作方法可知，该方法不需要任何模板 和专用设备，且制作步骤简单，成本低廉，极易在普通实验室推广使用。
图l为本发明的微纳流控富集与纯化芯片示意图，其中a、 b、 c或d为蓄液池。 图2为本发明的微纳流控富集与纯化芯片电击穿和样品富集的操作示意图。
具体实施方式
实施例1.
利用绘图软件设计如图l所示图形，两微通道宽200微米，两微通道的拐点处相距 IOO微米，蓄液池为圆形，直径为5毫米，通过打印机将图形转移到透明胶片上作为基 片；同样将其镜像图形转移到透明胶片上作为盖片，并在蓄液池相应位置打孔,直径为5
毫米。在显微镜下将基片和盖片对准重叠，在12(TC和2大气压的压力下层合，并用在 蓄液池相应位置打了孔的封塑胶片封塑得到芯片。
通过蓄液池盖片的微孔在微通道中充满缓冲溶液，在蓄液池a施加正电压，蓄液池 c接地，如图2所示。施加1000伏电压进行电击穿，当观察到电流突然增加后，立即切 断高压，即在两微通道间形成纳米结构。
高压击穿后将微通道中的溶液抽干，通过蓄液池a样品池在微通道I中充满样品 (FITC标记狗血清白蛋白溶液或FITC标记狗血清白蛋白与罗丹明B的混合溶液)，通 过蓄液池c将微通道II内充满缓冲溶液。在蓄液池a样品池施加正电压(80伏)，蓄液 池c缓冲溶液池接地，如图2所示。
在电渗流的驱动下，样品溶液从阳极端向阴极端移动。当FITC标记狗血清白蛋白 与罗丹明B的混合样品到达纳米通道时，由于纳米通道对荷电物种产生"排除富集机 理"，带负电荷的FITC标记狗血清白蛋白不能通过纳米通道，只在纳米通道附近发生富 集。而带正电荷的若丹明B可以通过纳米通道到达微管道II，从而实现了不同电荷样品 的分离与纯化。
实施例2.
利用绘图软件设计如图l所示图形，两微通道宽200微米，两微通道的拐点处相距 100微米，蓄液池为圆形，直径为5毫米，通过打印机将图形转移到透明胶片上作为基 片；将另一透明胶片上作为盖片，并在蓄液池相应位置打孔，直径为5毫米。在120。C 和2大气压的压力下将基片和盖片层合，并用在蓄液池相应位置打了孔的封塑胶片封塑 得到芯片。
通过蓄液池盖片的微孔在微通道中充满缓冲溶液，在蓄液池a施加正电压，蓄液池 c接地，如图2所示。施加5000伏电压进行电击穿，当观察到电流突然增加后，立即切 断高压，即在两微通道间形成纳米结构。
其他步骤同实施例l,得到相同的结果。
权利要求
1.一种微纳流控富集与纯化芯片，其特征是它是由透明高分子材料的基片和透明高分子材料的盖片组成，在基片上打印或复印有图案，或者在基片和盖片上分别打印或复印有重叠的成对映关系的图案，使留有两条不交叉的、空白的L形或V形微通道，两微通道的拐点处相距10-200微米，两微通道的两端分别留有空白的蓄液池，盖片上蓄液池位置打有微孔，基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体，两微通道的拐点附近有两微通道之间的纳米级通道。
2. 根据权利要求l所述的微纳流控富集与纯化芯片，其特征是所述的透明高分子材料是聚酯材料材料、聚氯乙烯材料、聚乙烯材料。
3. 根据权利要求l所述的微纳流控富集与纯化芯片，其特征是所述的微通道的宽度为10-300微米。
4. 根据权利要求l所述的微纳流控富集与纯化芯片，其特征是所述的蓄液 池为圆形，直径为0.5-2毫米。
5. 根据权利要求l所述的微纳流控富集与纯化芯片，其特征是所述的盖片上蓄液池位置上的微孔直径为0. 5-5毫米。
6. 根据权利要求l所述的微纳流控富集与纯化芯片，其特征是所述的芯片外有封塑胶片塑封。
7. —种制备权利要求1所述的微纳流控富集与纯化芯片的方法，其特征是它 包括下列步骤(1) 利用绘图软件，设计两条不交叉的、空白的L或V字形通道图案，其中的通道和蓄液池部分为白色，即无打印墨粉，(2) 用打印机或复印机将设计的通道图案转移到透明胶片上，得到具有设计图案的基片，(3) 在盖片上对应于蓄液池的位置打孔，(4) 在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)将盖片和基片进行热层合，(5) 通过蓄液池将微管道中充满缓冲溶液，在两微通道间施加脉冲电压，电 击穿两微通道间的碳粉层，形成纳米级通道，制得微纳流控富集与纯化芯片。
8.根据权利要求6所述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法，其特征是步 骤3和步骤4改为如下步骤，其它步骤不变-(3')采用步骤2同样的方法在透明胶片盖片上打印基片的映像图形，并在蓄 液池的位置打孔，形成盖片，(4')在显微镜下将盖片和基片的图形对准重叠，在一定温度和压力下将盖片 和基片进行热层合。
9.根据权利要求6所述的微纳流控富集与纯化芯片的制备方法，其特征是在 所述步骤4与5之间，插入如下步骤(4.1)在步骤4将盖片和基片热层合后，再用在蓄液池相应位置打了孔的高 分子材料的封塑胶片对形成的微流控芯片进行封塑，以保证该芯片的机械稳定性。
全文摘要
一种微纳流控富集与纯化芯片，它由透明高分子材料的基片和盖片组成，在基片和盖片上分别打印有成对映关系的图案，使留有两条不交叉的、空白的L形微通道，两微通道的两端有空白的蓄液池，盖片上蓄液池位置有微孔，基片和盖片的图案完全重叠地热压成一体，两微通道的拐点附近有纳米级通道。聚合物芯片的表面大多是负电荷属性，因此负电荷物质，在电场的驱动下会在纳米通道的一端高效富集，而荷正电物种通过该纳米通道。因而，该微纳流控芯片可在实现高效富集的同时，对荷不同电荷的物种进行分离。本发明公开了其制法。
文档编号G01N1/40GK101349704SQ20081019630
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月4日 优先权日2008年9月4日
发明者辉 余, 夏兴华 申请人:南京大学