[發明專利]非接觸式光驅動-雙極電極的微流控芯片

有效

• 申請號: 201210255447.4
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN102764676A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 梁恒;馬國營;歐陽良飛;范軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明涉及一種非接觸式光驅動-雙極電極的微流控芯片的微結構及其工作原理，屬于微流控全分析技術領域。

背景技術：

微流控是指在數十到數百微米的微通道內操控流體的相關技術和科學。微全分析系統（Micro?TotalAnalysis?System,μ-TAS）是通過對多種全分析系統的小型化，將多個分析步驟（進樣、反應、分離和檢測）集成在單一的微流控芯片上，具有分析時間短、樣品試劑消耗小、現場操作和高穩定性等特點，越來越多地應用在（細胞）生物學、食品、藥學及化學合成、空間生命科學儀器等領域。μ-TAS裝置以平板玻璃或聚合物為基質，用蓋板封閉微通道網絡，以微加工技術可將分離通道方便地集成為多個功能單元。μ-TAS可以使體積大、結構復雜、大功耗的實驗室分析儀器縮微成為功能強大的、重量小、低功耗的便攜式分析儀器。

用于微流控分析系統中的雙極電極（Bipolar?electrode,BPE），是指一個放置在微流通道中的導體，當足夠高的電場施加在微流通道中的離子緩沖液時，這個導體一端發生氧化反應，一端發生還原反應，這個導體就稱為BPE。即使沒有把BPE與外電源直接用導線相連，法拉第反應也能在BPE末端發生，其兩端上的氧化-還原反應同時進行以維持整個電極的電中性。微通道中的BPE是一個與離子液相接觸的微小電導體，用來保證高阻抗以減小電流通過。漂浮在溶液中BPE電勢決定于溶液的組成，而電極和溶液間的界面電勢促使發生電化學反應的電子轉移。在整個分析系統無外加電能供給時，采用壓力流（如通過手動注射器產生壓力流）驅動帶電荷的微通道內壁的液流，產生伏特級的流動勢能（~8伏），該流動勢能使BPE末端發生法拉第電化學反應。用一種時間穩態（幾百秒）的電場梯度的動態測定方法，發現在微通道中BPE周圍非均勻電場梯度對應著富集痕量組分的區域，且該梯度可以通過壓力驅動的液流來調節。通過觀察BPE陽極Ag溶解，說明BPE上的電化學反應可以在缺乏外加電動力的情況下進行，故BPE這類電化學傳感器可以是自供電的，這就為在不需要外加電源條件下、特別是便攜或在戶外或無電地區開展電化學分析工作創造了條件，使BPE成為微流控芯片上集成電化學系統的新手段。總之，BPE具有如下特點：1).在無需直接外接電源的、漂浮在微流通道里BPE的末端可發生法拉第電化學反應；2).BPE周圍產生的非均勻電場梯度，能有效地使帶電分子區帶實現分離和濃集；3).BPE易于集成在微流控芯片上，特別適合形成復雜的微陣列結構，并可方便地實現電化學或光學檢測。

對微流通道中的BPE而言，盡管它能通過在無需直接外接電源的（非直接的）BPE兩端發生法拉第電化學反應和分子區帶濃集，但對微流通道-BPE中的不同分析物區帶間的電泳分離裝置而言，還需要直接接觸式連接外加電源或直接接觸式連接的壓力流驅動裝置。微流控芯片的驅動動力傳統上是應用外加電場和壓力驅動做為驅動動力。而本發明的目的，是將光束照射到指定光電極上，并在微通道中的BPE兩端電解質緩沖液中產生驅動電勢，實現一種非接觸式光驅動微流通道BPE分離、濃集，并可以方便地實現連續陣列的微全分析基本結構。這種完全非接觸式的光驅動的微流通道-BPE裝置，還未見國際國內發明公布和文獻報道。

本發明的目的是公布一種對微流通道-BPE裝置而言，一種完全非接觸式或非連接的光驅動的微流通道-BPE型原理的裝置。該裝置由產生可控的光束單元、微光電極單元和微流通道-BPE單元組成。該發明的意義在于，實現一種非接觸式的光驅動-微流通道-BPE型原理，為通過復雜的光開關控制光束來操控分子區帶的多維分離提供一種新方法，為進一步實現光開關調制下的、時-空可變的非均勻電場和pH梯度下的多種不同分析物微區帶的同時濃集、分離、捕獲和超微檢測，奠定基本的原理和方法學基礎。該發明能夠有效地利用微流控通道中的微光電極單元所形成的光生電場，驅動分子區帶的差速遷移（分離）和濃集，并可以進行BPE上的法拉第反應。這種微分離濃集結構單元還可以進一步串聯或形成網絡結構，為實現對復雜樣品在微流控芯片上的多維分離和無標記的原位檢測奠定基礎。

發明內容：

本發明的目的是提供一種非接觸光驅動微流通道-雙極電極的微結構，亦即一種無線非接觸光驅動微流通道-雙極電極的微結構芯片。

具體如下：