[發(fā)明專利]一種消除毛細管電泳槽道中彎道擴散效應的方法

有效

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• 申請日: 2013-02-02
• 公開（公告）號: CN103111338A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 林建忠;錢麗娟;聶德明;袁方洋
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發(fā)明屬于毛細管電泳領域，特別涉及一種消除毛細管電泳槽道中彎道擴散效應的方法。

背景技術

毛細管電泳是微流控分析系統(tǒng)中一種重要的分離技術。研究表明，增加通道長度可以提高電泳分離效果。因此要在微流控芯片上實現(xiàn)高效分離，經(jīng)常采用引進彎道來增加通道長度的辦法。但引進彎道后的分離效果往往沒有很大的提高，原因是引進彎道的同時也導致了彎道效應。初始時刻在流場中釋放的若干粒子，在流體的帶動下開始運動，在經(jīng)過彎道時，位于內(nèi)壁面的粒子走在了外壁面粒子的前面，形成彎道效應。在毛細管電泳分離中，為獲得高效分離，總希望同一種樣品在輸運過程中的帶寬盡量小，而彎道效應則會使樣品的帶寬增大，不利于分離。彎道效應產(chǎn)生的因素有：粒子在內(nèi)外壁面上的遷移長度不同；內(nèi)外壁面附近的電場強度不同；彎道部分產(chǎn)生的橫向擴散。針對這些因素，有研究建議采用窄通道、控制流體速度及互補償通道等措施來減小彎道效應；有建議改善彎道形狀來減小彎道效應，并通過數(shù)值方法獲得最佳彎道形狀。上述方法雖能有效抑制彎道效應，使毛細管電泳分離取得較好效果，然而，改變形狀的電泳通道在加工時有工藝上的困難，因而具有一定的局限性。因此，尋求另外的消除彎道效應的方法很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種消除毛細管電泳槽道中彎道擴散效應的方法，本發(fā)明通過改變彎道處內(nèi)外壁面上的電荷分布來極大地消除毛細管電泳槽道中彎道導致的擴散效應。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種消除毛細管電泳槽道中彎道擴散效應的方法，對直角彎道內(nèi)外壁上電勢分布采用梯形線性分布，對半圓彎道內(nèi)外壁上電勢分布采用三角形線性分布；彎道內(nèi)壁面上電勢數(shù)值先線性增加后線性減少，彎道外壁處電勢數(shù)值先線性減少再線性增加；直角彎管和半圓彎管內(nèi)壁面上電勢分布范圍均為-1?~?0，外壁面上電勢分布范圍均是-1?~????????????????????????????????????????????????；當彎道流動以對流為主時，對于直角彎道，當外壁電勢極值為-1.88時，彎道效應最小，對于半圓彎道，當外壁電勢極值為-2.68時，彎道效應最小，電泳的分離效果最好。

進一步地，對直角彎道內(nèi)外壁上電勢分布采用梯形線性分布，從直角彎道內(nèi)壁起始點A到內(nèi)壁直角拐點C電勢線性遞增（AC距離為壁寬w），從內(nèi)壁直角拐點C到另一內(nèi)壁直角拐點C^’電勢不變，從C^’到內(nèi)壁彎道終止點E電勢線性減少（C^’?E距離為w）；而對于直角彎道外壁從外壁起始點B到外壁直角拐點D電勢線性遞減（BD距離為2w），從D到另一外壁直角拐點D’電勢不變，從D’到外壁彎道終止點F，電勢線性增加（D’?F距離為2w）。

進一步地，對半圓彎道內(nèi)外壁上電勢分布采用三角形線性分布，從半圓彎道內(nèi)壁起始點A到內(nèi)壁面C點電勢線性遞增，從C點到內(nèi)壁面半圓彎道終止點E點電勢線性遞減（A、C和E點到半圓彎道圓心距離為壁寬w）；而從半圓彎道外壁面起始點B點到外壁面D點電勢線性減少，從D到外壁面半圓彎道終止點F點電勢線性遞增（B、D和F到半圓彎道圓心距離為2w）。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對毛細管電泳槽道中流動的彎道效應進行理論分析，數(shù)值模擬，提出了一種基于改變彎道處內(nèi)外壁面上電荷分布的方法，以此使流場的彎道效應最弱，同時還建立了分析和確定彎道處最佳電荷分布的優(yōu)化方法，極大地消除了毛細管通道中的流動彎道效應，可一定程度地提高毛細管電泳分離效果。本發(fā)明的原理不僅適用于對流運動，且可推廣適用于對流-擴散運動。

附圖說明

圖1是直角彎管尺寸示意圖；

圖2是半圓彎管尺寸示意圖；

圖3是直角彎管壁面電荷分布圖；

圖4是半圓彎管壁面電荷分布圖；

圖5?是優(yōu)化參數(shù)隨外壁面電勢極值的變化圖；

圖6是優(yōu)化電荷分布前后直角彎道中的粒子分布圖；

圖7是優(yōu)化電荷分布前后半圓彎道中的粒子分布圖；

圖8?是優(yōu)化電荷分布后直角彎道中粒子軌跡圖。

具體實施方式