[發明專利]帶電小顆粒在線濃縮與檢測的微電泳芯片及檢測方法

有效

• 申請號: 201910857276.4
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110567790B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 楊明鵬;尤暉;宋苗苗;黃哲
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N1/40
• 分類號: G01N1/40;G01N27/06
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

本發明提供一種帶電小顆粒在線濃縮與檢測的微電泳芯片及檢測方法，該微電泳芯片，包括基板，所述基板內設有三條通道，基板上設有多個池，其中濃縮通道PA，連通樣品池P和濃縮池A；進樣通道AB，連通濃縮池A和樣品廢液池B；分離通道CD，連通緩沖液池C和緩沖液廢液池D，所述分離通道CD與進樣通道AB垂直交叉連通；上述五個池內均設有高壓電極，用于向池內施加高壓；所述濃縮池A的體積可調，所述樣品池P的體積為濃縮池A體積的10?1000倍；所述分離通道CD上靠近緩沖液廢液池D位置設有一對檢測電極，用于檢測經過該位置的帶電小顆粒。該技術可大大提高原有微芯片電泳電容耦合非接觸電導檢測法的檢測精度；與此同時保留了ME?C⁴D低成本、易便攜、檢測迅速、原位檢測的優點。

技術領域：

本發明涉及一種帶電小顆粒的濃縮與檢測技術，屬于生化分析儀器與技術領域。

背景技術:

帶電小顆粒通常包括土壤與水環境中養分離子、重金屬離子等無機小離子及人體、動植物體內多種無機小離子、DNA、蛋白質等帶電小顆粒，其它可通過電荷附加技術（例如磁珠吸附）而生產的小帶電顆粒也屬于上述范疇。對于這些帶電小顆粒的處理與檢測技術，目前已有的方法有光譜法、質譜法、色譜法、電化學分析法等。上述方法存在設備昂貴、操作復雜、功能單一、不易便攜化及定量化檢測精度不高等缺點，使其應用范圍大多停留在實驗室階段及某些特定應用領域，難以普及應用。

近年來，微芯片電泳技術以檢測迅速、易便攜、成本低、可同時檢測多種離子、消耗試劑少等優點受到國內外學者的競相追逐。德國不萊梅大學Vellekoop MJ團隊與美國愛荷華州立大學Dong L團隊分別采用微芯片電泳技術結合電容耦合非接觸電導檢測法（microchip electrophoresis - capacitive coupled contactless conductivitydetection, ME-C⁴D）實現了對土壤提取液中的養分離子的原位測量；荷蘭特溫特大學Floris等人采用MCE-C⁴D技術成功檢測出血液中的鋰離子，以輔助治療躁郁癥。目前，國內外ME-C⁴D的檢測限約為微摩爾至百納摩爾級別，且該檢測指標是在實驗室條件下測出的，實際可用的便攜化儀器的檢測限會高于這個數值。

檢測精度不高是限制ME-C⁴D檢測技術廣泛應用的重要原因，因而很多研究者提出多種預濃縮技術以彌補上述缺陷。薄膜擴散梯度法是一種介質中目標物有效態的原位濃縮和形態分析技術。薄膜擴散梯度法可實現原位濃縮，然而為了獲得較好的濃縮效果，通常需要將濃縮裝置置于待測位置數十個小時至數天，使足量的待測物穿過擴散層，被固定膜捕獲，實現目標離子的富集。薄膜擴散梯度法收集的待測物形態均為動、植物可直接吸收的有效態，相對光譜、質譜法測得的元素總量更有價值。但薄膜擴散梯度法存在濃縮周期長、測樣效率低的缺點，很大程度上阻礙了該技術的廣泛應用。場放大濃縮法是一種柱上濃縮技術。該方法可與微芯片技術融合，易便攜，不需要外接其它設備，只需增加一段濃縮通道即可實現帶電顆粒的在線濃縮。然而，為了增大濃縮效果需增加濃縮通道的長度，這同時也增加了樣品和緩沖液區帶的電滲壓力差，引起的層流展寬會使柱效下降，降低濃縮倍數。此外，進樣長度的增加也會引起分離度的降低。場放大濃縮法進樣體積不能太大，限制了該方法的濃縮倍數，分離度不高，該方法尚不能滿足MCE-C⁴D對重金屬離子的檢測要求。近年來，美國西北國家實驗室Kelly R課題組提出一種氣動閥濃縮技術。該方法在微通道中注入微量氣體（10^-12 ~ 10^-13 m³）從物理上隔斷流體，微通道中的氣體段非常窄（0.1 mm），流體中的待測物質不能往下游流動，但高電壓卻可以擊穿該氣體塊，使得電流可以流過。氣動閥濃縮技術非常巧妙，可集成于微芯片中，與微芯片電泳技術較好地匹配使用；但該方法額外引入了高精度氣動泵，通過精確地注入和吸出微量氣體實現氣動閥的關閉與開啟，這大大降低了儀器的便捷性，增加了儀器的成本。

基于上述情況，有必要進行改進。

發明內容：