一種毛細管電泳電化學檢測晶片的製作方法
2023-12-03 22:41:16 2
專利名稱：一種毛細管電泳電化學檢測晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型屬電化學技術領域，具體涉及一種毛細管電泳晶片，尤指一種可自定位的毛細管電泳電化學檢測晶片。
目前廣泛使用的毛細管電泳晶片設計如圖8所示。晶片毛細管電泳使用的毛細管一般通過刻蝕、印模等技術直接製作在晶片基體材料上。對於矽和玻璃晶片，其製作步驟分為沉積、光刻、蝕刻和粘結，涉及微電子加工技術，工藝複雜，價格較高。此外進樣採用十字交叉型微管道網絡，操作複雜，進樣重現性不佳。
本實用新型提出的毛細管電泳電化學檢測晶片。由基板、熔融石英毛細管、自定位毛細管電泳化學檢測電極系統、電解液槽組合構成，其結構如附圖1所示。其中，自定位毛細管電泳化學檢測電極系統由電極支架1、工作電極2、檢測池3、接地鉑電極4、參比電極10構成，並置於基板14的一側之上(圖中為左側)，電極支架1為方形有機玻璃塊，其底面與基板14粘給，其中間開有方形孔槽，作為檢測池3，也作為接地電解槽，接地電極4、參比電極10置於檢測池3內，並由電極引線引出檢測池外；電極支架1的檢測池左右兩側壁中部分別開有同心對準的圓孔，其中檢測池左側的為電極孔，右側為毛細管引導孔，工作電極2置於該電極孔內，固定，電極2穿出電極孔1-1.5mm，周圍有絕緣膠，使與電解液絕緣，頂端部磨成圓盤狀，故也稱其為圓盤電極。熔融石英毛細管13通過具有一定彈性的固定塊12、12』水平架設於基塊1之上，其左端穿過電極支架上的毛細管引導孔，進入檢測池3，成為檢測端8，檢測端8出口與圓盤電極2端表面相互對準(因為電極孔與毛細管引導孔是同心軸)，固定石英毛細管13的左側固定塊12與電極支架1的右側外壁固定，右側固定塊12』上還固定有進樣電極6，進樣電極6和石英毛細管右端(即進樣端15)置於電解液槽16中，該電解液槽(也稱進樣管)可以是一個塑料管。
本實用新型設計的自定位毛細管電泳化學檢測電極系統還可包括一個輔助電極11，該輔助電極11也設置於檢測池3中，並由引出線引出。本實用新型的參比電極10可採用Ag/AgCl電極。
本實用新型中，工作電極2可採用碳棒、銅絲、鉑絲、金絲、鎳絲材料之一種，其直徑為200-400μm。參比電極10、輔助電極11、接地電極4可採用鉑絲，直徑可為50-100μm。進樣管16可採用塑料離心管，容積為0.2-0.5ml。石英毛細管13的長度為5-10cm，內徑為20-30μm左右，一般為25μm左右，外徑為300-400μm，一般為360μm左右。電極支架1可採用絕緣的有機玻璃片，為方形，如2cm×2cm×0.5cm，中部的檢測池3為矩形，如1cm×0.5cm。該檢測也可用於容納電解液、觀察石英毛細管出口與工作電極的相對位置，以及對工作電極的表面處理。檢測池3左右兩側壁上的電極孔和毛細管引導孔直徑為400-500μm，並分別與工作電極2和石英毛細管13的直徑匹配。工作電極2與電極孔之間密封固定，一般可用502膠或聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液密封。工作電極2端部的圓盤形狀可用銼刀沿電極徑向挫磨而成。
本實用新型設計的毛細管電泳電化學檢測晶片，由於在電極支架上留有引導毛細管的孔，用固定塊固定，將毛細管與圓盤檢測電極對準，有效地提高了毛細管出口與檢測電極準直的重現性，操作簡便，晶片體積小，試劑消耗小，易於屏蔽，同時減小了毛細管電泳儀的體積，結構簡單小巧，抗震性好，易於生產維護。採用常用的毛細管代替原有的刻在晶片基體材料上的分離通道，製作工藝簡單，成本低廉，一般實驗室即可製作，可以大規模生產。將用於電化學檢測的三電極體系集成在一塊晶片上，無須每次重新安裝電極，降低了晶片的操作和維護難度。採用獨創的水平進樣技術，無論進樣端的電解液還是樣品溶液均置於一小體積的塑料容器(0.2-0.5mL)內，工作時口處於水平位置，由於浸潤其中的液體不會流出，從而實現了水平進樣，其優點是樣品容易更換。這樣大大簡化了進樣的操作過程，避免使用重現性不佳的十字交叉型微管道進樣網絡，提高了更換樣品的效率。
本實用新型毛細管電泳電化學檢測晶片不僅可用於晶片毛細管電泳電化學檢測(包括安培、電導和電位檢測)，還可用於晶片毛細管流動注射電化學檢測和晶片高效液相色譜電化學檢測等微分析技術。
圖1為本實用新型毛細管電泳電化學檢測晶片俯視圖。
圖2為本實用新型毛細管電泳電化學檢測晶片側視圖。
圖3為自定位毛細管電泳電化學檢測電極系統支架圖示。其中圖3(a)、圖3(b)分別石英毛細管插入毛細管引導孔前後的狀態圖。
圖4為對氨基酚和乙醯基酚的電泳圖譜。
圖5為分離電壓對晶片毛細管電泳樣品遷移時間和峰高的影響。
圖6為進樣時間對樣品峰高的影響。
圖7為一種分析樣品的電泳圖譜。
圖8為傳統的毛細管電泳晶片結構圖示。圖中標號1為電極支架，2為工作電極，3為檢測池，4為接地鉑電極，5為高壓電源電極引線，6為進樣電極，7為緩衝溶液或樣品溶液，8為毛細管檢測端，9為工作電極引線，10為參比電極，11為輔助電極，12和12』為固定塊，13為熔融石英毛細管，14為基板，15為毛細管進樣端，16為電解液槽。
用上述檢測晶片檢測對氨基酚和對乙醯基酚。
分離檢測條件運行緩衝液為50mmol/L HAc-NaAc緩衝液(pH5.0)，工作電位+0.8V(vs.AgCl)，分離電壓4000V，進樣時間為3s(4000V)。在該較優化的分離檢測條件下測得的7次分離0.25mmol/L對氨基酚(1)和對乙醯氨基酚(2)的電泳圖譜見圖4。對氨基酚(1)和對乙醯氨基酚(2)可以在2.5min內完全分離，分析時間短，分離效率高。其中對氨基酚(1)和對乙醯氨基酚(2)的遷移時間分別為1.17s(相對標準偏差RSD為1.92％，n＝7)和2.38s(RSD1.01％，n＝7)，對氨基酚(1)和對乙醯氨基酚(2)的峰高分別為36.03nA(RSD 1.84％，n＝7)和25.12nA(RSD1.78％，n＝7)，可見電泳晶片的分析重現性較好。
圖5為分離電壓對晶片毛細管電泳樣品遷移時間和峰高的影響。其中分離電壓分別為2000V(A)、3000V(B)、4000V(C)、5000V(D)和6000V(E)，其他條件同上。可以發隨分離電壓上升樣品遷移時間降低，但峰電流上升。同時分離電壓上升，分離效果下降，本實驗選擇分離電壓為4000V。圖6為進樣時間對樣品峰高的影響，其中分離電壓為4000V，進樣時間為1s(A)、2s(B)、3s(C)、4s(D)和5s(E)，其他條件同上。樣品峰高隨進樣時間延長而上升，但進樣時間多於3s，峰高上升幅度下降，而峰變寬導致分離度下降，綜合考慮分離度和靈敏度，選擇進樣時間為3s(4000V)。
在上述優化的分離分析條件下，測定市售兒童百服寧糖漿中的對氨基酚。將2.5mL糖漿用蒸餾水稀釋到50mL，然後取該稀釋溶液2.5mL再用運行緩衝液50mmol/L HAc-NaAc緩衝液(pH5.0)稀釋到50mL，進樣分析得到的樣品電泳圖譜(圖7)。該糖漿中對乙醯氨基酚的標示量為160mg/5mL，採用本方案測的對乙醯氨基酚的含量為157.97mg/5mL(RSD3.76％，n＝3)，回收率98.73％，而者基本相符，說明本方案是可靠的。
實施例2以直徑300μm的銅圓盤電極代替上述的直徑300μm碳圓盤電極；使用熔融石英毛細管(為長10cm，直徑25μm)，其他條件同上，製作得檢測晶片，使用0.1mol/L NaOH為分離介質，檢測電位為+0.6V(vs.Ag/AgCl)，成功檢測和分離了蔗糖、葡萄糖和果糖。
權利要求1.一種毛細管電泳電化學檢測晶片，其特徵在於由基板、熔融石英毛細管、自定位毛細管電泳化學檢測電極系統、電解液槽組合構成，其中，自定位毛細管電泳化學檢測電極系統由電極支架(1)、工作電極(2)、檢測池(3)、接地鉑電極(4)、參比電極(10)構成，並置於基板(14)的一側之上，電極支架(1)為方形有機玻璃塊，其底面與基板(14)粘給，其中部開有方形孔槽，作為檢測池(3)，接地電極(4)、參比電極(10)置於檢測池(3)內，並由電極引線引出檢測池外；電極支架(1)的檢測池左右兩側壁中部分別開有同心對準的圓孔，其中檢測池左側的為電極孔，右側為毛細管引導孔，工作電極(2)置於該電極孔內，固定，工作電極(2)穿出電極孔1-1.5mm，周圍有絕緣膠，使與電解液絕緣，頂端部磨成圓盤狀，熔融石英毛細管(13)通過具有一定彈性的固定塊(12)、(12』)水平架設於基板(1)之上，其左端穿過電極支架上的毛細管引導孔，進入檢測池(3)，成為檢測端(8)，檢測端(8)出口與工作電極(2)端表面相互對準，固定石英毛細管(13)的左側固定塊(12)與電極支架(1)的右側外壁固定，右側固定塊(12』)上還固定有進樣電極(6)，進樣電極(6)和石英毛細管右端置於電解液槽(16)中。
2.根據權利要求1所述的檢測晶片，其特徵在於所說的自定位毛細管電泳電化學檢測電極系統還包括有一個輔助電極(11)，該輔助電極(11)也設置於檢測池(3)中，並由引出線引出。
3.根據權利要求1所述的檢測晶片，其特徵在於所說的工作電極(2)採用碳棒、銅絲、鉑絲、金絲、鎳絲之一種，直徑為200-400μm。
4.根據權利要求1所述的檢測晶片，其特徵在於所說的參比電極(10)，接地電極(4)採用鉑絲，直徑為50-100μm。
5.根據權利要求1所述的檢測晶片，其特徵在於所說的石英毛細管(13)長度為5一10cm，內徑為20-30μm。
6.根據權利要求1所述的檢測晶片，其特徵在於還可用作毛細管流動注射電化學檢測晶片或高效液相色譜電化學檢測晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種毛細管電泳電化學檢測晶片，包括自定位毛細管電泳電化學檢測電極系統、熔融石英毛細管、有機玻璃基片、固定塊、鉑電極和小塑料管等。改變傳統的在基片上通過微電子加工技術直接製作毛細管和複雜的的十字交叉型微管道進樣網絡的做法，採用常用的毛細管代替原有的刻在晶片基體材料上的分離通道，在保留傳統毛細管電泳晶片優點的基礎上，具有製作簡單、操作簡單、進樣方便和價格低廉等特點，適合大批量生產。同時進樣重現性大幅提高，更換樣品溶液簡單快速，與晶片毛細管電泳的較高分離分析速度相匹配，已成功用於對氨基酚和對乙醯氨基酚的分離和分析。
文檔編號G01N27/447GK2541842SQ02217639
公開日2003年3月26日 申請日期2002年5月23日 優先權日2002年5月23日
發明者陳剛, 張魯雁, 江世益 申請人:復旦大學