专利名称：微分析芯片贮液池内的液位稳定装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及的领域为微流控芯片分析，特别是涉及微分析芯片贮液池内的液位稳定装置及其使用方法。
背景技术：
通常，微分析芯片由上下两层或多层芯片构成，芯片的材料为单晶硅、或石英、或玻璃、或高分子聚合物等。芯片的面积约为几平方厘米，微管道宽度和深度为微米级，一般为封闭式微通道网络，通过垂直于芯片与微通道相连的贮液池进出样品和试剂。
本专利涉及的是有关微分析芯片上的贮液池系统。目前芯片上的贮液池，文献(Manz A，Fettinger J C，Verpoorte E，Ludi H，Widmer H M，Harrison D J，Trend in Anal.Chem.，1991，10144)(Harrison D J，Manz A，Fan Z，Ludi H，Widmer H M，Anal.Chem.，1992，641926)(Jacobson S C，Hergenroder R，Koutny L B，Warmack R J，Ramsey J M，Anal.Chem.，1994，661107)多采用单开口型贮液池，即贮液池下部与芯片上微通道相通，上部开口垂直向上，为外界与贮液池进行液流传输的进出口。贮液池内液体在其进口或者出口通道内与外界大气之间形成两相接触界面——液面，液面在垂直方向上的高度位置，称为液位。贮液池内液体与外界大气间的相间界面呈现水平液面的构型。液流进出贮液池会产生液面高度——液位的变化，变化严重时会干扰微分析芯片的正常工作。还有一类芯片上的贮液池采用导管与外界连通进行液流传输(Ausserer W A，Bousse L，Gallagher S J，Kennedy C B，Phan H L，JALA，2001，6，69)(Lin Y H，Lee G B，Li C W，Huang G R，Chen S H，J.Chromatogr.A，2001，937，115)，但通常未对其出口或进口导管的位置和构型进行水平控制，因而只具有流通和传输功能，不具有液位稳定功能。方群等(Fang Q，Xu G M，Fang Z L，Anal.Chem.2002，741223)报道一种溢流式贮液池液位稳定方法，其原理是在有液流进入贮液池时，采用使多余液体由贮液池上口溢出的方法，保持液流引入过程中的液位稳定。该方法适用于有液流进入贮液池时，保持贮液池内的液位稳定；而对于单纯的有液流流出的贮液池则不适用。
发明内容
本发明目的是提供一种用于微分析芯片上贮液池的集成化液位稳定装置及其使用方法。保证在分析过程中，当有液流进入或者流出此贮液池时，贮液池的液位在一定时间内保持恒定不变，以避免由于贮液池液位变化所产生的对芯片分析过程的干扰。
本发明提供用于微分析芯片上贮液池的集成化液位稳定装置，利用液流在水平通道内流动不会产生液位的变化的特点，实现贮液池内液位的稳定，芯片上贮液池的进出口通道全部或者部分采用水平通道构型。
根据本发明的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，所述的微分析芯片由上、下两片组成，在上片或者下片加工微通道。贮液池由连接通道和水平进口或出口通道构成，贮液池内液体与微通道相通；在芯片上片或者下片上打孔形成微通道与外部液体的连接通道；在芯片上片或者下片上围绕连接通道口加工水平通道形成液体的进口或出口通道。
根据本发明，所述的贮液池至少有一个与至少一个微分析芯片上的微通道相的连接通道，贮液池至少有一个与外界大气相通的进口或者出口通道；贮液池内液体在其进口或者出口通道内与外界大气之间形成两相接触界面——液面；当有液流进入或流出贮液池时，在贮液池进口或者出口通道内液面发生移动。
根据本发明的液位稳定方法，贮液池进口和出口通道，至少在通道内液面移动的距离范围段内，使用水平通道构型。更为有利的是，该液位稳定装置集成化加工于微流控芯片上。
根据本发明，水平通道构型是指该通道的中轴线位于与重力作用方向垂直的同一水平面上，同时，通道的垂直横截面构型及其面积均保持恒定。
根据本发明装置的使用方法，利用液体本身特性，管壁的表面性质，及液体、管壁、大气三者之间的相互作用，在水平通道内形成稳定竖立的弧形液面。不同的相互作用，其弧形液面的构型不同，本方法的关键是在水平通道内能够形成稳定竖立的弧形液面。当有液流进入或流出贮液池时，该液面只发生水平方向上的平移，而无垂直方向上的位移。由此，液流的流入和流出，均不会产生贮液池内液位的变化。
根据本发明装置的使用方法，采用将微分析芯片上全部贮液池的水平通道放置于同一水平面上的方法，可以实现同一微分析芯片上整体系统的液位稳定。芯片上整体系统的液位稳定对芯片毛细管电泳系统工作的稳定至关重要。
根据本发明装置的使用方法，其特征在于，该方法对贮液池中液位稳定的有效作用时间与贮液池内液流流速、水平通道的内径(横截面积)、长度有关；在一定液流流速下，提高水平通道的横截面积、长度，有利于提高贮液池液位稳定的时间；水平通道的内径的提高受液体，大气，管壁三者之间的相互作用力大小的限制。如果水平通道的内径过大，则难以在其中形成稳定的竖立液面，本发明的主要优点在于在分析过程中，在有效控制的时间范围内，能保持微分析芯片贮液池内的液位的恒定。如果贮液池水平通道内液体容量较大，而液流流速较低，则可达到很长的稳定时间，如数小时甚至数天。
本发明的另一个优点在于，对于有液流流入的贮液池，或者有液流流出的贮液池，或者既有液流流入又有流出的贮液池，均可采用本装置和使用方法实现液位稳定，应用面较广。同时，该装置可集成化加工于微流控芯片上。
本发明的另一个优点在于，如微分析芯片上全部贮液池均采用本装置和使用方法，则可实现整体微分析芯片通道网络体系内液压的稳定。这一优点对芯片毛细管电泳体系尤为重要。
本发明的另一个优点在于，可应用于流通式换样贮液池中，实现芯片连续试样引入过程中贮液池内的液位稳定。
本发明可广泛应用于微流控芯片分析领域。
图1.是根据本发明的实施例1的侧面剖视图。
图2.是根据本发明实施例2的侧面剖视图。
图3.是根据本发明实施例3的整体系统液位稳定微流控芯片的侧面剖视图。
图4.是安装有根据本发明实施例4装置的重力驱动微流控芯片的侧面剖视图。
图5.是根据本发明实施例5的侧面剖视图。
图6.是根据本发明实施例6的侧面剖视图。
图7.是安装有根据本发明优选实施例7装置的用于过氧化氢分析的重力驱动微流控芯片的结构图。
图8.显示安装有图7实施例7装置的微芯片分析系统对不同浓度过氧化氢检测的结果记录9.是安装有根据本发明优选实施例8装置的用于血清中钾分析的重力驱动多相层流分离微流控芯片的结构图。
图10.显示安装有图9实施例8装置的微芯片分析系统对不同浓度钾检测的结果记录图。
具体实施例方式
参照附图，以下将详细描述根据本发明的优选实施例。
实施例1图1.是根据本发明的一个优选实施例1的侧面剖视图。微流控芯片由上(1)、下(2)两片组成，采用键合方法实现上(1)、下(2)两片的封合，在上片(1)加工微通道(3)。在上片(1)上打孔，形成连接通道(4)。芯片竖立放置，直接在上片(1)表面围绕连接通道(4)口固定水平通道(5)管形成贮液池。贮液池内液体(6)与微通道(3)相通，液体(6)与外界大气接触的相界面——竖立液面(7)呈弧形。
实施例2图2.是根据本发明又一个优选实施例2的侧面剖视图。微分析控芯片由上(1)、下(2)两片组成。采用键合方法实现上(1)、下(2)两片的封合。在上片(1)加工微通道(3)。在上片(1)上打孔，形成连接通道(4)。芯片水平放置，直接在上片(1)表面围绕连接通道(4)口固定水平通道(5)管形成贮液池。贮液池内液体(6)与微通道(3)相通，液体(6)与外界大气接触的相界面——竖立液面(7)呈弧形。
实施例3图3.是根据本发明优选实施例的整体系统液位稳定微流控芯片的侧面剖视图。微分析芯片由上(1)、下(2)两片组成。采用键合方法实现上(1)、下(2)两片的封合。在上片(1)加工微通道(3)。在上片(1)上微通道(3)两端各打一孔，形成连接通道(4)。芯片水平放置，直接在上片(1)表面，围绕连接通道(4)口固定水平通道(5)管形成贮液池。贮液池内液体(6)与微通道(3)相通，液体(6)与外界大气接触的相界面——竖立液面(7)呈弧形。二个水平通道处于同一水平面上。
实施例4图4.是安装有根据本发明优选实施例装置的重力驱动微流控芯片的侧面剖视图。微流控芯片由上(1)、下(2)两片组成。采用键合方法实现上(1)、下(2)两片的封合。在上片(1)加工微通道(3)。在上片(1)上微通道(3)两端打一孔，形成连接通道(4)。芯片垂直放置，围绕连接通道(4)口固定水平通道管形成贮液池。贮液池内液体(6)与微通道(3)相通，液体(6)与外界大气接触的相界面——竖立液面(7)呈弧形。二个水平通道(5)处于不同水平面上，以提供流体驱动的动力。
实施例5图5.是根据本发明又一个优选实施例的侧面剖视图。该实施例用于保持流通式试样引入贮液池内液位的稳定。在微流控芯片的上(1)、下(2)两片间的微通道(3)上端打孔，形成贯通芯片的连接通道(4)。芯片垂直放置。在连接通道(4)两侧的进口和出口分别固定水平通道(5)管。试样或其它液流(6)引入此通道内时，可保持液面(7)液位的稳定。
实施例6图6.是根据本发明又一个优选实施例的侧面剖视图。该实施例是另一种用于保持流通式试样引入贮液池内液位的稳定的装置。在微流控芯片的上(1)、下(2)两片间的微通道(3)的一端打孔，形成连接通道(4)。芯片垂直放置。围绕连接通道(4)口固定水平通道管(5)。在水平通道(5)管内水平插入试样引入导管(8)。试样或其它液流(6)经导管(8)被引入通道贮液池内时，可保持液面(7)液位的稳定。
实施例7图7.是安装有根据本发明优选实施例装置的用于过氧化氢分析的重力驱动微分析芯片的结构图。微分析芯片(9)为玻璃材质。微通道(3)宽50-100微米，深30微米。在芯片上微通道进口和出口端分别加工直径约2mm的小孔(10)、(11)、(12)、(15)。芯片垂直放置。围绕孔(10)、(11)、(12)、(15)固定水平通道管形成贮液池。孔(10)连通的贮液池内加入化学发光试剂鲁米诺溶液；孔(11)连通的贮液池内加入催化剂铁氰化钾溶液；孔(12)连通的贮液池内加入过氧化氢试液。孔(15)连通的贮液池为废液流出的出口池。三液流的汇合液流在检测区(13)进行化学发光检测。芯片(16)进行测定时，利用水平贮液池(10)、(11)、(12)与(15)间的液位差提供液流流动的动力，并保持每一贮液池内液位的稳定。
图8.显示安装有图7实施例7装置的微芯片分析系统对不同浓度过氧化氢检测的结果记录图。交替顺序引入过氧化氢溶液(a)2mM H2O2，(b)1mM H2O2，空白溶液(c)。
实施例8图9.是安装有根据本发明优选实施例8装置的用于血清中钾分析的重力驱动多相层流分离微流控芯片的结构图。微分析芯片(9)由玻璃片和制有通道的硅橡胶片粘合而成。芯片宽2厘米，高3厘米。主通道(23)长2厘米，宽250微米，深25微米。进样通道和出样通道均宽150微米，深25微米。在芯片上进样和出样通道的末端或者中间分别加工直径约2毫米的小孔(17)、(18)、(21)、(22)、(16)。芯片垂直放置。围绕孔(17)、(18)、(21)、(16)固定水平通道管形成贮液池。孔(17)为接受液(19)——0.9％的氯化钠溶液的进口，孔(21)为接受液(19)出口。孔(18)为试液(20)——钾标准溶液或血液试样的进口，孔(16)为试液(20)的出口。于孔(22)内加工微型钾离子选择电极。芯片(9)进行测定时，利用水平贮液池间的液位差提供液流流动的动力，并保持每一贮液池内液位的稳定。
图10.显示安装有图9实施例8装置的微芯片分析系统对不同浓度钾检测的结果记录图。钾离子标准溶液的记录谱图和标准曲线(其浓度依次是10-4M，10-3M，10-2M，10-1M)。
权利要求
1.一种微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，所述的微分析芯片由上(1)、下(2)两片组成，在上片(1)或者下片(2)加工微通道(3)，其特征在于，贮液池由连接通道(4)和水平进口或出口通道(5)构成，贮液池内液体(6)与微通道(3)相通。
2.根据权利要求1所述微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，在芯片的上片(1)或者下片(2)上打孔，形成微通道(3)与液体的连接通道(4)，围绕连接通道(4)口加工水平通道(5)形成液体的进口或出口通道。
3.根据权利要求1所述微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，微分析芯片的贮液池至少有一个与至少一个微分析芯片上的微通道(3)相通的连接通道(4)，所述贮液池至少有一个与外界大气相通的进口或者出口通道；所述贮液池内液体在其进口或者出口通道内与外界大气之间两相相接触形成液面；当有液流进入或流出贮液池时，在贮液池进口或者出口通道内液面发生移动。
4.根据权利要求1所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，所述贮液池进口和出口通道，至少在通道内液面移动的距离范围段内，使用水平通道构型。
5.根据权利要求1所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，该装置集成化加工于微流控芯片上。
6.根据权利要求4所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，所述的水平通道构型的轴向中轴线位于与重力作用方向垂直的同一水平面上，垂直横截面构型及横截面积均保持恒定。
7.根据权利要求1所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置，其特征在于，采用将微分析芯片上全部贮液池的水平通道置于同一水平面上的方法，实现同一微分析芯片上整体系统的液位稳定。
8.根据权利要求1所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置的使用方法，其特征在于，利用液体本身特性，管壁的表面性质，及液体、管壁、大气三者之间的相互作用，在水平通道内形成稳定竖立的弧形液面，当有液流进入或流出贮液池时，该液面只发生水平方向上的平移，而无垂直方向上的位移。
9.根据权利要求1所述的微分析芯片贮液池内的液位稳定装置的使用方法，其特征在于，该方法对贮液池中液位稳定的有效作用时间与贮液池内液流流速、水平通道的内径、长度有关；在一定液流流速下，提高水平通道的内径、长度，有利于提高贮液池液位稳定的时间；水平通道的内径的提高受液体，大气，管壁三者之间的相互作用力大小的限制。
全文摘要
本发明涉及一种用于微分析芯片上贮液池的集成化液位稳定装置及其使用方法。该装置的特征是，微分析芯片上贮液池由连接通道(4)和具有液位稳定功能的水平进口或出口通道(5)构成。本发明的优点是在分析过程中，在有效控制的时间范围内，当有液流进入或者流出此贮液池时，能保持微分析芯片贮液池内的液位的恒定，以避免由于贮液池液位变化所产生的对芯片分析过程的干扰。
文档编号G01N27/26GK1523345SQ0311548
公开日2004年8月25日 申请日期2003年2月19日 优先权日2003年2月19日
发明者方群, 李丹妮, 陈宏 , 黄艳贞, 方肇伦, 方 群 申请人:浙江大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
