微流控芯片功能单元二.ppt

微流控芯片功能单元二 1如何向微流控芯片中引入样品2微流控芯片中的样品处理技术 萃取 过滤 电泳 色谱等 1进样 进样是芯片实验室的关键技术之一 引入样品的量 形态 方式都会对后续样品处理产生影响 而且由于芯片体系微小 这种影响有时候是决定性的 所以进样是非常关键的一步 进样就是将样品引入芯片的样品处理通道或通道网络 通常分为上样和取样两步 芯片进样可由电场 注射泵 静压力 表面张力等方式驱动 一般意义上的进样通常是针对液态样品 气态样品也可以直接进样 固态样品在微粒化后 经气或液体携带可被引入芯片样品处理通道 1 1液态样品进样1 1 1区带样品进样1单通道辅助进样2多通道辅助进样3激光辅助进样1 1 2液滴样品进样1 1 3连续样品进样1 2气 固样品进样 1 1液态样品进样 芯片进样的主流是液态样品进样 实际中主要有三种形式 区带样品进样 液滴样品进样 连续样品进样 1 1 1区带样品进样 单通道辅助进样多通道辅助进样激光辅助进样 单通道辅助进样 单通道辅助进样就是通过在芯片内设置一条辅助通道 后经样品源向芯片处理通道内输入样品区带 根据上样和取样的方式不同分为完全电动 完全压力 压力电动单通道辅助进样 完全电动单通道辅助进样 完全电动单通道辅助进样简称电动进样 指的是以电动力作为其上样 取样的驱动力 通过电压切换 在十字交叉口处形成样品区带并将其引入芯片样品处理通道的方法 依据电压施加策略的不同 分为简单 悬浮 门 夹流进样 简单进样和悬浮进样时上样和取样都只涉及单方向电场 操作简单 在预实验中较常用 夹流进样涉及多方向电场 可以较好的控制样品区带的量和长度 在实际中较常用 门进样可向样品处理通道内连续输入区带 缺点是输入区带的形态不规则 优点 操作简单 易于实施 是目前主流的单通道辅助进样技术 缺点 存在进样歧视效应 即由于样品中各组分的电动淌度不一样 电动淌度大的进样量大 导致区带样品不能代表实际样品的组成 完全压力单通道辅助进样 完全压力单通道辅助进样指的是仅利用压力将样品区带引入样品处理通道的方法 简称压力进样 在压力作用下流体的行为与样品组成 管壁带电状态等基本无关 因此压力进样方法所引入的样品区带在很大程度上可代表样品中各组分的真实组成 但向微通道内施加压力操作繁琐 所需设备较精密 较昂贵 所以该方法实际应用面较窄 主要集中于芯片液相色谱类操作 压力电动单通道辅助进样 压力电动单通道辅助进样是一种上样驱动力为压力 取样驱动力为电动力的进样方法 简称压力电动进样 压力电动进样方法因其采用压力上样而使样品区带能代表样品中各组分的真实组成 又因其采用电动取样而与电泳 电色谱等重要芯片实验室单元操作相容 与压力进样方法相似其推广也受限于压力上样的技术门槛 但因生产压力的方式是多种多样的 该方法在一个时期内是科学研究的热点之一 除静压力电动进样方法外 还有注射泵致 气动微泵致压力电动进样等 多通道辅助进样 多通道辅助进样指的是通过设置多条辅助通道 后经样品源向芯片处理通道内输入样品区带 典型的多通道辅助进样方法有双十字静压力电动进样 双十字电动进样 多T电动进样法等 激光辅助进样 若样品带有荧光且采用荧光法检测 可不设置辅助通道 而利用强激光对样品的漂白作用直接在分离通道内形成样品区带 这种方法实质上是一种 门 进样 门 为强激光束 大功率的激光束被分光器分为能量不同的两束 能量大的作为 门 光速被聚集到通道上游靠近样品池处 能量小的光束被聚集到通道下游作为检测光束 1 1 2液滴样品进样 液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操纵小体积液体的技术 液滴的形成类似于乳化现象 传统的乳化是在两互不相容的液体 如油和水 中加入适量的表面活性剂并强烈搅拌 使油分散在水中 形成乳化液 在微流控芯片上产生液滴 是将两种互不相容的液体 以其中一种作为连续相 另一种作为分散相 分散相以微小体积分散在连续相中 形成液滴 根据分散相和连续相的不同 分为w o 水为分散相 油为连续相 O W 水为连续相 油为分散相 型 一般情况下 水相泛指水溶液 油相泛指与水互不相容的有机溶剂 液滴的形成 水溶液和油同时从不同的微通道中流出 当通道疏水时 油浸润微通道 包裹水溶液 形成W O型液滴 当通道亲水时 水浸润微通道 包裹油相 形成O W型液滴 液滴的形成是水 油两相表面张力和剪切力共同作用的结果 通过改变油相和水相的流速 即改变表面张力和剪切力的相对大小 可得到大小不同的液滴 反应物的引入 直接进样 当反应比较简单时 可用注射泵直接将反应物包入液滴 以液滴形成时的条件作为反应的初始条件 若反应步骤较多 可以在芯片下游利用旁路通道向液滴内加入另一种反应物 开始下一步反应 毛细管进样 将待测样品先预先吸入毛细管中 形成一系列体积相对较大的液滴 然后将毛细管与芯片连接 在注射泵的推动下 与反应物形成小液滴开始反应 1 1 3连续样品进样 在芯片上实现连续样品进样 通常需采用流通式试样引入技术 即在芯片的分离分析通道旁加工与其相连的专用的试样引入通道 外界试样通过取样导管进入试样引入通道内 再由此进入分离分析系统 一次性试样引入 1 3气 固样品进样 气态样品也可以直接进样 固态样品在微粒化后 经气或液体携带可被引入芯片样品处理通道 2样品处理技术 2 1萃取2 1 1固相萃取2 1 2液液萃取2 2过滤2 3电泳2 4色谱 2 1萃取 萃取是利用物质在两相中保留行为的不同对该物质进行提取的一种样品预处理方法 若两相为互不相溶的两种液体 这种萃取称为液液萃取 若两相分别为固相和液相 则称为固相萃取 固相萃取 可以很容易的将被分析物从复制基质中提取出来 提高后续分析的可靠性 同时还可以对样品进行富集 降低微流控芯片对高灵敏度检测器的依赖 固相萃取 Chip BasedSolid PhaseExtractionPretreatmentforDirectElectrosprayMassSpectrometryAnalysisUsinganArrayofMonolithicColumnsinaPolymericSubstrate 液液萃取 液液萃取的目的是将被分析物从一种液体提取到另一种与之不相容的液体中 实现这一目的有两个 两相间的充分接触和萃取完成后两相的完全的分离 在微流控芯片中 通过两相在微通道内的 反向层流 实现上述两个条件 从而达到高效的液液萃取 On ChipIntegrationofSequentialIon SensingSystemSasedonIntermittentReagentPumpingandFormationofTwo LayerFlow 过滤 过滤是一种用于除去液态样品中颗粒状干扰物的预处理手段 若以导管模式将液态样品引入芯片中 仅需在样品源和芯片间加入一个滤头即可对样品实施过滤预处理操作 若以储液池模式将样品引入芯片中 则需在芯片上集成过滤装置 SampleFiltration ConcentrationandSeparationIntegratedonMicrofluidicDevices PreconcentrationofProteinsonMicrofluidicDevicesUsingPorousSilicaMembranes 电泳 带电颗粒在电场作用下 向着与其电性相反的电极移动 称为电泳 electrophoresis EP 利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术 ElectrophoreticSeparationofProteinsonaMicrochipwithNoncovalent PostcolumnLabelig 色谱 色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配 以固定相对流动相中的混合物进行洗脱 混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动 最终达到分离的效果 FabricationofFritlessChromatographicMicrochipsPa