微流控芯片电泳门进样方式的改进研究

陈娟 鲍雨 徐远清 李勤 邓玉林 耿利娜*

（北京理工大学生命学院，北京 100081）

1 引言

微流控芯片电泳是在玻璃、石英、硅、塑料等芯片的微细通道或色谱柱中，以电场做为驱动力，借助于离子或分子在电迁移或分配行为上的差别，对复杂试样中的多种组分进行快速分离的分析技术。它是以毛细管电泳为核心技术、以芯片为操作平台迅速发展起来的，并且成为微全分析系统和芯片实验室的主流技术[1]。

微流控芯片电泳主要的进样方式有流体力学进样和电进样进样。流体力学进样方式具有一般的进样精度，但进样装置较复杂，不易操作，重现性较差；电动力进样方式主要包括悬浮进样、收缩进样和门进样。这种进样方式较易操作控制，附加设备少，因此使用较为普遍。其中，不同于悬浮进样和压缩进样的进样量取决于十字交叉处的体积大小决定，而门进样不需要改变通道结构，通过改变电场强度以及加电进样的时间，即可调节进样量，所以在分离分析低浓度样品时，门进样方式具有优势。在目前文献报道的微流控芯片电泳分离系统中，按试样引入装置的结构不同，试样引入系统主要可分为固定贮液池式、流通池式、取样探针式三种，其中基于固定贮液池的试样引入系统是目前芯片毛细管电泳系统以及各种微流控系统中采用最多的系统[2]。但是实验发现，进样量越多，或者随着电泳进行较长时间，不同储液池中液体的液面高度差增大，因此压力流的影响逐渐增大。本文就改进门进样的方法，以减少压力流的影响进行了研究。

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

荧光素钠、Tris购自北京拜尔迪生物公司；匀胶铬版（型号：SG2506）、抛光片购自长沙韶光铬版有限公司；微流控芯片电泳分析系统：XCDY系列微流控芯片智能高压电源购自山东师范大学，荧光检测系统购自杭州赛尔泰科技有限公司。

2.2 芯片结构参数

芯片尺寸：2.5英寸×2.5英寸，材质：玻璃，通道结构：十字交叉，通道横截面：半椭圆形，通道宽度为80 μm，深度为30 μm，通道尺寸：分离通道长40mm（从十字交叉处到缓冲液废液池为35 mm），进样通道长20mm（从十字交叉处到缓冲液池和样品废液池均为10 mm）；

刻蚀方法：刻蚀液为HF：NH4F：HNO3=1：0.5：0.75（摩尔比），刻蚀温度为40℃，刻蚀时间为20min。

2.3 实验方法

门进样过程分为3步实施：（1） 上样前，样品池和废液池都接地，样品池和缓冲液池分别施加一定的电压，使缓冲液从缓冲液池同时向缓冲液废液池和样品废液池两个方向流动，“门”关闭；（2）上样时，缓冲液池和样品废液池悬浮，在含样品使用浓度为0.25μmol/L荧光素钠的样品池施加电场，“门”开启，样品进入分离检测通道；（3）“门”开启70秒后，各储液池恢复至上样

前的配置，样品导入分离检测通道，取样开始，同时为下一次进样做好准备。各步电压设置如下表1所示：

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省略门进样第一步的方法即是将上样前的预备状态除去，直接进入上样状态。

3 结果与讨论

在简单的十字交叉通道中门进样方法的首先进样方式采用经典的门进样方式（进样方式如图1所示）

在进样时间为70秒，进样电压为1000V的情况下，随着进样时间的延长到一定程度，电泳流出物的峰形畸变明显，（图2），另外，当进样时间固定时，随着电泳时间的延长，电泳谱图的基线也不断抬高。分析原因，随着进样量越多，则进入BW池的液体越多，而BR池的样品量减少，同时随着电泳时间延长，BW池与SR池的液面高度差越大，因此与电泳电渗反向的压力流的逐渐增大，最终导致样品条带紊乱。

我们采用Comsol script 1.3分别对没有压力流（图3上图），以及分离通道中有一定压力流存在下（图3下图），样品进入分离通道情况进行了模拟，如图3所示，塞式的样品条带被压力流破坏，甚至部分样品反向流动，再次经过荧光检测器的检测点，容易导致乱峰。

为了减少门进样中SR贮液池与SW和BW贮液池的液面差，如图4所示，我们采用省略门进样第一步的方式进行上样，即第一步即采取一定的加电方式将样品导入分离通道，通过上样时间控制上样量，之后电极施加电压切换，样品条带在分离通道进行电泳分离。

实验表明，和同样上样时间的门进样相比，改进方法的电泳谱图的是一个单峰，并且基线平稳（图5）。由于减少了正常门进样第一步中SR贮液池中样品的流出，这样也减少流入SW和BW贮液池的液体量，因此减少了不同贮液池中液体的液面差所带来的压力流影响。

4 结论

本文在进行荧光素钠的微流控芯片电泳过程中，通过省略门进样第一步的方式上样，该方法除了具备门进样的优势外，还可以减小由于样品池和缓冲液废液池的液面高度差带来的压力流的影响。结合其它方式还可以进一步降低不同贮液池的液面差，比如不同贮液池的起始装填的液体量不同，在硬件方面，可以增大贮液池的直径，使用更小内径的通道等方式改进。我们将对此继续进行考察。

[1]Dolnik, V. and Liu, S. R., Applications of capillary electrophoresis on microchip, J. Sep. Sci. 2005, 28, 1994 – 2009

[2]何巧红，方群，方肇伦，微流控电泳分离的试样引入技术新进展，分析化学，2006（5）729 -734