一种基于微流控芯片的生物样品循环给样富集方法.pdf
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第 ４Ｏ卷
２０１２年 １１月
分析化学 （ＦＥＮＸＩ ＨＵＡＸＵＥ） 研究报告
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍ ｉｓｔｒｙ
第 １１期
１６６８～ ｌ６７３
一
种 基 于微 流 控 芯片 的 生物 样 品循 环给 样 富集 方 法
杜 敏 叶雄英 冯金 扬 马增 帅 周兆英
（清华 大 学精 密仪 器与 机械 学系，精 密 测试技 术及 仪器 国 家 重 点 实验 室，北 京 １０００８４）
摘 要 提 出 了 一 种 基 于 微 流 控 芯 片 的生 物样 品循 环给 样方 法，利 用 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 （ＰＤＭＳ）软 光 刻 工 艺 制
作了包括环形蠕动微泵和电磁微 阀的微流控芯片，通过与免疫探针芯 片的集成，实现 了对 探针芯片 的循 环给
样及在其上的免疫样品富集 。采 用 不 同浓度的羊抗兔 ＩｇＧ（ＦＩＴＣ标 记 ）样 品与兔 ＩｇＧ探针免疫 结合 ３ ｍｉｎ，得
到循 环 流 动 比静 态 吸 附 的 荧光 光 强 值 更 高，可 使 检 出 限降 低 。对 于 ５０ ｍｇ／Ｌ羊 抗 兔 ＩｇＧ样 品，流 速 从
１３０ ｉｘＬ／ｍｉｎ增至 ３００ ＩｘＬ／ｍｉｎ时，免疫结合 的速度 明显 加 快，可使 同 一 时 刻 的检 出限降低 ；而样 品浓度 提高 到
２００ ｍｇ／Ｌ 时 ，增 大 流 速 对 免 疫 反 应 的 促 进 效 果 弱 于 低 浓 度 时 的 变 化 。在 样 品 浓 度 ５０ ｍｇ／Ｌ 和 循 环 流 速
３００￣Ｌ／ｍｉｎ的条 件下 ，循 环给 样方 式仅 需 ７¨Ｌ样 品溶 液就 得到 了与 持 续 进 样 约 １．８ ｍＬ样 品 溶液 基本 一 致 的
结 果 。
关键 词 微 流 体 ；微泵 ；循环 ；给样 ；富集
引 言
近年来 ，芯片 实验 室 （Ｌａｂ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ）技 术 因其 广 阔 的市 场前 景 而 备受 关 注 ］。 同时，生 物 检 测领 域
越 来 越需要针 对少量 、低浓 度 的样品进行操作 。样品 的高效 富 集可 有效 减 少样 品使 用 量，降 低检 出
限，对 于疾病 早期诊断 、食 品安全 、环境 污染检测 等具 有重要 意 义 】。Ｌｉｅｎ等 采 用 气 动泵 将修 饰 有探
针 的磁珠 与 ２５ Ｌ登 革 热 病 毒 样 品 液进 行 混合 富 集 后 检 测，检 出 限达 到 １０。ｐｆｕ／ｍＬ，用 时 仅 １０ ｍｉｎ。
Ｓａｂｏｕｎｃｈｉ等 将 选择 性绝缘 电泳与电阻抗检测 在微 芯片上 集 成，富集 和检测到 枯 草芽 孢 杆 菌孢 子 的最
低 浓 度为 １０ ～ １０ 个／ｍＬ。Ｌｅｅ等 伽将分 离后 的血 浆与 预修饰 的聚苯 乙烯微珠 在 ＣＤ实验 室 芯片上 混合 ，
富集 Ｂ型肝炎 病毒，将 ＥＬＩＳＡ反应时 间缩短 至 ３０ ｍｉｎ，检 出 限 ８．６ ＩＵ／Ｌ。Ｓｔｅｒｎ等 利 用修饰 有抗体 的柱
状表 面对 抗原 进行 富集 ，洗 脱 后 将 结 合 体 推送 至 纳米 线 传 感 器 腔 进 行 二 次 捕 获，２０ ｍｉｎ后 检 测 到 了
１０ Ｌ全血溶 液 中的两种病 毒 。
通 常，固相富集 方 法主要 依靠探针 载体 的大 表面积 等特点实 现 富集结合 ，而 缺少对 样 品高效 利用的
考 虑 。本研 究提 出一种基 于循环 微流 控芯 片 的生物样 品给样 方法 ，采 用环形 蠕动 泵循 环 驱 动 少量 样 品
液 反复 流经探 针 芯片表 面，并利 用蠕动泵 产生 的强 制对流，加快液 体层 间 的物质交 换，使更 多 目标分 子
在 短时 间 内到达探 针 芯片表 面，实现样 品在探 针芯 片表 面 的高效快 速 富集 。
２ 实验 部 分
２．１ 微流控 芯 片 的设 计 与制备
微 流控 芯 片包括 环形 蠕动 微 泵，电磁微 阀，微流 道 和储 液 槽 等 （如 图 １）。芯 片 由聚二 甲基 硅 氧 烷
（ＰＤＭＳ）结构 层 、粘接层 和基板组 成 。在样 品液 槽和 废液槽 处 分 别设 置 微 阀控制 液 流 出入，在 微 泵 环形
流 路 中设置第 ３个 微 阀控制 液体循环 流动 。探针 芯 片腔用 于将探 针 芯片与 微流 控芯 片集成 。
环形蠕 动微 泵“ 包 括芯 片 和驱动部 件 两部分 。芯 片上 为 环形 沟 道 结 构，驱 动 部件 包 括芯 片下 方 由
电机 带动 的永磁 铁 和芯 片上方 的钢 珠 。永磁 铁随 电机转 动 时，吸 引沟道 上方 的钢珠 随其 转 动，钢珠 推压
沟道 的 ＰＤＭＳ薄膜，促使 流 体流 动 。
电磁微 阀也 由芯片 和驱动 部件组成 。如 图 ２ａ所示，芯 片上 为连接 沟 道 的 圆形腔结 构，驱动 部 件包
２０１２－０２－２９收稿 ；２０１２－０５－２５接 受
本 文 系国家重点基础研究发展 计 划 （Ｎｏ．２００７ＣＢ３１０５０４）和 国家 自然 科 学基金 （Ｎｏ．５０７３０００９）资 助项 目
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