一種用于電脫耦合芯片電泳的智能電動進樣裝置，其特征是單片微處理器與ＰＣ機之間通過ＲＳ２３２串口構成雙向數據通訊回路；單片微處理器與Ｄ／Ａ數模轉換器、運算放大器、隔離式ＤＣ－ＤＣ高壓模塊、“接地／懸空”轉換高壓繼電器的切換觸電依次連接構成電壓輸出模式智能可控的四路浮地高壓；ＤＣ－ＤＣ高壓模塊輸出電壓／電流的監測量與單片微處理器之間連接有Ａ／Ｄ模數轉換器、總線驅動器；“接地／懸空”轉換高壓繼電器的線圈供電與單片微處理器之間連接有光電耦合、達林頓驅動器和過流保護繼電器；看門狗監測電路構成對單片微處理器工作狀態的監控和保護。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種微流控芯片電泳系統的智能電動進樣裝置，尤其是涉及用于電脫耦合芯片電泳電化學安培檢測系統中的智能電動進樣裝置，屬于分析化學儀器設備
技術介紹
微流控芯片電泳(Mierochip-based CE)經過十多年的發展，使得以此為基礎的微全分析系統(μ-TAS)或稱芯片實驗室(Lab-on-a-chip)已成為當今分析科學的重要發展前沿技術。近年來的研究表明，芯片電泳對DNA、多肽和蛋白質等生物分子所表現出的高效、快速、低耗的分離分析能力，使它成為后基因時代中有希望攻克蛋白質組學研究、代謝物檢測和藥物篩選等難題的分離分析手段之一。因此，芯片電泳技術仍然是當今分析科學研究的重點和熱點之一。芯片電泳技術是將毛細管電泳中所使用的毛細管構建在一個僅有幾個或幾十個平方厘米的石英、玻璃或塑料等不同材質的基片上，通過在管道網絡的終端(貯液池)施加電壓實現樣品的進樣和快速分離分析的電泳技術。在分離原理上，它與常規毛細管電泳相似，但是分離的核心元件由石英毛細管變成了平板玻璃、石英、塑料等芯片，其主體由線(毛細管)變成了面(芯片)，具有了很多常規毛細管電泳所不具有的特征，使得目前微流控芯片系統的研究仍然存在著很多挑戰。例如，如何在微米級通道網絡內有效驅動與控制微流體，自動實現芯片電泳的進樣操作；如何達到所需的靈敏度和相應速度等。在微流控芯片系統所需的功能單元中，進樣操作是實現芯片通道內流體驅動與控制的技術，也是滿足芯片電泳分離模式、分離過程及分離重現性的重要保證。常規壓力驅動流體通過微管道存在嚴重的局限性，以圓形管道為例，在圓管中流體流動的壓降ΔP與圓管半徑a的4次方成反比，當直徑減小一半時，驅動流體的泵功率需要提高16倍；而且，在微系統條件下，表面張力的影響變得十分明顯。因此，在技術意義上，常規流體體積流動的壓力驅動方法在微管道中是不可行的。目前，有多種微型機械泵能夠以最小的脈動來驅動與芯片匹配的低流量流體，但這些微泵或者機械結構復雜，或者加工難度大，使其與微閥難以集成在芯片上，其效果和靈活性難以令人滿意。然而，非機械的基于電滲流(EOF)原理的電驅動在微分析系統中獲得了越來越廣泛的應用，因為電滲驅動可以實現無閥無機械部件的直接液流驅動，且液體流動無脈動、流量適中、易于集成，這常常是驅動極小管道中流體的最為有效方法。由于芯片電泳是在具有立體結構特征微小芯片上進行的，芯片上的多條微米級分離分析通道要求納升級甚至皮升級樣品規模上的分析，因而具有一些特殊操作要求。例如，為了完成充樣、注樣與分離等芯片電泳過程中的進樣操作，要求流體在多個微通道間的流速、流向可控。要在這樣的通道內實現對流體驅動與控制的自動化操作，最方便的途徑是通過電滲流調控流體的流速和流向，這顯然對作為電滲驅動源的外加電壓(電場)及其控制技術提出了很高的要求，因此，能自動調節芯片各貯液池外加電壓的電驅動進樣裝置(一般為四路輸出高壓)十分必要。在與芯片電泳適配的多種檢測技術中，基于表面活性的電化學安培檢測是一類非常重要的檢測方式。因為其檢測信號的靈敏度并不會因微通道幾何尺度的減小而降低，且可與先進的微加工、微制作技術匹配，具有構成微型和便攜的潛力。目前，在芯片電泳電化學安培檢測系統中，由于電驅動進樣過程中電泳分離高壓與檢測電極系統的電耦合作用，存在分離電壓對檢測電極的干擾，常常會造成電極電位失控，導致檢測性能降低甚至失敗，并有可能導致電化學檢測系統的損壞。為減小分離高壓對檢測系統的干擾，芯片電泳電化學安培檢測仍沿用毛細管電泳電化學檢測方法一即柱端檢測和離柱檢測。柱端安培檢測模式是用分離電壓和電流的未端與電極系統的對電極接地來降低干擾；但該檢測模式存在死體積問題，并且集成化電極一旦鈍化后不易清洗或更換。所謂離柱式安培檢測，是將整根毛細管被分成分離毛細管和檢測毛細管兩部分，通過導電接口使分離電壓在分離毛細管的末端接地，使電泳電流不通過檢測毛細管來減小干擾(Wu，C.C.；.Wu，R.G.；Huang，J.G.；Lin，Y.C.；Chang，H.C.Three-electrode electrochemical detector and platinum film decouplerintegrated with a capillary electrophoresis microchip for amperometricdetection.Anal.Chem.，2003，75947-952.)；該檢測模式存在接口和超微電極制作困難、區帶增寬效應等問題。最為關鍵的是，現有芯片電泳電化學安培檢測系統中的電動進樣裝置不能隔離電泳分離高壓與檢測電極系統的電耦合作用，消除分離電壓對檢測電極系統的干擾，使得目前芯片電泳電化學安培檢測只能采用簡單電動進樣模式，而無法使用夾流電動進樣模式，以防止試樣的擴散和泄漏。
技術實現思路
本專利技術的目的旨在克服現有技術的不足，提供一種能夠用于電脫耦合芯片電泳電化學安培檢測系統的智能電動進樣裝置。該裝置不僅能自動實現芯片電泳的電動進樣，而且能夠隔離分離高壓與檢測電極系統的電耦合作用(電脫耦合)，消除分離電壓對檢測電極系統的干擾，以滿足芯片電泳柱上或柱端電化學安培檢測的進樣要求。本專利技術的設計路線由于芯片進樣結構的設計大都來源于分離通道和進樣通道相互交錯所形成的“十字”或“雙T”結構。因此，本專利技術所述芯片為四貯液池的“十字”或“雙T”等結構形式。根據電滲理論，當芯片通道內充滿中性或堿性電解質溶液并對芯片貯液池(S，B，SW，BW)施加電壓(VS，VB，VSW，VBW)。在外加電壓(電場)作用下，每個通道中電滲流速度vieo和試樣電遷移速度vi與貯液池外加電壓的關系分別表示為vieo=μeoEi=μeo(Vi-VC)Li---(1)]]>vi=(μeo+μep)Ei=(μeo+μep)(Vi-VC)Li---(2)]]>式中vieo為每個通道電滲流速度，Ei為每個通道外加電場強度，μeo為電解質溶液的電滲淌度，Vi為每個通道外加電壓，VC為芯片交叉點處電壓(可根據芯片的具體結構有理論和測試求得)，vi為試樣電遷移速度，μep為試樣的電泳淌度，Li為每個貯液池到交叉點的長度，i為貯液池S，B，SW，BW。需要說明的是，vi、vieof和Ei均為矢量。在玻璃基片上，電滲流方向與電流方向一致，且當pH＞7.0時，μeo一般顯著大于μep，在這樣的前提下，試樣流速近似于電滲流速度。因此，通過調節各貯液池的外加電壓(VS，VB，VSW，VBW)可以調控芯片各通道內流體的流速和流向。本專利技術將“電滲驅動原理、芯片電泳電化學檢測方法、單片微處理器控制技術和RS232串口通訊、數模轉換器(D/A)、運算放大器、隔離式DC-DC高壓模塊、光電耦合、達林頓驅動器、“接地/懸空”轉換高壓繼電器、模數轉換器(A/D)、總線驅動器、四或非門、看門狗監測、過流保護等集成電路”組合在一起，構成四路(獨立)0～5000V智能可控的浮地電壓輸出。每路電極浮地電壓的輸出模式為“懸空/斷開、接通、接地”，電極電壓的輸出模式和運行時間由作為控制核心的單片微處理器聯合上位計算機本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于電脫耦合芯片電泳的智能電動進樣裝置，其特征是單片微處理器與ＰＣ機之間通過ＲＳ２３２串口構成雙向數據通訊回路；單片微處理器與Ｄ／Ａ數模轉換器、運算放大器、隔離式ＤＣ－ＤＣ高壓模塊、“接地／懸空”轉換高壓繼電器的切換觸電依次連接構成電壓輸出模式智能可控的四路浮地高壓；ＤＣ－ＤＣ高壓模塊輸出電壓／電流的監測量與單片微處理器之間連接有Ａ／Ｄ模數轉換器、總線驅動器；“接地／懸空”轉換高壓繼電器的線圈供電與單片微處理器之間連接有光電耦合、達林頓驅動器和過流保護繼電器；看門狗監測電路構成對單片微處理器工作狀態的監控和保護。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李清嶺，唐波，公曉聰，劉新，李洪民，陳蓁蓁，
申請(專利權)人：山東師范大學，
類型：發明
國別省市：88
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