RU203940U1 - ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS - Google Patents
ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS Download PDFInfo
- Publication number
- RU203940U1 RU203940U1 RU2020144315U RU2020144315U RU203940U1 RU 203940 U1 RU203940 U1 RU 203940U1 RU 2020144315 U RU2020144315 U RU 2020144315U RU 2020144315 U RU2020144315 U RU 2020144315U RU 203940 U1 RU203940 U1 RU 203940U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- chip
- board
- wells
- microchannel
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 claims abstract description 9
- QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N copper gold Chemical compound [Cu].[Au] QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011093 chipboard Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 3
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000000996 L-ascorbic acids Chemical class 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 2
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 2
- 150000001559 benzoic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 235000010199 sorbic acid Nutrition 0.000 description 2
- 150000003398 sorbic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000012899 standard injection Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 1H-benzimidazole Chemical compound C1=CC=C2NC=NC2=C1 HYZJCKYKOHLVJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000007265 Myrrhis odorata Nutrition 0.000 description 1
- 240000004760 Pimpinella anisum Species 0.000 description 1
- 235000012550 Pimpinella anisum Nutrition 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015197 apple juice Nutrition 0.000 description 1
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001767 cationic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001411 inorganic cation Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004226 microchip electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/447—Systems using electrophoresis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области микрофлюидной технологии, в частности к электрофоретическому чипу для экспресс-анализа органических и неорганических частиц в мобильных пунктах экологического контроля, полевых сельскохозяйственных лабораториях, предприятиях пищевой промышленности.Электрофоретический чип для экспресс-анализа, имеющий форму параллелепипеда, лунки для проб и лунку сброса, объединенные между собой микроканалом, два электрода детектора вблизи лунки сброса, отличающийся тем, что основа электрофоретического чипа представлена боросиликатным предметным стеклом для микроскопии со шлифованными краями, на которое ламинатором нанесен слой пленочного фоторезиста, в котором методом фотолитографии созданы пять лунок для проб, лунка сброса и объединяющий их микроканал с прямоугольным сечением, имеющим в средней части извитую форму; поверх слоя пленочного фоторезиста приклеена двусторонняя ПЭТ-лента с перфорациями, соответствующими по диаметру лункам; к ПЭТ-ленте силиконовым адгезивом фиксирована текстолитовая плата, имеющая встроенные электроды детектора и соответствующие лункам сквозные отверстия с медно-золотым покрытием внутренних диаметров; внешние края отверстий не выступают за поверхность платы; внутренние диаметры лунок и отверстий платы соответствуют размеру стандартного наконечника инъекционного шприца; для соединения с мобильным управляющим устройством плата чипа имеет два медно-золотых контактных вывода электродов детектора, пять контактных площадок лунок для проб и контактную площадку лунки сброса. 1 ил.The utility model relates to the field of microfluidic technology, in particular to an electrophoretic chip for express analysis of organic and inorganic particles in mobile environmental control points, field agricultural laboratories, food industry enterprises. a discharge well, interconnected by a microchannel, two detector electrodes near the discharge well, characterized in that the base of the electrophoretic chip is represented by a borosilicate microscope slide with ground edges, on which a layer of film photoresist is applied by a laminator, in which five sample wells are created by photolithography the hole of the discharge and the microchannel uniting them with a rectangular cross-section, having a crimped shape in the middle part; a double-sided PET tape with perforations corresponding to the diameter of the holes is glued on top of the layer of film photoresist; a textolite board is fixed to the PET tape with silicone adhesive, which has built-in detector electrodes and through holes corresponding to the holes with a copper-gold coating of inner diameters; the outer edges of the holes do not protrude beyond the surface of the board; the internal diameters of the wells and holes of the board correspond to the size of a standard tip of an injection syringe; for connection to the mobile control device, the chip board has two copper-gold pins of the detector electrodes, five pads for sample wells and a pad for a reset well. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к области микрофлюидной технологии, в частности к электрофоретическому чипу для экспресс-анализа органических и неорганических частиц в мобильных пунктах экологического контроля, полевых сельскохозяйственных лабораториях, предприятиях пищевой промышленности.The utility model relates to the field of microfluidic technology, in particular to an electrophoretic chip for express analysis of organic and inorganic particles in mobile environmental control points, field agricultural laboratories, food industry enterprises.
В настоящее время на рынке известно немало устройств, использующих чипы для электрофореза, которые обеспечивают необходимую степень разделения пробы и детектирования. Условно их можно разделить на две группы.Currently, there are many devices on the market that use electrophoresis chips that provide the required degree of sample separation and detection. They can be conditionally divided into two groups.
Первая из них основана на электрофоретическом анализе катионов и анионов, а также органических молекул с использованием емкостно-связанной бесконтактной схемы обнаружения проводимости. Например, система электрофореза «ChipGenie Edition Е», в основе которого лежит электрофорез на чипе, производства «microfluidic ChipShop GmbH» [1], представляет собой единое устройство, состоящие из биполярного источника питания, высокочастотного генератора и управляющего устройства, тогда как чип представляет собой цельное изделие из полиметилметакрилата (ПММА) с лунками, микроканалом и парой электродов детектора.The first is based on the electrophoretic analysis of cations and anions as well as organic molecules using a capacitively coupled non-contact conductivity detection circuit. For example, the electrophoresis system "ChipGenie Edition E", which is based on electrophoresis on a chip, manufactured by "microfluidic ChipShop GmbH" [1], is a single device consisting of a bipolar power supply, a high-frequency generator and a control device, while the chip is one piece polymethyl methacrylate (PMMA) with wells, microchannel and a pair of detector electrodes.
Устройство в компоновке «все-в-одном» удобно для пользователя, однако, производитель заявляет одноразовое использование своих чипов, что делает пользователя зависимым от постоянных поставок и создает трудности для утилизации ПММА в местах использования системы. Более того, существуют трудности с химической модификацией ПММА, что осложняет инвертирование электроосмотического потока в микроканале чипа.The all-in-one device is user-friendly, however, the manufacturer claims that its chips are disposable, which makes the user dependent on a constant supply and makes it difficult to dispose of PMMA at the point of use of the system. Moreover, there are difficulties with the chemical modification of PMMA, which complicates the inversion of the electroosmotic flow in the microchannel of the chip.
На рынке так же представлена система ER455 производства компании eDAQ [2], представляющую собой по сути набор устройств в отдельных корпусах таких как система сбора данных, источник высокого напряжения, платформа для электрофореза, а также стеклянные чипы производства компании «Micronit microfluidics» [3].The ER455 system manufactured by eDAQ [2] is also presented on the market, which is essentially a set of devices in separate cases such as a data acquisition system, a high voltage source, an electrophoresis platform, as well as glass chips manufactured by Micronit microfluidics [3] ...
Особенностью чипов является треугольная форма лунок, что по заявлению изготовителя приводит к уменьшению количества пузырьков воздуха в лунках. Однако, подобная форма также приводит к затруднениям при заправке и очистке лунок, так как поперечное сечение наконечника стандартного инъекционного шприца представляет собой окружность. Так же необходимо отметить, что такая дискретность оборудования приводит к усложнению процесса использования системы конечным пользователем, а также к увеличению занимаемого пространства.A feature of the chips is the triangular shape of the wells, which, according to the manufacturer, leads to a decrease in the number of air bubbles in the wells. However, this shape also leads to difficulties in filling and cleaning the wells, since the cross-section of the tip of a standard injection syringe is circular. It should also be noted that such discreteness of the equipment leads to the complication of the process of using the system by the end user, as well as to an increase in the occupied space.
Недостатки являются критическими для мобильных пунктов. К тому же производителем предполагается использование в чипах стандартных калибровочных растворов и рабочих буферов их собственного производства, что неизбежно ведет к увеличению стоимости анализов, сама система и отдельные чипы для нее при этом являются крайне дорогостоящими.Disadvantages are critical for mobile items. In addition, the manufacturer intends to use standard calibration solutions and working buffers of their own production in the chips, which inevitably leads to an increase in the cost of analyzes; the system itself and individual chips for it are extremely expensive.
Вторая группа представлена устройствами с использованием оптического детектирования. Известна система Bioanalyzer 2100 [4] производства корпорации «Agilent Technologies Inc.» для анализа ДНК, РНК, белков и клеток, в основе которой лежит применение готовых чипов, заполненных агарозным гелем. Движение фрагментов ДНК в канале-капилляре чипа, как и в "классической" методике, происходит под действием тока. Система состоит из станции подготовки чипов, устройства перемешивания и программного обеспечения для управляющего устройства.The second group is represented by devices using optical detection. Known system Bioanalyzer 2100 [4] produced by the corporation "Agilent Technologies Inc." for the analysis of DNA, RNA, proteins and cells, which is based on the use of ready-made chips filled with agarose gel. The movement of DNA fragments in the channel-capillary of the chip, as in the "classical" technique, occurs under the action of a current. The system consists of a chip preparation station, mixing device and control software.
Система позволяет анализировать одновременно 12 образцов на одном чипе, однако, любой анализ, независимо от количества загруженных образцов, занимает 25-45 минут, более того, отсутствует возможность обнаруживать неорганические частицы в пробе. Чип представляет собой многоразовый картридж со съемным 16-контактным электродом. Очистка и перезаправка картриджа агарозным гелем происходит с помощью специальной установки, что усложняет конструкцию, увеличивает количество деталей способных выходить из строя и повышает цену изделия.The system allows you to simultaneously analyze 12 samples on one chip, however, any analysis, regardless of the number of loaded samples, takes 25-45 minutes, moreover, there is no possibility to detect inorganic particles in the sample. The chip is a reusable cartridge with a removable 16-pin electrode. Cleaning and refilling the cartridge with agarose gel is carried out using a special installation, which complicates the design, increases the number of parts that can fail and increases the price of the product.
К тому же, производителем не учитывается время подготовки геля к исследованию, его относительно короткое время жизни и высокая стоимость.In addition, the manufacturer does not take into account the preparation time of the gel for research, its relatively short lifetime and high cost.
Еще одним представителем систем электрофореза на чипе является аппарат МСЕ-202 MultiNA производства Shimadzu Corporation [5]. Система представляет собой находящиеся в одном корпусе источник питания, генератор высокого напряжения, высокочувствительный оптический детектор, штатив для одновременной загрузки до 108 образцов и 4 чипов, автоматическую систему инжектирования проб и очистки чипов. Подобная конструкция позволяет несколько уменьшить занимаемый прибором объем и снизить количество выполняемых оператором манипуляций, однако сводит на нет мобильность системы (вес 43 кг). Чип изготовлен из кварца высокой чистоты, включает интегрированные платиновые электроды и микроемкости для автоматической загрузки образца и реагентов.Another representative of on-chip electrophoresis systems is the MCE-202 MultiNA apparatus manufactured by Shimadzu Corporation [5]. The system consists of a power supply, a high voltage generator, a high-sensitivity optical detector, a rack for simultaneous loading of up to 108 samples and 4 chips, an automatic sample injection and chip cleaning system located in one case. This design makes it possible to somewhat reduce the volume occupied by the device and reduce the number of manipulations performed by the operator, however, it negates the mobility of the system (weight 43 kg). The chip is made of high purity quartz, includes integrated platinum electrodes and microcapacities for automatic loading of the sample and reagents.
К недостаткам можно отнести способность системы анализировать только ДНК и РНК, необходимость использовать в чипах набор специфических для каждого типа анализа окрашивающих веществ, и реактивы для очистки микроканала чипа от адсорбированных на поверхности компонентов красителя, что сильно повышает стоимость анализов.The disadvantages include the ability of the system to analyze only DNA and RNA, the need to use a set of staining substances specific for each type of analysis in chips, and reagents for cleaning the microchannel of the chip from the dye components adsorbed on the surface, which greatly increases the cost of analyzes.
Использование известных электрофоретических чипов приводит оператора к необходимости дополнительно приобретать специфические реагенты для заправки или очистки микроканалов чипа. Применение более легких в обработке новых полимерных материалов ведет к сложностям по их химической модификации и последующей утилизации по сравнению со стеклом. Необходимость задействовать для операций с чипами дополнительные устройства в роде автоматических насосов и специальных станций, а также дискретность аппаратуры создает трудности для пользователя и снижает общую надежность системы. Сами импортные приборы электрофореза на чипе является крайне дорогостоящими.The use of known electrophoretic chips leads the operator to the need to additionally purchase specific reagents for filling or cleaning the microchannels of the chip. The use of new polymer materials, which are easier to process, leads to difficulties in their chemical modification and subsequent disposal in comparison with glass. The need to use additional devices such as automatic pumps and special stations for operations with chips, as well as the discreteness of the equipment, creates difficulties for the user and reduces the overall reliability of the system. The imported devices for on-chip electrophoresis are extremely expensive.
Известно устройство для обнаружения ионов методом капиллярного электрофореза [1], состоящее из электрофоретического чипа и управляющего устройства. Чип в виде параллелепипеда имеет выступающие за поверхность чипа три лунки для проб и лунку сброса, соединяющий их прямой микроканал и два электрода детектора вблизи лунки сброса. Чип выполнен из ПММА. Электроды выполнены из тонких пленок титана и золота. Недостатками являются невозможность последующей переработки чипов для новых исследований вследствие их неразборности, трудности с вторичным использованием ПММА, трудности с химической модификацией поверхности микроканала для инвертирования электроосмотического потока, расположение цилиндров лунок, выступающих за пределы поверхности чипа, что может привести к их откалыванию при неаккуратной заправке и, как следствие, к разлитию пробы. Это устройство взято нами за прототип.Known device for detecting ions by capillary electrophoresis [1], consisting of an electrophoretic chip and a control device. The parallelepiped-shaped chip has three sample wells protruding beyond the surface of the chip and a discharge well, a direct microchannel connecting them and two detector electrodes near the discharge well. The chip is made of PMMA. The electrodes are made of thin films of titanium and gold. The disadvantages are the impossibility of subsequent processing of chips for new studies due to their non-separability, difficulties with the secondary use of PMMA, difficulties with chemical modification of the microchannel surface for inverting the electroosmotic flow, the arrangement of well cylinders protruding beyond the chip surface, which can lead to their chipping off during inaccurate refueling and as a consequence, to sample spillage. We have taken this device as a prototype.
Техническим результатом полезной модели, является создание разборного электрофоретического чипа для экспресс-анализа органических и неорганических частиц в мобильных управляющих устройствах.The technical result of the utility model is the creation of a collapsible electrophoretic chip for express analysis of organic and inorganic particles in mobile control devices.
Этот результат достигается тем, что основа электрофоретического чипа представлена боросиликатным предметным стеклом для микроскопии со шлифованными краями, на которое ламинатором нанесен слой пленочного фоторезиста, в котором методом фотолитографии созданы пять лунок для проб, лунка сброса и объединяющий их микроканал с прямоугольным сечением, имеющий в средней части извитую форму; поверх слоя пленочного фоторезиста приклеена двусторонняя ПЭТ-лента с перфорациями, соответствующими по диаметру лункам; к ПЭТ-ленте силиконовым адгезивом фиксирована текстолитовая плата, имеющая встроенные электроды детектора и соответствующие лункам сквозные отверстия с медно-золотым покрытием внутренних диаметров; внешние края отверстий не выступают за поверхность платы; внутренние диаметры лунок и отверстий платы соответствуют размеру стандартного наконечника инъекционного шприца; для соединения с мобильным управляющим устройством плата чипа имеет два медно-золотых контактных вывода электродов детектора, пять контактных площадок лунок для проб и контактную площадку лунки сброса.This result is achieved by the fact that the base of the electrophoretic chip is represented by a borosilicate microscope slide for microscopy with ground edges, on which a film photoresist layer is applied by a laminator, in which five wells for samples are created by photolithography, a discharge well and a microchannel that combines them with a rectangular cross-section, having in the middle parts of a crimped shape; a double-sided PET tape with perforations corresponding to the diameter of the holes is glued on top of the film photoresist layer; a textolite board is fixed to the PET tape with silicone adhesive, which has built-in detector electrodes and through holes corresponding to the holes with a copper-gold coating of inner diameters; the outer edges of the holes do not protrude beyond the surface of the board; the internal diameters of the wells and holes of the board correspond to the size of a standard tip of an injection syringe; for connection to the mobile control device, the chip board has two copper-gold pins of the detector electrodes, five pads of the sample wells and a contact pad of the reset well.
Боросиликатное предметное стекло для микроскопии со шлифованными краями позволяет обеспечить инертность дна микроканала к буферному раствору, простоту инвертирования электроосмотического потока в микроканале. Данное стекло более стойко к механическим повреждениям, чем обычное, что позволяет использовать его многократно. Является широко распространенным материалом удобным в обращении.Borosilicate microscopy slide with ground edges allows the bottom of the microchannel to be inert to the buffer solution, and to easily invert the electroosmotic flow in the microchannel. This glass is more resistant to mechanical damage than ordinary glass, which allows it to be used many times. It is a widespread material and easy to handle.
Пленочный фоторезист дает возможность легко сформировать необходимое количество лунок и микроканал различной длины и формы. Наличие пяти лунок для проб позволяет провести на одном чипе до трех параллельных анализов. Извитая в средней части форма микроканала позволяет увеличить степень разделения пробы и упростить тем самым детектирование. Микроканал с прямоугольным сечением позволяет добиться высокого отношения общей площади внутренней поверхности к его общей длине, что позволяет увеличить степень разделения и способствует быстроте выполнения анализа.Film photoresist makes it possible to easily form the required number of wells and a microchannel of various lengths and shapes. Five sample wells allow up to three parallel analyzes on a single chip. The shape of the microchannel, twisted in the middle part, makes it possible to increase the degree of sample separation and thereby simplify the detection. A microchannel with a rectangular cross-section allows a high ratio of the total internal surface area to its total length, which increases the degree of separation and contributes to the speed of analysis.
Полоса двусторонней клейкой ПЭТ-ленты защищает микроканал и лунки от попадания в них силиконового адгезива, который, в свою очередь, обеспечивает герметичность конструкции и позволяет сделать электрофоретический чип разборным.A strip of double-sided adhesive PET tape protects the microchannel and wells from getting into them with silicone adhesive, which, in turn, ensures the tightness of the structure and allows the electrophoretic chip to be collapsible.
Текстолитовая плата обладает хорошими изоляционными свойствами, легко обрабатывается, что позволяет использовать уже готовые платы. Медно-золотое покрытие элементов отвечает требованиям химической инертности и стабильности при хранении и проведении анализа. Чип изготавливают без выступающих частей, которые могут быть повреждены. Внутренний диаметр лунок и соответствующих отверстий в плате отвечает размеру стандартного наконечника инъекционного шприца, что делает чип удобным для обращения в любой лаборатории.The textolite board has good insulating properties, is easy to process, which allows the use of ready-made boards. The copper-gold plating of the elements meets the requirements of chemical inertness and stability during storage and analysis. The chip is made without protruding parts that can be damaged. The internal diameter of the wells and the corresponding holes in the board correspond to the size of a standard injection syringe tip, making the chip convenient for handling in any laboratory.
Полезная модель поясняется графическим материалом. На фигуре 1 изображена схема чипа. На фигуре 2 изображена фотография чипа, вид сверху. Изображены боросиликатное предметное стекло 1 для микроскопии со шлифованными краями с нанесенным на него слоем пленочного фоторезиста 2, в котором сформированы лунки 3 для проб, лунка 4 сброса, которые связаны между собой микроканалом 5 имеющим в средней части извитую форму, ПЭТ-лента 6, силиконовый адгезив 7, текстолитовая плата 8 с контактными выводами 9 электродов детектора 10 и сквозными отверстиями 11, соответствующими лункам 3 и 4. Контактные площадки 12 лунок 3 для проб, контактная площадка 13 лунки 4 сброса.The utility model is illustrated by graphic material. Figure 1 shows a schematic of the chip. Figure 2 shows a photograph of the chip, top view. Shown is a borosilicate
Электрофоретический чип для экспресс-анализа изготавливают следующим образом. На чистое обезжиренное боросиликатное предметное стекло для микроскопии со шлифованными краями с помощью ламинатора без нагрева наносят слой пленочного фоторезиста, выдерживают его в темноте до полного прилегания. В фоторезисте методом фотолитографии создают пять лунок для проб, лунку сброса и объединяющий их микроканал, имеющий прямоугольное сечение и в средней части извитую форму. Выдерживают полученную заготовку при 140°С до полного затвердевания фоторезиста. На фоторезист приклеивают двустороннюю ПЭТ-ленту с перфорациями, соответствующими по диаметру лункам. На чистую обезжиренную текстолитовую плату, содержащую шесть соответствующих лункам отверстий с медно-золотым покрытием внутренних диаметров, пять контактных площадок лунок для проб, контактную площадку лунки сброса, два электрода детектора и два контактных вывода электродов детектора, наносят силиконовый адгезив и при помощи ракеля распределяют его до достижения однородности поверхности. Соединяют полученные части электрофоретического чипа путем контакта силиконового адгезива нанесенного на текстолитовую плату и наружной поверхности ПЭТ-ленты. Удерживают части чипа струбцинами и помещают его в вакуумную камеру для удаления микропузырьков воздуха. При необходимости остатки адгезива удаляют из лунок скальпелем.An electrophoretic chip for express analysis is manufactured as follows. On a clean degreased borosilicate microscope slide with polished edges using a laminator without heating, a layer of film photoresist is applied, kept in the dark until it adheres completely. In the photoresist by photolithography, five sample wells, a discharge well and a microchannel that combines them, having a rectangular cross section and a crimped shape in the middle part, are created by photolithography. Maintain the resulting workpiece at 140 ° C until the photoresist is completely solidified. A double-sided PET tape with perforations corresponding to the diameter of the holes is glued to the photoresist. Silicone adhesive is applied to a clean, grease-free textolite board containing six holes corresponding to the holes with copper-gold plated inner diameters, five contact pads for sample wells, a contact pad for a reset hole, two detector electrodes and two contact leads of the detector electrodes, apply silicone adhesive and use a squeegee to distribute it until the surface is uniform. The obtained parts of the electrophoretic chip are connected by contacting the silicone adhesive applied to the textolite board and the outer surface of the PET tape. Hold the parts of the chip with clamps and place it in a vacuum chamber to remove air microbubbles. If necessary, remove adhesive residues from the wells with a scalpel.
Электрофоретический чип для экспресс-анализа используют следующим образом. Предварительно чип заполняют раствором рабочего буфера через лунку сброса пробы, используя инъекционный шприц без иглы. Чип устанавливают в мобильное управляющее устройство отверстиями платы вверх. Подключение контактных выводов электродов детектора, контактных площадок лунок для проб и контактной площадки лунки сброса чипа к управляющему устройству осуществляют через игольчатые коннекторы электродов в крышке управляющего устройства. На управляющем устройстве задают режим термостатирования для приведения микроканала чипа в кондиционное состояние. Открывают крышку управляющего устройства, удаляют рабочий буфер из лунок шприцем и по каплям прибавляют новый. При необходимости процедуру можно проводить многократно. Осуществляют калибровку.An electrophoretic chip for express analysis is used as follows. The chip is pre-filled with a working buffer solution through the sample dropping well using an injection syringe without a needle. The chip is installed in the mobile control device with the board holes facing up. The connection of the contact leads of the detector electrodes, the contact areas of the sample wells and the contact area of the chip dump well to the control device is carried out through the needle connectors of the electrodes in the cover of the control device. A thermostating mode is set on the control device to bring the microchannel of the chip into a conditioned state. Open the cover of the control device, remove the working buffer from the wells with a syringe, and add a new one drop by drop. If necessary, the procedure can be carried out multiple times. Calibration is carried out.
Аликвоту калибровочного раствора, разведенную в рабочем буфере, тщательно перемешивают перед использованием и вносят в одну из лунок для проб. Закрывают крышку управляющего устройства. На управляющем устройстве задают режим инжекции в зависимости от типа аналита. Проводят анализ инжектированной пробы. Для этого задают режим разделения. На основании полученной электрофореграммы проводят более точную настройку управляющего устройства, замену рабочего буфера на новый. Проводят непосредственно анализ интересующей пробы, используя одну из свободных лунок для проб. Последовательность действий и рабочие режимы те же, что и при калибровке. Оставшиеся лунки для проб могут быть использованы для параллельного анализа. В процессе разделения поддерживают постоянные значения прикладываемого тока и напряжения.An aliquot of the calibration solution diluted in working buffer is thoroughly mixed before use and added to one of the sample wells. Close the cover of the control device. The injection mode is set on the control device depending on the type of analyte. The injected sample is analyzed. To do this, set the split mode. On the basis of the obtained electropherogram, a more precise adjustment of the control device is carried out, and the working buffer is replaced with a new one. Analyze the sample of interest directly using one of the free sample wells. The sequence of operations and operating modes are the same as for calibration. The remaining sample wells can be used for parallel analysis. During separation, the applied current and voltage are kept constant.
Разбирают чип следующим образом. После проведения анализа его нагревают в токе воздуха и с помощью бритвенного лезвия разрезают слой силиконового адгезива, разделяя тем самым чип на две части. Боросиликатное стекло очищают от остатков пленочного фоторезиста и ПЭТ-ленты выдерживанием в емкости с водным аммиаком. Текстолитовую плату очищают от остатков пленок и адгезива ватой в спирте. Боросиликатное стекло для микроскопии и текстолитовую плату после разбора чипа можно использовать многократно, а микроканал при необходимости можно очистить деионизированной водой и растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, что освобождает пользователя от необходимости применять специфические дорогостоящие реагенты.Disassemble the chip as follows. After analysis, it is heated in a stream of air and the silicone adhesive is cut with a razor blade, thereby dividing the chip into two parts. Borosilicate glass is cleaned from the remnants of film photoresist and PET tape by keeping it in a container with aqueous ammonia. The textolite board is cleaned from the remnants of films and adhesive with cotton wool in alcohol. Borosilicate glass for microscopy and a textolite board can be reused after the chip is disassembled, and the microchannel, if necessary, can be cleaned with deionized water and solutions of hydrochloric acid and sodium hydroxide, which frees the user from the need to use specific expensive reagents.
Использование устройства поясняется примерами.The use of the device is illustrated by examples.
Пример 1. Чип использовали для экспресс-анализа неорганических катионов в свежевыжатом соке из яблока (сорт Анис). В качестве рабочего буфера использовали 6 мМ раствор бензимидазола и 2.5 мМ винной кислоты, разбавление 1:10. Напряжение инжекции 2 кВ, время инжекции 15 с, напряжение разделения 2.5 кВ, время разделения 3 минуты. В качестве калибровочного раствора использовали 5 мМ раствор хлорида калия. В результате исследования нами была получена электрофореграмма содержания катионов в пробе: калий 541.7 мг/л, натрий 18.6 мг/л, магний 23.4 мг/л, кальций 33.2 мг/л. После проведения анализа электрофоретический чип разбирали. Боросиликатное стекло для микроскопии со шлифованными краями и текстолитовую плату использовали повторно для создания нового чипа и проведения следующего анализа.Example 1. The chip was used for the express analysis of inorganic cations in freshly squeezed apple juice (variety Anise). A 6 mM solution of benzimidazole and 2.5 mM tartaric acid, dilution 1:10, was used as a working buffer.
Пример 2. Чип с переработанными компонентами из Примера 1 использовали для анализа органических анионов модельного раствора трех органических кислот. В качестве рабочего буфера использовали 10 мМ раствор тетрабората натрия, разбавление 1:10. Напряжение инжекции 2 кВ, время инжекции 15 с, напряжение разделения 3 кВ, время разделения 2 минуты. В качестве калибровочного раствора использовали 5 мМ раствор аскорбиновой, сорбиновой и бензойной кислот. В результате была получена электрфореграмма содержания в аналите анионов аскорбиновой, сорбиновой и бензойной кислот.Example 2. A chip with processed components from Example 1 was used to analyze organic anions of a model solution of three organic acids. A 10 mM sodium tetraborate solution, dilution 1:10, was used as a working buffer.
Электрофоретический чип может быть использован в исследовательских лабораториях для определения содержания органических и неорганических компонентов в пробах.The electrophoretic chip can be used in research laboratories to determine the content of organic and inorganic components in samples.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1) Система электрофореза «ChipGenie Edition Е» производства «microfluidic ChipShop GmbH» [inquiries@microfluidic-ChipShop.com; https://www.microfluidic-chipshop.com/wp-content/uploads/2019/10/Lab-on-a-Chip-Catalogue-10-2019.pdf]. 2019 год.1) Electrophoresis system "ChipGenie Edition E" manufactured by "microfluidic ChipShop GmbH" [inquiries@microfluidic-ChipShop.com; https://www.microfluidic-chipshop.com/wp-content/uploads/2019/10/Lab-on-a-Chip-Catalogue-10-2019.pdf]. 2019 year.
2) Система электрофореза ER 455 производства eDAQ Pty Ltd [info@edaq.com; https://www.edaq.com/ER4551. 2018 год.2) Electrophoresis system ER 455 manufactured by eDAQ Pty Ltd [info@edaq.com; https://www.edaq.com/ER4551. 2018 year.
3) Чипы для электрофореза ЕТ190-2 и ЕТ145-4 производства «Micronit Microfluidics» [miproto@micronit.com; https://store.micronit.com/microfluidic-chips]. 2017 год.3) Chips for electrophoresis ET190-2 and ET145-4 manufactured by Micronit Microfluidics [miproto@micronit.com; https://store.micronit.com/microfluidic-chips]. 2017 year.
4) Система капиллярного электрофореза Agilent Bioanalyzer 2100 производства Agilent Technologies [agilentRU@agilent.com:https://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalvzer-svstems/bioanalvzer-instrument/2100-bioanalyzer-instrument-2282501.2020 год.4) Agilent Bioanalyzer 2100 Capillary Electrophoresis System from Agilent Technologies 2282501.2020 year.
5) Система микрочипового электрофореза для исследования нуклеиновых кислот МСЕ-202 MultiNA производства корпорации Shimadzu [smo@shimadzu.ru; https://www.shimadzu.com/an/products/life-science-lab-instruments/dnarna-analvsis/mce/index.htmll. 2018 год.5) Microchip electrophoresis system for the study of nucleic acids MCE-202 MultiNA manufactured by Shimadzu Corporation [smo@shimadzu.ru; https://www.shimadzu.com/an/products/life-science-lab-instruments/dnarna-analvsis/mce/index.htmll. 2018 year.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144315U RU203940U1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144315U RU203940U1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU203940U1 true RU203940U1 (en) | 2021-04-28 |
Family
ID=75851093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020144315U RU203940U1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU203940U1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08233778A (en) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Shimadzu Corp | Capillary electrophoresis chip |
| JPH09304338A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Shimadzu Corp | Capillary electrophoresis chip |
| JP2003121414A (en) * | 2001-10-18 | 2003-04-23 | Brother Ind Ltd | Electrophoresis chip and method for producing the same |
| US6939454B2 (en) * | 2001-11-22 | 2005-09-06 | Shimadzu Corporation | Chip type electrophoresis device |
| RU2712610C2 (en) * | 2015-04-03 | 2020-01-29 | Эбботт Лэборетриз | Devices and methods for sample analysis |
| CN111141805A (en) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 北京博奥晶典生物技术有限公司 | Capillary electrophoresis chip filled with electrophoresis screening medium |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020144315U patent/RU203940U1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08233778A (en) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Shimadzu Corp | Capillary electrophoresis chip |
| JPH09304338A (en) * | 1996-05-09 | 1997-11-28 | Shimadzu Corp | Capillary electrophoresis chip |
| JP2003121414A (en) * | 2001-10-18 | 2003-04-23 | Brother Ind Ltd | Electrophoresis chip and method for producing the same |
| US6939454B2 (en) * | 2001-11-22 | 2005-09-06 | Shimadzu Corporation | Chip type electrophoresis device |
| RU2712610C2 (en) * | 2015-04-03 | 2020-01-29 | Эбботт Лэборетриз | Devices and methods for sample analysis |
| CN111141805A (en) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 北京博奥晶典生物技术有限公司 | Capillary electrophoresis chip filled with electrophoresis screening medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102206573B (en) | Automatic sample introduction device for microarray chip and automatic sample introduction hybridization microarray chip | |
| Liu et al. | Chemiluminescence detection for a microchip capillary electrophoresis system fabricated in poly (dimethylsiloxane) | |
| Yuan et al. | Sequential electrospray analysis using sharp-tip channels fabricated on a plastic chip | |
| JP4071907B2 (en) | Automatic nucleic acid testing equipment | |
| Gong et al. | On-line sample preconcentration using field-amplified stacking injection in microchip capillary electrophoresis | |
| CN101437616A (en) | Device and method for chemical, biochemical, biological and physical analysis, reaction, assay and more | |
| CN103394380A (en) | High-flux trace liquid sample distribution device and use method | |
| CN109590038B (en) | A submicron flow channel microfluidic chip and its manufacturing method | |
| US12280371B2 (en) | Detection chip and detection system | |
| Zhang et al. | Microfluidic picoliter-scale translational spontaneous sample introduction for high-speed capillary electrophoresis | |
| Chen et al. | Automated Instrumentation for Comprehensive Isotachophoresis− Capillary Zone Electrophoresis | |
| WO2016180086A1 (en) | Chip used for sample detection and packaging method therefor | |
| CN109813791B (en) | A microdroplet high-throughput electrochemical sensor based on micropillar array | |
| CN111617814A (en) | Microfluidic chip and detection method for survivable biological detection in water body | |
| JP4178653B2 (en) | Electrophoresis chip and method for producing the same, electrophoresis apparatus using the electrophoresis chip, and method for separating charged substance | |
| Gorbatsova et al. | Digital microfluidic sampler for a portable capillary electropherograph | |
| RU203940U1 (en) | ELECTROPHORETIC CHIP FOR EXPRESS ANALYSIS | |
| CN206591103U (en) | A kind of biochip of achievable PhastGel electrophoresis | |
| Ross et al. | Simple device for multiplexed electrophoretic separations using gradient elution moving boundary electrophoresis with channel current detection | |
| CN205556678U (en) | A single cell sorting device based on a microfluidic chip | |
| CN108636467B (en) | Graphene oxide nanosheet enhanced three-dimensional paper-based chip and application thereof | |
| Bidulock et al. | Improving chip‐to‐chip precision in disposable microchip capillary electrophoresis devices with internal standards | |
| CN211514564U (en) | An electrochemical detection device based on self-assembly technology and microfluidic chip technology | |
| JP5806548B2 (en) | Electrophoresis gel chip, method for producing the same, and kit for producing the same | |
| US8715558B2 (en) | Capillary electrophoresis chips |