本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光熱蒸發(fā)的微流控樣品濃縮裝置及使用方法；基于光熱蒸發(fā)的微流控樣品濃縮裝置，包括樣品溶液通道，其特征在于：樣品溶液通道的上方設(shè)置有多孔光熱蒸發(fā)層，多孔光熱蒸發(fā)層的上方設(shè)置有載氣通道，多孔光熱蒸發(fā)層的外側(cè)設(shè)置有光源；所述多孔光熱蒸發(fā)層由親水多孔光熱介質(zhì)層和疏水氣體擴(kuò)散層組成；所述親水多孔光熱介質(zhì)層對(duì)液體產(chǎn)生毛細(xì)抽吸力，使樣品溶液進(jìn)入親水多孔光熱介質(zhì)層，同時(shí)，親水多孔光熱介質(zhì)層吸收光源的入射光產(chǎn)生光熱效應(yīng)使樣品溶液吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生氣體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品溶液的蒸發(fā)濃縮；所述疏水氣體擴(kuò)散層為疏水結(jié)構(gòu)，位于親水多孔光熱介質(zhì)層上部；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在晶體提純、藥物合成、食品工程等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光熱蒸發(fā)的微流控樣品濃縮裝置及使用方法。

背景技術(shù)

微流控芯片由20世紀(jì)90年代在分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)，作為分析系統(tǒng)、生物醫(yī)藥器件、化學(xué)及生物化學(xué)工具正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。微流控芯片以其極大的比表面積、極低的樣品需求量，實(shí)現(xiàn)了極高的分析效率，許多微流控芯片可在數(shù)秒至數(shù)十秒的時(shí)間內(nèi)，以遠(yuǎn)低于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室要求的樣品用量完成測(cè)定、分離或其他更復(fù)雜的操作，這是其他常規(guī)分析、檢測(cè)手段難以企及的。除此以外，與傳統(tǒng)的分析、檢測(cè)方法相比，微流控芯片還具有系統(tǒng)外部連接少，污染少，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、原位、連續(xù)檢測(cè)以及方便實(shí)現(xiàn)批量實(shí)驗(yàn)等一系列優(yōu)點(diǎn)，微流控芯片在未來(lái)的科學(xué)研究領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。

在生化檢測(cè)與化工合成過(guò)程中，樣品濃縮是一個(gè)重要的中間環(huán)節(jié)，對(duì)分析檢測(cè)、結(jié)晶提純、藥物合成、食品工程等領(lǐng)域至關(guān)重要，相關(guān)實(shí)際的應(yīng)用隨處可見(jiàn)：有研究人員表示，在利用NMR(核磁共振技術(shù))對(duì)600nL的人類(lèi)腦脊髓液進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，因極低的樣品質(zhì)量和設(shè)備對(duì)待測(cè)目標(biāo)存在一定的反應(yīng)時(shí)間，為了能夠檢測(cè)出1nM的代謝產(chǎn)物，研究人員起碼需要將樣品的濃度提升9倍并連續(xù)檢測(cè)18個(gè)小時(shí)——從中可以看出，針對(duì)許多特定的研究環(huán)境，極少的樣品含量、極低的樣品濃度給科學(xué)實(shí)驗(yàn)或工程實(shí)際造成很大的影響，而這又與微流控芯片的自身性能完美切合，“樣品濃縮”便成為了微流控芯片的一個(gè)重要用途。主要的樣品濃縮方式包括液相萃取、膜分離法、毛細(xì)電泳、蒸發(fā)濃縮等。其中，蒸發(fā)濃縮具有操作簡(jiǎn)單，普適性強(qiáng)，對(duì)外部輔助設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)，這極大地引起科研工作者們的興趣和研究熱情。

基于蒸發(fā)濃縮的微流控芯片的核心環(huán)節(jié)在于在微米尺度的流道或腔體內(nèi)對(duì)樣品溶劑組分進(jìn)行蒸發(fā)，目前蒸發(fā)濃縮的方式主要包括被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類(lèi)?；谡舭l(fā)濃縮的被動(dòng)式微流控芯片主要是使樣品溶液在在微通道中自然的蒸發(fā)，從而達(dá)到對(duì)樣品溶液的濃縮效果。雖然利用該技術(shù)的微流體分析方法相較于傳統(tǒng)分析方法有一定的優(yōu)越性，但其仍存在增發(fā)速率、濃縮速率較低的問(wèn)題，進(jìn)行推廣應(yīng)用的前景并不優(yōu)越。而基于蒸發(fā)濃縮的主動(dòng)式微流控芯片則主要通過(guò)氣相減壓、強(qiáng)制對(duì)流、電熱和光熱等方式實(shí)現(xiàn)樣品溶液的快速濃縮，具有很大的應(yīng)用前景。其中，氣相減壓的蒸發(fā)方式對(duì)微流控裝置氣密性及機(jī)械強(qiáng)度要求較高，多用于表面預(yù)處理、微加工等環(huán)節(jié)。強(qiáng)制對(duì)流的蒸發(fā)方式廣泛用于易揮發(fā)溶劑的去除，然而其應(yīng)用受到工質(zhì)本身物性限制，難以用于揮發(fā)性較低的工質(zhì)。隨著MEMS(Micro-Electromechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展，電熱蒸發(fā)與光熱蒸發(fā)成為最為廣泛應(yīng)用的主動(dòng)蒸發(fā)技術(shù)。電熱蒸發(fā)通過(guò)微加工手段在微流控裝置中嵌入電熱元件，通過(guò)電加熱方式對(duì)流體進(jìn)行蒸發(fā)，但其芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)加工成本較高。與電熱方式相比，光熱蒸發(fā)依靠光與流體間的光熱效應(yīng)，對(duì)流體進(jìn)行非接觸式加熱驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)過(guò)程，無(wú)需復(fù)雜的微加工技術(shù)與外部設(shè)備輔助。由于光在介質(zhì)中傳播速度快，且作用范圍精確可調(diào)，在微流控裝置中進(jìn)行流體加熱具有天然的反應(yīng)靈敏、局部可控的優(yōu)勢(shì)，從而獲得了研究者的廣泛關(guān)注。