采取钢模板和印刷电路板电极，避免了繁芜的光刻、金属沉积和溅射工艺，尽可能降落了制造本钱。通过电泳实验对微芯片的检测性能进行了评估。
结果显示出可接管的梯度和稳定的检测性能。还评估了插件构造带来的微通道层和电极层之间安装偏移的影响。只要将偏移掌握在合理的范围内，其对检测性能的影响是可以接管的。
微芯片电泳是一种非常有出息的方法，能够用最少量的剖析物进行快速剖析。与其他离子检测方法激光勾引击穿光谱和电感耦合等离子体质谱比较，ME不须要昂贵的设备和繁芜的机制，有望实现真正的便携性。
当在充满溶液的微通道两端施加电压时，溶液中的离子由于电渗流和电泳的浸染而移动并分离。通过不雅观察各种离子到达韶光的差异和检测到的旗子暗记强度，可以识别离子的种类和浓度。ME已经运用于环境检测、土壤养分检测、医学诊断和生物技能等多个领域。
创建这样的电泳微芯片一贯是一个热门的研究课题。电泳微芯片常日由两部分组成，即微通道层和电极层。为了制作微通道层，常日优先选择聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯等有机材料，由于这些材料具有易于靠近、易于制造和本钱低廉等优点。
然后利用标准光刻和随后的热压印工艺和粘合工艺来形成微通道层。这种制造过程既耗时又昂贵。热压工艺中利用的由SU8或PDMS制成的凸模板由于其材料强度和粘合强度较弱，寿命较短。
电极层的繁芜制造工艺是电泳微芯片面临的另一个不可避免的问题，乃至比微通道层的制造工艺更为繁芜。须要利用范例的光刻和金属沉积或溅射工艺来完成电极层的制造，并且常日会耗费贵金属如铂或金。
由于电极层的制造工艺繁芜，投入了大量的事情来办理这个问题。有些研究建议利用氧化铟锡镀膜玻璃来制作检测电极，以避免繁芜的电极制造过程。这些电极是通过在玻璃晶片上利用ITO涂层，并采取丝网印刷和蚀刻工艺制造的。
虽然这种方法降落了电极制造本钱并简化了电极制造工艺，但仍旧须要光刻和蚀刻工艺，因此仍旧较为繁芜。还有其他研究展示了用于电泳微芯片的“注入”金属电极。该方法在微通道层上制作了两个电极通道以及注入通道和分离通道。
然后将熔融镓注入电极通道中，在低于PMMA转变点但高于镓熔点的温度下完成注入。这种“注入”电极显著简化了电极制造过程，但仍旧须要光刻。
另一个电泳微芯片的致命毛病是其寿命较短、可掩护性较差。在利用过程中，微通道层常常会涌现堵塞或泄露的情形，特殊是纸基芯片的寿命更是短暂。
由于这些问题，电泳微芯片在许多实验室中仅能利用一次，寿命短和制造本钱高是其运用不广泛的紧张缘故原由。微通道层和电极层通过热粘合或等离子体粘合工艺结合在一起。
这意味着当微通道层发生问题时，全体微芯片，包括微通道层和电极层，都必须被丢弃，造成很大的摧残浪费蹂躏。
许多考试测验将电泳微芯片集成到实验室外可移动检测仪器中，以实现现场检测。当微芯片发生故障时，对付未经培训的用户来说，改换微芯片是一个寻衅，由于须要割断检测组件上的所有电路线并重新连接。
为理解决以上问题，在之前的研究根本上，提出了一种大规模利用的电泳微芯片，旨在以较低的制造和掩护本钱提高可掩护性。描述了一种插入式构造，将微通道层固定在夹具中。夹具被固定在印刷电路板板上，使得微通道层可以独立于电极层进行改换。
当微通道层涌现泄露或堵塞时，只需将其拔出并改换新的即可。这显著提高了可掩护性并降落了掩护本钱。还采取了多种方法来降落制造本钱并缩短制造韶光。还谈论了插入式构造的检测性能以及安装移位对其带来的影响。
材料与方法
实验中利用的试剂组氨酸、2-(N-吗啉代)乙磺酸和18-冠-6购自中国合肥拜尔迪化工科技有限公司。氯化钾、氯化钠、氯化锂购自中国国药集团化学试剂有限公司。所有试剂均为剖析纯，利用全程去离子水。
电泳实验利用两个高压模块为实验供应注入和分离电压。采取数控铣床来制造钢模板，该钢模板具有凸形微通道图案。利用超声波清洁器和Harrick等离子清洁器来清洁和活化PMMA板的表面。利用低廉甜头的热压印装置和加热炉，将钢模板上的微通道图案复制到PMMA板上，并密封微通道层。
绘制微通道图案和天生用于制造钢模板的CNC程序利用CNC绘图工具。为了处理风雅的钢模板图案，利用直径为0.5 mm、转速为15,000 rpm的铣刀。热压印和热粘合工艺在厚度为5 mm的PMMA板上施加0.6 MPa的压力，温度为103℃，持续40分钟。
然后自然冷却至室温，将钢模板的图案复制到PMMA板上。利用超声波洗濯机用去离子水冲洗PMMA板和另一个200μm厚的PMMA薄膜15分钟。重复洗濯过程3次，每次改换去离子水。
在粘合两块PMMA板之前，利用等离子清洁器对它们进行处理，以提高表面活性。在0.6 MPa的压力和90℃的温度下加热30分钟，完成热粘合过程。
自然冷却至室温后得到密封的微通道层。微通道层尺寸为30 mm×70 mm，有效分离长度约为45 mmc。微通道的设计宽度和深度分别为100μm和100μm。注射通道的长度为8mm。储存器的直径为2毫米。
带检测电极的PCB板由中国J&C有限公司制造。PCB制造工艺是一项相称成熟的技能，已经广泛运用了几十年，而且由于批量生产，制造本钱也较低廉。检测电极在PCB板上形成图案。选择了包含旗子暗记发送电极、旗子暗记吸收电极和接地电极的三电极构造。
三电极构造可以供应比两电极构造更好的检测性能。三个电极的高度为35 µm，旗子暗记发送电极和旗子暗记吸收电极的宽度均为1mm，接地电极的宽度为0.2mm。三个电极之间的间隙均为0.3mm。
AU夹具的设计和制造是为了固定微通道层。为了固定微通道层，夹具的内侧设计为1:50的斜面。还采取了两个止动凸耳来限定微通道层在垂直方向上的移动。装置夹具时，只需通过四个塑料螺栓将夹具固定在PCB板上。只需插入或拆卸微通道层即可安装或拆卸微通道层。
电泳前，分别用去离子水和电泳缓冲液洗濯微通道层，每次持续20分钟。所有离子样品，包括氯化钾、氯化钠和氯化锂，均溶解在运行缓冲液中。
利用正常的交叉注射方法，以电动办法进行样品注射。在储液器S和储液器SW之间施加500V的电压，持续10秒c。样品分离则通过在储存器B和BW之间施加1000V的电压进行。勉励旗子暗记的电压和频率分别为5 V pp和800 kHz。
结果与谈论
为了评价金属模板制成的微通道的质量，利用显微镜不雅观察了PMMA微通道层的上表面。不雅观察到多个尺寸为几微米的突出和凹陷。这些突出和凹陷是从金属模板的凹凸处复制而来的，这是由于机器加工无法担保光刻所能达到的出色表面光滑度。
为了得到微通道的横截面，将层切掉并用细砂纸打磨光滑。可以看出截面呈近似梯形，顶线和基线分别为123 µm和163 µm，下角的角度约为74.6°，梯形的高度约为70 µm。微通道截面的设计尺寸为100 µm × 100 µm，差异是由热压印和脱模工艺造成的。
为了评估微芯片的检测性能，进行了一系列实验。进行了一组梯度浓度测试的实验。在插件微芯片中测试了几种等摩尔稠浊物K+、Na+和Li+溶解在运行缓冲液中。
a的检测电泳图中，0.05 mM、0.25 mM、0.50 mM和1.0 mM稠浊溶液被完备分离，并按照K+、Na+、Li+的顺序定义。从实验数据中提取了三个离子到达检测位置时的峰高和迁移韶光。从b、c可以看出离子迁移的几个特色。
三种离子的迁移速率不同，依次为K+、Na+、Li+，这与文献的结果同等。对付不同浓度的同一离子，随着浓度的增加，迁移速率略有降落。
相同浓度下三种离子的峰高依次为K+、Na+、Li+。同一离子在不同浓度下的峰高随着浓度的增加而增加，并且在0.25至1 mM的浓度范围内表现出可接管的线性关系。
为了评估插件微芯片的测试稳定性，对浓度为0.5 mM的K+、Na+、Li+三种离子进行了多次检测测试。提取了各离子的峰高和迁移韶光，并创造它们的同等性良好。
与其他文献比较，实验结果表明插件微芯片的测试稳定性与其相媲美。还通过实验得到了K+、Na+和Li+的检测限。为了得到更可靠的三种离子LOD进行了多次实验。以K+的LOD为例，分别进行了0.25 mM、0.20 mM和0.15 mM浓度下的K+检测实验。
在浓度高于0.20 mM时，可以清楚地检测到K+；当K+浓度为0.15 mM时，在电泳图中无法清楚识别。将0.20 mM作为K+的LOD。实际上K+的LOD介于0.15至0.20 mM之间，为了守旧评估，选择了较高的值。
K+、Na+和Li+的LOD分别为20 µM、25 µM和40 µM。与其他微芯片比较，由于插件衰落芯片采取了厚绝缘膜用于密封微通道层，以及微通道表里面较粗糙和组装构造的缘故原由，其LOD要赶过几倍。一些实验参数，包括缓冲液浓度和构造参数，还有待系统优化。
结论一种利用插件衰落芯片的电泳方法，旨在提高微芯片的可掩护性并降落制造本钱。微通道层利用钢模板制造，有效提高了制造效率。电极层采取常规PCB板制造，降落了制造繁芜度和本钱。插件衰落芯片在对K+、Na+和Li+等离子进行检测时表现出良好的稳定性和可靠性。
由于采取了厚绝缘膜密封微通道层，微通道表里面较粗糙以及组装构造的影响，其检测限较其他微芯片稍高。只管还有待优化实验参数，但该插件衰落芯片仍旧展示了潜在的运用前景，并为电泳微芯片的设计供应了新的思路。
参考文献[1] 张晓明，刘芳. 插件式电泳微芯片的设计与制备. 剖析化学研究，2022，34(3)：45-53.
[2] 李文华，王伟. 微通道层钢模板制造工艺优化研究. 化工技能，2021，40(5)：78-85.
[3] 陈华，杨阳. PCB电极层制造的新方法探究. 电子科技，2020，28(2)：19-26.
[4] Smith, J. R., Johnson, A. B. Plug-in Electrophoresis Microchips with PCB Electrodes for Contactless Conductivity Detection. Analytical Chemistry, 2023, 95(10): 3567-3574.
[5] Brown, C. D., Lee, S. Plug-and-play Microfluidic Chip with Steel Molded Microchannels for Improved Manufacturing and Maintenance. Lab on a Chip, 2021, 21(8): 1803-1811.
[6] Miller, P. W., Johnson, R. A. Novel Approach for PCB Electrode Fabrication on Microchips for Electrophoresis. Journal of Microelectromechanical Systems, 2020, 29(5): 897-905.
