CN102671729A - 一种用于多指标生化检测的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多指标生化检测的微流控芯片。该微流控芯片包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端与设于所述微流控芯片内的腔室相连通；所述腔室的顶壁为弹性薄膜且暴露于空气中；所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置。本发明基于微流控芯片技术平台，集样品进样、多指标生化反应于一体，极大地简化了操作流程，降低了样品和试剂消耗，并且不需要配备昂贵的仪器，极大地降低了使用成本，使现场即时检测成为可能，具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

Description

一种用于多指标生化检测的微流控芯片

技术领域

本发明涉及一种用于多指标生化检测的微流控芯片，涉及微流控芯片技术领域。

背景技术

生化分析方法通过对血液或者其他体液的分析来测定其中所含微量成分的浓度，为医生提供临床诊断的依据，因而和人们的健康安全密切相关。在复杂生化样品的分析检测过程中，由于某些目标分析物质本身性质或检测器的限制，不能通过直接检测获得理想的信号。为达到检测目的，通过生化反应使其转化为与传感器或检测仪匹配的强信号物质是极为常见的处理方式。目前，常规的生化分析仪就是基于分光光度法的检测原理，并通过生化反应进行酶或免疫反应动力学研究来获得各种相关生化指标的信息。虽然现有的半自动或全自动生化分析仪已被医疗检测机构广泛采用，但是由于这些仪器系统往往体积庞大、价格昂贵、操作复杂、测试速度慢，无法开展实时、快速的现场即时检测。此外，配套的生化反应试剂盒也较为昂贵并且操作复杂。因此，检测快速、直观、携带方便、操作简便的实用化微型生化分析仪成为当前国内外研究的重点。

微流控芯片又称芯片实验室（Lab on a Chip），指的是一种在一块几平方厘米的芯片上构建的生物或化学实验室。它把生物和化学领域中所涉及的反应、分离、培养、分选、检测等基本操作单元分别做成微/纳米量级的构件，集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规生物或化学实验室的各种功能。由于微流控芯片技术具有进样量小、集成度高、易实现自动化控制和高通量分析的特点，使得在微流控芯片上进行生化反应操作较常规的分析样品前处理更方便、快速、成本低廉。而且，高特异性的生化反应与微流控芯片强大的分离、检测能力相结合将显示出更为显著的优势，因此以药物筛选或生化样品分析为目的而进行的酶反应、免疫反应、PCR反应、酶联免疫分析（ELISA）如能在微流控芯片上实现，不仅将使样品处理时间大幅缩短、试剂和仪器成本大幅降低、检测分辨率和灵敏度显著提高。特别是进一步将纳米生物传感器引入芯片实验室之后，将大大缩小检测装置的体积，使便携和现场检测成为可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多指标生化检测的微流控芯片，实现简便、快速、低成本的多指标生化检测。

本发明所提供的一种用于多指标生化检测的微流控芯片，包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端与设于所述微流控芯片内的腔室相连通；所述腔室的顶壁为弹性薄膜且暴露于空气中；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与外界相连通；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共用壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

本发明所提供的另一种用于多指标生化检测的微流控芯片，包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端延伸至所述微流控芯片之外且与一进样气囊相连通；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与外界相连通；所述腔室的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共用壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

本发明所提供的再一种用于多指标生化检测的微流控芯片，包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端与设于所述微流控芯片内的腔室a相连通；所述腔室a的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与设于所述微流控芯片内的腔室b相连通；所述腔室b的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共侧壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

上述的用于多指标生化检测的微流控芯片中，所述微流控芯片的材质可选择为玻璃、PDMS、PMMA、PET或PC等材料。

上述的用于多指标生化检测的微流控芯片中，所述弹性薄膜的材质可为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、记忆合金或聚四氟乙烯；所述弹性薄膜的厚度可为0~300μm，但不为零。

上述的用于多指标生化检测的微流控芯片中，所述控制通道的开口端可与气体钢瓶或注射器相连通，进而可向所述控制通道内通入加压气体，使弹性薄膜发生弹性形变。

上述的用于多指标生化检测的微流控芯片中，所述进样气囊的材质可为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、记忆合金或聚四氟乙烯，其在外力作用下体积可以缩小或增大，但形变后能够恢复原状。

上述的用于多指标生化检测的微流控芯片中，所述反应池预先固定的有生化反应所需的试剂，例如酶和底物、抗原或抗体以及PCR引物等，可以通过物理吸附、化学交联、溶胶-凝胶包埋、微珠固定或膜固定等方式进行固定。

本发明提供了一种用于多指标生化检测的微流控芯片，可使各反应池形成独立的生化反应区域，其工作原理为通过向控制通道内通入加压气体，所施加的气体压强促使弹性薄膜向微流体通道发生形变，从而阻止微流体通道内的液体流动，进而实现各反应池间的隔离。

本发明基于微流控芯片技术平台，集样品进样、多指标生化反应于一体，极大地简化了操作流程，降低了样品和试剂消耗，并且不需要配备昂贵的仪器，极大地降低了使用成本，使现场即时检测成为可能，具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明提供的微流控芯片的主剖视图。

图中各标记如下：1进样口、2微流体通道、3反应池、4腔室、5，7弹性薄膜、6控制通道、8待测样品溶液。

图2为本发明提供的用于九种生化指标检测的微流控芯片的结构示意图。

图中各标记如下：1’进样口、2’微流体通道、3’腔室、4’反应池、5’控制通道、6’出口端、7’气动微阀。

图3为本发明提供的用于三种生化指标检测的微流控芯片的结构示意图。

图中各标记如下：1”进样口、2”微流体通道、3”进样气囊、4”反应池、5”控制通道、6”腔室，7”气动微阀。

图4为本发明提供的用于三种生化指标检测的全集成微流控芯片的结构示意图。

图中各标记如下：1’”进样口、2’”微流体通道、3’”腔室a、4’”反应池、5’”控制通道、6’”腔室b、7’”气动微阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的用于多指标生化检测的微流控芯片包括微流体通道2、3个反应池3和气动微阀；微流体通道2的一开口端为进样口1，另一开口端与设于该微流控芯片内的腔室4相连通，该腔室4的一侧壁为弹性薄膜5且暴露于空气中，其材质为PDMS，厚度为200μm；3个反应池3内固定有生化反应所需要的酶和底物（如图1（a）所示），3个反应池通过微流体通道2串行连接；气动微阀包括一控制通道6，该控制通道6的一侧壁为弹性薄膜7，其其材质为聚四氟乙烯，厚度为200μm；该控制通道6的一端为封闭端（图中未示出），另一端为开口端（图中未示出），且该开口端延伸至该微流控芯片之外；该控制通道6与微流体通道2为相交设置，且控制通道6的弹性薄膜7为控制通道6与微流体通道2相交的共用壁，且每个相交处位于每个反应池3的两侧。

用上述微流控芯片进行检测时，如图1（b）所示，按压腔室4的弹性薄膜5，排出微流体通道2的空气后将进样口1与待测样品溶液8接触；如图1（3）所示，撤去压力后，弹性薄膜5恢复原状产生负压，待测样品溶液8沿着微流体通道2进入并充满所有各个反应池3；这时，通过向气动微阀的控制通道6充满加压气体，促使弹性薄膜7发生形变，将反应池3隔离成为独立的反应区域，分别完成相应的生化反应。

如图2所示，本发明提供的可用于9种生化指标检测的微流控芯片，包括微流体通道2’、9个反应池4’和气动微阀7’；微流体通道2’的一开口端为进样口1’，另一开口端与设于该微流控芯片内的腔室3’相连通，该腔室3’的一侧壁为弹性薄膜（图中未示出）且暴露于空气中，该弹性薄膜的材质为硅橡胶，其厚度为200μm；9个反应池4’内均固定有生化反应所需要的酶和底物，9个反应池4’通过微流体通道2’串行连接；该气动微阀7’包括控制通道5’，控制通道5’的一侧壁为弹性薄膜（图中未示出），其材质为硅橡胶，厚度为200μm，该控制通道5’的一端为封闭端，另一端为开口端6’，且该开口端6’延伸至该微流控芯片之外，该控制通道5’与微流体通道2’为相交设置，且控制通道5’的弹性薄膜为控制通道5’与微流体通道2’相交的共用壁，且每个相交处位于每个反应池4’的两侧。

采样时，用手指按压腔室3’的弹性薄膜，然后将进样口1’接触待测的生化样品溶液，松开手指使溶液经由微流体通道2’依次进入并充满九个反应池4’；通过开口端6’向控制通道5’中通入高压气体，从而同时启动气动微阀7’，将九个反应池4’隔离成为独立的反应区域，分别完成九种相应的生化反应。

由于采用了外加的高压气体控制气动微阀，能够同时为数量相对较多的气动微阀提供所需的工作压强，因此这种芯片适用于较高通量的生化指标检测。

如图3所示，本发明提供的一种可用于3种生化指标检测的微流控芯片，包括包括微流体通道2”、3个反应池4”和气动微阀7”；微流体通道2”的一开口端为进样口1”，另一开口端延伸至该微流控芯片之外且与一进样气囊3”相连通，该进样气囊3”的材质为PDMS；3个反应池4”内均固定有3种生化反应所需要的酶和底物，3个反应池4”通过微流体通道2”串行连接；该气动微阀7”包括控制通道5”，控制通道5”的一侧壁为弹性薄膜（图中未示出），该弹性薄膜的材质为硅橡胶，其厚度为300μm；该控制通道5”的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与设于微流控芯片内的腔室6”相连通；该腔室6”的一侧壁为弹性薄膜（图中未示出）且暴露于空气中，该弹性薄膜的材质为硅橡胶，厚度为300μm；控制通道5”与微流体通道2”为相交设置，且控制通道5”的弹性薄膜侧壁为控制通道5”与微流体通道2”相交的共用壁，且每个相交处位于每个所述反应池4”的两侧。

采样时，用手指按压进样气囊3”，然后将进样口1”接触待测的生化样品溶液，松开手指使溶液经由微流体通道2”依次进入并充满三个反应池；通过按压腔室6”的弹性薄膜压缩控制通道5”中的空气形成正压，促使气动微阀7”中的弹性薄膜发生形变，将3个反应池4”隔离成为独立的反应区域，分别完成3种相应的生化反应。

由于采用了外接的进样气囊，能够提供相对较大的负压用于进样，因此这种芯片适用于粘稠度较大的溶液样品的检测。

如图4所示，本发明提供的一种可用于3中生化指标检测的全集成微流控芯片，包括微流体通道2’”、3个反应池4’”和气动微阀7’”；微流体通道2’”的一开口端为进样口1’”，另一开口端与设于该微流控芯片内的腔室a3’”相连通；该腔室a3’”的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中（图中未示出），该弹性薄膜的材质为硅橡胶，厚度为100μm；3个反应池4’”内均固定有3种生化反应所需要的酶和底物，3个反应池4’”通过微流体通道2’”串行连接；气动微阀7’”包括控制通道5’”，该控制通道5’”的一侧壁为弹性薄膜（图中未示出），该弹性薄膜的材质为硅橡胶，厚度为100μm；该控制通道5’”的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与设于微流控芯片内的腔室b6’”相连通；腔室b6’”的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中，该弹性薄膜的材质为硅橡胶，厚度为100μm；该控制通道5’”与微流体通道2’”为相交设置，且控制通道5’”的弹性薄膜侧壁为控制通道5’”与微流体通道2’”相交的共用壁，且每个相交处位于每个反应池4’”的两侧。

采样时，用手指按压腔室a3’”的弹性薄膜，然后将进样口1’”接触待测的生化样品溶液，松开手指使溶液经由微流体通道2’”依次进入并充满3个反应池4’”；通过按压腔室b6’”的弹性薄膜压缩控制通道5’”中的空气形成正压，促使气动微阀7’”中的弹性薄膜发生形变，将3个反应池4’”隔离成为独立的反应区域，分别完成3种相应的生化反应。

由于采用了集成于微流控芯片内部的气囊用于控制进样和气动微阀，仅依靠手指按压就能够在微流控芯片上同时完成多指标的生化反应，这种芯片特别适用于现场即时检测。

Claims (7)

1.一种用于多指标生化检测的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端与设于所述微流控芯片内的腔室相连通；所述腔室的顶壁为弹性薄膜且暴露于空气中；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与外界相连通；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共用壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

2.一种用于多指标生化检测的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端延伸至所述微流控芯片之外且与一进样气囊相连通；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与外界相连通；所述腔室的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共用壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

3.一种用于多指标生化检测的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀；

所述微流体通道的一开口端为进样口，另一开口端与设于所述微流控芯片内的腔室a相连通；所述腔室a的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；

所述若干个反应池通过所述微流体通道串行连接或并行连接；所述反应池内固定有生化反应所需的试剂；

所述气动微阀包括控制通道，所述控制通道的一侧壁为弹性薄膜；所述控制通道的一端为封闭端，另一端为开口端，该开口端与设于所述微流控芯片内的腔室b相连通；所述腔室b的一侧壁为弹性薄膜且暴露于空气中；所述控制通道与所述微流体通道为相交设置，且所述控制通道的弹性薄膜侧壁为所述控制通道与所述微流体通道相交的共侧壁，且每个相交处位于每个所述反应池的两侧。

4.根据权利要求1-3中任一所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的材质为玻璃、PDMS、PMMA、PET或PC。

5.根据权利要求1-4中任一所述的微流控芯片，其特征在于：所述弹性薄膜的材质为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、记忆合金或聚四氟乙烯；所述弹性薄膜的厚度为0~300μm，但不为零。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述控制通道的开口端与气体钢瓶或注射器相连通。

7.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述进样气囊的材质为聚二甲基硅氧烷、硅橡胶、记忆合金或聚四氟乙烯。

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