CN102866257A - 一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟。该微流体样品舟包括从上至下依次设置的第一密封层，溶液储存腔室层，第二密封层，反应室兼微通道层，该溶液储存腔室层设有多个储液腔，每个储液腔在溶液储存腔室层的上下表面分别具有上端开口和下端开口；第一密封层由第一柔性材料制作，用于覆盖并密封所述多个储液腔的上端开口；第二密封层由第二柔性材料制作，设置在溶液储存腔室层和反应室兼微通道层之间，用于密封所述多个储液腔中至少一些储液腔的下端开口，与所述反应室兼微通道层一起将所述储液腔密封为储液室；反应室兼微通道层包括形成于上表面的微通道、与形成于储液腔下方的微通道连通的反应室和通过微通道与反应室连通的废液池。
Description
技术领域
本发明涉及用于化学和生物多样品检测的生物芯片，特别是在溶液储室或者微通道内装载微小磁敏传感器阵列生物芯片，实现生物样品、化学样品的进样、反应、分离和检测的多样品舟。
背景技术
由于使用微量溶液的微流体技术的发展，使得实验室芯片(LOC)或微流体芯片的用途得以脱离传统研究实验的束缚，更进一步迈向较具实用性价值的商业应用上。在化学、生物等领域，微流体系统得到越来越多的应用，如微量流体的传输、微量化合物合成、样品分离、成分分析及化学反应。
高云华的公开号为CN101458249、发明名称为“一种具有溶液储室兼泵体结构的微流体样品舟”的发明专利申请，揭示了一种具有特殊微结构微流体样品舟，该样品舟利用外在压力驱动的方式提供定量供液，促进微通道内微流体的充分混合反应，并利用装载微小生物芯片对样品进行测量。这种微流体样品舟利用弹性体分别密封储液室兼泵室，虽然能够独立控制每个储液室兼泵室注液的时间以及溶液进入的顺序，但是需要在每个密封储液室兼泵室内分别放置弹性体，由此，结构复杂，提高了制造工艺的复杂性，且增加了制造的成本。
高云华的公开号为CN101126765、发明名称为“微流体样品舟”的发明专利申请，揭示了一种包括衬底，形成有反应室、样品储室、微通道和废液池的柔性材料层的微流体样品舟。该专利中公开的微流体样品舟通过设置液压或气压室增强溶液在微通道中的循环，并通过设置在衬底底部设置样品储室塞子实现对样品的密封。该发明的技术方案通过设计循环驱动系统使得反应物的反应更加充分、提高了反应的灵敏度，但其结构复杂，制造工艺复杂，增加了制造成本。
因此，需要一种结构简单，便于制造和使用的微流体样品舟。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟，其结构更为简单、制造成本更低。
本发明又一目的在于，提供一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟，具有独立的干粉试剂储藏室，能够满足干燥的需求。
本发明再一目的在于，提供一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟，具有过滤结构，能够过滤掉待测试剂中干扰检测结果的物质。
为了达到上述目的，本发明的采用如下的技术方案：
本发明提供一种微流体样品舟，包括从上至下依次设置的第一密封层，溶液储存腔室层，第二密封层，反应室兼微通道层，
该溶液储存腔室层设有多个储液腔，每个储液腔在溶液储存腔室层的上下表面分别具有上端开口和下端开口；
第一密封层由第一柔性材料制作，用于覆盖并密封所述多个储液腔的上端开口；
第二密封层由第二柔性材料制作，设置在溶液储存腔室层和反应室兼微通道层之间，用于密封所述多个储液腔中至少一些储液腔的下端开口，与所述反应室兼微通道层一起将所述储液腔密封为储液室；
反应室兼微通道层包括形成于上表面的微通道、与形成于储液腔下方的微通道连通的反应室和通过微通道与反应室连通的废液池。
优选地，所述溶液储存腔室层由刚性材料制作。
优选地，所述第二柔性材料的弹性模量小于所述第一柔性材料的弹性模量，且第一柔性材料和第二柔性材料均不与储液室中的溶液发生反应。
优选地，所述第一柔性材料在外界压力下变形，使存储于储液室中的液体通过失去密封作用的第二密封层流入微通道。
优选地，所述反应室兼微通道层由柔性材料制作，该反应室兼微通道层位于储液室下方的部位在外力作用下能够产生变形，使第二密封层失去密封。
优选地，所述储液室被设计为泵室结构。
优选地，所述样品舟进一步包括用于过滤样品中干扰检测结果的物质的过滤膜，该过滤膜覆盖储液腔中未由第二密封层密封的下端开口。
优选地，所述反应室兼微通道层进一步包括位于其上表面与微通道连通的多个储液接收室，所述储液接收室分别位于储液室下方，用于分别容纳从各储液室通过失去密封作用的第二密封层流入的液体。
优选地，所述反应室兼微通道层进一步包括干粉试剂储藏室，该干粉试剂储藏室位于储液接收室与反应室之间并通过微通道与储液接收室和反应室连通。
优选地，所述反应室位于所述反应室兼微通道层的下表面上。
优选地，所述微流体样品舟进一步包括位于反应室兼微通道层下方的用于密封反应室的薄膜或平板。
优选地，所述薄膜或平板为印刷电路板，该印刷电路板在所述反应室位置封装有磁敏传感器芯片。
本发明的有益效果在于：
1)本发明通过分别制作刚性材料的溶液储存腔室层和柔性材料的反应室兼微通道层，利用第一密封层和第二密封层形成储液室，简化了制造工艺，并使得由此得到的样品舟更易于操作。
2)本发明的样品舟通过外部力量刺穿第二密封层，第一密封层在压力形变作用下将溶液注入微通道内，可以根据需要同时或者依次刺穿第二密封层，使反应试剂和样品按照预定的顺序流入微通道。本发明使用第二密封层根据需要对多个储液腔的下部端口进行密封形成储液室，可以合理划分试剂空间和样品空间，使结构更为简单、制造成本更低，同时保证了单独控制每个储液室注入试剂的时间和顺序。
2)本发明的样品舟设有具有独立的干粉试剂储藏室，用于放置需单独保存的干粉试剂。可以根据需要，将反应液或稀释液流过干粉试剂对其进行溶解形成溶液，可有效保证试剂的品质和反应活性，提高测试灵敏度。
3)本发明的样品舟设有位于样品储液腔下端开口处的过滤膜。通过选择过滤膜，能够过滤掉待测样品中干扰检测结果的物质，提高了测试灵敏度。
附图说明
下面将参照附图对本发明的优点，特征和有益效果进行具体说明，其中
图1为本发明样品舟的结构分解立体示意图。
图2为本发明样品舟沿储液室位置的剖视图。
图3A为本发明样品舟的溶液储存腔室层的俯视图。
图3B为图3A所示溶液储存腔室层沿储液室位置的剖视图。
图4A为本发明样品舟的反应室兼微通道层的俯视图。
图4B为图4A所示反应室兼微通道层沿储液接收室位置的剖视图。
图4C为图4A所示反应室兼微通道层的仰视图。
图5为本发明带有印刷电路板微流体样品舟的分解立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。
图1和图2分别示出本发明样品舟的结构分解立体示意图和沿储液室位置的剖视图。
图1所示为一种具有储液室兼泵室的微流体样品舟，该样品舟包括依次设置的第一密封层100、溶液储存腔室层101、第二密封层102和反应室兼微通道层104。溶液储存腔室层101包括多个贯穿该层厚度的储液腔1012-1016，储液腔优选具有用于形成泵室的结构。借助分别设置在储液腔上方的第一密封层100、设置在腔室层101下方的反应室兼微通道层104和其间的第二密封层102，所述多个储液腔形成多个储液室，用于分别容纳待测样品和用于对待测样品进行反应的反应试剂。反应室兼微通道层104的一侧上形成有形成于储液腔下方微通道1048，另一侧上形成有与微通道1048连通的反应室，通过微通道1047与反应室连通的废液池1011。存储于各储液室中的样品或试剂通过失去密封作用的第二密封层进入微通道，在反应室中进行生物化学反应，借助设置在反应室中的微生物芯片进行测量，实现对样品的测试。反应后的液体经微通道流入废液池。
图3A和3B分别为本发明样品舟的溶液储存腔室层的俯视图和沿储液室位置的剖视图。试剂储存腔室层101由刚性材料制成，用于储存试剂和待测样品。试剂储存腔室层101上设有废液腔1011及多个用于形成储液室的储液腔1012-1016。每个储液腔分别具有上部端口302-306和下部端口302’-306’。废液腔1011贯穿试剂储存腔室层101与反应室兼微通道层104中的储液腔连通，一同形成废液池，用于储存化学或生化反应后的剩余试剂。
本发明实施例中的储液室包括用于注入样品的样品室1012和用于存储试剂的试剂室1013-1016。如图所示，借助设置于下部端口303’-306’处的第二密封层，腔室1013-1016被形成为储液室。借助设置于腔室层101下方的微通道层104，将腔室1012形成为样品室。优选地，在腔室1012的下部端口处设置过滤膜103，用于过滤待测试剂中干扰检测结果的物质。
在本实施例中，腔室1013-1016为具有缩颈部分的柱形腔室，上部柱形的直径大于下部柱形的直径。当下端开口不再密封时，储液室内的试剂在变形的第一密封层的压力下更容易流出。当进行化学或生化反应测试时，第二密封层102被刺穿，各储液室中的试剂通过其下端开口303’、304’、305’、306’流入反应室兼通道层104的微通道1048内，从而进入反应室1049，完成所需化学或生化反应。
第一密封层100为弹性薄膜，由柔性材料制作而成，覆盖于样品室1012及试剂室1013-1016的上端开口，用于密封各储液室。当受到外部压力时，第一密封层100对储液室1012-1016中的溶液产生压力，将各种溶液推入反应室兼微通道层104上的微通道1048内。第一密封层的材料不与被密封的液体进行反应。
第二密封层102设置于试剂室1013-1016的下端开口302’-306’处，用于密封试剂储液室1013-1016中的试剂，防止试剂泄露。第二密封层102由柔性材料制作，其弹性模量小于第一密封层的弹性模量，其在外力下容易被刺穿损坏，以使储液室中的溶液流入下方的微通道中。选择第二密封层的材料使其不与被密封的试剂进行反应。
过滤膜103设置于样品室1012的下端开口302’处，用于过滤待测试剂中干扰检测结果的物质。例如，当在样品室中加入待测样品如血液、唾液或尿液时，血液中的红白血球对生化反应有不利影响，过滤膜阻挡这些红白血球进入反应室，以便提高测量精度。
应当理解，本领域技术人员可以根据需要选择储液室的个数、腔室的大小以及样品室在各储液室中的位置，以满足对样品实现精确测量的要求。
图4A-4C分别示出本发明微流体样品舟的反应室兼微通道层的俯视图、沿储液接收室位置的剖视图和仰视图。
反应室兼通道层104由柔性材料制作而成，反应室兼通道层104和第二密封层102一起形成对储液室1013-1016的下端开口303’-306’的密封，此外，在进行测试时，还把储存在样品室1012中的样品以及试剂室1013-1016中的试剂通过微通道1048导入反应室1049，进行生化反应。
反应室兼通道层104设有微通道1047，1048、反应室1049和废液室1011，该层进一步包括与储液室1012-1016的位置相对应的的多个储液接收室1042-1046。
反应室1049的一端通过微通道1048与储液接收室1042-1046连通。混合的试剂通过微通道1048导入反应室1049进行生化反应；反应室1049的另一端通过微通道1047与废液池1011相连通，生化反应后剩余的液体通过微通道1047导入废液池1011。
储液接收室1042-1046设置在反应室兼通道层104邻近试剂储存腔室层101的表面上，分别与储液室1012-1016相对应。在反应室兼通道层104的下表面、对应储液接收室1043-1046的位置分别设置有下方空间403-406。当需要把试剂室1013-1016中的反应试剂注入微通道1048时，可将一针状坚硬物体从储液室1043-1046的下方空间403-406向上运动，挤压坐落在反应室兼通道层104上方的第二密封层102，使第二密封层102开裂，失去密封作用，反应试剂流入微通道1048。
根据本发明的一个实施例，反应室兼通道层104还设有干粉试剂储藏室1041，其一端连接微通道1048，另一端连接储液接收室1046。干粉试剂储藏室1041用于储藏必须以干燥状态保存的试剂。当进行测试时，一针状坚硬物体从储液室1046的下方空间406向上运动，挤压坐落在反应室兼通道层104上方的第二密封层102，使第二密封层102开裂，失去密封作用，反应试剂流入干粉试剂储藏室1041，溶解其中的干粉试剂，把溶解后的试剂冲进微通道1048，最终进入反应室1049进行反应。
反应室1049位于反应室兼通道层104的下表面，在本实施例中，反应室1049为敞口凹形结构，其两端分别与微通道1047、1048相连通。
参见图5所示，为防止试剂泄漏，反应室1049底部可以用另外一层薄膜或平板对样品舟进行密封。优选地，该薄膜或平板是表面修饰上生化材料的薄膜或平板。图5具体示出了将印刷电路板105用作密封板的结构，在对应反应室的位置焊接有磁敏传感器芯片。通过对置于反应室中磁敏传感器芯片进行测量，可是实现对样品的测量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (12)
1.一种微流体样品舟，包括从上至下依次设置的第一密封层，溶液储存腔室层，第二密封层，反应室兼微通道层，其特征在于，
溶液储存腔室层设有多个储液腔，每个储液腔在溶液储存腔室层的上下表面分别具有上端开口和下端开口；
第一密封层由第一柔性材料制作，用于覆盖并密封所述多个储液腔的上端开口；
第二密封层由第二柔性材料制作，设置在溶液储存腔室层和反应室兼微通道层之间，用于密封所述多个储液腔中至少一些储液腔的下端开口，与所述反应室兼微通道层一起将所述储液腔密封为储液室；
反应室兼微通道层包括形成于上表面的微通道、与形成于储液腔下方的微通道连通的反应室和通过微通道与反应室连通的废液池。
2.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述溶液储存腔室层由刚性材料制作。
3.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述第二柔性材料的弹性模量小于所述第一柔性材料的弹性模量，且第一柔性材料和第二柔性材料均不与储液室中的溶液发生反应。
4.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述第一柔性材料在外界压力下变形，使存储于储液室中的液体通过失去密封作用的第二密封层流入微通道。
5.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述反应室兼微通道层由柔性材料制作，该反应室兼微通道层位于储液室下方的部位在外力作用下能够产生变形，使第二密封层失去密封。
6.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述储液室被设计为泵室结构。
7.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述样品舟进一步包括用于过滤样品中干扰检测结果的物质的过滤膜，该过滤膜覆盖储液腔中未由第二密封层密封的下端开口。
8.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述反应室兼微通道层进一步包括位于其上表面与微通道连通的多个储液接收室，所述储液接收室分别位于储液室下方，用于分别容纳从各储液室通过失去密封作用的第二密封层流入的液体。
9.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述反应室兼微通道层进一步包括干粉试剂储藏室，该干粉试剂储藏室位于储液接收室与反应室之间并通过微通道与储液接收室和反应室连通。
10.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征在于，所述反应室位于所述反应室兼微通道层的下表面上。
11.根据权利要求10所述的微流体样品舟，其特征在于，所述微流体样品舟进一步包括位于反应室兼微通道层下方的用于密封反应室的薄膜或平板。
12.根据权利要求11所述的微流体样品舟，其特征在于，所述薄膜或平板为印刷电路板，该印刷电路板在所述反应室位置封装有磁敏传感器芯片。
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