CN104226385A - 一种新型微流控芯片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型微流控芯片及其使用方法。本发明提供的微流控芯片，包括底片和盖片，所述底片和所述盖片封接为一体，其特征在于：所述芯片包括至少一个主通道和至少两个分别与所述主通道相连通的微池，所述主通道与至少一个加样孔相连通。本发明还包括此芯片的使用方法。本发明的芯片的优点有：制造方便，价格低廉，操作过程中无需设备辅助，适合个人使用。

Description

一种新型微流控芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片及其应用，属于微流控芯片领域以及生物检测领域。

背景技术

微流控芯片是以微机电加工技术为基础，由微管路在芯片上形成网络，以可控微流体贯穿整个系统并完成各种生物和化学过程的一种技术。在微流控芯片技术发展早期，芯片毛细管电泳是其主流技术，所用芯片结构简单，功能单一；近年来，微流控芯片开始向功能化、集成化方向飞速发展，诸如核酸扩增反应、免疫反应、细胞裂解等重要的生物和化学过程成为新的热点，而为了研究这些复杂的生物化学反应，通常需要在芯片上制作大量、独立、均一的微池，这些微池共同构成了微反应器阵列。

构建微反应器阵列需要分配试剂以形成大量、均一、独立的微池（见图1）。当前的试剂分配方式多种多样，如亲水管路式（CN1996009B）、真空负压式（CN101590389A）、离心式（US6627159, US20050199500A1, US2004120856A1, US6919058B2, US20030166265A1, WO9533986A1）等。

亲水管路式利用了液体试剂的毛细进样特性，试剂自动进入各个微池，然后用户再将主通道内的多余液体推出以保证微池的独立性。此方法的缺陷是需要用户在加样后进行二次操作，而且需要微池与大气连通以保证试剂能够正常毛细进样，在核酸扩增反应中，大气连通会引发严重的环境污染。真空负压式利用了PDMS等硅橡胶的吸气特性，试剂被吸入各个微池，然后再将主通道内的多余液体推出。与亲水管路式类似的是，此方法缺陷也是需要使用者二次操作。离心式是利用离心力将主通道内的试剂分配进入各个微池，离心后的主通道只剩余空气，这样各微池之间依靠空气自然隔离。此方法的优点是不需要再进行二次操作，缺陷是离心通常需要离心机，设备沉重，无法便携。

总之，这些方式或者会引发环境污染，或者需要用户二次操作，或者需要专业配套设备，均不适合个人用户使用。

发明内容

本发明提供的新型微流控芯片及其使用方法，无需设备辅助，只需用户简单操作，试剂即可分配形成多个独立的微池，非常适合个人用户使用。

本发明的一个目的是提供一种新型微流控芯片。

本发明提供的新型微流控芯片，包括底片和盖片，所述底片和所述盖片封接为一体，所述芯片包括至少1个主通道和至少2个分别与所述主通道相连通的微池，所述主通道与至少1个加样孔相连通。 

本发明的另一个目的是提供一种新型微流控芯片。

本发明提供的新型微流控芯片，包括底片和盖片，所述底片和所述盖片封接为一体，所述芯片包括至少1个主通道和至少2个分别与所述主通道相连通的微池，所述主通道与至少1个加样孔相连通；所述主通道还与至少1个排气通道连通，所述排气通道和所述加样孔连通或者与至少一个排气孔连通。

上述底片和盖片紧密贴合；上述主通道、排气通道、加样孔、排气孔、微池等结构可以设置在底片上也可以设置在盖片上；只要设置在底片和盖片相接触的表面中的任一一面即可；在上下表面各设置一部分也可以。

上述微流控芯片中，每个所述微池与所述主通道直接连通或者通过连接通道连通，连接通道的作用是保证试剂在微池内更稳定的存在，避免试剂因外界扰动而溢出。

上述微流控芯片中，每个所述微池的间距相等或不等；每个所述微池的大小相等或不等；在芯片的制备中，可以根据需要来设计微池的大小和间距。

根据实际需要，可以在所述加样孔上设置腔体以方便试剂加样；可以是有盖的腔体，在加样完毕后，将盖闭合以保证所述芯片的封闭性。

上述微流控芯片中，排气通道能起到两个作用：

一是降低试剂分配的难度（即下面所述芯片甩动的力度），试剂在沿主通道移动时，将其内部的气体挤压进入排气通道，气体再通过排气孔排出，试剂分配速度大大加快。特别地，排气孔可以在所述腔体的内部，或者排气孔与加样孔重合（即排气通道和加样孔连通），此时气体只是在微流控芯片内部循环，也同时保证了芯片的封闭性。在此作用中，排气通道的尺寸、亲水性均无特殊要求。

二是聚集多余试剂，保证各微池之间的独立性。由于试剂的毛细作用特点，试剂更容易聚集在截面积更小或亲水性更强的通道内，这样当主通道内存在多余试剂时，试剂会自动被吸入排气通道，各微池不再有试剂连通。为了起到此作用，所述排气通道的截面积比所述主通道的截面积小，或者所述排气通道的亲水性更强。

上述微流控芯片中，所述底片和盖片的材料为高分子化合物、金属、玻璃、石英、硅、陶瓷、高分子化合物、橡胶和硅铝酸盐化合物；其中，高分子化合物为聚碳酸酯、聚丙烯或聚乙烯醇。

本发明的第三个目的是提供上述第一个目的提供的微流控芯片的使用方法。

本发明提供的方法，包括如下步骤：

1）将试剂加入上述加样孔或所述腔体中；

2）手持上述芯片的加样孔端，以腕部或肘部为轴心甩动，使上述试剂进入所述芯片的微池中；

3）将上述芯片倾斜放置，放置时间≥3秒；

步骤3）的目的是让多余的试剂在重力作用下离开微池区域，这样各微池之间就没有多余的试剂连通，各微池呈独立状态。

本发明的第四个目的是提供一种上述第二个目的提供的微流控芯片的使用方法。

本发明提供的方法，包括如下步骤：

1）将试剂加入上述加样孔或所述腔体中；

2）手持上述芯片的加样孔端，以腕部或肘部为轴心甩动，使上述试剂进入所述芯片的微池中；

3）将上述芯片水平放置或倾斜放置，放置时间≥3秒；

由于有排气通道聚集试剂的作用，上述芯片即使水平放置，各微池也呈独立状态。如果倾斜放置，效果会更好。

上述倾斜放置的方式可以是任意的，例如是芯片倾斜后，微池距离地面相对较高，加样孔距离地面相对较低。也可以在芯片的底部对应微池区域加装凸台，加装凸台的芯片水平放置时，微池距离地面自然相对较高。

不管是倾斜放置还是水平放置，对于用户来说都不是专门的操作步骤，因为在通常的核酸、蛋白等检测过程中芯片都要放置2-120分钟，满足步骤3）的要求。

 

附图说明

图1为实施例1中的微流控芯片示意图。

图2-图4为实施例1中的微流控芯片使用过程示意图。

图5为实施例2中的微流控芯片示意图。

图6-图8为实施例2中的微流控芯片使用过程示意图。

其中，附图标记说明如下：

101 主通道；102 微池；103加样孔；201 腔体；202 盖；203 排气通道；204 排气孔；205 连接通道。

 

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中，芯片制作技术和使用方法均为微流控芯片领域和生物检测领域的常规技术和方法。

 

实施例1。

本实施例的微流控芯片包括两层，底片是厚度为0.1mm的PMMA膜，盖片是厚度为2mm的PMMA板材（如图1所示）。盖片上有通道、微池等结构，底片上无结构。芯片可通过激光雕刻、机械加工或热压封接等现有技术制作，底片和盖片通过胶封接为一体。

芯片包括主通道101以及与主通道101并行连通的5个微池102，还包括加样孔103。微池102为圆柱形，底面直径1.5mm，深0.3mm，体积0.5μL；加样孔103为通孔，底面直径3mm，体积14.1μL；主通道101深度为0.3mm，宽度为10mm。

试剂104为SDS溶液（10% W/V）。

此芯片的使用方法为：

1）手工操作移液器将试剂104加入到加样孔103中，加样量为10μL。

由于重力作用且SDS溶液的表面张力系数较小，此时会有部分试剂104进入主通道101（如图2所示）。

2）手持芯片的加样孔103端，以腕部或肘部为轴心甩动。

发现各微池102充满试剂，但主通道101内仍有多余试剂，多数聚集在靠近微池的主通道区域（图3）。此时各微池试剂体积均一，但各微池并不独立。

3）将芯片静置在桌面上，保持3秒。放置方式为倾斜放置，微池102端距离地面相对较高，加样孔103端距离地面相对较低，由于重力作用，多余的试剂104逐渐移动并聚集在靠近加样孔103的主通道区域，各微池之间不再有试剂连通（图4）。

至此试剂分配过程全部完成，各微池的均一性和独立性均得到保证。

另外，步骤3）还可以以下步骤代替： 手持所述芯片的微池端，以腕部或肘部为轴心甩动，但注意甩动力度要小于步骤2）的力度。

 

实施例2。

如图5所示，本实施例的微流控芯片与实施例1类似，只是盖片的结构不同。

盖片上有通道、微池、腔体等结构，底片上无结构。

芯片包括主通道101以及与主通道101并行连通的7个微池102，还包括加样孔103。微池102为圆柱形，底面直径1.5mm，深0.3mm，体积0.5μL；加样孔103为通孔，底面直径3mm；主通道101深度为0.3mm，宽度为4mm。盖片上的结构还包括排气通道203，两条排气通道203对称排列在主通道101的两侧并有一个共同的排气孔204。排气通道203和连接通道205均为宽0.75mm，深0.3mm。

为了方便试剂加样，此芯片还有一个含盖202的腔体201，腔体201通过胶粘在盖片上。腔体为圆柱形，内径6mm，体积282μL。当芯片组装完毕后，加样孔103和排气孔204在腔体201的内部，这样当盖上盖202后，整个芯片处于封闭状态，试剂104不会污染环境。

试剂104为尿液。

此芯片的使用方法为：

1）打开盖202，用移液器将试剂104滴入加样孔103中，体积约为25μL。

由于重力作用，会有部分试剂104进入主通道101和排气通道203（如图6所示）。

2）将盖202扣上，手持所述芯片的加样孔103端，以腕部或肘部为轴心甩动。

由于主通道101的截面积更大，流体阻力更小，当甩动芯片时，试剂104会更容易进入主通道101。并将原有的气体挤压进入排气通道203，气体再通过排气孔204和加样孔103连通，这样气体完成芯片内部的循环，甩动芯片时无需太大力度就可以将试剂104分配进入微池102。

此步完成后发现各微池102充满试剂，但主通道101内仍有多余试剂，多数聚集在靠近微池的主通道区域（如图7所示）。此时各微池试剂体积均一，但各微池并不独立。

3）将芯片平放在桌面上，静置3秒。

由于排气通道203的截面积比主通道101小，在毛细作用下，多余的试剂104逐渐移动至排气通道203内，各微池之间不再有试剂连通（图8）。至此试剂分配过程全部完成，各微池的均一性和独立性均得到保证。

此芯片中，排气通道203有两个作用：一是降低液体分配的难度（即芯片甩动的力度）；二是聚集多余试剂，保证各微池独立性。

连接通道205的作用在于保证试剂104在微池102内的稳定存在，不会因外界扰动而溢出。

Claims (12)

1.一种新型微流控芯片，包括底片和盖片，所述底片和所述盖片封接为一体，其特征在于：所述芯片包括至少1个主通道和至少2个分别与所述主通道相连通的微池，所述主通道与至少1个加样孔相连通。

2.一种新型微流控芯片，包括底片和盖片，所述底片和所述盖片封接为一体，其特征在于：所述芯片包括至少1个主通道和至少2个分别与所述主通道相连通的微池，所述主通道与至少1个加样孔相连通；所述主通道还与至少1个排气通道连通，所述排气通道和所述加样孔连通或者与至少一个排气孔连通。

3.根据权利要求2所述的新型微流控芯片，其特征在于：相对于所述主通道，所述排气通道的截面积更小。

4.根据权利要求2所述的新型微流控芯片，其特征在于：相对于所述主通道，所述排气通道的亲水性更强。

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：每个所述微池与所述主通道通过连接通道连通。

6.根据权利要求1-5中任一所述的新型微流控芯片，其特征在于：所述加样孔上有腔体，以方便加样。

7.根据权利要求6所述的新型微流控芯片，其特征在于：所述腔体有盖，在加样完毕后，盖可以闭合以保证所述芯片的封闭性。

8.如权利要求1-7中任一所述的新型微流控芯片，其特征在于：所述芯片的材质选自下述任意一种、任意几种组成的复合体或任意几种组成的混合体：金属、玻璃、石英、硅、陶瓷、高分子化合物、橡胶和硅铝酸盐化合物。

9.根据权利要求8所述的新型微流控芯片，其特征在于：所述高分子化合物为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚乙烯醇。

10.基于权利要求1、5-9中任一所述新型微流控芯片的使用方法，包括如下步骤：

1）将试剂加入所述加样孔或所述腔体中；

2）手持所述芯片的加样孔端，以腕部或肘部为轴心甩动，使所述试剂进入所述芯片的微池中；

3）将所述芯片倾斜放置，放置时间≥3秒。

11.基于权利要求2-9中任一所述新型微流控芯片的使用方法，包括如下步骤：

1）将试剂加入所述加样孔或所述腔体中；

2）手持所述芯片的加样孔端，以腕部或肘部为轴心甩动，使所述试剂进入所述芯片的微池中；

3）将所述芯片水平放置或倾斜放置，放置时间≥3秒。

12.根据权利要求9-11所述的新型微流控芯片的使用方法，其特征在于：经过所述倾斜放置后，所述芯片的所述微池距离地面相对较高，所述加样孔距离地面相对较低。