CN104483496B - 绕轴心旋转的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绕轴心旋转的检测装置及其检测方法。检测装置包括：上层，包含加液孔；中间层，包含至少一个溢流孔和至少一个微流道，其中溢流孔用于定量，微流道用于使试剂在离心作用下通过；以及下层，其中上层、中间层与下层水密性结合形成反应腔，其中反应腔远离轴心的侧壁与竖直方向呈一定的角度。用于检测的方法，将第一试剂加入反应腔；将第一试剂中的活性物质吸附在反应腔中的生长基底上；通过离心将剩余的废液排出；将第二试剂加入试剂腔，并通过溢流孔进行定量；通过离心将第二试剂通过另一微流道排入反应腔，与活性物质进行反应。该检测装置和检测方法具有灵活性高、实现定量检测、兼具批量与个别检测等优点。

Description

绕轴心旋转的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及检测领域，具体涉及基于离心旋转技术的检测装置。

背景技术

在医学检验、环境分析、食品和药品检验以及安全检测等领域中，大型实验室分析仪器自动化程度高、检测准确，长久以来是分析检测的核心工具。然而这些实验室分析仪器的应用仍因为分析前、分析后许多复杂的步骤耗费大量时间，不能短时间内获得检验报告，在危机时刻不能及时为定位和解决问题争取时间。

当前各行业对现场检测及其实时性提出了越来越迫切的要求，随着生物技术、免疫技术、微机电技术和传感技术的发展，出现了便携式小型快速分析仪器。由于操作简便，检测及时，便携式小型快速分析仪器在现场实时性要求高的场合发挥着越来越重要的作用，正发展成为分析检测中与实验室分析仪器并列的一个新的分支。

便携式分析仪器中可分为仪器方法和化学方法。化学方法中可分为干化学法和湿化学法。干化学法特点是试剂以干粉或冻干粉状态存在于芯片中，湿化学法特点是试剂以溶液状态存在。干化学法的试剂预埋进芯片中，该芯片的应用就被固定，失去灵活性，且预埋的试剂受质保期限限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了绕轴心旋转的检测装置和检测方法。

一种基于绕轴心旋转的检测装置，包括：

上层，设有加液孔；

中间层，包括至少一个溢流孔和至少一个微流道，其中溢流孔用于定量，微流道用于使试剂在离心作用下通过；以及

下层，其中上层、中间层与下层水密性结合形成反应腔，用于进行物理或化学反应，其中反应腔远离轴心的侧壁与竖直方向呈锐角。

所述的中间层包括反应槽，反应槽与上层和下层结合形成所述的反应腔，其中反应槽的腔壁上具有所述的溢流孔和微流道，且该微流道位于远离轴心的反应槽的腔壁。

所述的下层的上表面设有生长基底，中间层设有压膜环，压膜环用于固定生长基底。

所述的上层进一步包含定位孔，用于将检测装置固定在离心装置上。

所述的中间层进一步包含试剂槽，试剂槽的腔壁具有溢流孔，试剂槽通过上层与中间层水密性结合形成试剂腔，试剂从加液孔进入试剂腔，在离心作用下试剂从试剂腔通过微流道进入反应腔，反应后试剂通过另一微流道从反应腔排出。

所述的加液孔包括第一加液孔和第二加液孔，第一加液孔对准试剂腔，第二加液孔对准反应腔。

所述的微流道呈弧线旋转形状。

所述的上层包括多个加液孔；

间隔层包括第一试剂槽、第一溢流孔和第一微流道，其中第一溢流孔位于第一试剂槽的侧壁；

中间层包括第二试剂槽、反应槽、第二溢流孔、第二微流道和废液流道，第二溢流孔位于第二试剂槽的侧壁；

上层、间隔层和中间层进行水密性结合分别形成第一试剂腔、第二试剂腔和反应腔，反应腔离轴心最远，其中第一微流道联通第一试剂腔和反应腔，第二微流道联通第二试剂腔和反应腔，废液流道用于将反应腔中废液排出。

一种用于绕轴心旋转的检测装置，包括第一腔室、第二腔室和废液槽，其中第一腔室和第二腔室远离轴心的侧壁与竖直方向呈现锐角，第二腔室位于轴心远端，第一腔室侧壁具有溢流孔用于定量，第一腔室和第二腔室之间通过微流道联通，第二腔室和废液槽通过废液流道联通。

一种用于检测的方法，包括：

将第一试剂加入反应腔；

将第一试剂中的活性物质吸附在反应腔中的生长基底上；

通过离心将剩余的废液通过微流道排出；

将第二试剂加入试剂腔，并通过溢流孔进行定量；

通过离心将第二试剂通过另一微流道排入反应腔，与反应腔中的活性物质进行反应。

本发明提出的绕轴心旋转的检测装置和检测方法，集处理、稀释、多步反应于一体，具有灵活性高、实现定量检测、兼具批量与个别检测等优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的一种液体控制模型示意图；

图2示出了根据本发明实施例1的绕轴心旋转的检测装置100的截面示意图；

图3示出了根据图2中检测装置100的俯视图；

图4示出了根据本发明实施例2的检测装置100的截面示意图；

图5示出了根据图4中检测装置100的俯视图；

图6示出了根据本发明实施例2的中间层12的俯视图；

图7示出了根据本发明实施例2的检测装置100的俯视图；

图8示出了根据本发明实施例3的检测装置100的截面图；以及

图9示出了根据本发明实施例4的检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

图1示出了根据本发明一实施例的一种液体控制模型示意图。图示的圆锥面与水平面成α角度运动，以角速度为ω作圆周运动。在距离中心轴r位置处的质量为m的质点，其受力有二，一为垂直锥面方向的支撑力，二为重力，当该质点能够维持竖直方向无相对运动时，建立方程如下：

竖直方向：G=Ncosα (1)

水平方向：Fr=Nsinα=mω²r （2）

根据方程(1)和（2）可得：

ω²=g×tanα÷r （3）

其中，g为重力加速度，常量；

r为圆周运动半径；

tanα，锥面与水平面夹角正切值，固定角度情况下为常量。

在圆周运动r处，根据公式（2）可知，当角速度大于圆周运动半径与正切值、重力加速度之积时，质点m不能维持竖直方向的平衡，必将沿倾斜圆锥面上方运动。如果圆锥面上方设图示方向的通道时，随着加速度的增大，由于在此通道处没有斜面继续提供支撑力，流体沿着通道流出。根据这种离心运动产生的效果，可以对流体进行控制，使得流体通过微流道在不同腔室间进行流动。进而应用在微检测装置对试剂的控制中。

实施例1

图2示出了根据本发明一实施例的绕轴心旋转的检测装置100的截面示意图。检测装置100包括上层11、中间层12和下层13。为了便于区分，图2在上面的部分示出了组装之前的检测装置100。在下面的部分示出了组装后的检测装置100。在应用的至少某个阶段，检测装置100在力的作用下绕轴心Z旋转。其中上层11包含加液孔，通过该孔将反应液、检测液、洗涤剂等液体加入。中间层12包含反应槽121，为中间层12围成的空间，其中反应槽121远离轴心Z的腔壁与竖直方向呈一定的角度。中间层12的腔壁上还包括穿透中间层12的溢流孔122和排出废液的废液流道123。在一个实施例中，废液流道为一种微流道，反应槽的外侧腔壁呈圆锥面，使得在离心旋转作用下试剂能通过废液流道123向外排放，其中离心旋转速度根据试剂粘度、反应槽的半径等参数进行调节。下层13为一基板。将上层11、中间层12和下层13进行水密性结合，形成组装后的检测装置100。水密性结合方式包括采用胶进行水密性粘接、超声焊接、激光焊接、微波焊接之中的一种或多种。从组装后的检测装置可以看到，检测装置100的反应槽121和下层13结合形成了独立的反应腔124。在一个实施例中，下层13的上表面可包括生长基底126。生长基底126可为特殊材质的膜片。生长基底可采用聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚硝酸纤维、硅、玻璃及金属类制作。外形可为长方形、椭圆形、长方形、扇形、三角形及以上述形状的组合。中间层12可包括压膜环125，水密性地贴合在反应腔124中，用于固定住生长基底126，并使得生长基底126显露在反应腔124的底面。试剂A从加液孔111加入反应腔124，并通过溢流孔122溢流，使得试剂A具有固定的体积。在一个应用实施例中，先将第一种试剂通过加液孔111加入反应腔124，使得试剂中的活性物质作为反应试剂固定在生长基底126上，然后旋转离心将反应后的试剂通过废液流道123排出；再加入第二种试剂，使得第二种试剂与活性物质进行反应。活性物质可为抗体、抗原和酶，可通过吸附或键合等方式固定在生长基底126上。所述的生长基底126已经过化学、物理处理可直接吸附或键合试剂。

图3示出了根据本发明一实施例的检测装置100的俯视图。该俯视图示出了该检测装置100的上层。从该俯视图中可见，检测装置100的上层100包括加液孔111。在一个实施例中，检测装置100进一步包括固定孔113，用于将检测装置100固定到离心装置上，在动力作用下，检测装置100随离心装置做离心运动。检测装置100包括多个加液孔111，其中每个加液孔对应一个反应腔。因此，检测装置100可同时检测多个样品。

实施例2

图4示出了根据本发明另一实施例的检测装置100的截面示意图。检测装置100包括上层11、中间层12和下层13。上层11包括第一加液孔111和第二加液孔112。其中第二加液孔112比第一加液孔111靠近内侧，即靠近旋转轴Z。中间层包括位于内侧的试剂槽221和位于外侧的由中间层12形成的中空反应槽121。其中试剂槽221和反应槽121的外侧内壁为斜面，与竖直方向呈一定角度。试剂槽221或反应槽121的内侧壁可为任何可行的形状，如圆锥形、梯形斜面或四面体结构等。试剂槽221靠近中心的腔壁上部包括溢流孔122。中间层12在试剂槽221和反应槽121之间的上端部分包含微流道224。中间层12在反应槽121的外侧上端包含废液流道123。中间层可包含压膜环125，紧贴反应槽内壁。下层13上表面可放置生长基底126。在将上层11、中间层12和下层13进行水密性结合后，形成具有闭合空间的反应腔124和试剂腔228，在离心作用下，试剂从试剂腔228通过微流道224流向反应腔124。同时通过压膜环125将生长基底126固定。在一个应用实施例中，先将试剂A通过第一加液孔111加入反应腔124，使得试剂A中的活性物质固定在生长基底126上；对剩余的试剂A进行离心通过废液流道123排出；将试剂B通过第二加液孔112加入试剂腔228，经过溢流孔122溢流，将固定体积的试剂B在离心作用下通过微流道224进入反应腔124。使得固定容积的试剂B与生长基底126上的活性物质进行反应。因此可实现精确的定量反应。再对反应后的试剂进行定量检测或对生长基底126进行检测，获得检测物质的检测值。

在一个实施例中，检测装置100可进一步包含废液槽，连接废液流道123，用于储存废液。在一个实施例中，检测装置进一步包括可编程芯片，和动力装置耦接，用于控制加液步骤、转速匹配，或进一步配合敏感元件实现自动化检测流程。在一个实施例中，检测装置包括动力装置用于提供离心力，以及敏感元件用于检测反应后的试剂，检测途径包括光敏电阻、图像传感器、光电池、光电倍增管、光子计数器等。

图5示出了根据本发明一实施例的检测装置100的俯视图。检测装置100上层包括第一加液孔111和第二加液孔112。第二加液孔112对准试剂腔228，第一加液孔111对准反应腔124。检测装置100还进一步包括定位孔113，用于和动力传动的离心装置相固定。

图6示出了根据本发明一实施例的中间层12的俯视图。中间层12包含试剂槽221、反应槽121，以及位于中间层12上的微流道224和废液流道123。其中微流道224和废液流道123呈与旋转方向相反的弧线旋转形状，利于试剂的排放。

图7示出了根据本发明一实施例的检测装置100的俯视图。其中检测装置100包括多个第一加液孔111和一个第二加液孔112。加入第一加液孔111中的试剂通过微流道自适应地流入所有试剂槽，并通过溢流孔溢流获得多份定量的试剂。该方法适用于比对。

实施例3

图8示出了根据本发明一实施例的检测装置100的截面图。检测装置100包括上层11、间隔层14和中间层12（实际上这里的中间层作为了底层）。其中上层包含多个加液孔111、112和114。间隔层14包括第一试剂槽321、第一溢流孔322和第一微流道323，其中第一溢流孔位于第一试剂槽的侧壁。中间层12（包括第二试剂槽221、反应槽222、第二溢流孔122、第二微流道224和废液流道123，其中第二溢流孔位于第二试剂221的侧壁。通过将上层、间隔层和中间层进行水密性结合，分别形成第一试剂腔34、（第二）试剂腔228和反应腔124，其中第一微流道323联通第一试剂腔34和反应腔124，第二微流道联通试剂腔228和反应腔124，废液流道123将反应腔124中废液排出。在一个应用实施例中，先将第一试剂通过加液孔112进入试剂槽221，或加液孔114进入试剂槽321，经过溢流获得定量的试剂；再经过离心将试剂通过微流道323或224进入反应腔124，将活性物质固定在生长基底126上，并将反应后的废液排出；再同时往第一试剂槽321和第二试剂槽221中加入试剂A和试剂B，经过离心将定量的试剂A或试剂B通过微流道进入反应腔124，使得定量的试剂A、试剂B和生长基底126上的活性物质反应。在一个实施例中，在排空废液之后，通过上层加液孔，加入洗涤液，将残留在试剂腔、反应腔内壁的废液洗涤，适当时间后，在设定离心力作用下将洗涤废液经由微流道排入废液槽。

实施例4

图9示出了根据本发明实施例2、3的检测方法流程示意图。该方法包括在步骤901将第一试剂加入反应腔；在步骤902将第一试剂中的活性物质吸附在反应腔中的生长基底上；在步骤903通过离心将剩余的废液通过废液流道或微流道排出反应腔外；在步骤904将第二试剂加入试剂腔，并通过试剂槽侧壁的溢流孔进行溢流，实现定量；在步骤905通过离心将定量的第二试剂通过另一微流道排入反应腔，与反应腔中的活性物质进行反应。

在另一个实施例中，可同时分别向第一试剂腔和第二试剂腔中加入第二试剂和第三试剂，第二试剂腔也可通过溢流定量，并且该方便包括同时通过离心运动将第二试剂和第三试剂同时排入反应腔，与反应腔中的活性物质进行反应。

根据本发明多个实施例的检测装置，可用于在医学检验中现场分析人体或动物全血、血浆、血清、唾液、尿液、汗液、精液以及其它液体。在环境中可以现场采样分析污水、地表水、饮用水等水质质量。在食品安全领域中科现场采样分析农药残留、细菌、病毒等。特别适合复杂样品溶液检测，将被检测物质固定分离出来进行分析，尤其在酶、免疫试剂等基于特异结合的情况，将需要的物质结合固定，未被固定的物质在离心力作用下通过微流道排液进入废液槽，从而实现分离，减少了其它物质可能的干扰。

以上公开内容仅涉及优选实施例或实施方式，可产生许多修改方案而不脱离所附权利要求提出的本发明的精神和范围，其不应解释为对本发明保护范围的限定。本说明书所描述的特定实施例仅用于说明目的，本领域技术人员在本发明的精神和原理内，可得出多种修改或等同方案。本发明涵盖的保护范围以所附权利要求书为准。因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型均为随附权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种基于绕轴心旋转的检测装置，其特征在于，包括：上层、间隔层和底层；

上层包括多个加液孔；

间隔层包括第一试剂槽、第一溢流孔和第一微流道，其中第一溢流孔位于第一试剂槽的侧壁；

底层包括第二试剂槽、反应槽、第二溢流孔、第二微流道和废液流道，第二溢流孔位于第二试剂槽的侧壁；

上层、间隔层和底层进行水密性结合分别形成第一试剂腔、第二试剂腔和反应腔，反应腔离轴心最远，第一试剂腔、第二试剂腔和反应腔远离轴心的侧壁与竖直方向呈锐角，其中第一微流道联通第一试剂腔和反应腔，第二微流道联通第二试剂腔和反应腔，废液流道用于将反应腔中废液排出。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的底层的上表面设有生长基底，底层设有压膜环，压膜环用于固定生长基底。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的上层进一步包含定位孔，用于将检测装置固定在离心装置上。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的加液孔包括第一加液孔、第二加液孔和第三加液孔，第一加液孔对准第一试剂腔，第二加液孔对准第二试剂腔，第三加液孔对准反应腔。