CN104502280B - 一种提高检测特异性的微流体单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高检测特异性的微流体单元，属于传感器技术领域，该微流体单元至少包括一个呈管状结构的微流本体，所述微流本体细胞入口端设置有正压发生装置，所述微流本体细胞出口端设置有负压发生装置。通过设置恰当管径的微流体单元，并利用在微流体本体两端增加正压、负压发生装置，可在微流本体内产生足够的负压，让待测细胞只能单个或少数通过，从而有效提高检测的特异性，实现用亚THz传感技术直接定性和定量检测不同性状细菌，减少细菌培养环节，提高检测效率和质量。

Description

一种提高检测特异性的微流体单元
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种用于亚THz纳米生物传感器的微流体单元。
背景技术
微流体是集合微电子、微机械、生物工程和纳米技术等基础上发展起来的技术，能够在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体。它能够连续操作，精确控制反应条件，使用量少，节约成本，可集成化，大批量生产。这种技术日益成熟，越来越多的被应用在生物医学上，并且从实验研究阶段向商品化发展。例如，微流体生物芯片在稀有细胞的筛选、信息核糖核酸的提取和纯化、基因测序、单细胞分析、蛋白质结晶、药物检测等的应用。
亚太赫兹纳米生物传感器将亚太赫兹技术用于生物医学检测，太赫兹(Terahertz,THz，1THz＝1012Hz)波是频率在0.1～10THz的电磁波，生物大分子之间的弱相互作用(氢键、范德华力等)、生物大分子的骨架振动和偶极子旋转等正好处于THz频谱范围，基于此可以检测像蛋白质、核酸、糖类、核酸等生物大分子。但由于人体等生物的组织细胞、血液等常规检测物质基本处于水相环境，而液态水恰好有大量的氢键，这将会严重干扰太赫兹应用在水相环境。然而，近几年发现在小于1THz的低频范围内，液态水中的氢键的干扰性大大降低，这使太赫兹技术应用于液相环境下的物质检测成为了可能。我们将小于1THz的频谱范围被称为亚太赫兹。
亚THz纳米生物传感器要求单个或少量细胞正常通过狭小微流体的微通道，这样就可以提高检测的特异性，也减少了使用的细胞，即微量、快速检测。例如细菌，就避免了长时间的细菌培养的过程。但同时这样要求微流体的通道变得很小，只有几十微米，甚至只有几微米的直径。
现有的微流体的微通道的最小直径大多是从百微米到毫米级，极少有几十微米以下。原因是多方面的，其一是制作工艺，微通道越小，微型加工技术及表面化学涂层等技术要求也高，成本将会大大提升。最重要的是因为微流体与支持物间的表面效应，由于尺寸变小，分子表面的本质特征就极其重要，在几到几十微米这个级别，微通道的表面粘附力、表面摩擦力、表面吸收层和表面亲和力等的影响，微通道就显得“粗糙”，也就是说通道的阻力增加了。传统的微流体加样在几到几十微米的通道上根本不能使其快速流动，这就使该技术的使用遇到了瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于亚THz纳米生物传感器的微流体单元，以解决现有技术中无法实现单个或少量细胞正常通过狭小微流体的问题，提供如下技术方案：
一种提高检测特异性的微流体单元，至少包括一个呈管状结构的微流本体，所述微流本体细胞入口端设置有正压发生装置，所述微流本体细胞出口端设置有负压发生装置。
进一步，所述微流本体为平行设置或Y型或U型设置。
进一步，所述微流本体直径为4-6μm。
进一步，所述正压发生装置包括压力腔I、溶液腔I，所述压力腔I、溶液腔I之间设置有隔离推板I，所述压力腔内设置有进出风口I，所述溶液腔设置有一个进液口I和与微流本体连通且数量相同的出液口I。
进一步，所述进液口I上设置有单向控制阀。
进一步，所述正压发生装置为微型泵。
进一步，所述负压发生装置包括压力腔II、溶液腔II，所述压力腔II、溶液腔II之间设置有隔离推板II所述压力腔II内设置有进出风口II，所述溶液腔II设置有与微流本体连通且数量相同的进液口II和出液口II。
进一步，所述出液口II上设置有单向控制阀。
进一步，所述负压发生装置为蠕动泵。
本发明的有益效果在于：本发明的通过设置管径为4-6μm的微流体单元，并利用在微流体本体两端增加正压、负压发生装置，可在微流本体内产生足够的负压，让待测细胞只能单个或少数通过，从而有效提高检测的灵敏度和特异性，实现用亚THz传感技术直接定性和定量检测不同性状细菌，减少细菌培养环节，提高检测效率和质量。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为本发明第一实施例的结构示意图；
图2为本发明第一实施例正压发生装置的结构示意图；
图3为本发明第一实施例负压发生装置的结构示意图；
图4为本发明第二实施例的结构示意图；
图5为本发明第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例一种提高检测特异性的微流体单元，至少包括一个呈管状结构的微流本体1，所述微流本体细胞入口端设置有正压发生装置2，所述微流本体细胞出口端设置有负压发生装置3。正压发生装置产生正向压力，负压发生装置产生负压，在正负压力共同作用下，将细胞溶液的细胞推进微流本体1内，实现检测。
本实施通过设置管径为4-6μm的微流体单元，优选5μm，并利用在微流体本体两端增加正压、负压发生装置，可在微流本体内产生足够的负压，让待测细胞只能单个或少数通过，从而有效提高检测的灵敏度和特异性，实现用亚THz传感技术直接定性和定量检测不同性状细菌，减少细菌培养环节，提高检测效率和质量。
本实施例的所述微流本体采用相互平行的方式进行设置，这样可以对单个微流本体进行生产，加工更容易，存活率高，有利于降低制造成本。
本实施例中，所述微流本体直径在能够加工制造的前提下，比细胞大小略大即可，但管径越小其对细胞阻力越大，导致细胞不容易通过，本实施例优选微流本体直径为5μm，在此条件下再增加正负压发生装置的效果最好。
本实施例正压发生装置可以为微型泵、马达等，本实施例中优选的正压发生装置包括压力腔I 201、溶液腔I 202，所述压力腔I 201、溶液腔I 202之间设置有隔离推板I203，所述压力腔内设置有进出风口I 204，所述溶液腔设置有一个进液口I 205和与微流本体连通且与微流体数量相同的出液口I 206，所述进液口I205上设置有单向控制阀I 207。当溶液腔I 201内装入足够多的细胞溶液后，进出风口I 204进入压缩空气，推动隔离推板I203缩小溶液腔I202的容积，从而增大其细胞溶液的液压力，使其进入微流本体内，同时，设置单向控制阀I207可以阻止溶液倒流保证溶液腔I2023的内压力。本实施例中，也可为微型泵
本实施例正压发生装置可以为蠕动泵、马达等，本实施例优选的负压发生装置包括压力腔II 301、溶液腔II 302，所述压力腔II 301、溶液腔II 302之间设置有隔离推板II303，所述压力腔II 301内设置有进出风口II 304，所述溶液腔II 302设置有与微流本体连通且与微流体数量相同的进液口II 305和出液口II 306，所述出液口II 306上设置有单向控制阀II 307。当需检测时，在正压发生装置2工作时，负压发生装置3也同时启动，进出风口II 304排出压缩空气，溶液腔II 302形成负压，推动隔离推板II 304增大溶液腔II 302的容积，从而减小其压力产生负压，将细胞溶液吸入微流本体1内，实现检测，同时，设置单向控制阀II 307可以阻止溶液倒流降低溶液腔II的内压力。
另外，正压、负压发生装置的压力介质也可以是液体。
实施例2
如图4所示，实施例2与实施例1不同的是将微流本体1设置为Y型结构，即将述微流本体在负压发生装置3连通前合并为统一通道，方便将多个微流本体1的管道集中处理，形成负压结构，细胞溶液更易进入微流本体1，效果更佳。其他结构与实施例1相同，这里不再敖述。
实施例3
如图5为实施例3，与实施例1不同的是将微流本体1设置为U型结构，这种结构可以增加微流本体的长度，更容易将确定数量的待检细胞分散，有利于细胞溶液进入微流本体1，效果更佳。其他结构与实施例1相同，这里不再敖述。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种提高检测特异性的微流体单元，至少包括一个呈管状结构的微流本体，其特征在于：所述微流本体细胞入口端设置有正压发生装置，所述微流本体细胞出口端设置有负压发生装置，所述微流本体直径为4-6μm。
2.根据权利要求1所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述微流本体为平行设置或Y型设置或U型设置。
3.根据权利要求1所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述正压发生装置包括压力腔I、溶液腔I，所述压力腔I、溶液腔I之间设置有隔离推板I，所述压力腔内设置有进出风口I，所述溶液腔设置有一个进液口I和与微流本体连通且数量相同的出液口I。
4.根据权利要求3所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述进液口I上设置有单向控制阀。
5.根据权利要求1所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述正压发生装置为微型泵。
6.根据权利要求1所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述负压发生装置包括压力腔II、溶液腔II，所述压力腔II、溶液腔II之间设置有隔离推板II所述压力腔II内设置有进出风口II，所述溶液腔II设置有与微流本体连通且数量相同的进液口II和出液口II。
7.根据权利要求6所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述出液口II上设置有单向控制阀。
8.根据权利要求1所述的一种提高检测特异性的微流体单元，其特征在于：所述负压发生装置为蠕动泵。
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