CN105214745A - 一种微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控芯片。其特征在于在微流控芯片上设置一个或多个独立于微通道的储液孔，通过封接薄膜和柱塞实现对储液孔内液体的密封存储，通过控制封接薄膜的封接性能，使得挤压柱塞时储液孔中的液体可以定向释放到储液孔旁的微通道中。使用本发明实现的微流控芯片，可以在芯片内部存储并密封一定体积的液体试剂，装有试剂的芯片可以在一定的保存条件下长期存放。使用此芯片时可以控制内部液体的释放体积和释放的速度，有利于芯片内反应的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于微流控芯片领域。
背景技术
微流控芯片又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，是指把生物、化学和医学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块具有微米尺度微通道的芯片上，自动完成反应和分析的全过程。基于微流控芯片实现的分析检测装置的优点是：样本用量少，分析速度快，便于制成便携式仪器，非常适用于即时、现场分析。
要实现微流控芯片分析检测装置的自动化和集成化，就要尽可能多地将反应分析的各项功能集成到芯片上，而减少对芯片外操作的依赖。而且微流控芯片多为一次性使用产品，这样可省去复杂的清洗和废液处理等液路系统。但是目前在使用微流控芯片的过程中，液体试剂大多是在反应前才从外部引入微流控芯片的储液池中，比如通过安装在微流控芯片上的转接头外接多条导管，将液体试剂或样本从外部引入。这种实现方式装置复杂，显然不适合于微流控芯片分析检测装置的集成和产品化。理想的方案是将反应所需的多种试剂预封装到芯片中，并能长久保存。检测时只需将采集到的新鲜样本加入，控制预封装试剂释放，并与样本进行反应即可。但是现在关于这种微流控芯片内存储和释放液体的技术的研究和报到较少。发明专利201310203220.X中公开了一种在芯片内放置密封液囊实现液体内部存储的方法，然后反应中通过外力使液囊破损，将内部存储液体释放到微流控芯片指定位置。但这种存储液体的方法需要液囊破损后液体自行流到沟道里，它的缺点是难以精确控制液体试剂的释放体积，破碎的液囊还有可能对液体产生污染。实用新型专利CN203842597U公开了一种驱动芯片内液体向前流动而无回流的方法，但是此方法所实现的储液池和流体通道是相通的，储液池不具备密封性，所以不能实现液体在芯片内的存储。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种微流控芯片。
本发明的技术方案如下：
一种微流控芯片，所述微流控芯片包括储液孔(11)、微通道(13)，其特征在于所述储液孔(11)的顶部装有柱塞(12)，所述柱塞(12)与储液孔(11)紧密接触；所述储液孔(11)和所述微通道(13)底部用薄膜(14)密封；向下挤压柱塞(12)，所述微流控芯片储液孔(11)中储存的液体释放到旁边的微通道(13)中。
前述的一种微流控芯片部材料可以是硅、玻璃、石英或塑料。
前述的一种微流控芯片的柱塞(12)可以由橡胶、塑料等耐腐蚀、有一定机械强度且滑动特性良好的材料制成。
前述的一种微流控芯片的薄膜(14)可以为压敏或热敏材料，通过加压或者加热的方式与芯片紧密封接。
所述储液孔(11)与所述微通道(13)之间没有直接连通，所述储液孔(11)底部朝向微通道的方向有一个出口(15)，所述储液孔(11)与所述微通道(13)通过出口(15)连通。
前述的一种微流控芯片的储液孔(11)到微通道(13)之间的薄膜(14)封接性能低于周围部分，通过挤压柱塞(12)，储液孔(11)和微通道(13)之间的薄膜(14)与芯片脱离，储液孔(11)内的液体释放到微通道(13)中。
前述的一种微流控芯片，其中向上对柱塞(12)的挤压作用可以为手动或自动控制；自动控制可以用电机作用于柱塞(12)，通过对电机的控制来精确控制施加于柱塞(12)的压力，从而控制液体释放的速度和液体释放体积。
本发明可实现液体在微流控芯片上的预存储，与外接导管实现液体引入的方法相比，更适合于微流控芯片的集成和产品化。本发明中所采用的液体存储方法实现了液体的密封存放，有利于产品的长久保存。通过对储液孔底部柱塞的挤压控制，可以精确控制液体的释放体积和释放速度，从而可以准确控制液体试剂在微通道中的反应。
附图说明
图1是本发明提供的一种微流控芯片的结构截面示意图。
图2(a)是本发明提供的一种微流控芯片的结构底部视图。
图2(b)是本发明提供的一种微流控芯片的薄膜封接方法示意图。
图3为本发明实施例提供的一种带预存储液体试剂的微流控芯片的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种带预存储液体试剂的微流控芯片的底部视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明提供的一种微流控芯片的结构截面示意图。微流控芯片上圆柱状储液孔11的顶部装有一个柱塞12，柱塞与储液孔紧密接触。储液孔旁边有一条微通道13。储液孔和微通道底部用薄膜14密封。储液孔底部朝向微通道的方向有一个出口15，但与微通道之间没有直接连通，这样可以保证储液孔中的液体的密封性。实际操作中，先将柱塞从顶部压入储液孔，然后用移液器将适量液体注入储液孔，注入液体的体积要小于储液孔容积，最后在用薄膜将储液孔和微通道密封。柱塞有一定的机械强度，且与储液孔之间滑动特性良好，通过挤压柱塞，使得芯片底部储液孔和微通道之间的密封薄膜脱离，从而储液孔中的液体释放到微通道中。
图2A是图1所示结构的顶部示意图。图2B是图1所示结构的薄膜封接方法示意图。为保证储液孔中密封的液体定向释放到微通道中，需要控制底部薄膜的封接性能，使得储液孔到微通道之间的薄膜部分16的性能低于周围其他部分。当向上挤压柱塞时，只有储液孔到微通道之间的薄膜部分16与芯片底部脱离，而周围其他部分不会脱离。
向上对柱塞的挤压作用可以为手动或自动。为了实现微流控芯片分析检测装置的自动化，可以采用自动控制方法挤压柱塞，比如用微型步进电机驱动一个压块作用于柱塞，通过对电机的步数控制，可以精确控制施加于柱塞的压力，从而控制液体释放的速度和液体释放体积。
实施例：一种带预存储液体试剂的微流控芯片
本实施例所提供的一种带预存储试剂的微流控芯片的结构示意图如图3所示。芯片17采用NAS60塑料注塑而成，主要功能单元包括加样孔20，试剂孔21、22，检测区23、废液区24、透气孔25以及连接这些功能区的微通道26。芯片中预封装有液体试剂，液体试剂可以是一种或多种，本实施例以两种为例加以说明。加样孔和试剂孔顶部均装有一个橡胶柱塞。为了保证柱塞对圆柱孔的密封性，柱塞和圆柱孔的直径尺寸需要采用过盈配合，同时要控制过盈量保证对柱塞施加一定的按压力时，柱塞仍可以相对圆孔向下滑动。检测区23顶部装有一个透明窗18，便于对反应信号的检测。透明窗选用透光性能良好的聚苯乙烯塑料注塑而成，通过超声焊接的方式连接到芯片上。微通道位于芯片底部，所有功能区和微通道底部通过一个薄膜19进行密封。薄膜选用的是铝箔材料。通过加热加压的方式焊接到芯片底部。芯片底部结构图见图4。将样本加入到加样口并盖上柱塞，依次按压第一试剂和第二试剂的柱塞28、29，使其从试剂孔中释放到通道中，然后按压样本柱塞27，驱动样本依次经过释放到前方通道的第一试剂和第二试剂，样本和试剂接触并发生反应，最后进入检测区23对信号进行反应信号进行检测，多余的液体进入芯片上的废液区24。由图4可见，为了保证液体试剂的密封性，储存试剂的试剂孔21、22与微通道26之间预留了一个出口30、31(阴影部分)，但并不是直接相通的，焊接底部薄膜时，控制试剂孔与微通道之间部分的焊接力小于周围部分，以保证挤压试剂孔柱塞时，试剂孔内的试剂可以定向释放到微通道里。实际操作时，可采用微型步进电机，从芯片顶部向下作用于柱塞，实现对柱塞的自动控制。通过控制电机运动频率可以控制压力的大小，从而控制储液孔内液体释放的速度，通过控制电机的运动步数可以控制液体的释放体积。
由此可见，使用本发明提供的一种微流控芯片内部存储和释放液体的方法，可以在微流控芯片上预先存储并密封一定体积的液体试剂，可实现芯片上试剂的长久保存，检测时只需加大采集到的新鲜样本，控制预封装试剂释放，并与样本进行反应即可。通过储液孔柱塞的自动控制，还可以精确控制液体的释放体积和释放速度。这种存储和释放液体的方法对于微流控芯片的应用以及微流控芯片的产品化具有非常重要的意义。
Claims (7)
1.一种微流控芯片，所述微流控芯片包括储液孔(11)、微通道(13)，其特征在于所述储液孔(11)的顶部装有柱塞(12)，所述柱塞(12)与储液孔(11)紧密接触；所述储液孔(11)和所述微通道(13)底部用薄膜(14)密封；向下挤压柱塞(12)，所述微流控芯片储液孔(11)中储存的液体释放到旁边的微通道(13)中。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的材料可以是硅、玻璃、石英或塑料。
3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述柱塞可以由橡胶、塑料等耐腐蚀、有一定机械强度且滑动特性良好的材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述薄膜可以为压敏或热敏材料，通过加压或者加热的方式与芯片紧密封接。
5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述储液孔的底部与微通道之间设置有一个出口(15)。
6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述储液孔到微通道之间的薄膜封接性能低于周围部分，通过挤压柱塞，储液孔和微通道之间的薄膜与芯片脱离，储液孔内的液体释放到微通道中。
7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：对柱塞的挤压作用可以为手动或自动控制；自动控制可以用电机作用于柱塞，通过对电机的控制来精确控制施加于柱塞的压力，从而控制液体释放的速度和液体释放体积。
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