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Abstract

一种无源微阀POCT芯片，采用波浪形流体控制单元，集成于POCT芯片中，用于免疫分析、即时检测等众多生物医疗领域。规律分布的波浪形凸台结构，固定于混合区的入口处，可局部改变流体通道的微尺度特性，改变流阻从而延缓流速；当样品流经该波浪形控流微结构单元时，该结构可有效改善流体流型，使流型均一，通过调整波浪形凸台的高度、数量及其结构尺寸，可以精确控制样品从过滤区进入反应室中的流型和反应容量，隔离过量样品，使进样区的加样量可以在较大范围内浮动。

Description

一种无源微阀POCT芯片
技术领域
本发明提供了一种无源微阀POCT芯片，采用微流体流型控制及进样量控制单元，并可集成于POCT即时检测微流控芯片，用于免疫分析、即时检测等领域。
背景技术
POCT(Point-Care-Of-Testing)即时检测技术是指任何由医院专业人士或非专业人士在检测中心以外进行的临床检测。相比传统的临床检测，POCT操作简便、结果可靠迅速，对操作人员的要求低，取代了具有较高维护成本的传统设备，为临床患者的即时诊断及治疗提供了有利条件。因此POCT已成为临床检验工作中令人瞩目的热点和急诊检验工作中的一种新的工作模式。
目前最成熟的POCT应用是侧流试纸条检测法，它使用一个薄膜或纸带指示蛋白质标记物如抗原或抗体的存在，已广泛应用于妊娠检测及链球菌或流感感染的检测。尽管侧流试纸条检测法易于操作，但其检测结果精度低、可复制性差，这些缺点限制了该方法的进一步应用。另一个成功商业化的POCT应用是血糖检测，市面上已出现多款血糖仪产品，如强生的ONETOUCH血糖仪及罗氏的ACCU-CHEK血糖仪。但血糖检测因其自身特点比较特殊，就技术方面而言，血糖浓度达到毫摩尔级别，远远超出大部分其他分析物的浓度；就市场而言，相较于其他分析物的检测血糖检测的频率很高，常常一天多次。
近年来，LOC(lab-on-a-chip，芯片实验室)技术逐渐成为生物医疗领域的研究热点，其目标是在微芯片上集成各种生化反应以减少试剂消耗、缩短反应时间，使自动化程度更高，实现高通量、大规模的检测，从而降低成本，且检测结果更加可靠。LOC的出现给POCT即时检测指明了新的发展方向。基于芯片实验室的POCT即时检测被广泛认为是转变POCT产业最有潜力的技术。
基于芯片实验室技术的POCT检测在针对早期癌症、艾滋病检测、心脏病检测等方面有较大的优势，主要研究可分为核酸检测、免疫检测和细胞检测等。如雅培公司(Abbott)的i－STAT利用电化学测定法可检测血液中的钠、钾、氯化物、葡萄糖、血细胞比容等化学成分；Epocal公司来发的SmartCard可定量检测血液的：pH、pCO2、pO2、Na+、K+、Ca++、Glu、Lac、Hct等化学物质；Alere公司开发的TheAlerePimaTMAnalyser只需注入25mL血液至检测芯片即可在20分钟内检测出血液中CD4细胞的数量，这对HIV/AIDS的确诊具有重要意义；博适公司的TriageMeterPlus手提式荧光计，可同时定量测定cTnI、CK-MB和Mb，采用荧光标记技术，可产生高达85％的荧光效率，通过储存在仪器中的标准曲线最终换算出待测物的浓度。
目前LOC领域微流体控制技术主要包括微进样、微泵、微阀、微混合、过滤、富集等。微阀的作用包括径流调节、开关转换及密封微纳粒子、化学试剂等，按有无外加驱动力可分为有源微阀和无源微阀。有源微阀需在某种外部驱动能的作用下实现对微流体的控制，可分为电、磁、压电、热、相变、双稳态有源微阀以及由外部辅助系统如气体驱动的有源微阀，需要比较复杂的外部设备，不利于POCT芯片小型化、智能化、便携化的发展趋势。无源微阀无需从外部输入能量，通常在顺压与逆压作用下无需外部设备即可实现对微流体的控制，因此在POCT产品上具有广阔的应用前景。
技术方案
本发明提供了一种结构简单的无源微阀即时检测芯片，其中盖片为一带有注液孔的矩形薄板，基片上集成了进样区、过滤区、混合区、反应室和废液区；在混合区靠近过滤区的端点处，固定有一边平直，另一边为波浪型的长条薄片型控流微结构单元，其中控流微结构单元的平直一侧长度等于混合区靠近过滤区端点的横截面长度，且紧贴端点将整个控流微结构单元固定于混合区的上表面；样品流动方向为从控流微结构单元平直一侧流向波浪形一侧。波浪形控流微结构单元厚度为10-100um。控流微结构单元波浪形波谷高度为50um-1250um，波峰高度为100um-2000um，宽度由过滤区尺寸决定，数量为3-15个。控流微结构单元材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯醇(PET)、聚四氟乙烯(特富龙PTFE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、聚氨酯(PU)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)等热塑性聚合物。
由于形控流微结构单元位于过滤区和反应室之间，改变了从过滤区到反应室的通道横截面积，增强了毛细力，从而使得流体能自发进入反应室，同时波浪形结构使流体流型更加均一；通过调整波浪形凸台的高度、数量及其结构尺寸，可以精确控制样品从过滤区进入反应室中的流型和反应容量，隔离过量样品，这样进样区的加样量可以在较大范围内浮动。
附图说明
附图1是本发明的1结构示意图。
图中：1进样区、2过滤区、3波浪形控流微结构单元、4混合区、5反应室、6废液区、7基片、8盖片。
具体实施方式
此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种无源微阀POCT芯片，采用仿生毛细波浪形控流微结构单元3，能准确控制液体的流入量，确保液体流经流动延时控制单元同一横截面上的水头流速的均一性，有效避免通道易被气泡阻塞的风险，排除进样量不均对后续分析的干扰，为微流控芯片的后续检测分析提供了有利条件。
下面以一种典型尺寸的波浪形控流微结构单元3，集成于POCT微流控芯片在心梗检测的应用，作为实施例，对血清或全血与荧光物质的混合液体在三维波浪形控流微结构控制单元作用下的流动控制加以说明。结合附图如下。
实施例
该POCT芯片由基片7与盖片8键合而成。其中基片7包括进样区1、过滤区2、波浪形控流微结构单元3、混合区4、检测区5、废液区6。波浪形控流微结构单元3的平直一侧与过滤区2的出口连接，波浪形控流微结构单元3的出口即波浪形一侧即为混合区4入口。进样区1与过滤区2相连，过滤区2中应放置一片滤纸，用于对过滤全血中的血细胞以得到血清。
本发明的波浪形控流微结构单元3是一种建立在波浪形凸台结构上的三维通道。集成了此结构的基片7通过与盖片8的键合形成三维通道结构。
反应室5通道的深度为100um，宽度为2mm，长度为80mm。
三维通道中的波浪形控流微结构单元3的厚度为25um，波峰高h1＝20um，数量为10个，则其宽度为w＝10mm/10＝1mm。
血清或全血通过进样区1加样后，在毛细力作用下流入过滤区2，经过滤区滤纸过滤后的样品最终进入波浪形控流微结构单元3。波浪形控流微结构单元3对过滤后的样品进行准确的流速、流型控制，使得进入混合区4的过滤样品容量在预定的范围内，加强混合效率。反应室5表面有心梗的蛋白质标记物，经过滤的样品在反应室5中与这些蛋白充分反应，过量样品流入废液区6；最后利用荧光检测装置对流过反应室5的混合液体进行荧光检测，得出检测结果。医务人员对检测结果进行分析判断，如果检测数据超出正常范围，说明存在患有心梗的风险。

Claims (4)

1.一种无源微阀POCT芯片，其中盖片(8)为一带有注液孔的矩形薄板，基片(7)上集成了进样区(1)、过滤区(2)、混合区(4)、反应室(5)和废液区(6)；其特征在于，在混合区(4)靠近过滤区(2)的端点处，固定有一边平直，另一边为波浪型的长条薄片型控流微结构单元(3)，其中控流微结构单元(3)的平直一侧长度等于混合区(4)靠近过滤区(2)端点的横截面长度，且紧贴端点将整个控流微结构单元(3)固定于混合区(4)的上表面；样品流动方向为从控流微结构单元(3)平直一侧流向波浪形一侧。
2.根据权利要求1所述的一种无源微阀POCT芯片，其特征为所述的波浪形控流微结构单元(3)厚度为10-100um。
3.根据权利要求1所述的一种新型即时检测芯片，其特征为，控流微结构单元(3)波浪形波谷高度为50um-1250um，波峰高度为100um-2000um，宽度由过滤区尺寸决定，数量为3-15个。
4.根据权利要求1所述的一种无源微阀POCT芯片，其特征在于，所述的控流微结构单元(3)材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯醇(PET)、聚四氟乙烯(特富龙PTFE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、聚氨酯(PU)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)等热塑性聚合物。
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