CN105675859A - 一种迷宫式微流体延时流动操控单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种迷宫式微流体延时流动操控单元，属于医用即时检测产品研发领域。本发明的目的是提供一种迷宫形血液样本延时流动操控单元来控制血栓即时检测POCT产品中的流体流动。通过调整迷宫入口凸台结构(3)、迷宫出口凸台结构(4)、1号迷宫墙凸台结构(5)、2号迷宫墙凸台结构(6)和通道(2)的各个特征尺寸可以控制液体流动状态，从而控制液体流过通道的时间；通过控制液体流动的时间，使需要检测的血液样本中的抗原与POCT芯片产品上的抗体充分混合，控制检测反应的时间，提高了POCT检测产品的检测灵敏度和精确度，从而获得良好的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种迷宫式微流体延时流动操控单元，属于医用即时检测产品研发领域。
背景技术
20世纪90年代初，由瑞士的Manz等提出了微全分析系统(μ-TAS)概念的提出，也被称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，对生化分析技术的发展应用产生了深远的影响。作为微全分析系统的发展方向，微流控芯片是一种基于微细加工技术，在数平方厘米大小的基片上，制作出微通道网络结构，并集成其他功能单元，以实现集样品制备、进样、反应、分离、检测于一体的快速、高效、低耗的微分析系统。微流控芯片在基因组测序、蛋白质分析、药物筛选和免疫学测定等许多方面有着广阔的应用前景。
微流控芯片在医学的应用主要体现在临床诊断，特别是在即时检测(pointofcaretesting，POCT)领域有着显著的影响作用。POCT是指在采样现场立刻进行分析，省去了样本在实验室检验室的复杂处理过程，快速得到检验结果的一类新方法。目前广泛应用于医院急诊室、ICU、手术室等，其具有快速获得检测结果，使用全血标本，即时测定，无需抗凝，标本用量少，标本周转时间(TAT)短，仪器小型化，操作简单化，结果报告即时化等特点。
全球在POCT即时检测领域由强生(Johnson&Johnson)、罗氏(ROCHE)、美艾利尔(Alere)、雅培(Abbott)、博适(biosite)主导。比如便携式或手提式检测仪中，有罗氏的TropTCardiacReader，美国Biosite公司的TriageMeterPlus等；随后出现了桌面型，分析项目主要包括血糖监测、尿液分析和血红蛋白检测等，代表性产品有：美国德灵公司的StratusCS分析仪，芬兰Wallac公司的时间分辨荧光免疫测定仪等。
目前，国外已经发展到基于微流控技术的第四代产品，能够实现自动化检测，且检测结果的稳定性强。文献报道，POCT市场在美国每年大约以12％的速度增长，销售额达数十亿美元。2004年在欧洲市场仪器和试剂的销售额为1.22亿欧元，2007年销售额将达到24.8亿欧元。POCT技术作为一种临床诊断的快速检测技术，其市场前景巨大。
国内POCT技术发展较晚，技术相对落后。近年来，国内从事POCT的公司已达数十家，但主要是从事标志物试剂，而检测卡领域尚停留在第三代，快速诊断的技术平台局限在胶体金上，产品集中在血糖检测；而国际市场上的第四代POCT产品早已成熟，国外企业的快速诊断的技术平台更加全面，产品能检测的项目更加全面。同时，国内POCT市场约50亿元，年增长率为20％-30％，占全球市场1/14。我国著名检验学家丛玉隆教授认为，在未来5～10年内，POCT应该达到检查的70～80％以上，基本改变目前的检验格局。因此，国内的POCT领域具有巨大的提升空间。
在上述背景下，要紧跟国际技术主流，开发第四代产品，拓展诊断技术平台，丰富诊断项目，首先要解决的就是第四代产品相关的技术难题。比如使用了本发明的正在开发的血栓即时检测POCT芯片产品(属于第四代产品)，主要采用了微流控芯片技术和免疫荧光技术。其中微流控片技术是以微机电加工技术(MENS)为基础的微全分析系统，它将分析实验室功能转移到芯片上，将分析流程集成于硅芯片或玻璃芯片表面，以实现对细胞、蛋白质、基因及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。在检测过程中，若要快速而准确地得到大量信息，就必须对液体流速进行控制。
驱动液体流动的方法分为主动式驱动和被动式驱动。主动式驱动主要采用磁力、电、压电、热等方法，来驱动液体，从而控制液体流经该区域的速度。但该方法需要引入大型外部设备，不利于产品便携化、智能化。而被动式驱动，无需外部设备，直接利用毛细作用来驱动液体流动，有利于产品便携化、智能化。
Ahn等人利用微通道横截面积突变会使流体产生压力降的原理在一种一次性的POCT芯片中采用一种树状的微阀来控制液体流速；Yamada和Seki研制出一种微点胶机阵列，其中的压力屏障可以控制液体进入微通道；E.Delamarche等人利用毛细原理发明了一种由不同直径的半圆形通道相互联通组成的微通道结构，能够控制液体进入下个通道的时间。然而，上面所述的流动控制单元都是只能允许相当有限的液体流过通道截面，且无法实现联动多项检测，而血栓标志物检测过程中，需要较多的液量与抗体反应以使标志物浓度达到能够检测到的水平。
发明内容
本发明提供了一种血栓即时检测POCT芯片产品中的迷宫形血液样本延时流动操控单元。
一种迷宫式微流体延时流动操控单元采用被动式毛细驱动，包括迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构；
迷宫入口凸台结构由位于通道最前端的4个矩形凸台组成，4个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；迷宫入口凸台结构中的4个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，矩形凸台的间距为30‐400μm，4个矩形凸台尺寸相同，其中宽度为50‐400μm，长度由通道的宽度与这4个矩形凸台在通道横截面方向上的间距决定。
迷宫出口凸台结构由位于通道最后端3个矩形凸台组成，3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；迷宫出口凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为30‐400μm，3个矩形凸台尺寸相同，其中宽度为50‐400μm，长度由通道的宽度与这3个矩形凸台在通道横截面方向上的间距决定。
1号迷宫墙凸台结构由1个长条矩形凸台组成，1号迷宫墙凸台结构中矩形凸台的宽度为50‐300μm，其两端与通道壁的距离相同，为10‐300μm。
2号迷宫墙凸台结构由3个矩形凸台组成，3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；2号迷宫墙凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为30‐400μm；3个矩形凸台的宽度相同，为50‐300μm；中间不与通道壁接触的矩形凸台长度为250‐600μm，其余2个矩形凸台长度相同，由通道的宽度决定。
迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的高度为10‐180μm且小于通道的高度。
1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构位于迷宫入口凸台结构和迷宫出口凸台结构中间，二者在通道方向上依次交替等间距排列，1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的数量由需要控制的延迟时间决定。
所有矩形凸台在通道纵向上等间距分布，间距为30‐300μm。
规律分布的凸台结构增大通道的表面粗糙度，使通道在深度和宽度方向尺寸产生突变，从而起到毛细流动的阻流效果；通过调整各个凸台结构和通道的各个特征尺寸就可以控制迷宫形血液样本延时流动操控单元的延时时间。
迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的材质为苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)。
本发明中的有益效果在于本发明采用一种形似迷宫的排列方式，设计了一种矩形台的阵列，相对较大的设计尺寸保证了血栓标志物检测对液量的要求。在血栓即时检测POCT芯片产品上，实现对血液样本的流动进行延缓和控制，以使血液样本中的抗原与POCT芯片产品上的抗体充分混合，提高了POCT检测产品的检测灵敏度和精确度。解决了用于开发第四代POCT即时检测产品的生物芯片技术里的如何控制流体流速的问题。
附图说明
图1是本发明的POCT产品整体结构透视图。
图2是本发明中迷宫形血液样本延时流动操控单元的俯视图。
图3是迷宫入口凸台结构截面示意图。
图4是1号迷宫墙凸台结构截面示意图。
图5是2号迷宫墙凸台结构截面示意图。
图6是迷宫出口凸台结构截面示意图。
图中：1、迷宫形血液样本延时流动操控单元；2、通道；3、迷宫入口凸台结构；4、迷宫出口凸台结构；5、1号迷宫墙凸台结构；6、2号迷宫墙凸台结构；7、盖片；8、基片；9、混合液体；10、混合单元；11、检测单元；12、储液池；13、废液回收池。
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。
下面，结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
迷宫入口凸台结构由位于通道最前端4个矩形凸台组成，这4个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，其中有2个矩形凸台与通道壁接触。
迷宫出口凸台结构由位于通道最后端3个矩形凸台组成，这3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，其中有2个矩形凸台与通道壁接触。
1号迷宫墙凸台结构由1个长条矩形凸台组成。
2号迷宫墙凸台结构由3个矩形凸台组成，这3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，其中有2个矩形凸台与通道壁接触。
1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构位于迷宫入口凸台结构和迷宫出口凸台结构中间，两种迷宫墙凸台结构在通道方向上依次等间距排列。设置1号迷宫墙凸台结构5个，2号迷宫墙凸台结构4个，控制延迟时间在1分30秒至1分45秒之间。
迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的高度为100μm且小于通道的高度。
所有矩形凸台在通道方向上等间距分布，间距为100μm。
迷宫入口凸台结构中的4个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为140μm，该4个矩形凸台的宽度和长度相同，宽度为140μm，长度为340μm。
迷宫出口凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为1400μm，该3个矩形凸台的宽度和长度相同，宽度为140μm，长度为400μm。
1号迷宫墙凸台结构中矩形凸台的宽度为130μm，其两端与通道壁的距离相同，为130μm。
2号迷宫墙凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为300μm；3个矩形凸台的宽度相同，为200μm；不与通道壁接触矩形凸台的长度为250μm，其余2个矩形凸台长度相同，为400μm。
迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的材质为聚乙烯(PE)。
混合单元10表面均匀的涂覆有荧光物质，当血清或全血进入混合单元10时，与荧光物质在混合单元10进行预混合后，进入三维流动延时控制单元1。三维流动延时控制单元1对混合液体9进行准确的流速控制，使其停留预设的时间，实现血清或全血与荧光物质的充分混合。然后混合液体9进入检测单元11，检测单元11上有几种不同血栓标志物的检测线；混合液体9中的抗原和检测线上的抗体发生反应；最后利用荧光检测装置对流过检测区域的混合液体9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，说明存在患有血栓的风险。医务人员借以了解血栓的组织发生、细胞分化、细胞功能，对血栓的诊断、分类进行预判，可以给予患者良好的建议和前期的治疗，对血栓疾病进行有效的防范和治疗。
Claims (8)
1.一种迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，该迷宫式微流体延时流动操控单元采用被动式毛细驱动，包括迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构；
迷宫入口凸台结构由位于通道最前端的4个矩形凸台组成，4个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；迷宫入口凸台结构中的4个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，矩形凸台的间距为30-400μm，4个矩形凸台尺寸相同，其中宽度为50-400μm，长度由通道的宽度与这4个矩形凸台在通道横截面方向上的间距决定；
迷宫出口凸台结构由位于通道最后端3个矩形凸台组成，3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；迷宫出口凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为30-400μm，3个矩形凸台尺寸相同，其中宽度为50-400μm，长度由通道的宽度与这3个矩形凸台在通道横截面方向上的间距决定；
1号迷宫墙凸台结构由1个长条矩形凸台组成，1号迷宫墙凸台结构中矩形凸台的宽度为50-300μm，其两端与通道壁的距离相同，为10-300μm；
2号迷宫墙凸台结构由3个矩形凸台组成，3个矩形凸台的中心处于通道同一横截面上，两端的2个矩形凸台与通道壁接触；2号迷宫墙凸台结构中的3个矩形凸台在通道横截面方向上等间距分布，间距为30-400μm；3个矩形凸台的宽度相同，为50-300μm；中间不与通道壁接触的矩形凸台长度为250-600μm，其余2个矩形凸台长度相同，由通道的宽度决定。
2.根据权利要求1所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所述的迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的高度为10-180μm且小于通道的高度。
3.根据权利要求1或2所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所述的1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构位于迷宫入口凸台结构和迷宫出口凸台结构中间，二者在通道方向上依次交替等间距排列，1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的数量由需要控制的延迟时间决定。
4.根据权利要求1或2所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所有矩形凸台在通道纵向上等间距分布，间距为30-300μm。
5.根据权利要求3所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所有矩形凸台在通道纵向上等间距分布，间距为30-300μm。
6.根据权利要求1、2或5所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所述的迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的材质为苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物、甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
7.根据权利要求3所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所述的迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的材质为苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物、甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
8.根据权利要求4所述的迷宫式微流体延时流动操控单元，其特征在于，所述的迷宫入口凸台结构、迷宫出口凸台结构、1号迷宫墙凸台结构和2号迷宫墙凸台结构的材质为苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物、甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
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