CN105842269A - 一种用于集成核磁共振磁体和探头的装置 - Google Patents

一种用于集成核磁共振磁体和探头的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片，包括具有至少一个流体入口和至少一个流体出口的芯片本体，其特征在于：在所述芯片本体内还设置有一检测腔，该检测腔与至少一个所述流体入口和至少一个所述流体出口连通，在所述芯片本体内还设置有一用于检测从所述检测腔流过的流体的螺线管线圈探头。与现有技术相比，本发明一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片检测容量可低至纳升尺度，结构巧妙，填充比高，可获得极高的灵敏度和分辨率。

Description

一种用于集成核磁共振磁体和探头的装置
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片，特别涉及一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片。
背景技术
微流控芯片分析检测系统是20世纪90年代出现的微全分析系统（Miniaturized Total Analysis System，uTAS）的发展前沿，其发展方向是更加微型化、自动化、快速化与便携化。微流控芯片的基本特征是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合。这样的好处是样本处理时间大幅缩短，检测分辨率、灵敏度显著提高以及消耗和成本大幅降低，更为长远的意义在于，它极有可能实现微流控芯片的整体设备小型化、家庭化，从根本上改变人类的生活质量。微流控芯片中流体的运动尤其不同于一般宏观尺度的流体运动的个性，如为流体的面积比增加，包括表面张力、粘性力等内在的表面作用增强，惯性力影响减弱，雷诺系数变小。边缘效应增大，三维效应变得不可忽略；此外，由于线性尺寸的减小，物理量梯度提高，传热传质的推动力增大，这些使得微流控芯片测试性能显著超过宏观条件下的测试体系。现阶段，微流控芯片的检测单元一般基于光学、电化学、质谱分析等。
原子核磁共振检测方法，检测过程中具有独特的非破坏性，能够识别未知分子的分子结构、观察生物分子的新陈代谢过程，正广泛应用于化学结构分析、分子动力学、诊断成像以及其他领域。传统核磁共振仪器体积庞大、造价昂贵，这使其应用场景限制于实验室之中，因而微型核磁共振检测探头集成到微流控芯片中将一方面极大地提高微流控芯片检测系统的分析能力，另一方面也使得核磁共振技术朝着低成本、便携式的方向发展。
当前正在研究的其他一些应用于微流控高分辨率检测的核磁共振技术，文献中Degen C L等（Nanoscale magnetic resonance imaging.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(5):1313-7）虽然实现了纳升级别的样本检测，但是需要超低温的检测环境； Tian F K等 （Liquid metal microcoils for sensing and actuation in lab-on-a-chip applications[J]. Microsystem Technologies, 2013, 21(3):519-526）降低了线圈探头与流道的集成难度，但文中用到的平面线圈灵敏度低，信号获取能力差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述已有技术的不足而提供的一种灵敏度高，获取信号能力强的集成核磁共振检测探头的微流控芯片。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片，包括具有至少一个流体入口和至少一个流体出口的芯片本体，其特征在于：在所述芯片本体内还设置有一检测腔，该检测腔与至少一个所述流体入口和至少一个所述流体出口连通，在所述芯片本体内还设置有一用于检测从所述检测腔流过的流体的螺线管线圈探头。
所述芯片本体包括芯片上层、芯片中层以及芯片下层，所述流体入口和流体出口设置在所述芯片上层上，在所述芯片上层上还设有一上层流道，该上层流道包括至少一个入口通道和至少一个出口通道；所述螺线管线圈探头和检测腔位于所述芯片中层，在所述芯片中层中还设置有至少一个中层通道；在所述芯片下层中设置有一下层流道；所述上层流道的入口通道与所述流体入口连接，所述上层流道的至少一个出口通道与所述检测腔入口连接，所述检测腔出口连接所述下层流道的入口端，所述下层流道的出口端经所述中间层通道与所述流体出口连通。
在所述芯片下层下还设置有一基质衬底。
所述流体入口为一个，所述流体出口为两个，所述上层流道的入口通道为一个，上层流道的出口通道为两个，其中一个出口通道与其中一个流体出口连接，另一个出口通道与检测腔连通。
所述流体入口为两个，所述流体出口为一个，所述上层流道的入口通道为两个，上层流道的出口通道为一个，两个出入通道分别与一个流体入口连接。
所述检测腔与所述中层通道贯通所述芯片中层。
所述芯片上层、芯片中层、芯片下层材料为聚二甲基硅氧烷、UV树脂或聚甲基丙烯酸甲酯，芯片各层的材料相同或不同。
所述基质衬底材料为玻璃、硅片或石英。
所述芯片上层、芯片中层、芯片下层以及基质衬底相邻两层间结合方式为不可逆的等离子体氧化粘结或高分子材料粘结。
有益效果
本发明提供的一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片将核磁共振检测技术与微流控分析系统充分结合，流体经上层流道混合、反应或分选后直接进入检测腔，通过螺线管线圈探头检测后经由下层流道与中层通道流出，可实现实时大通量检测，填充比高，可获得极高的灵敏度和分辨率。
应用范围广，核磁共振检测的非破坏性，使得样本在检测后依然保持稳定化学性质或生物活性，同时依托微流控技术的小型化、自动化、快速化与便携化，集成核磁共振检测探头的微流控芯片可应用于更为复杂多样的检测环境。
灵敏度高，核磁共振检测从原子核层面获取待检样本信息，受到更少的外界干扰，可获取分子化学结构、生物代谢过程等信息。此外，相较于平面线圈探头，集成螺线管线圈探头实现更高的信噪比，有益于后续数据采集与分析。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图；
图2为本发明的第一个实例示意图；
图3为本发明的第一个实例中芯片上层示意图；
图4为本发明的第二个实例示意图；
图5为本发明的第二个实例中芯片上层示意图；
图6为本发明的第三个实例示意图；
图7为本发明的第三个实例中芯片上层示意图；
图中：100芯片上层、101上层流道、102流体入口、103流体出口、200芯片中层、201螺线管线圈探头、202检测腔、203中层通道、300芯片下层、301下层流道、400基质衬底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
请参阅图1，一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片，包括芯片上层100、芯片中层200、芯片下层300以及基质衬底400。芯片上层中包含上层流道101、至少一个流体入口102和至少一个流体出口103，芯片中层中包含螺线管线圈探头201、检测腔202和至少一个中层通道203，芯片下层中包含下层流道301，基质衬底承接芯片下层。
实施例1：
请参阅图:2～3，芯片上层100中包含1个流体入口102和1个流体出口103，上层流道101为直通结构，待测液体样本从流体入口102注入上层流道101，经由上层流道101引流至芯片中层检测腔202，此时螺线管线圈探头201发射脉冲获取样本核磁共振信号，检测过的样本经由下层流道301与中层通道203导引，从流体出口103流出。
实施例2：
请参阅图:4～5，芯片上层100中包含2个流体入口102和1个流体出口103，上层流道101为混合结构，两种待反应液体样本比从流体入口102注入上层流道101，经回折细长的上层流道101充分混合反应，反应产物流至芯片中层检测腔202，此时螺线管线圈探头201发射脉冲获取样本核磁共振信号，检测过的样本经由下层流道301与中层通道203导引，从流体出口103流出。
实施例3：
请参阅图:6～7，芯片上层100中包含1个流体入口102和2个流体出口103，上层流道101为混合结构，一种待分离纯化液体样本从流体入口102注入上层流道101，经回旋离心的上层流道101后在岔口处排除杂质成分，杂质成分直接从流体出口103排出，分离纯化后的待检样本流至芯片中层检测腔202，此时螺线管线圈探头201发射脉冲获取样本核磁共振信号，检测过的样本经由下层流道301与中层通道203导引，从流体出口103流出。
以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种集成核磁共振检测探头的微流控芯片，包括具有至少一个流体入口（102）和至少一个流体出口（103）的芯片本体，其特征在于：在所述芯片本体内还设置有一检测腔，该检测腔与至少一个所述流体入口（102）和至少一个所述流体出口（103）连通，在所述芯片本体内还设置有一用于检测从所述检测腔流过的流体的螺线管线圈探头（201）。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述芯片本体包括芯片上层（100）、芯片中层（200）以及芯片下层（300），所述流体入口（102）和流体出口（103）设置在所述芯片上层上，在所述芯片上层上还设有一上层流道（101），该上层流道（101）包括至少一个入口通道和至少一个出口通道；所述螺线管线圈探头（201）和检测腔（202）位于所述芯片中层，在所述芯片中层中还设置有至少一个中层通道（203）；在所述芯片下层中设置有一下层流道（301）；所述上层流道（101）的入口通道与所述流体入口连接，所述上层流道（101）的至少一个出口通道与所述检测腔入口连接，所述检测腔出口连接所述下层流道（301）的入口端，所述下层流道（301）的出口端经所述中间层通道（203）与所述流体出口（103）连通。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：在所述芯片下层（300）下还设置有一基质衬底（400）。
4.根据权利要求2或3所述的微流控芯片，其特征在于：所述流体入口（102）为一个，所述流体出口（103）为两个，所述上层流道（101）的入口通道为一个，上层流道（101）的出口通道为两个，其中一个出口通道与其中一个流体出口（103）连接，另一个出口通道与检测腔（202）连通。
5.根据权利要求2或3所述的微流控芯片，其特征在于：所述流体入口（102）为两个，所述流体出口（103）为一个，所述上层流道（101）的入口通道为两个，上层流道（101）的出口通道为一个，两个出入通道分别与一个流体入口（102）连接。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述检测腔（101）与所述中层通道（203）贯通所述芯片中层。
7.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述芯片上层（100）、芯片中层（200）、芯片下层（300）材料为聚二甲基硅氧烷、UV树脂或聚甲基丙烯酸甲酯，芯片各层的材料相同或不同。
8.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于：所述基质衬底材料为玻璃、硅片或石英。
9.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于：所述芯片上层（100）、芯片中层（200）、芯片下层（300）以及基质衬底（400）相邻两层间结合方式为不可逆的等离子体氧化粘结或高分子材料粘结。
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