CN105921185B - 一种尿液多指标检测微流控装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿液多指标检测微流控装置，包括进样通道，其位于所述装置的上游；流动通道，为两条或多条，且与进样通道连通，并位于进样通道下游；反应区，位于所述流动通道中，并包括分析试纸；集液室，位于所述反应区的下游，与流动通道的下游末端连通，进样通道、流动通道、反应区和集液室形成的上层通路由第一通路层和中间层构成。可以多层配合，能同时检测多重指标，可以在短时间内完成取尿、反应、检测分析的过程，大大简化了操作步骤，节约时间并提高了效率。另外，本发明还公开了上述装置的制备方法，采用三维绘图软件设计通路模型结合三维打印通路模型模具的方法，可以快速、节约成本地制备该装置。

Description

一种尿液多指标检测微流控装置及其制备方法

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，涉及一种尿液检测装置，尤其涉及一种尿液多指标检测微流控装置。

背景技术

尿常规检查是目前临床常用的医学检查项目之一，可以反映肾脏和泌尿系统等方面疾病的严重程度。对于某些全身性病变以及其它脏器影响尿液改变的疾病如糖尿病、血液病、肝胆疾患、流行性出血热等诊断具有重要的参考价值。此外，尿液的化验检查对一些系统疾病的治疗效果及预后判断也有重要的参考价值。

随着人们生活水平的提高，糖尿病、痛风等疾病的发病率显著上升，严重危害了人类的健康。目前，大多数情况下会初步采用尿液分析试纸进行快速简便且廉价的尿液检查，以初步筛查检验病症。现有尿液分析试纸的操作方式是：用尿杯接中段尿，然后将尿液分析试纸浸入尿液中取尿。这种取尿方式比较繁琐，并且为了保证排除其他污染影响，用尿杯接取中段尿时很不方便，尿液很容易溅到手上或者身上。此外，尿液分析试纸的反应区滞留的尿液会产生相互干扰，影响检测结果。另外，由于尿液分析试纸一次性使用的特性及存储条件的要求，使用者保存不当容易使尿液分析试纸失效从而失去临床检测意义。而且，单一尿液分析试纸的基质较软，在吸取尿液时容易造成尿液四处滴落。

而微流控微流控技术是将生物或者化学样品的制备、输送、反应、分离及检测等基本操作单元集成的技术。由于其高通量低成本的优势在生物医学、化学、材料科学等领域迅速发展。传统的微流控芯片主要通过光刻法实现，需要对硅片进行清洗、旋涂、紫外曝光等一系列步骤，工序繁琐且成本较高，因此，难以实现快速及低成本制备。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种使用简单、卫生方便、且容易保存并能实现多指标同时检测的尿液检测微流控装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用简单方便且容易制作及保存，并能同时检测多个指标的尿液检测装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种尿液多指标检测微流控装置。

在本发明的一个优选地具体实施方式中，该尿液多指标检测微流控装置包括：

进样通道，该进样通道位于所述装置的上游；

流动通道，该流动通道为两条或多条，且与上述进样通道连通，并位于上述进样通道下游；

反应区，该反应区位于上述流动通道中，并包括分析试纸；以及集液室，该集液室位于上述反应区的下游，与上述流动通道的下游末端连通；

其中，进样通道、流动通道、反应区和集液室形成的上层通路由第一通路层和中间层构成。

进一步地，该装置还包括第二通路层，第二通路层和中间层构成下层通路，上层通路和下层通路位于中间层的两侧。

可选地，通路为多个，由多个第一通路层和多个中间层形成。

进一步地，分析试纸选自检测白细胞、亚硝酸盐、蛋白质、潜血、尿胆原、胆红素、葡萄糖、胴体、抗坏血酸、尿比重、肌酐、微量白蛋白、钙离子和pH的分析试纸。

进一步地，该装置还包括包覆层，所述包覆层包覆在上述多个通路的外部，并且包覆层还包括漏斗状的进样口，进样口被配置为一部分与通道的入口连通，使得一部分液体从通道的入口进入进样通道中，一部分与包覆层形成的腔室连通，使得其余液体进入包覆层形成的腔室中。

优选地，集液室中填充有吸水硅胶。

本发明的另一方面还提供一种上述装置的制备方法。

在本发明的一个优选的具体实施方式中，该方法包括：

1)采用三维绘图软件设计通路模型；

2)通过三维打印形成所述通路模型的模具；

3)使用聚二甲基硅氧烷浇注在所述模具上，并进行固化形成通路层；

4)将所述通路层脱模，并在所述反应区填充分析试纸；

5)将所述通路层进行等离子体处理，然后与所述中间层组装。

该方法还进一步包括步骤6)在所述通路层和所述中间层外包覆包覆层。

进一步地，步骤1)中的通路模型，进样通道宽为1～2mm、高为0.5～1.5mm，流动通道宽为0.8～1.5mm、高为0.8～1.5mm，反应区直径为2～5mm、高为1～2mm，集液室直径为8～15mm、高为4～10mm。

优选地，进样通道宽为1.5mm、高为1mm，流动通道宽为1mm、高为1mm，反应区直径为4mm、高为1.5mm，集液室直径为10mm、高为5mm。

进一步地，步骤3)中聚二甲基硅氧烷需要先和固化剂按照重量比5:1～50:1进行配比混合。优选地，聚二甲基硅氧烷和固化剂的重量比为10:1。

进一步地，步骤3)中，浇注之后需要置于50～90℃烘箱中静置固化5～10小时。优选地，浇注之后在70℃烘箱中静置固化8小时以上。

本发明将尿液分析试纸和微流控技术结合，因此本发明的尿液多指标检测微流控装置能同时检测多重指标，可以在短时间内完成取尿、反应、检测分析的过程，大大简化了操作步骤，节约时间并提高了效率。

1)打开进样口后，使用者只需捏住装置后端空腔部分即可完成取样及检测步骤。这种微流控装置省略了尿杯取尿等步骤，也减少了尿液溅到使用者身上，操作简便卫生。

2)尿液最后会进入集液室以及包覆层中，因此，在流动通道及反应区不会滞留过多尿液而造成相互干扰，极大地提高了尿液检测的准确度，对于多余尿液的储存也不会造成二次污染。

3)该装置也保证试纸不会接触到外界空气，在长期潮湿的区域也能达到良好的保存效果。

本发明提供的装置，操作简单，检测速度快，准确度高，适用于日常生活随时检测等优点，是一种廉价高效的尿液检测工具，非常具有市场应用价值。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的尿液多指标检测微流控装置的结构示意图。

图2是本发明的一个较佳实施例的尿液多指标检测微流控装置的剖视图。

图3是图2中的尿液多指标检测微流控装置的上层通路的示意图。

图4是本发明的一个较佳实施例的尿液多指标检测微流控装置的实例图。

图5是图4中的尿液多指标检测微流控装置的使用结果图。

具体实施方式

本发明中，使用的“上游”是指靠近进样口的一侧，“下游”是指靠近集液室的一侧。本发明中，分析试纸是对尿液进行分析使用的试纸，包括但不限于检测白细胞、亚硝酸盐、蛋白质、潜血、尿胆原、胆红素、葡萄糖、胴体、抗坏血酸、尿比重、肌酐、微量白蛋白、钙离子和pH等尿液分析试纸。

本具体实施方式的尿液多指标检测微流控装置，包括进样口、进样通道1、流动通道2、反应区3、集液室4、分析试纸5。进样口位于整个装置边缘的中间处，对装置起到密封的作用。进样通道1和流动通道2均为狭长通道，供尿液流动通过。集液室4为一空腔，用以收集反应完成后的尿液。分析试纸5用于对尿液进行筛选检测分析。

进样通道1靠近微流控装置的进样口处，并位于进样口的下游。进样通道1与流动通道2连通，且流动通道2位于进样通道1的下游。反应区3位于流动通道2中，通常打断流动通道2，反应区3中包括分析试纸5。流动通道2还与集液室4相连，集液室位于反应区3和流动通道2的下游。

在使用时，首先打开进样口，捏住位于装置下游的集液室并开始收集尿液。通常在排尿一段时间后，开始收集中段尿。尿液进样口进入后，流入进样通道1中，并持续流动进入与流动通道1相连的流动通道2中，然后流动经过位于流动通道2中的反应区3中。在反应区3中，尿液会与其中的分析试纸5接触反应。随后，尿液从反应区3中流出，并继续沿流动通道2流动，最后进入到集液室4中。将经过反应的分析试纸5和标准比色卡进行对比，即可完成各项指标的半定量分析。

实施例1

本实施例涉及一种尿液多指标检测微流控装置，如图1-5所示，其包括上层通路6、下层通路7以及中间层8，该装置还包括8个反应区3，能同时检测8个指标，其中4个分布在上层通路6中，另外4个分布在下层通路7中。具体的实例图及使用图如图4和图5所示。

以上层通路6为例，参见图1，进样口位于整个装置的上游边缘的中间部位，进样通道1位于进样口的下游，大致位于整个装置的纵向中心线上。4条第一流动通道21、22、23和24位于进样通道1的两侧，每侧各两条。第一流动通道21和22并联设置，第一流动通道23和24并联设置，并且第一流动通道21、22和第一流动通道23、24交错分布，即在第一流动通道21和23、22和24在整个装置的横向上不处于一条轴线上。

在另一具体实施方式中，流动通道也可以不对称分布，如在进样通道一侧为2条，另一侧为3条，或者全部位于进样通道的一侧。

反应区31、32、33和34分别位于第一流动通道21、22、23和24中。反应区31、32、33和34为一圆形区域，其每一个反应区的中心点均位于对应的流动通道的轴线上。分析试纸5被放置在反应区中，并且，每一种分析试纸均不同，用以检测不同的指标。

在另一实施方式中，反应区还可以有其他的形状，只要能容纳分析试纸5即可。另外，反应区也不一定位于流动通道的轴线上，只要流动通道中的液体能流动进入反应区即可。

在反应区下游，位于进样通道1一侧的两个第一流动通道21和22合并为一个第二流动通道25，位于进样通道1另一侧的两个第一流动通道23和24合并为另一个第二流动通道26，两个第二流动通道又合并成一个第三流动通道27。第三流动通道27的轴线大致和装置的纵向中心线同轴。

第三流动通道27与位于其下游的集液室4相连通。在另一具体实施方式中，第一流动通道在反应区的下游也可以不合并，可分别单独与集液室4相连通；或者第二流动通道也可以不合并，单独与集液室4相连通。

下层通路7与上层通路6的排布结构一致，在此不再赘述。

上层通路6和下层通路7之间配置有中间层8，如图2所示。中间层8将上层通路和下层通路部分隔开，上层通路6和下层通路7大致对称。其中，中间层8将上层通路6和下层通路7的通道部分完全隔开，以免造成检测时的交叉影响，降低检测准确度。但是，在中间层8对应于集液室4的部分，在中间层8上设置有孔，将上层通路6和下层通路7的集液室4连通，从而增加进样口吸取液体的体积。中间层8上的孔可以是一个或多个。

本实施例的装置，在未开启使用前是密封的，保证了试纸与外部环境的隔绝。

在另一实施例中，在上层通路6、中间层8和下层通路7的外部，可以由包覆层包覆，进一步提供了一个与外部环境隔绝的内部环境。

实施例2

本实施例涉及另一种尿液多指标检测微流控装置，其包括由第一上层通路、第一下层通路和第一中间层组成的第一单元，由第二上层通路、第二下层通路和第二中间层组成的第二单元。第一单元和第二单元相对独立，并且他们的内部结构相似，分别与实施例1中的内部结构类似。包覆层包覆在两个单元的外侧，使第一单元和第二单元与外界环境隔离，同时包覆层自身也形成一个袋状容器。

在包覆层的内部，靠近两个单元的进样通道的入口处，设置有可拉开形成漏斗状的进样口，该进样口的底部的一部分与两个单元的通道入口连通，使得一部分液体可以进入漏斗状进样口，然后顺利流入进样通道，一部分与包覆层形成的腔室连通，使得其余液体进入包覆层形成的腔室中。

在本实施例的尿液多指标检测微流控装置中，实现了同时对更多指标的检测。

实施例3

本实施例涉及一种如实施例1中的尿液多指标检测微流控装置制备方法，具体如下：

1、3D模具的设计：采用三维绘图软件设计通路模型，其中，进样通道1宽为1.5mm、高为1mm，流动通道2宽为1mm、高为1mm，反应区直径为4mm、高为1.5mm，集液室4直径为10mm、高为5mm。

2、打印模具：采用熔融沉积式累积技术以及热熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。

3、浇注：将PDMS(聚二甲基硅氧烷)和固化剂按照重量比10:1混合，并搅拌混匀，浇注在模具上，置于70℃烘箱中静置固化8小时以上。其中，固化剂为本领域常用的固化剂，包括硫黄、硒、碲、含硫化合物、金属氧化物、过氧化物、树酯、醌类和胺类等。

4、脱模：将固化后的PDMS脱模，形成通路层，并在对应于反应区的位置填充不同的分析试纸。

5、组装：对形成的通路层进行等离子体处理，使其表面活化，然后将两个通路层(即上层通路层和下层通路层)与中间层通过键合进行组装，如图3所示。其中，中间层是一层PDMS，在对应于集液室的位置具有多个孔；等离子体处理是将通道层放入等离子体表面活性仪中，抽真空至形成真空密闭环境，将RF Level调节至HI档，计时1-2min，以1.5min为佳，从而实现表面活化。

实施例4

本实施例涉及一种尿液多指标检测微流控装置制备方法，具体如下：

1、3D模具的设计：采用三维绘图软件设计通路模型，其中，进样通道1宽为2mm、高为1.5mm，流动通道2宽为1.5mm、高为1.5mm，反应区直径为5mm、高为2mm，集液室4直径为15mm、高为10mm。

2、打印模具：采用熔融沉积式累积技术以及热熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。

3、浇注：将PDMS和固化剂按照重量比50:1混合，并搅拌混匀，浇注在模具上，置于90℃烘箱中静置固化10小时。

4、脱模：将固化后的PDMS脱模，形成通路层，并在对应于反应区的位置填充不同的分析试纸。

5、组装：对形成的通路层进行等离子体处理，使其表面活化，然后将两个通路层(即上层通路层和下层通路层)与中间层通过键合进行组装。其中，中间层是一层PDMS，在对应于集液室的位置具有多个孔；等离子体处理是将通道层放入等离子体表面活性仪中，抽真空至形成真空密闭环境，将RF Level调节至HI档，计时1.5min，从而实现表面活化。

6、包覆：在通道层和中间层组装完成后，在其外部包覆一个包覆层。

实施例5

本实施例涉及一种尿液多指标检测微流控装置制备方法，具体如下：

1、3D模具的设计：采用三维绘图软件设计通路模型，其中，进样通道1宽为1mm、高为0.8mm，流动通道2宽为0.5mm、高0.8mm，反应区直径为2mm、高为1mm，集液室4直径为8mm、高为4mm。

2、打印模具：采用熔融沉积式累积技术以及热熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。

3、浇注：将PDMS和固化剂按照重量比5:1混合，并搅拌混匀，浇注在模具上，置于50℃烘箱中静置固化5小时。

4、脱模：将固化后的PDMS脱模，形成通路层，并在对应于反应区的位置填充不同的分析试纸。

5、组装：对形成的通道层进行等离子体处理，使其表面活化，然后将两个通路层(即上层通路层和下层通路层)与中间层通过键合进行组装。其中，中间层是一层PDMS，在对应于集液室的位置具有多个孔；等离子体处理是将通道层放入等离子体表面活性仪中，抽真空至形成真空密闭环境，将RF Level调节至HI档，计时1.5min，从而实现表面活化。

6、包覆：在通路层和中间层组装完成后，在其外部包覆一个包覆层。

实施例6

本实施例涉及一种尿液多指标检测微流控装置制备，其结构与实施例1中的类似。但是，在本实施的装置中，在集液室中填充有一定量的吸水硅胶。该吸水硅胶在该装置的通道经浇注脱模后，与分析试纸一起放置到装置中。

吸水硅胶一方面可以保持该装置在储存过程中维持干燥的状态，使得分析试纸保持更良好的状态，从而保证后续分析的准确性。另一方面，在使用该装置时，吸水硅胶接触到液体，并吸收液体，从而对处于通道中的液体产生引流的作用，能使液体顺利的在流动通道中流动。再一方面，吸水硅胶对液体的吸收，能防止液体滞留在反应区，避免对对测定结果产生影响。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种尿液多指标检测微流控装置，其特征在于，包括

进样通道，所述进样通道位于所述装置的上游；

流动通道，所述流动通道为两条或多条，并联设置，与所述进样通道连通，并位于所述进样通道下游；

反应区，所述反应区位于所述流动通道中，并包括分析试纸；以及

集液室，所述集液室位于所述反应区的下游，与所述流动通道的下游末端连通；

其中，所述进样通道、所述流动通道、所述反应区和所述集液室形成的上层通路由第一通路层和中间层构成；所述上层通路为多个，由多个所述第一通路层和多个所述中间层形成；所述装置还包括包覆层，所述包覆层包覆在所述多个所述上层通路的外部，并且所述包覆层还包括漏斗状的进样口，所述进样口被配置为一部分与所述进样通道的入口连通，使得一部分液体从所述进样通道的入口进入所述进样通道中，一部分与所述包覆层形成的腔室连通，使得其余液体进入所述包覆层形成的腔室中；所述集液室中填充有吸水硅胶；所述第一通路层由固化后的PDMS脱模形成；所述中间层是一层PDMS，所述分析试纸选自检测白细胞、亚硝酸盐、蛋白质、潜血、尿胆原、胆红素、葡萄糖、胴体、抗坏血酸、尿比重、肌酐、钙离子和pH的分析试纸；

所述液多指标检测微流控装置的制备方法包括以下步骤：

1)采用三维绘图软件设计通路模型；

2)通过三维打印形成所述步骤1)设计的通路模型的模具；

3)使用聚二甲基硅氧烷浇注在所述模具上，并进行固化形成通路层；

4)将所述通路层脱模，并在所述反应区填充分析试纸；

5)将所述通路层进行等离子体处理，然后与所述中间层组装，

其中，步骤1)中的所述通路模型，进样通道宽为1～2mm、高为0.8～1.5mm，流动通道宽为0.5～1.5mm、高为0.8～1.5mm，反应区直径为2～5mm、高为1～2mm，集液室直径为8～15mm、高为4～10mm。

2.如权利要求1所述的尿液多指标检测微流控装置，其特征在于，所述装置还包括第二通路层，所述第二通路层和中间层构成下层通路，所述上层通路和所述下层通路位于所述中间层的两侧。

3.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，步骤3)中所述聚二甲基硅氧烷需要先和固化剂按照重量比5:1～50:1进行配比混合。

4.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，步骤3)中，浇注之后需要置于50～90℃烘箱中静置固化5～10小时。