CN106268994B - 一种离心式微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心式微流控芯片，加样室与第一虹吸管相连，相邻的加样室之间通过第二连接管连接，使得加样室内的液体可以通过第二连接管在其他加样室和对应该加样室的第一虹吸管的一端或两端堵塞气路，加样室内的液体流出或运动造成其他加样室与对应的第一虹吸管的通气条件变化，使得其他加样室内的液体可以填充第一虹吸管，从而实现多个加样室内的液体依次流入第一腔室内。通过多个基于条件虹吸的流体控制结构的组合，可以实现离心式微流控芯片上液体依次加入或流出等复杂的流体操作，在生物、化学、医学等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种离心式微流控芯片

技术领域

本发明涉及化学设备技术领域中一种离心式微流控芯片。

背景技术

微流控芯片技术是将各种生物、化学或医学分析过程的样品制备、分离、反应及检测等基本操作集成在几平方厘米到几十平方厘米的芯片之上的一种技术，由于其具有集成化、自动化、样品和试剂消耗量小等特点，目前已经广泛应用于生化检测、核酸扩增、免疫分析、细胞分选、食品安全和环境监测等领域。

虹吸阀是离心式微流控芯片上常用的阀结构，可以实现芯片上液体的定量和释放。虹吸阀的工作过程为：芯片在低转速或停止转动时，液体由于毛细作用充满虹吸管，芯片再次高速转动时，离心力使得液体通过虹吸管从一个靠近旋转中心的腔室向另一个远离旋转中心的腔室流动，进而完成液体的定量或释放等过程。但是，核酸扩增、免疫分析等过程通常需要液体多步加入或流出等复杂的流体操作，上述的虹吸阀难以实现。

因此，如何提供一种离心式微流控芯片，以实现多步流体操作，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离心式微流控芯片，以实现多步流体操作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离心式微流控芯片，其包括：

均具有加样孔的多个顺次连接的加样室；

第一个所述加样室通过第一连接管与第一腔室连接，其余的所述加样室分别通过第一虹吸管与所述第一腔室连接，所述加样室内的液体和与该加样室对应的第一虹吸管至少一者进行了亲水处理；

相邻的所述加样室之间通过第二连接管连通，且位于第二个所述加样室之后的所述第二连接管为疏水处理管路。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，第一个所述加样室和第二个所述加样室之间的第二连接管为疏水处理管路。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，加样室内的液体经过表面活性剂处理实现进水处理。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，还包括第二腔室和第三腔室，所述第二腔室与第一个所述加样室通过第三连接管路连接，所述第三腔室与最后一个所述加样室通过第四连接管路连接，所述第二腔室和所述第三腔室中任一者与所述第一腔室通过亲水处理的第二虹吸管连接，另一者与所述第一腔室通过未亲水处理的第三虹吸管连接。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，加样室与所述第一腔室之间通过所述第一虹吸管和第五连接管连通。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，该微流控芯片的材料为玻璃、硅、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷之中的一种或组合。

优选地，上述的离心式微流控芯片中，所述加样室的个数为三个或四个。

经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种离心式微流控芯片，加样室与第一虹吸管相连，相邻的加样室之间通过第二连接管连接，使得加样室内的液体可以通过第二连接管在其他加样室和对应该加样室的第一虹吸管的一端或两端堵塞气路，加样室内的液体流出或运动造成其他加样室与对应的第一虹吸管的通气条件变化，使得其他加样室内的液体可以填充第一虹吸管，从而实现多个加样室内的液体依次流入第一腔室内。通过多个基于条件虹吸的流体控制结构的组合，可以实现离心式微流控芯片上液体依次加入或流出等复杂的流体操作，在生物、化学、医学等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的离心式微流控芯片的结构示意图；

图2a-图2h为本发明实施例一提供的离心式微流控芯片工作时不同阶段中液体流向的图；

图3为本发明实施例二提供的离心式微流控芯片的结构示意图；

图4a-图4j为本发明实施例二提供的离心式微流控芯片工作时不同阶段中液体流向的图；

图5为本发明实施例三提供的离心式微流控芯片的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的离心式微流控芯片应用时的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种离心式微流控芯片，以实现多步流体操作。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种离心式微流控芯片，包括加样室、第一腔室和对应的连接管路，其中，加样室为多个顺次连接，以保证实现液体依次流入或流出。由于加样室为多个，具体的第一个加样室(本申请中的第一个加样室为以流体的流动方向中最先流入第一腔室的加样室)通过第一连接管路与第一腔室连接，而其余的加样室则分别通过第一虹吸管与第一腔室连接，即除去第一个加样室，剩余的加样室与第一虹吸管一一对应布置，为了实现对液体流动方向的限定，具体的加样室内的液体与该加样室对应的第一虹吸管中至少一者进行了亲水处理，优选地，液体可通过表面活性剂处理以达到亲水的目的。相邻的加样室之间通过第二连接管连通，且位于第二个加样室(本申请中第二加样室为与第一个加样室连接的加样室)之后的第二连接管为疏水处理管路，即除去第一个加样室和第二加样室剩余的加样室之间通过疏水的连接管连接。

本申请中加样室与第一虹吸管相连，相邻的加样室之间通过第二连接管连接，使得加样室内的液体可以通过第二连接管在其他加样室和对应该加样室的第一虹吸管的一端或两端堵塞气路，加样室内的液体流出或运动造成其他加样室与对应的第一虹吸管的通气条件变化，使得其他加样室内的液体可以填充第一虹吸管，从而实现多个加样室内的液体依次流入第一腔室内。通过多个基于条件虹吸的流体控制结构的组合，可以实现离心式微流控芯片上液体依次加入或流出等复杂的流体操作，在生物、化学、医学等领域具有广泛的应用前景。

进一步的实施例中，第一个加样室和第二加样室之间的第二连接管为疏水处理管路，在实际中也可为不经过疏水处理的管路。

更进一步的实施例中，该离心式微流控芯片还包括第二腔室和第三腔室，其中，第二腔室与第一个加样室通过第三连接管路连接，而第三腔室与最后一个加样室通过第四连接管路连接，第二腔室和第三腔室中任一者与第一腔室通过亲水处理的第二虹吸管连接，而另一者与第一腔室则通过未亲水处理的第三虹吸管连接。

通过上述设置可实现进入第一腔室内的液体选择性的流入到第二腔室或第三腔室。

根据本申请的核心通过具体的实施例对本申请进行说明：

具体实施例一：

加样孔101，第一虹吸管(102a、102b、102c)，第一连接管(103a和103e)，第二连接管(103b、103c和103d)，第五连接管(103f、103g和103h)，加样室(104a、104b、104c和104d)，收集室105，如图1所示，为了便于对各个部件进行区分，本实施例中对同结构的部件仅通过编号不同进行区分，部件后面的括号内的内容为相同部件不同标号，以方便审查。

其中，第一虹吸管102a、第一虹吸管102b和第一虹吸管102c均进行了亲水修饰，第二连接管103b、第二连接管103c和第二连接管103d进行了疏水修饰。实验时，将水从加样孔加入到对应的加样室中，如图2a所示，图中可知，加样室分别为加样室104a、加样室104b、加样室104c和加样室104d；然后，在高转速时，加样室104a中的液体通过第一连接管103e加入到收集室105中，加样室104b、加样室104c和加样室104d中的液体分别进入第一虹吸管102a、第一虹吸管102b和第一虹吸管102c，如图2b所示；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管102a通过第二连接管103b、加样室104a、第一连接管103e、收集室105、第五连接管103f形成自通气，液体充满第一虹吸管102a，而因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管102b和第一虹吸管102c，如图2c所示；然后，在高转速时，加样室104b中的液体通过第五连接管103f加入到收集室105中，如图2d所示；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管102b通过第二连接管103c、加样室104b、第二连接管103b、加样室104a、第一连接管103e、收集室105、第五连接管103g形成自通气，液体充满第一虹吸管102b，而因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管102c，如图2e所示；然后，在高转速时，加样室104c中的液体通过第五连接管103g加入到收集室105中，如图2f所示；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管102c通过第二连接管103d、加样室104c、第二连接管103c、加样室104b、第二连接管103b、加样室104a、第一连接管103e、收集室105、第五连接管103h形成自通气，液体充满第一虹吸管102c，如图2g所示；然后，在高转速时，加样室104d中的液体通过第五连接管103h加入到收集室105中，如图2h所示。这样，通过控制液体的运动来控制第二连接管或第一虹吸管末端的通气条件，进而控制液体是否充满虹吸管，最终实现了多个加样室中的液体依次加入到收集室105中。

具体实施例二：

加样孔301，第一虹吸管(302a、302c)，第二虹吸管(302b、302d)，第一连接管(303a和303b)，第二连接管(303c和303d)，第三连接管(303f)，第四连接管(303g)，第五连接管(303e)，加样室(304a、304b和304c)，混合室305，收集室(306a、306b)，如图3所示，为了便于对各个部件进行区分，本实施例中对同结构的部件仅通过编号不同进行区分，部件后面的括号内的内容为相同部件不同标号，以方便审查。

其中，第一虹吸管302a、第一虹吸管302c和第二虹吸管302d进行了亲水修饰，第二虹吸管302b只有靠近收集室306a的部分进行了亲水修饰，第二连接管303d进行了疏水修饰。实验时，将水从加样孔301加入到对应的加样室中，如图4a所示；然后，在高转速时，加样室304a中的液体通过第一连接管303a加入到混合室305中，加样室304b和加样室304c中的液体分别进入第一虹吸管302a和第一虹吸管302c，如图4b所示；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管302a通过第二连接管303c、加样室304a、第一连接管303a形成自通气，液体充满第一虹吸管302a，虽然第二虹吸管302b通过第一连接管303b、第三连接管303f和收集室306a形成自通气，但是液体量不足无法接触到第二虹吸管302b的亲水部分，液体无法充满第二虹吸管302b，而第一虹吸管302c和第二虹吸管302d因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管302c和第二虹吸管302d，如图4c所示；然后，在高转速时，加样室304b中的液体通过第一连接管303a加入到混合室305中，如图4d所示；芯片在低转速或停止转动时，混合室305中的液体量足够，液体充满第二虹吸管302b，而第一虹吸管302c和第二虹吸管302d因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管302c和第二虹吸管302d，如图4e所示；然后，在高转速时，混合室305中的液体加入到收集室306a中，如图4f所示；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管302c通过第二连接管303d、加样室304b、第一连接管303c、加样室304a、第一连接管303a、混合室305、第五连接管303e形成自通气，液体充满第一虹吸管302c，如图4g所示；然后，在高转速时，加样室304c中的液体通过第五连接管303e加入到混合室305中，如图4h所示；芯片在低转速或停止转动时，第二虹吸管302d通过收集室306b、第四连接管303g、加样室304c、第二连接管303d、加样室304b、第二连接管303c、加样室304a、第一连接管303a形成自通气，液体充满第二虹吸管302d，而第二虹吸管302b因液体堵塞气路，液体无法充满第二虹吸管302b，如图4i所示；然后，在高转速时，混合室305中的液体加入到收集室306b中，如图4j所示。这样，通过控制液体的运动或液体的体积来控制所有连接管、第一虹吸管或第二虹吸管末端的通气条件或液体是否接触虹吸管的亲水部分，进而控制液体是否充满虹吸管，最终实现三个加样室中的液体依次加入到混合室305中，并从混合室305依次流出到两个收集室306a、306b中。

具体实施例三：

加样孔501，第一虹吸管(502a、502c)，第二虹吸管(502b、502d)，第一连接管(503a和503b)，第二连接管(503c和503d)，第三连接管(503f)，第四连接管(503g)，第五连接管(503e)，加样室(504a、504b和504c)，混合室505，收集室(506a、506b)，如图5所示，为了便于对各个部件进行区分，本实施例中对同结构的部件仅通过编号不同进行区分，部件后面的括号内的内容为相同部件不同标号，以方便审查。

其中，第一虹吸管502c和第二虹吸管502d进行了亲水修饰，第一虹吸管502a和第二虹吸管502b未进行亲水修饰，第二连接管503d进行了疏水修饰。液体操作过程与实施例二的过程相似，实验时，将水加入到加样室504a和加样室504c中，将含有表面活性剂的溶液加入到加样室504b中；然后，在高转速时，加样室504a中的液体通过第一连接管503a加入到混合室505中，加样室504b和加样室504c中的液体分别进入第一虹吸管502a和第一虹吸管502c；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管502a通过第二连接管503c、加样室504a、第一连接管503a形成自通气，虽然第一虹吸管502a未做亲水修饰，但因加样室504b中的液体含有表面活性剂，液体仍然可以充满第一虹吸管502a，虽然第二虹吸管502b通过第一连接管503b、第三连接管503f、收集室506a形成自通气，但是因为此时混合室505中的液体为水且第二虹吸管502b未做亲水修饰，液体无法充满第二虹吸管502b，而第一虹吸管502c和第二虹吸管502d因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管502c和第二虹吸管502d；然后，在高转速时，加样室504b中的液体通过第一连接管503a加入到混合室505中，含有表面活性剂的液体与混合室505中的水混合；芯片在低转速或停止转动时，混合室505中的液体因含有表面活性剂，液体充满第二虹吸管502b，而第一虹吸管502c和第二虹吸管502d因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管502c和第二虹吸管502d；然后，在高转速时，混合室505中的液体加入到收集室506a中；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管502c通过第二连接管503d、加样室504b、第二连接管503c、加样室504a、第一连接管503a、混合室505、第五连接管503e形成自通气，液体充满第一虹吸管502c；然后，在高转速时，加样室504c中的液体通过第五连接管503e加入到混合室505中；芯片在低转速或停止转动时，第二虹吸管502d通过收集室506b、第四连接管503g、加样室504c、第二连接管503d、加样室504b、第二连接管503c、加样室504a、第一连接管503a形成自通气，液体充满第二虹吸管502d，而第二虹吸管502b因液体堵塞气路，液体无法充满第二虹吸管502b；然后，在高转速时，混合室505中的液体加入到收集室506b中。这样，通过控制液体的运动来控制连接管或虹吸管末端的通气条件或液体是否含有表面活性剂，进而控制液体是否充满虹吸管，最终实现三个加样室中的液体依次加入到混合室505中，并从混合室505依次流出到两个收集室中。

具体实施例四：

加样孔601，第一虹吸管(602a、602b和602c)，第一连接管(603a和603e)，第二连接管(603b、603c和603d)，第五连接管(603f、603g和603h)，加样室(604a、604b、604c和604d)，废液室605，检测区606，为了便于对各个部件进行区分，本实施例中对同结构的部件仅通过编号不同进行区分，部件后面的括号内的内容为相同部件不同标号，以方便审查。

其中，第一虹吸管均进行了亲水修饰，第二连接管均进行了疏水修饰，检测区606的表面固定了捕获抗体。液体操作过程与实施例一的过程相似，实验时，加样室604a中加入样品，加样室604b中加入洗液，加样室604c中加入带荧光标记的抗体，加样室604d中加入洗液；然后，在高转速时，加样室604a中的样品通过第一连接管603e流过检测区606并流入到废液室605中，样品中的待测物与检测区606表面的捕获抗体结合，加样室604b、加样室604c和加样室604d中的液体分别进入第一虹吸管602a、第一虹吸管602b和第一虹吸管602c；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管602a通过第二连接管603b、加样室604a、第一连接管603e、第五连接管603f形成自通气，液体充满第一虹吸管602a，而因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管602b和第一虹吸管602c；然后，在高转速时，加样室604b中的洗液通过第五连接管603f流过检测区606并流入到废液室605中，清洗掉检测区606表面未结合的杂质；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管602b通过第二连接管603c、加样室604b、第二连接管603b、加样室604a、第一连接管603e、第五连接管603g形成自通气，液体充满第一虹吸管602b，而因液体堵塞气路，液体无法充满第一虹吸管602c；然后，在高转速时，加样室604c中的带荧光标记的抗体通过第五连接管603g流过检测区606并流入到废液室605中，与检测区606表面的待测物结合；芯片在低转速或停止转动时，第一虹吸管602c通过第二连接管603d、加样室604c、第二连接管603c、加样室604b、第二连接管603b、加样室604a、第一连接管603e、第五连接管603h形成自通气，液体充满第一虹吸管602c；然后，在高转速时，加样室604d中的洗液通过第五连接管603h流过检测区606并流入到废液室605中，清洗掉未结合的带荧光标记的抗体；最后，对检测区606进行荧光检测确定样品中待测物的含量。这样，通过多个基于条件虹吸的流体控制结构的组合实现了免疫分析。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种离心式微流控芯片，其特征在于，包括：

均具有加样孔的多个顺次连接的加样室；

第一个所述加样室通过第一连接管与第一腔室连接，其余的所述加样室分别通过第一虹吸管与所述第一腔室连接，所述加样室内的液体和与该加样室对应的第一虹吸管至少一者进行了亲水处理；

相邻的所述加样室之间通过第二连接管连通，且位于第二个所述加样室之后的所述第二连接管为疏水处理管路。

2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，第一个所述加样室和第二个所述加样室之间的第二连接管为疏水处理管路。

3.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，加样室内的液体经过表面活性剂处理实现亲水处理。

4.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，还包括第二腔室和第三腔室，所述第二腔室与第一个所述加样室通过第三连接管路连接，所述第三腔室与最后一个所述加样室通过第四连接管路连接，所述第二腔室和所述第三腔室中任一者与所述第一腔室通过亲水处理的第二虹吸管连接，另一者与所述第一腔室通过未亲水处理的第三虹吸管连接。

5.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，加样室与所述第一腔室之间通过所述第一虹吸管和第五连接管连通。

6.根据权利要求1-5任一项所述的离心式微流控芯片，其特征在于，该微流控芯片的材料为玻璃、硅、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷之中的一种或组合。

7.根据权利要求1-5任一项所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述加样室的个数为三个或四个。