CN106568980A - 试剂预封装微流控芯片、使用方法及实验仪和工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种试剂预封装微流控芯片、使用方法及实验仪和工作方法，本试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层，其将反应试剂预封装在微流控芯片中，减少了操作者加样步骤。

Description

试剂预封装微流控芯片、使用方法及实验仪和工作方法

技术领域

本发明涉及一种微流控技术领域，尤其涉及一种试剂预封装微流控芯片、使用方法及实验仪和工作方法。

背景技术

生化检测微流控芯片为多功能系统芯片，常称之为芯片实验室（Lab-on-a-chip），该芯片把生化检测所涉及的样品制备、定量进样、液体混合、生化反应、分离检测等基本操作单元集成或基本集成于几平方厘米的芯片之上，是用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。微流控芯片的基本特征和最大优势是将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。试剂预封装是微流控芯片在便携式分析检测领域应用的必须功能。当前，在已有的微流控芯片系统中，试剂的预封装和长期保存方法常被忽略。微流控系统操作前，液体的处理多需要耗时的人工进样或体积大且不可移动的进样装置。除试剂进样外，可靠的试剂预封装开启机制也很重要。当前，预封装试剂的开启多通过微阀开启实现，这不能满足实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种试剂预封装微流控芯片及其使用方法，其将反应试剂预封装在微流控芯片中，减少了操作者加样步骤。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种试剂预封装微流控芯片，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层。

进一步，所述试剂储液层上分布若干储液池，且所述中间连接层设有若干通孔，所述微通道层设有若干微通道，所述混合反应层内设有反应池；所述各储液池分别依次通过相应通孔及微通道与反应池连通。

进一步，所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有若干加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处，以适于在通电加热后融化石蜡；以及所述反应池内还设有一气管，所述气管位于反应池的侧壁上部；在试剂反应时，通过所述气管抽取反应池中空气，使反应池内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

进一步，所述试剂预封装微流控芯片还包括：分别位于试剂储液层和混合反应层的外侧面上的密封膜；以及所述试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层均采通过薄膜构成。

又一方面，本发明还提供了一种试剂预封装微流控芯片的使用方法，包括如下步骤：

步骤S1，对试剂预封装微流控芯片加热，以使试剂预封装微流控芯片中的试剂储液层与混合反应层导通；

步骤S2，对试剂预封装微流控芯片的上表面进行挤压，使试剂储液层中的试剂流入混合反应层中的反应池中；和/或通过一气管抽取反应池内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

进一步，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下为试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层，以及各层均采通过薄膜构成；

所述试剂储液层上分布若干储液池，且所述中间连接层设有若干通孔，所述微通道层设有若干微通道，所述混合反应层内设有反应池；所述各储液池分别依次通过相应通孔及微通道与反应池连通；

所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有若干加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处；

所述步骤S1中对试剂预封装微流控芯片加热，以使试剂储液层与混合反应层导通；即，通过对各加热丝分别通电加热，以融化石蜡，使各储液池分别与反应池连通。

为了实现与试剂预封装微流控芯片的配套使用，本发明还提供了一种试剂预封装微流控芯片的实验仪。

所述实验仪包括：用于固定试剂预封装微流控芯片的试剂预封装微流控芯片操作平台，用于试剂预封装微流控芯片加热的供电模块，以及所述试剂预封装微流控芯片操作平台上方还设有适于挤压试剂预封装微流控芯片上端面的挤压装置；所述供电模块、挤压装置均由处理器模块控制，以当试剂预封装微流控芯片加热到一定温度后，控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片的上端面。

进一步，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层，且各层均采通过薄膜构成；所述试剂储液层上分布若干储液池，且各储液池分别通过中间连接层的相应通孔及微通道层中的相应微通道与混合反应层中的反应池连通；所述反应池内还设有一气管，所述气管位于反应池的侧壁上部；所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处；所述供电模块的多路输出端分别与各加热丝的供电输入端相连，且该供电模块由处理器模块控制多路输出；所述实验仪还包括：由所述处理器模块控制的气泵，所述气泵适于通过气管抽取反应池中的空气，使反应池内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

又一方面，本发明还提供了一种所述的试剂预封装微流控芯片的实验仪的工作方法。

所述实验仪的工作方法包括如下步骤：

步骤S1，通过处理器模块控制各加热丝同时或分别加热，以使各储液池分别或同时反应池导通；

步骤S2，所述处理器模块控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片的上端面，以使各储液池分别或同时将药剂挤入反应池中；和/或通过一气管抽取反应池内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

本发明的有益效果是，（1）将反应试剂预封装在微流控芯片中，减少了操作者加样步骤；（2）预封装有反应试剂的微流控芯片在实验仪中可以实现试剂自动化移动到混合反应层的反应池中；（3）试剂预封装微流控芯片可以采用多层膜的形式实现，从而摆脱了以往基于块状材料(有一定厚度)的加工工艺，可以实现低成本、快速大批量的生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明的试剂预封装微流控芯片的结构示意图；

图2示出了本发明的中间连接层的结构示意图；

图3示出了本发明的试剂预封装微流控芯片的实验仪的结构示意图；

图4示出了本发明的试剂预封装微流控芯片的实验仪的控制框图。

图中：试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4、石蜡5、加热丝6、供电接口7、密封膜8、储液池101、微通道301、反应池401、气管402、试剂预封装微流控芯片10、试剂预封装微流控芯片操作平台11、挤压装置12、挤压块121、供电模块122、气泵123。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示，本发明的一种试剂预封装微流控芯片，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4。

本发明将反应试剂预封装在微流控芯片中，从而使以往的试剂盒集成浓缩到一片芯片上，减少了加样步骤。

所述试剂储液层1上分布若干储液池101，且各储液池101分别通过中间连接层2的相应通孔及微通道层中的相应微通道301分别与混合反应层4中的反应池401连通。

所述通孔或微通道的入口处通过石蜡5密封（将石蜡作为阀门，通过加热使其融化，通孔或微通道导通），以及中间连接层2内镶嵌有若干加热丝6，且各加热丝6分别绕设于相应石蜡5密封处，以适于在通电加热后融化石蜡5。如图1和图2所示，图1和图2以通孔通过石蜡5密封为例。微通道的入口处通过石蜡5密封的方式与本实施例相类似，本领域技术人员能够通过以通孔通过石蜡5密封为例直接得出微通道的入口处通过石蜡5密封的技术方案。

并且，所述反应池401内还设有一气管402，所述气管位于反应池401侧壁的上部；在试剂反应时，通过所述气管402抽取反应池401中空气，使反应池401内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池401中。

所述气管402的出口处设有密封薄膜（图中未画出），该密封薄膜可以在使用时撕开，平时密封，防止反应池401被污染。

所述加热丝的供电输入端构成的供电接口7位于剂预封装微流控芯片10的一侧，该供电接口7连接供电，使加热丝通电发热，以融化石蜡，使通孔或微通道301导通。

所述试剂预封装微流控芯片还包括：分别位于试剂储液层和混合反应层的外侧面上的密封膜8。其中，所述密封膜8采用PP/EVOH/PP高防透气性复合膜，极大地降低了试剂在保质期内的挥发损耗。

所述试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4均采通过薄膜构成，从而摆脱了以往基于块状材料(有一定厚度)的加工工艺，可以实现低成本、快速大批量的生产。

实施例2

在实施例1基础上，本发明还提供了一种试剂预封装微流控芯片的使用方法，包括如下步骤：

步骤S1，对试剂预封装微流控芯片10加热，以使试剂预封装微流控芯片中的试剂储液层1与混合反应层4导通；以及步骤S2，对试剂预封装微流控芯片10的上表面进行挤压，使试剂储液层1中的试剂流入混合反应层4中的反应池401中；和/或通过一气管402抽取反应池401内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

具体的，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下为试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4，以及各层均采通过薄膜构成；所述试剂储液层上分布若干储液池1，且各储液池1分别通过中间连接层2的相应通孔及微通道层中的相应微通道301分别与混合反应层4中的反应池401连通；所述通孔或微通道的入口处通过石蜡5密封，以及中间连接层2内镶嵌有若干加热丝6，且各加热丝6分别绕设于相应石蜡5密封处。

所述步骤S1中对试剂预封装微流控芯片加热，以使试剂储液层1与混合反应层2导通；即，通过对各加热丝6分别通电加热，以融化石蜡5，使各储液池101分别与反应池401连通。

并且可以设定各加热丝6的通电顺序，以调整储液池101中试剂投放顺序，满足一些特定实验需要。

以及对加热丝6瞬间接入大电流，使其瞬时达到石蜡融化温度后，停止加热。通过对电流进行设定，根据实验获得石蜡融化电流值即可。

或者通过温度传感器，将温度传感器的微型探针伸入至各阀附近，以检测加热温度。

由于石蜡融化后不溶于试剂，所以避免了试剂被污染。

石蜡融化后，会挂在通孔或微通道的入口处的内壁下方以形成通孔，使试剂能够顺利流出。

实施例3

如图3和图4所示，在实施例1和实施例2的基础上，本发明还提供了一种试剂预封装微流控芯片的实验仪，包括：用于固定试剂预封装微流控芯片10的试剂预封装微流控芯片操作平台11，用于试剂预封装微流控芯片加热的供电模块122，以及所述试剂预封装微流控芯片操作平台11上方还设有适于挤压试剂预封装微流控芯片上端面的挤压装置12；所述供电模块122、挤压装置12均由处理器模块控制，以当试剂预封装微流控芯片加热到一定温度后，控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片的上端面。

具体的，所述挤压装置12包括：若干挤压块121，各挤压块分别对准各储液池101，所述挤压装置12由主丝杆机构带动上下运动，以挤压各储液池101，所述处理器模块通过控制丝杆驱动电机控制丝杆带动挤压块上、下运动。

优选的，所述各挤压块121内还分别设有独立伸缩装置，且各独立伸缩装置采用微型丝杆，且通过各微型丝杆分别调节相应挤压块121伸缩，以满足各储液池101中需要参与实验的部分储液池101能够受到挤压，进入反应池401。

具体的，挤压块121采用中空结构，且丝杆螺母安装在其内部，所述丝杆螺母与微型丝杆配合构成单独的丝杆机构，各微型丝杆分别通过相应驱动电机带动旋转，以控制相应挤压块121独立伸缩，并且所述挤压块121的头部还可以采用橡胶结构，使压力更加均匀。通过此方案的挤压块121，可以实现对各储液池101分别挤压，并且实现各试剂按照不同的顺序添加，满足特殊场合生物试剂反应需要。

所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4，且各层均采通过薄膜构成；所述试剂储液层上分布若干储液池101，且各储液池101分别通过中间连接层2的相应通孔及微通道层中的相应微通道301与混合反应层4中的反应池401连通；，所述反应池401内还设有一气管402，所述气管位于反应池401侧壁的上部；所述通孔或微通道301的入口处通过石蜡5密封，以及中间连接层2内镶嵌有加热丝6，且各加热丝6分别绕设于相应石蜡5密封处；所述供电模块122的多路输出端分别与各加热丝的供电输入端相连，且该供电模块122由处理器模块控制多路输出。所述供电模块122的多路输出端可以插入各加热丝的供电输入端构成的供电接口7。

具体的，所述供电模块122的多路输出端的各输出线路上分别内设有相应开关管，且各开关管分别由处理器模块控制（具体的，各开关管的控制端基极分别与处理器模块的多路输出端相连），通过处理器模块可以根据需要设定哪些石蜡需要融化，进而可以调节各储液池101中试剂流入反应池401中的顺序，满足多种试验或实验需要；并且由于所述试剂储液层1、中间连接层2、微通道层3、混合反应层4均采通过薄膜构成，因此，各层均具有一定弹性，所以无需担心微通道在未导通时，储液池101会被挤压撑破。一旦石蜡融化，微通道导通，则通过挤压块的轻微挤压，则可以将相应储液池101进入反应池401中。

所述实验仪还包括：由所述处理器模块控制的气泵123，所述气泵123适于通过气管402抽取反应池中的空气，使反应池401内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

实施例4

在实施例3基础上，本发明还提供了一种所述的试剂预封装微流控芯片的实验仪的工作方法。

所述实验仪的工作方法包括如下步骤：

步骤S1，通过处理器模块控制各加热丝5同时或分别加热，以使各储液池101分别或同时反应池401导通；

步骤S2，所述处理器模块控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片10的上端面，以使各储液池101分别或同时将药剂挤入反应池401中；和/或通过一气管402抽取反应池401内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

本实施例中，试剂预封装微流控芯片可以参见实施例1和实施例2相关描述。

具体的，所述处理器模块还可以与触摸屏或显示模块、按键模块相连，以输入相应指令。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种试剂预封装微流控芯片，其特征在于，所述试剂预封装微流控芯片自上而下包括：试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层。

2.如权利要求1所述的试剂预封装微流控芯片，其特征在于，所述试剂储液层上分布若干储液池，所述中间连接层设有若干通孔，所述微通道层设有若干微通道，所述混合反应层内设有反应池；所述各储液池分别依次通过相应通孔及微通道与反应池连通。

3.如权利要求2所述的试剂预封装微流控芯片，其特征在于，所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有若干加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处，以适于在通电加热后融化石蜡；以及

所述反应池内还设有一气管，所述气管位于反应池的侧壁上部；

在试剂反应时，通过所述气管抽取反应池中空气，使反应池内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

4.如权利要求3所述的试剂预封装微流控芯片，其特征在于，该芯片还包括：分别位于试剂储液层和混合反应层的外侧面上的密封膜；以及

所述试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层均采通过薄膜构成。

5.一种试剂预封装微流控芯片的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对试剂预封装微流控芯片加热，以使试剂预封装微流控芯片中的试剂储液层与混合反应层导通；

步骤S2，对试剂预封装微流控芯片的上表面进行挤压，使试剂储液层中的试剂流入混合反应层中的反应池中；和/或

通过一气管抽取反应池内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

6.根据权利要求5所述的试剂预封装微流控芯片的使用方法，其特征在于，所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下为试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层，以及各层均采通过薄膜构成；

所述试剂储液层上分布若干储液池，且所述中间连接层设有若干通孔，所述微通道层设有若干微通道，所述混合反应层内设有反应池；所述各储液池分别依次通过相应通孔及微通道与反应池连通；

所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有若干加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处；

所述步骤S1中对试剂预封装微流控芯片加热，以使试剂储液层与混合反应层导通；即

通过对各加热丝分别通电加热，以融化石蜡，使各储液池分别与反应池连通。

7.一种试剂预封装微流控芯片的实验仪，其特征在于，包括：

用于固定试剂预封装微流控芯片的试剂预封装微流控芯片操作平台，用于试剂预封装微流控芯片加热的供电模块，以及所述试剂预封装微流控芯片操作平台上方还设有适于挤压试剂预封装微流控芯片上端面的挤压装置；

所述供电模块、挤压装置均由处理器模块控制，以当试剂预封装微流控芯片加热到一定温度后，控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片的上端面。

8.根据权利要求7所述的实验仪，其特征在于，

所述试剂预封装微流控芯片采用多层设置，且自上而下包括：试剂储液层、中间连接层、微通道层、混合反应层，且各层均采通过薄膜构成；

所述试剂储液层上分布若干储液池，且各储液池分别通过中间连接层的相应通孔及微通道层中的相应微通道与混合反应层中的反应池连通，所述反应池内还设有一气管，所述气管位于反应池的侧壁上部；

所述通孔或微通道的入口处通过石蜡密封，以及中间连接层内镶嵌有加热丝，且各加热丝分别绕设于相应石蜡密封处；

所述供电模块的多路输出端分别与各加热丝的供电输入端相连，且该供电模块由处理器模块控制多路输出；

所述实验仪还包括：由所述处理器模块控制的气泵，所述气泵适于通过气管抽取反应池中的空气，使反应池内形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。

9.一种根据权利要求8所述的试剂预封装微流控芯片的实验仪的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，通过处理器模块控制各加热丝同时或分别加热，以使各储液池分别或同时反应池导通；

步骤S2，所述处理器模块控制挤压装置挤压试剂预封装微流控芯片的上端面，以使各储液池分别或同时将药剂挤入反应池中；和/或

通过一气管抽取反应池内空气，以使反应池中形成负压，通过该负压使试剂储液层中的试剂流入反应池中。