CN106622409A - 一种多指标试样分析芯片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多指标试样分析芯片及其使用方法，其中分析芯片包括基片、盖片和托盘，基片、盖片和托盘均为圆形，在基片的一侧端面上开设有多个沿周向等间隔布置的反应孔，在位于反应孔内侧的基片上开设有主流路，每一反应孔均通过一个连接流路与主流路连通，在位于主流路内侧的基片上开设有储液池，主流路与储液池连通，在储液池上设置有至少一个注液孔；盖片可拆卸地连接在基片开设有反应孔一侧的端面上；托盘可拆卸地连接在盖片的另一侧，在托盘上与盖片贴合的一侧设置有封堵凸块，当压合托盘与基片时，封堵凸块压迫盖片变形将各连接流路阻断。

Description

一种多指标试样分析芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种多指标试样分析芯片及其使用方法，属于微流控芯片领域。

背景技术

微流控技术是一种通过微管道及微结构在外界硬件的辅助下控制流体完成各种生物和化学过程的一种技术。目前已经广泛应用于细胞培养与分析、核酸提取、核酸扩增反应、生化反应、免疫检测、环境监测等相关研究中。这些应用往往需要多个反应单元实现对多个样本或多个检测指标的反应和检测。而要实现多指标的并行分析，需要实现对样本或试剂的分配，即实现将同一种液体分配到不同的反应腔体中。这种情况下在芯片中必然存在流路将不同的反应孔连接在一起，而对核酸扩增、生化分析等反应来说，不同反应孔相连带来的潜在样品交叉污染对结果影响非常大，因而需要实现对不同反应孔之间的互相隔离，以杜绝不同反应孔之间交叉污染的可能性。

现有的芯片利用离心力与微管道相结合方式实现样品往不同反应孔中的分配，而不同反应孔之间通过空气隔离。这类方法虽然操作简单，但不同反应孔之间的距离较短，且水溶液的挥发和冷凝极易引起不同反应孔之间的液体串扰，所以仅靠空气隔离存在很大的污染风险，尤其应用于核酸扩增分析时。为克服上述问题，现有方法是在样品分配完成后使用矿物油来隔离不同反应孔，但该方法需要二次加样，而且矿物油会溶蚀密封芯片进样口的单面胶，从而造成试剂泄露，污染环境。还有方法是采用离心的方式将样品分配到管道两则的反应池中，然后利用外部设备让附有压敏胶的金属基材变形，将主流路中的液体挤出并堵塞连通反应池的管道，从而实现主流路两侧的反应孔的物理隔离。该方法虽然能实现物理隔离，杜绝了不同反应孔之间的交叉污染，但这种方法会浪费在主流路中的大量样本，且铝箔变形堵死主流路后难以恢复，难以实现反应后的产物回收。另外，该方法挤压铝箔变形的过程需要专用的设备和手工操作，不利于自动化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一避免交叉污染的多指标试样分析芯片及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多指标试样分析芯片，其特征在于：包括基片、盖片和托盘，所述基片、盖片和托盘均为圆形，在所述基片的一侧端面上开设有多个沿周向等间隔布置的反应孔，在位于所述反应孔内侧的所述基片上开设有主流路，每一所述反应孔均通过一个连接流路与所述主流路连通，在位于所述 主流路内侧的所述基片上开设有储液池，所述主流路与所述储液池连通，在所述储液池上设置有至少一个注液孔；所述盖片可拆卸地连接在所述基片开设有所述反应孔一侧的端面上；所述托盘可拆卸地连接在所述盖片的另一侧，在所述托盘上与所述盖片贴合的一侧设置有封堵凸块，当压合所述托盘与所述基片时，所述封堵凸块压迫所述盖片变形将各所述连接流路阻断。

所述封堵凸块为多个且与所述连接流路呈一一对应关系，当压合所述托盘时，每个所述封堵凸块压迫所述盖片变形而阻断一个所述连接流路。

所述封堵凸块设置为圆弧形且沿所述托盘的周向延伸，所述托盘和封堵凸块均采用弹性材料制成，当压合所述托盘时，所述封堵凸块与各所述连接流路对应的位置发生变形，并且压迫所述盖片变形而阻断各连接流路。

一种多指标试样分析芯片的使用方法，包括以下步骤：1)将样品溶液通过注液口注入储液池中，并封堵注液口；2)将基片放在离心装置中进行离心操作，使储液池中的样品溶液通过主流路12和连接流路流入各反应孔中；3)对托盘施加压力，使托盘上的封堵凸块挤压盖片，使位于封堵凸块处的盖片产生形变，将各连接流路阻断，从而实现各反应孔之间的物理隔离。

一种多指标试样分析芯片，其特征在于：包括基片、盖片和托盘，所述基片、盖片和托盘均为矩形；在所述基片的一侧端面上呈线型间隔开设多排反应孔，在各排所述反应孔的同一侧均设置有呈直线型布置的主流路，每一所述反应孔均通过一个连接流路与所述主流路连通，在每一所述主流路的至少一端设置有注液孔；所述盖片可拆洗地连接在所述基片开设有反应孔一侧的端面上；所述托盘可拆卸地连接在盖片的另一侧，在所述托盘上与所述盖片贴合的一侧设置有封堵凸块，当压合所述托盘与所述基片时，所述封堵凸块压迫所述盖片变形将各所述连接流路阻断。

所述封堵凸块为多个且与所述连接流路呈一一对应关系，当压合所述托盘时，每个所述封堵凸块压迫所述盖片变形而阻断一个所述连接流路。

所述封堵凸块设置呈长条状且经过各所述连接流路所在的位置，所述托盘3和封堵凸块均采用弹性材料制成，当压合所述托盘时，所述封堵凸块与各所述连接流路对应的位置发生变形，并且压迫盖片变形从而阻断各连接流路。

所述主流路由多个半圆形结构衔接而成，或由多个V字形结构串联连接而成。

所述基片和盖片均采用薄膜材料制成。

一种多指标试样分析芯片的使用方法，包括以下步骤：1)将样品溶液通过注液口注入主流路中，并封堵注液口；2)将基片放在离心装置中进行离心操作，使主流路中的样品溶液通过主流路和连接流路流入各反应孔中；3)对托盘施加压力，使托盘上的 封堵凸块挤压盖片，使位于封堵凸块处的盖片产生形变，将各连接流路阻断，从而实现各反应孔之间的物理隔离。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的托盘上的封堵凸块挤压盖片，使位于封堵凸块处的盖片产生形变，与每一连接流路贴合封堵，从而实现各反应孔之间的物理隔离，避免各反应孔内样品溶液交叉污染。2、本发明的每个反应孔中可预先放入不同的反应底物如抗体、引物、核酸探针等，待检测溶液样本分别进入不同反应孔中与反应底物反应，从而达成多指标分析的目的。本发明可广泛应用于生物检测或医疗检验领域，如免疫分析、核酸扩增反应、核酸杂交反应分析或蛋白一受体结合反应。

附图说明

图1是实施例1的整体结构示意图；

图2是实施例1的基片的结构示意图；

图3是实施例1基片沿反应孔的剖视示意图；

图4是实施例1盖片变形封堵连接流路的示意图；

图5是实施例1托盘的结构示意图；

图6是实施例1托盘采用另一种结构的结构示意图；

图7是实施例2的整体结构示意图；

图8是实施例2的托盘的结构示意图；

图9是实施例2托盘采用另一种结构的结构示意图；

图10是实施例2主流路采用半圆形结构衔接而成时的结构示意图

图11是实施例2主流路采用V字形结构串联连接而成时的结构示意图；

图12是实施例2盖片变形封堵连接流路的示意图；

图13是实施例3的基片的结构示意图；

图14是实施例3的反应孔及连接流路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1：

如图1～4所示，本实施例多指标试样分析芯片包括基片1、盖片2和托盘3，其中，基片1、盖片2和托盘3均为圆形。在基片1的一侧端面上开设有多个沿周向等间隔布置的反应孔11，在位于反应孔11内侧的基片1上开设有主流路12，每一反应孔11均通过一个连接流路13与主流路12连通。在位于主流路12内侧的基片1上开设有储液池14，主流路12与储液池14连通。在储液池14上设置有至少一个注液孔 15。盖片2可拆卸地连接在基片1开设有反应孔11一侧的端面上。托盘3可拆卸地连接在盖片2的另一侧，在托盘3上与盖片2贴合的一侧设置有封堵凸块31，当压合托盘3与基片1时，封堵凸块31压迫盖片2变形将各连接流路13阻断，从而实现各反应孔11之间的物理隔离。

在一个优选的实施例中，连接流路13的开设深度小于反应孔11和主流路12的深度。封堵凸块31可以设置为多个(如图5所示)，其与连接流路13呈一一对应关系，当压合托盘3时，每个封堵凸块31将压迫盖片2变形从而阻断一个连接流路13。此时，封堵凸块31的截面形状与连接流路13的截面形状一致。封堵凸块31也可以设置呈圆弧形且沿托盘3的周向延伸(如图6所示)，此时，托盘3和封堵凸块31均采用弹性材料制成，当施加外界压力时，封堵凸块31与各连接流路13对应的位置发生变形，同时压迫盖片2变形从而阻断各连接流路。

在一个优选的实施例中，连接流路13和主流路12的截面均为半圆形。

在一个优选的实施例中，基片1和盖片2由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物材料以及金属材料中的一种或两种制成，并通过注塑、激光雕刻、机械加工和热压封接、激光焊接、超声焊接、胶封等现有技术制作。

在一个优选的实施例中，在基片1上设置有与盖片2可拆卸连接的连接柱16。

在一个优选的实施例中，反应孔11沿基片1周向对称分布成多组，每一组反应孔11对应一条主流路12及一个储液池14。

本实施例还提出了一种多指标试样分析芯片使用方法，包括以下步骤：

1)将样品溶液通过注液口15注入储液池14中，并封堵注液口15；

2)将基片1放在离心装置中进行离心操作，使储液池14中的样品溶液通过主流路12和连接流路13流入各反应孔11中；

3)对托盘3施加压力，使托盘3上的封堵凸块31挤压盖片2，使位于封堵凸块31处的盖片2产生形变，将各连接流路13阻断(如图6所示)，从而实现各反应孔11之间的物理隔离，避免各反应孔11内样品溶液交叉污染。

实施例2：

如图7所示，本实施例多指标试样分析芯片包括基片1、盖片2和托盘3，其中，基片1、盖片2和托盘3均为矩形。在基片1的一侧端面上呈线型间隔开设多排反应孔11，在各排反应孔11的同一侧均设置有呈直线型布置的主流路12，每一反应孔11均通过一个连接流路13与主流路12连通。在每一主流路12的至少一端设置有注液孔15。盖片2可拆洗地连接在基片1开设有反应孔11一侧的端面上。托盘3可拆卸地连接在盖片2的另一侧，在托盘3上与盖片2贴合的一侧设置有封堵凸块31，当压合托 盘3与基片1时，封堵凸块31压迫盖片2变形将各连接流路13阻断，从而实现各反应孔11之间的物理隔离。

在一个优选的实施例中，封堵凸块31可以设置为多个(如图8所示)，其与连接流路13呈一一对应关系，当压合托盘3时，每个封堵凸块31将压迫盖片2变形从而阻断一个连接流路13。封堵凸块31也可以设置呈长条状且经过各连接流路13所在的位置(如图9所示)，此时，托盘3和封堵凸块31均采用弹性材料制成，当施加外界压力时，封堵凸块31与各连接流路13对应的位置发生变形，同时压迫盖片2变形从而阻断各连接流路。

在一个优选的实施例中，如图10所示，主流路12由多个半圆形结构衔接而成，该结构有利于实现主流路12中的样品均匀分配到反应孔11中。

在一个优选的实施例中，如图11所示，主流路12由多个V字形结构串联连接而成，该结构也有利于实现主流路12中的样品均匀分配到反应孔11中。

本实施例还提出了一种多指标试样分析芯片使用方法，包括以下步骤：

1)将样品溶液通过注液口15注入主流路12中，并封堵注液口15；

2)将基片1放在离心装置中进行离心操作，使主流路12中的样品溶液通过主流路12和连接流路13流入各反应孔11中；

3)对托盘3施加压力，使托盘3上的封堵凸块31挤压盖片2，使位于封堵凸块31处的盖片2产生形变，将各连接流路13阻断(如图12所示)，从而实现各反应孔11之间的物理隔离，避免各反应孔11内样品溶液交叉污染。

实施例3：

本实施例与实施例二的区别仅在于：基片1和盖片2均采用薄膜材料制成(如图13所示)，其加工方法可为注塑、吸塑、吹塑或冲压成形。

在一个优选的实施例中，制作基片1和盖片2所用的薄膜材料为COP、PP等具有一定弹性的材料。因基片1本身由弹性材料构成，所以除了设计从基片1正面压合连通流路13的托盘3外，亦可从基片1的背面直接压基片1片，使得薄膜变形，实现不同反应孔11的物理隔离。

实施例4：

本实施例与实施例一的区别仅在于：基片1和盖片2均采用薄膜材料制成，其加工方法可为注塑、吸塑、吹塑或冲压成形。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种多指标试样分析芯片，其特征在于：包括基片、盖片和托盘，所述基片、盖片和托盘均为圆形，在所述基片的一侧端面上开设有多个沿周向等间隔布置的反应孔，在位于所述反应孔内侧的所述基片上开设有主流路，每一所述反应孔均通过一个连接流路与所述主流路连通，在位于所述主流路内侧的所述基片上开设有储液池，所述主流路与所述储液池连通，在所述储液池上设置有至少一个注液孔；所述盖片可拆卸地连接在所述基片开设有所述反应孔一侧的端面上；所述托盘可拆卸地连接在所述盖片的另一侧，在所述托盘上与所述盖片贴合的一侧设置有封堵凸块，当压合所述托盘与所述基片时，所述封堵凸块压迫所述盖片变形将各所述连接流路阻断。

2.如权利要求1所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述封堵凸块为多个且与所述连接流路呈一一对应关系，当压合所述托盘时，每个所述封堵凸块压迫所述盖片变形而阻断一个所述连接流路。

3.如权利要求1所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述封堵凸块设置为圆弧形且沿所述托盘的周向延伸，所述托盘和封堵凸块均采用弹性材料制成，当压合所述托盘时，所述封堵凸块与各所述连接流路对应的位置发生变形，并且压迫所述盖片变形而阻断各连接流路。

4.一种如权利要求1至3任一项所述多指标试样分析芯片的使用方法，包括以下步骤：

1)将样品溶液通过注液口注入储液池中，并封堵注液口；

2)将基片放在离心装置中进行离心操作，使储液池中的样品溶液通过主流路12和连接流路流入各反应孔中；

3)对托盘施加压力，使托盘上的封堵凸块挤压盖片，使位于封堵凸块处的盖片产生形变，将各连接流路阻断，从而实现各反应孔之间的物理隔离。

5.一种多指标试样分析芯片，其特征在于：包括基片、盖片和托盘，所述基片、盖片和托盘均为矩形；在所述基片的一侧端面上呈线型间隔开设多排反应孔，在各排所述反应孔的同一侧均设置有呈直线型布置的主流路，每一所述反应孔均通过一个连接流路与所述主流路连通，在每一所述主流路的至少一端设置有注液孔；所述盖片可拆洗地连接在所述基片开设有反应孔一侧的端面上；所述托盘可拆卸地连接在盖片的另一侧，在所述托盘上与所述盖片贴合的一侧设置有封堵凸块，当压合所述托盘与所述基片时，所述封堵凸块压迫所述盖片变形将各所述连接流路阻断。

6.如权利要求5所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述封堵凸块为多个且与所述连接流路呈一一对应关系，当压合所述托盘时，每个所述封堵凸块压迫所述盖片变形而阻断一个所述连接流路。

7.如权利要求5所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述封堵凸块设置呈长条状且经过各所述连接流路所在的位置，所述托盘3和封堵凸块均采用弹性材料制成，当压合所述托盘时，所述封堵凸块与各所述连接流路对应的位置发生变形，并且压迫盖片变形从而阻断各连接流路。

8.如权利要求5所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述主流路由多个半圆形结构衔接而成，或由多个V字形结构串联连接而成。

9.如权利要求5所述的一种多指标试样分析芯片，其特征在于：所述基片和盖片均采用薄膜材料制成。

10.一种如权利要求5至9任一项所述多指标试样分析芯片的使用方法，包括以下步骤：

1)将样品溶液通过注液口注入主流路中，并封堵注液口；

2)将基片放在离心装置中进行离心操作，使主流路中的样品溶液通过主流路和连接流路流入各反应孔中；

3)对托盘施加压力，使托盘上的封堵凸块挤压盖片，使位于封堵凸块处的盖片产生形变，将各连接流路阻断，从而实现各反应孔之间的物理隔离。