CN106807468A - 微流控芯片夹具及微滴制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片夹具及微滴制备系统，该微流控芯片夹具包括底板和盖板，底板凹设有容纳微流控芯片的容纳槽，盖板可拆卸地盖设于底板上，盖板至少开设有第一储样孔、第二储样孔、回流集样孔、第一接头孔和第二接头孔，第一储样孔用于与微流控芯片的第一进样口对应，第二储样孔用于与微流控的第二进样口对应，回流集样孔用于与微流控芯片上的出样口对应，第一接头孔用于容置与气源连接的第一接头，第二接头孔用于容置与气源连接的第二接头。本发明可以直接在盖板上进行微量定量加样，省去了传统的外置进样管路，从而避免了生物样品在外置进样管路中的损失，同时也无需清洗和更换管路，减少了外置进样管路的消耗，降低了成本。

Description

微流控芯片夹具及微滴制备系统

技术领域

本发明涉及微滴制备技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片夹具及微滴制备系统。

背景技术

微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的技术。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

对于微流控芯片的使用，一个重要的环节就是宏观流体和微观流体的接口技术，即如何将宏观流体注入到微观的芯片管路中去。对于软质微流控芯片，传统方法就是通过钢针连接外置进样管路，但这种方法耐压性差，钢针插入芯片时容易破损芯片入口，而且操作过程复杂容易引入杂质。对于硬质芯片则一般采用普通夹具来连接外置进样管路。在传统技术中，不管是软质夹具还是硬质夹具，其样品均需放在外置的进样瓶，然后通入到外置进样管路，再进入微流控芯片。由于样品容易残留在外置进样管路内，这个过程需要额外浪费大量珍贵的生物样品；而且通过样品的管路清洗麻烦，需要每次更换，操作复杂且成本很高。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种微流控芯片夹具及微滴制备系统，其可以直接在盖板上进行微量定量加样，省去了传统的外置进样管路，从而避免了生物样品在外置进样管路中的损失，同时也无需清洗和更换外置进样管路，因而避免发生更换管路引入杂质的情况，也减少了外置进样管路的消耗，降低了成本。

其技术方案如下：

一种微流控芯片夹具，包括底板和盖板，所述底板凹设有容纳微流控芯片的容纳槽，所述盖板可拆卸地盖设于所述底板上用于覆盖在微流控芯片的上方，所述盖板至少开设有第一储样孔、第二储样孔、回流集样孔、与所述第一储样孔连通的第一接头孔和与所述第二储样孔连通的第二接头孔，所述第一储样孔用于与微流控芯片的第一进样口对应，所述第二储样孔用于与微流控的第二进样口对应，所述回流集样孔用于与微流控芯片上的出样口对应，所述第一接头孔用于容置与气源连接的第一接头，所述第二接头孔用于容置与气源连接的第二接头。

在其中一个实施例中，还包括可拆卸地设于所述盖板上的密封板，所述密封板覆盖所述第一储样孔和所述第二储样孔的上方。

在其中一个实施例中，所述容纳槽的槽底开设有第一透光观察孔，所述盖板开设有第二透光观察孔，所述密封板开设有第三透光观察孔，所述第一透光观察孔、所述第二透光观察孔以及所述第三透光观察孔由下往上依次布置，所述第三透光观察孔朝所述盖板方向的投影覆盖于所述第二透光观察孔和所述回流集样孔。

在其中一个实施例中，第一储样孔的底侧内壁凹设有第一密封槽，所述第一密封槽用于容置第一密封圈，所述第二储样孔的底侧内壁凹设有第二密封槽，所述第二密封槽用于容置第二密封圈，所述回流集样孔的底侧内壁凹设有第三密封槽，所述第三密封槽用于容置第三密封圈。

在其中一个实施例中，所述密封板的底端凹设有与所述第一储样孔正对设置的第四密封槽和与所述第二储样孔正对设置的第五密封槽，所述第四密封槽用于容置第四密封圈，所述第五密封槽用于容置第五密封圈。

在其中一个实施例中，所述容纳槽的长度大于微流控芯片的长度，且所述容纳槽的槽底还开设有用于调整微流控芯片位置的安装调整孔。

在其中一个实施例中，所述底板上凸设有位于所述容纳槽两侧的两个连接座，所述盖板上设有与所述连接座一一对应的两个凹部，所述连接座卡入所述凹部内，所述盖板与所述连接座通过紧固件连接。

本技术方案还提供了一种微滴制备系统，包括气源、压力控制器、微流控芯片和所述的微流控芯片夹具，所述第一接头孔内连接有第一接头，所述第二接头孔内连接有第二接头，所述第一接头和所述第二接头均与所述压力控制器连接。

在其中一个实施例中，还包括第一缓冲器和第二缓冲器，所述第一接头通过所述第一缓冲器与所述压力控制器连接，所述第二接头通过所述第二缓冲器与所述压力控制器连接。

在其中一个实施例中，还包括第一进样瓶和第二进样瓶，所述第一接头通过所述第一进样瓶与所述压力控制器连接，所述第二接头通过所述第二进样与所述压力控制器连接。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

本发明所述微流控芯片夹具，其通过底板来容置微流控芯片，并通过盖板覆盖于微流控芯片的上方，其中，所述的盖板上开设有第一储样孔、第二储样孔和回流集样孔，第一储样孔可用于储存连续相样品，第二储样孔可用于储存离散相样品，回流集样孔则用于收集从微流控芯片的出样口流出的乳液。在具体使用时，可采用移液枪等其他移液工具(如滴管)将定量的样品加入至相应的储样孔中实现加样。又由于所述盖板上还可安设第一接头和第二接头，第一接头和第二接头的进气口均与气源连通，其出气口则分别与第一储样孔和第二储样孔连通，通过气源来驱动储样孔中的样品进入微流控芯片中生成液滴，从而完成微滴制备，液滴生成过程中可以在观察检测系统(如显微镜)下进行观察和检测。综上可知，本发明可以直接在盖板上进行微量定量加样，省去了传统的外置进样管路，从而避免了生物样品在外置进样管路中的损失，同时也无需清洗和更换管路，因而避免发生更换管理引入杂质的情况，也减少了外置进样管路的消耗，降低了成本。本发明操作简单，其在测试不同样品时可清洗第一储样孔和/或第二储样孔，由于第一储样孔和第二储样孔长度小，清洗容易，有利于实现重复利用。本发明结构简单，设计合理巧妙，有利于推广使用。

本发明还包括密封板，密封板可在加样之后将盖板盖住，防止第一储样孔和第二储样孔中的样品流失或被污染。

本发明所述底板、盖板以及密封板分别开设有第一透光观察孔、第二透光观察孔以及第三透光观察孔，其中，所述第一透光观察孔、所述第二透光观察孔以及所述第三透光观察孔由下往上依次布置，方便光线由下往上透过微流控芯片到达显微镜的目镜。

本发明所述第三透光观察孔朝所述盖板方向的投影覆盖于所述第二透光观察孔和所述回流集样孔，因而第三透光观察孔不仅用于观察微流控芯片，还可方便从回流集样孔中移液，此时无需将密封板从盖板上拆卸。

本发明在所述盖板和所述底板之间设置第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，用以加强盖板与底板之间的密封作用，防止样品从盖板与底板之间的缝隙中流失。同理，在盖板与密封板之间增设第四密封圈和第五密封圈，用以增强盖板与密封板之间的密封性。

本发明所述底板的容纳槽的槽底还开设有安装调整孔，方便手指从安装调整孔中伸入抓取微流控芯片后用以微调微流控芯片在容纳槽中的位置，从而确保微流控芯片上的进样口与盖板上的储样孔对齐，以及出样口与汇流集样孔对齐。

所述底板上设有凸出设置的连接座，相应地，盖板上设有与连接座一一配合的凹部，在盖板安装时，连接座卡入凹部内，实现盖板安装时的定位。

本发明还提供了一微滴制备系统，该微滴制备中还可设有第一缓冲器和第二缓冲器，气源通过第一缓冲器和第二缓冲器分别与第一接头和第二接头连通，可以起到缓冲气压和保压的作用。

所述微滴制备系统中还可增设第一进样瓶和第二进样瓶，气源通过第一进样瓶和第二进样瓶分别与第一接头和第二接头连通，用以实现连续大量进样。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的微滴制备系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的微流控芯片夹具的结构示意图；

图3为本发明实施例一所述的微流控芯片夹具的爆炸视图；

图4为本发明实施例一所述的底板的结构示意图；

图5为本发明实施例二所述的微滴制备系统的结构示意图；

图6为本发明实施例三所述的微滴制备系统的结构示意图。

附图标记说明：

100、微流控芯片夹具，110、底板，111、连接座，112、容纳槽，113、第一透光观察孔，114、安装调整孔，120、盖板，121、定位槽，122、第一储样孔，123、第二储样孔，124、回流集样孔，125、第二透光观察孔，126、第一接头孔，127、第一接头，128、第二接头，129、凹部，130、密封板，131、第三透光观察孔，132、扣手位，140、第一密封圈，150、第二密封圈，160、第三密封圈，170、第四密封圈，180、第五密封圈，200、微流控芯片，210、第一进样口，220、第二进样口，230、出样口，300、气源，400、压力控制器，500、观察检测系统，610、第一缓冲器，620、第二缓冲器，710、第一进样瓶，720、第二进样瓶。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者也可以是通过居中的元件而连通于另一个元件。此外，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”及“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

如图1和图2所示，本实施例(实施例一)所述的微滴制备系统，包括气源300、压力控制器400、微流控芯片200和微流控芯片夹具100。微流控芯片200安装于微流控芯片夹具100内，微流控芯片夹具100经由压力控制器400与气源300连接，气源300用以为微流控芯片夹具100提供气体，气体可将微流控芯片夹具100内的样品压入微流控芯片200中生成液滴，压力控制器400用以控制气源300输出气体的压力。

其中，请结合图3，所述微流控芯片夹具100包括底板110和盖板120。所述底板110凹设有容纳微流控芯片200的容纳槽112，所述盖板120可拆卸地盖设于所述底板110上用于覆盖在微流控芯片200的上方。具体地，所述底板110上凸设有位于所述容纳槽112两侧的两个连接座111，所述盖板120上设有与所述连接座111一一对应的两个凹部129，在盖板120安装时，连接座111卡入凹部129内，实现盖板120安装时的定位，之后盖板120与所述连接座111通过紧固件(螺栓、螺钉等)连接。

所述盖板120至少开设有第一储样孔122、第二储样孔123、回流集样孔124、与所述第一储样孔122连通的第一接头孔126和与所述第二储样孔123连通的第二接头孔(附图未标识)。所述第一储样孔122用于与微流控芯片200的第一进样口210对应(上下正对设置)；所述第二储样孔123用于与微流控的第二进样口220对应(上下正对设置)；所述回流集样孔124用于与微流控芯片200上的出样口230对应(上下正对设置)；所述第一接头孔126用于安装第一接头127，第一接头127通过连接管(连接管插入第一接头127内)与压力控制器400连接；所述第二接头孔用于安装第二接头128，第二接头128通过连接管(连接管插入第二接头128内)与压力控制器400。所述第一接头孔126和所述第二接头孔均为螺纹孔，其分别与第一接头127和第二接头128螺纹连接。其中，第一接头孔126与第一储样孔122垂直连通，第二接头孔与第二储样孔123垂直连通。需要说明的是，第一储样孔122、第二储样孔123、回流集样孔124、第一接头孔126以及第二接头孔的数量均不作限定，其与现有微流控芯片200相适应，其中第一接头孔126与第一储样孔122一一对应，第二接头孔与第二储样孔123一一对应。

上述技术方案的工作原理及效果如下：通过底板110来容置微流控芯片200，并通过盖板120覆盖于微流控芯片200的上方，其中，所述的盖板120上开设有第一储样孔122、第二储样孔123和回流集样孔124，第一储样孔122可用于储存连续相样品，第二储样孔123可用于储存离散相样品，回流集样孔124则用于收集从微流控芯片200的出样口230流出的乳液。在具体使用时，可采用移液枪等其他移液工具(如滴管)将定量的样品加入至相应的储样孔中实现加样。又由于所述盖板120上还可安设第一接头127和第二接头128，第一接头127和第二接头128的进气口均与气源300连通，其出气口则分别与第一储样孔122和第二储样孔123连通，通过气源300来驱动储样孔中的样品进入微流控芯片200中生成液滴，从而完成微滴制备，液滴生成过程中可以在观察检测系统500(如显微镜)下进行观察和检测。综上可知，本发明可以直接在盖板120上进行微量定量加样，避免了使用传统的外置进样管路，从而避免了生物样品在外置进样管路中的损失，同时也无需清洗和更换管路，因而避免发生更换管理引入杂质的情况，也减少了外置进样管路的消耗，降低了成本。本发明操作简单，其在测试不同样品时可清洗第一储样孔122和/或第二储样孔123，由于第一储样孔122和第二储样孔123长度小，清洗容易，有利于实现重复利用。本发明结构简单，设计合理巧妙，有利于推广使用。

在本实施例中，本发明还包括可拆卸地设于所述盖板120上的密封板130，具体地，所述盖板120上凹设有与所述密封板130的外周形状相适应的定位槽121，方便密封板130的安装定位。所述定位槽121的槽底开设有所述第一储样孔122、所述第二储样孔123和所述回流集样孔124。所述密封板130覆盖于所述第一储样孔122和所述第二储样孔123的上方，防止第一储样孔122和第二储样孔123中的样品流失或被污染。所述密封板130还开设有与所述回流集样孔124相对设置的移液孔(附图3所示为131)，方便从回流集样孔124中移除液体。本发明所述密封板130可通过紧固件(螺栓、螺钉等)与盖板120连接，也可设计为翻转卡扣式连接，翻转卡扣式连接可沿用现有常用设计。此外，所述密封板130的相对的两侧凹设有扣手位132，方便密封板130拆卸。

请结合图4，所述容纳槽112的槽底开设有第一透光观察孔113；所述盖板120开设有第二透光观察孔125；所述密封板130开设有第三透光观察孔131。所述第一透光观察孔113、所述第二透光观察孔125以及所述第三透光观察孔131由下往下上依次布置，方便光线由下往上透过微流控芯片200到达显微镜的目镜。值得注意的是，本发明所述第三透光观察孔131即为上述的移液孔，其朝所述盖板120方向的投影覆盖所述第二透光观察孔125和所述回流集样孔124，因而第三透光观察孔131不仅用于观察微流控芯片200，还可方便从回流集样孔124中移液，此时无需将密封板130从盖板120上拆卸。

在本实施例中，所述底板110上容纳槽112的长度大于微流控芯片200的长度，且所述容纳槽112的槽底还开设有用于调整微流控芯片200位置的安装调整孔114。所述安装调整孔114与所述第一透光观察孔113连通。安装调整孔114的设置有利于手指从安装调整孔114中伸入抓取微流控芯片200后用以微调微流控芯片200在容纳槽112中的位置，从而确保微流控芯片200上的进样口与盖板120上的储样孔对齐，以及出样口230与汇流集样孔对齐。

此外，第一储样孔122的底侧内壁凹设有第一密封槽(附图未示出)，所述第一密封槽用于容置第一密封圈140；所述第二储样孔123的底侧内壁凹设有第二密封槽(附图未示出)，所述第二密封槽用于容置第二密封圈150；所述回流集样孔124的底侧内壁凹设有第三密封槽(附图未示出)，所述第三密封槽用于容置第三密封圈160。所述密封板130的底端凹设有与所述第一储样孔122正对设置的第四密封槽(附图未示出)和与所述第二储样孔123正对设置的第五密封槽(附图未示出)，所述第四密封槽用于容置第四密封圈170，所述第五密封槽用于容置第五密封圈180。本发明在所述盖板120和所述底板110之间设置第一密封圈140、第二密封圈150和第三密封圈160，用以加强盖板120与底板110之间的密封作用，防止样品从盖板120与底板110之间的缝隙中流失。同理，在盖板120与密封板130之间增设第四密封圈170和第五密封圈180，用以增强盖板120与密封板130之间的密封性。

本发明所述底板110可以使用PC、PMMA等硬质聚合物加工，也可以采用金属加工；所述微流控芯片200材质可以是PDMS，PMMA，PC，COC或者玻璃等材料；所述盖板120和所述密封板130可以采用透明硬质聚合物加工，比如PC、PMMA、COC等；所述第一密封圈140、第二密封圈150、第三密封圈160、第四密封圈170和第五密封圈180均可以采用标准规格的密封圈，也可以进行开模加工连体密封垫。

下面对本发明所述微滴制备系统的使用方法进行说明:

使用移液枪分别把定量的连续相液体加入到盖板120的第一储样孔122(连续相储样孔)中，把定量的离散相样品加入到盖板120的第二储样孔123(离散相储样孔)中，盖上密封板130。将第一接头127和第二接头128连接压力控制器400，压力控制器400和气源300相连接。开启气源300和压力控制器400，样品被气体压入微流控芯片200中生成液滴，液滴生成过程中可以在观察检测系统500(显微镜)下进行观察和检测。液滴生成完毕，关闭压力控制器400，使用移液枪可以从回流集样孔124中移除定量的乳液。本发明所述液滴制备系统中所述气源300可以采用氮气瓶，也可采用动力设备加压后的大气，所述动力设备可以为压力泵、隔膜泵、柱塞泵和注射泵等。所述的夹具100可以直接放置在现有通用的显微镜下观察，也可以在设计的光路下观察。

与上述实施例不同的是，在另一个实施例(实施例二)中，如图5所示，本发明还包括第一缓冲器610和第二缓冲器620。所述第一接头127通过所述第一缓冲器610与所述压力控制器400连接，所述第二接头128通过所述第二缓冲器620与所述压力控制器400连接。具体地，所述第一缓冲器610和所述第二缓冲器620均可为密封的容量瓶，气源300中的气体通过一连接管进入容量瓶中，之后再经由另一连接管插入接头内，从而到达缓冲气压和保压的作用。实施例二与实施例一的其他结构特征均相同。

与上述实施例不同的是，在另一个实施例(实施例三)中，如图6所示，本发明还包括第一进样瓶710(连续相进样瓶)和第二进样瓶720(离散相进样瓶)，所述第一接头127通过所述第一进样瓶710与所述压力控制器400连接，所述第二接头128通过所述第二进样与所述压力控制器400连接。气源300中的气体通过一连接管进入进样瓶中，之后再经由另一连接管插入接头内，用以实现连续大量进样。因而本发明既可实现微量加样制备液滴外，还可以实现连续大量进样制备液滴，具有较好的适用性。值得注意的是，所述的离散相样品也可以直接加在第二储样孔123(离散相储样孔)中，连续相样品则还是加入第二进样瓶720中实现连续进样。本实施例所述的连接管系统可以增加流量传感器测量流体的流量。实施例三与实施例一的其他结构特征均相同。

综上所述，本发明提供了一种微流控芯片夹具100及微滴制备系统，其可以进行微量定量加入生物样品，制备定量的微滴，保证检测时液滴量均一，避免了使用传统的外置进样管路，从而避免了生物样品在外置进样管路中的损失，同时也无需清洗和更换管路，因而避免发生更换管路引入杂质的情况，也减少了外置进样管路的消耗，降低了成本。其既可实现微量加样制备液滴外，还可以实现连续大量进样制备液滴，具有较好的适用性。此外，其还可微调微流控芯片200在容纳槽112中的位置，从而使得夹具100具有较好的操作性。最后，本发明可设计夹具100上的微流控芯片200平面与物镜之间的距离在可调焦范围内，保证观察视野清洗可见；并且夹具100外围大小与载物台相匹配，从而配套现有的光学显微镜进行观察，不需要配置或者设计昂贵的观察和检测系统。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微流控芯片夹具，其特征在于，包括底板和盖板，所述底板凹设有容纳微流控芯片的容纳槽，所述盖板可拆卸地盖设于所述底板上用于覆盖在微流控芯片的上方，所述盖板至少开设有第一储样孔、第二储样孔、回流集样孔、与所述第一储样孔连通的第一接头孔和与所述第二储样孔连通的第二接头孔，所述第一储样孔用于与微流控芯片的第一进样口对应，所述第二储样孔用于与微流控的第二进样口对应，所述回流集样孔用于与微流控芯片上的出样口对应，所述第一接头孔用于容置与气源连接的第一接头，所述第二接头孔用于容置与气源连接的第二接头。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于，还包括可拆卸地设于所述盖板上的密封板，所述密封板覆盖所述第一储样孔和所述第二储样孔的上方。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片夹具，其特征在于，所述容纳槽的槽底开设有第一透光观察孔，所述盖板开设有第二透光观察孔，所述密封板开设有第三透光观察孔，所述第一透光观察孔、所述第二透光观察孔以及所述第三透光观察孔由下往上依次布置，所述第三透光观察孔朝所述盖板方向的投影覆盖于所述第二透光观察孔和所述回流集样孔。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于，第一储样孔的底侧内壁凹设有第一密封槽，所述第一密封槽用于容置第一密封圈，所述第二储样孔的底侧内壁凹设有第二密封槽，所述第二密封槽用于容置第二密封圈，所述回流集样孔的底侧内壁凹设有第三密封槽，所述第三密封槽用于容置第三密封圈。

5.根据权利要求2所述的微流控芯片夹具，其特征在于，所述密封板的底端凹设有与所述第一储样孔正对设置的第四密封槽和与所述第二储样孔正对设置的第五密封槽，所述第四密封槽用于容置第四密封圈，所述第五密封槽用于容置第五密封圈。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的微流控芯片夹具，其特征在于，所述容纳槽的长度大于微流控芯片的长度，且所述容纳槽的槽底还开设有用于调整微流控芯片位置的安装调整孔。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的微流控芯片夹具，其特征在于，所述底板上凸设有位于所述容纳槽两侧的两个连接座，所述盖板上设有与所述连接座一一对应的两个凹部，所述连接座卡入所述凹部内，所述盖板与所述连接座通过紧固件连接。

8.一种微滴制备系统，其特征在于，包括气源、压力控制器、微流控芯片和如权利要求1至7中任一项所述的微流控芯片夹具，所述第一接头孔内连接有第一接头，所述第二接头孔内连接有第二接头，所述第一接头和所述第二接头均与所述压力控制器连接。

9.根据权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于，还包括第一缓冲器和第二缓冲器，所述第一接头通过所述第一缓冲器与所述压力控制器连接，所述第二接头通过所述第二缓冲器与所述压力控制器连接。

10.根据权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于，还包括第一进样瓶和第二进样瓶，所述第一接头通过所述第一进样瓶与所述压力控制器连接，所述第二接头通过所述第二进样与所述压力控制器连接。