CN106955749A - 基于微流控芯片的血浆提取装置 - Google Patents

基于微流控芯片的血浆提取装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微流控芯片的血浆提取装置,包括微流控芯片和配套驱动模块。使用时将全血加入微流控芯片中，静置一段时间，大部分红细胞沉降于反应腔底部，少量红细胞和血浆位于反应腔顶层，借助外界机械作用力，驱动模块会使微流控芯片反应腔的高度发生压缩变形，体积变小，使得血浆与部分红细胞通过全血过滤膜排出反应腔，其中红细胞被过滤膜中的微孔所阻塞，血浆则通过过滤膜，由转移结构片的微孔阵列导出，实现全血中的血浆提取。基于微流控芯片的血浆提取装置操作简单、无需复杂的驱动装置，具有理想的血浆提取效率。该微流控血浆提取装置能够与其它微流控检测模块相互配合，实现对全血样品中的血浆分离及疾病标志物检测。

Description

基于微流控芯片的血浆提取装置
技术领域
本发明涉及疾病快速诊断与检测技术领域，涉及一种检测样品前处理装置，尤其涉及一种对全血样品进行预处理，快速提取血浆样品的微流控芯片装置。
背景技术
到目前为止，大多数的疾病诊断往往通过对人体血液样品中的疾病标志物进行特异性检测来实现。由于人体全血样品中包含了数量众多的红细胞，因此，为了实现可靠高效地疾病检测，往往需要对全血样品进行前处理，如：将红细胞进行滤除，再对提取得到的血浆样品进行检测。传统的血浆提取一般需要依靠离心机，通过对全血样品施加离心作用来实现，即让红细胞在离心力作用下，沉积到试管底层，血浆则处于试管上层，由此实现血浆与红细胞之间的相互分离。传统方法的不足之处在于对离心机等专用设备的依赖程度高、需要手动操作、操作模式上难以与后续检测方法相互结合，不利于实现一体化的全自动检测。
基于微流控芯片的生物医学诊断系统能够实现一体化的样品进样、样品驱动、样品混合、样品反应、样品检测等各个步骤，显著提升疾病检测装置的自动化水平、减小装置体积、并降低疾病诊断成本。因此，研制基于微流控芯片的血浆提取装置，不仅有利于实现简单、方便、快速、可靠而高效的血浆提取，而且有利于与各类微流控芯片检测模块实现无缝对接，构建一体化自动化，带全血前处理功能的疾病检测系统。
发明内容
本发明的目的是研制一种基于微流控芯片的血浆提取装置，实现简单、方便、快速、可靠、高效的血浆提取，实现与各类微流控芯片检测模块无缝对接，构建一体化自动化，带全血前处理功能的疾病检测系统。
为此目的，本发明提出了一种基于微流控芯片的血浆提取装置，该装置包括微流控芯片和配套驱动模块。工作时，将全血样品通过进样孔61加入微流控芯片中，等待一段时间，全血中的大部分红细胞沉降于反应腔12的底部，少量红细胞和血浆位于反应腔12的顶层，借助外界机械作用力，驱动模块会使微流控芯片反应腔12的高度方向发生压缩变形，导致反应腔12体积变小，使得血浆与部分红细胞通过全血过滤膜5排出反应腔12，其中红细胞被过滤膜中的微孔所阻塞，血浆则通过过滤膜，最终由转移结构片6中的微孔阵列63导出，由此实现全血中的血浆提取。
微流控芯片包括基片1、下层粘接片2、弹性片3、上层粘接片4、全血过滤膜5、转移结构片6、对接结构片7和盖片8；驱动模块包括底座9、压片10、左封闭阀芯14和右封闭阀芯15。
微流控芯片的转移结构片6的下表面固定有全血过滤膜5；转移结构片6包含进样孔61、气孔62和微孔阵列63，微孔阵列63设置在转移结构片6的中间位置，微孔阵列63与全血过滤膜5的位置相对应，进样孔61和气孔62对称设置在微孔阵列63的两侧。基片1和弹性片3通过下层粘接片2粘接在一起，弹性片3和转移结构片6通过上层粘接片4粘接在一起，基片1、下层粘接片2、弹性片3、上层粘接片4和转移结构片6连接形成反应腔12，反应腔12为全血样品存储的腔室；对接结构片7的上部和下部分别粘接转移结构片6和盖片8，转移结构片6、对接结构片7、盖片8三者粘结形成血浆收集腔13，血浆收集腔13用来收集通过过滤膜5后进入微孔阵列63的血浆。盖片8的中心设有取样通道81。盖片8上设有盖片进样孔和盖片气孔，盖片进样孔的位置与进样孔61的位置相对应，盖片气孔的位置与气孔62的位置相对应。配套驱动模块的底座9包括一个下定位凹槽91，驱动模块的压片10包括一个上定位凹槽102、微通道101、锁紧通孔a103、锁紧通孔b104、第一蝶形螺丝16和第二蝶形螺丝17；上定位凹槽102中嵌入圆台状的左封闭阀芯14和右封闭阀芯15。其中，下定位凹槽91用来嵌入微流控芯片的基片1，上定位凹槽102用来嵌入微流控芯片的盖片8，微通道101位于压片10的中心位置，用来引出软管11作为导出血浆的辅助结构，左封闭阀芯14的位置与进样孔61对应，右封闭阀芯15的位置与气孔62对应。第一蝶形螺丝16贯穿锁紧通孔a103，第二蝶形螺丝17贯穿锁紧通孔b104。下定位凹槽91和上定位凹槽102保证在挤压过程中微流控芯片位置的固定。
微流控芯片的反应腔12集成了一个用来滤除红细胞的全血过滤膜5。
微流控芯片中集成的全血过滤膜5是多孔结构的半透性膜。当全血样品通过该过滤膜时，该滤膜只允许全血样品中的血浆通过，全血样品中的红细胞被阻隔在全血过滤膜5的微孔结构中。
微流控芯片的反应腔12的左右各包含一个转移结构片6的进样孔61和气孔62，反应腔12的高度能够调整，宽度固定。
微流控芯片的反应腔12的侧壁由弹性片3构建，当构成反应腔的基片1和转移结构片6受到外部挤压作用时，弹性片3被挤压，使得反应腔12高度变小。全血样品静置在反应腔12中一段时间后，大多数红细胞沉降在反应腔12的底部，当反应腔12体积变小时，血浆与部分红细胞通过全血过滤膜5排出反应腔12，其中红细胞被全血过滤膜5中的微孔所阻塞，血浆则通过全血过滤膜5。
微流控芯片的全血过滤膜5的上层有带微孔阵列63的转移结构片6，对全血过滤膜5起到支撑作用，转移结构片6的微孔整列63由直径为200μm-400μm的通孔组成，血浆经过全血过滤膜5后，进入转移结构片6的微孔整列通道。
微流控芯片的转移结构片6的上方构建一个高度为10μm-40μm的血浆收集腔13，血浆收集腔13用于汇集来自微孔阵列63的血浆。
血浆收集腔13的侧壁是由对接结构片7形成。
微流控芯片的血浆收集腔13的上方设有软管11，软管11通过盖片8的取样通道15后与血浆收集腔13导通，当血浆进入血浆收集腔13后，会进入软管11中暂存起来。
在初始挤压阶段，通过驱动模块的压片10与微流控芯片之间的相互运动，使得封闭左封闭阀芯14和右封闭阀芯15，分别堵塞微流控芯片的进样孔61和气孔62，使得全血样品密封在反应腔中，保证在挤压过程中，血浆只能通过全血过滤膜5进入微孔阵列63。
驱动模块在血浆分离挤压阶段，通过旋紧第一蝶形螺丝16、第二蝶形螺丝17，使得底座9和压片10对微流控芯片施加机械挤压作用，让微流控芯片的高度方向发生压缩变形，使得血浆被提取出来。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1.本发明提出的将带有微孔阵列的转移结构片，在实现支撑全血过滤膜的同时，减小了装置残留血浆的死体积。
2.本发明提出的由弹性片构建的反应腔室的侧壁，挤压阶段构成反应腔的上下两芯片对齐挤压，使得反应腔高度被压缩，反应腔体积减小，血浆被挤压出来。
3.本发明提出的基于微流控的血浆提取装置，具有简单、方便、快速、可靠的优点，同时该装置可实现与各类微流控芯片检测模块实现无缝对接，构建一体化自动化，带全血前处理功能的疾病检测系统。
附图说明
图1是本发明基于微流控的血浆提取装置一个实施例的流程图。
图2是本发明基于微流控的血浆提取装置一个实施例的结构示意图。
图3是本发明微流控芯片转移结构层的结构示意图。
图4是本发明微流控芯片的结构示意图。
图5是本发明配套驱动模块顶部的结构示意图。
图6是本发明配套驱动模块的结构示意图。
图中：1—基片 2—下层粘接片 3—弹性片
4—上层粘结片 5—全血过滤膜 6—转移结构片
7—对接结构片 8—盖片 9—底座
10—压片 11—软管 12—反应腔
13—血浆收集腔 14—左封闭阀芯 15—左封闭阀芯
16—第一蝶形螺丝 17—第二蝶形螺丝 61—进样孔
62—气孔 63—微孔阵列 81—取样通道
91—下定位凹槽 101—转移通道 102—上定位凹槽
103—锁紧通孔a 104—锁紧通孔b
具体实施方式
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是本发明基于微流控的血浆提取装置一个实施例的流程图。如图1所示，本装置的实施过程分为4步：加样，沉降，挤压和提取血浆。图2是本发明基于微流控的血浆提取装置一个实施例的结构示意图。结合图1和图2，本发明在使用过程中，步骤如下：
图3是本发明微流控芯片转移结构片的示意图，图4是本发明微流控芯片的示意图。结合图3、图4，首先将待测全血样本从进样孔61处，加入到由基片1、下层粘接片2、弹性片3、上层粘接片4和转移结构片6连接形成的反应腔12。
加样完毕后，将微流控芯片转移至配套驱动模块的对应位置，将封闭阀芯14和封闭阀芯15堵塞进样孔61和气孔62，整个装置处于自然状态。
装置静置一段时间，此时大部分的红细胞沉降在反应腔12的底部，大部分血浆与少量的红细胞在反应腔12顶层。
图5是本发明配套驱动模块顶部的示意图，图6是本发明配套驱动模块的示意图。沉降结束后，开始通过挤压装置的锁紧通孔a103、锁紧通孔b104中的第一蝶形螺丝16、第二蝶形螺丝17，给血浆提取系统施加挤压力。在挤压初始阶段，通过配套驱动模块的压片8首先将力作用于左封闭阀芯14、右封闭阀芯15，进而堵塞进样孔61和气孔62，将进样孔61和气孔62密封。
在挤压力后续阶段，配套驱动模块通过机械作用来实现挤压效应，微流控芯片的弹性片3两侧的芯片沿着相对方向被挤压，使得反应腔12高度变窄，腔室上层的血浆会通过全血过滤膜5首先进入转移结构片1的微孔阵列63然后由对接结构片7形成的血浆收集腔13，最后经由嵌入盖片8取样通道81和压片10的转移通道101的软管11提取血浆。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质是只读存储器或磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：该装置包括微流控芯片和配套驱动模块；工作时，将全血样品通过进样孔(61)加入微流控芯片中，等待一段时间，全血中的大部分红细胞沉降于反应腔(12)的底部，少量红细胞和血浆位于反应腔(12)的顶层，借助外界机械作用力，驱动模块会使微流控芯片反应腔(12)的高度方向发生压缩变形，导致反应腔(12)体积变小，使得血浆与部分红细胞通过全血过滤膜(5)排出反应腔(12)，其中红细胞被过滤膜中的微孔所阻塞，血浆则通过过滤膜，最终由转移结构片(6)中的微孔阵列(63)导出，由此实现全血中的血浆提取；
微流控芯片包括基片(1)、下层粘接片(2)、弹性片(3)、上层粘接片(4)、全血过滤膜(5)、转移结构片(6)、对接结构片(7)和盖片(8)；驱动模块包括底座(9)、压片(10)、左封闭阀芯(14)和右封闭阀芯(15)；
微流控芯片的转移结构片(6)的下表面固定有全血过滤膜(5)；转移结构片(6)包含进样孔(61)、气孔(62)和微孔阵列(63)，微孔阵列(63)设置在转移结构片(6)的中间位置，微孔阵列(63)与全血过滤膜(5)的位置相对应，进样孔(61)和气孔(62)对称设置在微孔阵列(63)的两侧；基片(1)和弹性片(3)通过下层粘接片(2)粘接在一起，弹性片(3)和转移结构片(6)通过上层粘接片(4)粘接在一起，基片(1)、下层粘接片(2)、弹性片(3)、上层粘接片(4)和转移结构片(6)连接形成反应腔(12)，反应腔(12)为全血样品存储的腔室；对接结构片(7)的上部和下部分别粘接转移结构片(6)和盖片(8)，转移结构片(6)、对接结构片(7)、盖片(8)三者粘结形成血浆收集腔(13)，血浆收集腔(13)用来收集通过过滤膜(5)后进入微孔阵列(63)的血浆；盖片(8)的中心设有取样通道(81)；盖片(8)上设有盖片进样孔和盖片气孔，盖片进样孔的位置与进样孔(61)的位置相对应，盖片气孔的位置与气孔(62)的位置相对应；配套驱动模块的底座(9)包括一个下定位凹槽(91)，驱动模块的压片(10)包括一个上定位凹槽(102)、微通道(101)、锁紧通孔a(103)、锁紧通孔b(104)、第一蝶形螺丝(16)和第二蝶形螺丝(17)；上定位凹槽(102)中嵌入圆台状的左封闭阀芯(14)和右封闭阀芯(15)；其中，下定位凹槽(91)用来嵌入微流控芯片的基片(1)，上定位凹槽(102)用来嵌入微流控芯片的盖片(8)，微通道(101)位于压片(10)的中心位置，用来引出软管(11)作为导出血浆的辅助结构，左封闭阀芯(14)的位置与进样孔(61)对应，右封闭阀芯(15)的位置与气孔(62)对应；第一蝶形螺丝(16)贯穿锁紧通孔a(103)，第二蝶形螺丝(17)贯穿锁紧通孔b(104)；下定位凹槽(91)和上定位凹槽(102)保证在挤压过程中微流控芯片位置的固定。
2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的反应腔(12)集成了一个用来滤除红细胞的全血过滤膜(5)。
3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片中集成的全血过滤膜(5)是多孔结构的半透性膜；当全血样品通过该过滤膜时，该滤膜只允许全血样品中的血浆通过，全血样品中的红细胞被阻隔在全血过滤膜(5)的微孔结构中。
4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的反应腔(12)的左右各包含一个转移结构片(6)的进样孔(61)和气孔(62)，反应腔(12)的高度能够调整，宽度固定。
5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的反应腔(12)的侧壁由弹性片(3)构建，当构成反应腔的基片(1)和转移结构片(6)受到外部挤压作用时，中间的弹性片(3)被挤压，使得反应腔(12)高度变小；全血样品静置在反应腔(12)中一段时间后，全血样品中大多数红细胞沉降在反应腔(12)的底部，当反应腔(12)体积变小时，血浆与部分红细胞通过全血过滤膜(5)排出反应腔(12)，其中红细胞被全血过滤膜(5)中的微孔所阻塞，血浆则通过全血过滤膜(5)。
6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的全血过滤膜(5)的上层有带微孔阵列(63)的转移结构片(6)，对全血过滤膜(5)起到支撑作用，转移结构片(6)的微孔阵列(63)由直径为200μm-400μm的通孔组成，血浆经过全血过滤膜(5)后，进入转移结构片(6)的微孔阵列通道。
7.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的转移结构片(6)的上方构建一个高度为10μm-40μm的血浆收集腔(13)，血浆收集腔(13)用于汇集来自微孔阵列(63)的血浆。
8.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：血浆收集腔(13)的侧壁是由对接结构片(7)形成。
9.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：微流控芯片的血浆收集腔(13)的上方设有软管(11)，软管(11)通过盖片(8)的取样通道(15)后与血浆收集腔(13)导通，当血浆进入血浆收集腔(13)后，会进入软管(11)中暂存起来；
在初始挤压阶段，通过驱动模块的压片(10)与微流控芯片之间的相互运动，使得封闭左封闭阀芯(14)和右封闭阀芯(15)，分别堵塞微流控芯片的进样孔(61)和气孔(62)，使得全血样品密封在反应腔中，保证在挤压过程中，血浆只能通过全血过滤膜(5)进入微孔阵列(63)；
驱动模块在血浆分离挤压阶段，通过旋紧第一蝶形螺丝(16)、第二蝶形螺丝(17)，使得底座(9)和压片(10)对微流控芯片施加机械挤压作用，让微流控芯片的高度方向发生压缩变形，使得血浆被提取出来。
10.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的血浆提取装置，其特征在于：步骤如下：首先将待测全血样本从进样孔(61)处，加入到由基片(1)、下层粘接片(2)、弹性片(3)、上层粘接片(4)和转移结构片(6)连接形成的反应腔(12)；
加样完毕后，将微流控芯片转移至配套驱动模块的对应位置，将封闭阀芯(14)和封闭阀芯(15)堵塞进样孔(61)和气孔(62)，整个装置处于自然状态；
装置静置一段时间，此时大部分的红细胞沉降在反应腔(12)的底部，大部分血浆与少量的红细胞在反应腔(12)顶层；
沉降结束后，开始通过挤压装置的锁紧通孔a(103)、锁紧通孔b(104)中的第一蝶形螺丝(16)、第二蝶形螺丝(17)，给血浆提取系统施加挤压力；在挤压初始阶段，通过配套驱动模块的压片(8)首先将力作用于左封闭阀芯(14)、右封闭阀芯(15)，进而堵塞进样孔(61)和气孔(62)，将进样孔(61)和气孔(62)密封；
在挤压力后续阶段，配套驱动模块通过机械作用来实现挤压效应，微流控芯片的弹性片(3)两侧的芯片沿着相对方向被挤压，使得反应腔(12)高度变窄，腔室上层的血浆会通过全血过滤膜(5)首先进入转移结构片(1)的微孔阵列(63)然后由对接结构片(7)形成的血浆收集腔(13)，最后经由嵌入盖片(8)取样通道(81)和压片(10)的转移通道(101)的软管(11)提取血浆。
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