CN106984368A - 一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片及分析方法，其特征在于：四个试剂入口，一个进样入口。试剂入口和进样孔通过微流道与反应池连接；所述的微流控芯片由底片、基片和盖片组成，盖片和底片采用PS材料，基片材料可以是石英、玻璃等高分子聚合物材料。反应池通过微流道与废液池连接。四个试剂入口分别连接外部泵阀装置的酶标液瓶、洗涤液瓶、底物液瓶以及终止液瓶。连接洗涤液试剂瓶的微流道位于基片的下方，其它微流道位于基片的上方。微流控芯片外部连接泵阀装置将试剂泵送至反应池中，完成乙肝的快速检测。本发明设计的微流控芯片结构简单、成本低廉、体积小，检测方法具有快速高效、可靠性高、便于实现自动化控制等优点。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片(micro-fluidic chip)及医学应用领域。特别是涉及一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片及分析方法。
背景技术
乙肝是全球性疾病，全世界目前大约有3亿乙型肝炎病毒(HBV)携带者，我国更是乙型肝炎高发区，拥有0.93亿乙型肝炎携带者，其中乙肝患者大约有3000万。HBV标志物检测是临床诊断乙肝感染的重要依据，在临床上乙肝检测主要采用传统的血液检测方法，最常用的为酶联免疫法(enzyme linked immunosorbent assay简写ELISA)，即基于抗原-抗体特异性结合的一种分析方法，具有极高灵敏度和特异性，但常规免疫分析孵化时间较长，仪器成本高，操作程序复杂，样品消耗量大，并且往往需要配备实验室水平的操作环境和专业的技术操作人员，无法快速实时检测，难以满足现场检验的要求，上述缺点则严重阻碍了乙肝病毒即时、快速检测的应用及推广。因此，开发一种快速、便携、成本低廉的血液检测装置具有重大的意义。
与传统微孔板免疫分析相比，微流控芯片免疫分析具有以下优势：①操作简便，仪器微型化；②免疫反应在微通道中进行，比表面积大，扩散距离显著缩短，加快了抗原抗体反应，缩短了反应时间；③体积小，节约试剂和样本；④可多样本、多指标同时检测。因此，微泵阀式流控芯片免疫分析在血液安全分析检测领域应用有着广泛的应用前景。
发明内容
本发明旨在提供一种快速、便携、自动、高集成度的基于泵阀驱动的微流控芯片装置，并实现采用ELISA方法，对乙肝的检测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，所述微流控芯片上设有反应池、废液池、微流道、进样孔、排气孔以及连接注射装置的试剂入口，微流控芯片由底片、基片和盖片组成。其中：微流控芯片的反应池通过微流道与四个试剂入口连通，试剂入口分部在反应池的四周，反应池通过微流道与废液池连接，连接洗涤液试剂瓶的微流道位于基片的下方。连接酶标液试剂瓶、底物液瓶以及终止液瓶的微流道位于基片的上方。
四个试剂入口与外部的泵阀装置进行连接。分别连接对应的试剂瓶：酶标试剂瓶，洗涤液试剂瓶，AB底物液试剂瓶以及终止液试剂瓶，使对应的试剂进入反应池进行反应。
在较佳的实施例中，盖片和底片采用PS材料，基片材料可以是石英、玻璃、PDMS、PMMA或PC等高分子聚合物材料。盖片厚度为2mm，底片厚度为1mm，基片厚度为4mm。
在较佳的实施例中，反应池的体积为150cm3。
在较佳的实施例中，微流道的宽度为400μm。
在较佳的实施例中，连接洗涤液试剂瓶的试剂入口2，位于反应池的左方，进样孔位于反应池的右上方，排气孔位于废液池的中央。
在较佳的实施例中，连接洗涤液试剂瓶的微流道位于基片的下方。连接酶标液试剂瓶、底物液瓶以及终止液瓶的微流道位于基片的上方。
一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片及分析方法，实施乙肝检测包括如下步骤：
1)制作前述乙肝快速检测的微流控芯片的底片、基片和盖片，在底片包被区域对抗体进行包被，37℃温育2～3小时。然后芯片三层进行对准键合；
2)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，是反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干。
3)通过进样孔，注入血清，血清进入反应池后，并行进样孔的密封，充分孵化10分钟；
4)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的血清流入废液池；
5)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，是反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；
6)通过外接的泵阀装置，使酶标液进入试剂入口1，酶标液进入反应池后，进行抗原抗体反应；
7)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的酶标液流入废液池；
8)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口1，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口1，使反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；重复此步骤5次；
9)通过外接的泵阀装置，使AB底物液进入试剂入口3，并进入反应池进行显色反应；
10)通过外接的泵阀装置，使终止液进入试剂入口4，并进入反应池进行终止反应，肉眼可见初步检测结果；
11)用酶标仪对反应池中的试剂进行吸光度检测，得出最终结果。
在较佳的实施例中，具体的步骤如下：
1)制作前述乙肝快速检测的微流控芯片的底片、基片和盖片，在底片包被区域对抗体进行包被，37℃温育2～3小时。然后芯片三层进行对准键合；
2)启动外接的泵阀装置，使160ml洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，是反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干。
3)通过进样孔，注入40ml血清，血清进入反应池后，并行进样孔的密封，充分孵化10分钟；
4)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的血清流入废液池；
5)启动外接的泵阀装置，使160ml洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，是反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；
6)通过外接的泵阀装置，使40ml酶标液进入试剂入口1，酶标液进入反应池后，进行抗原抗体反应，37℃温育；
7)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的酶标液流入废液池；
8)启动外接的泵阀装置，使160ml洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，使反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；重复此步骤5次；
9)通过外接的泵阀装置，使120mlAB底物液进入试剂入口3，并进入反应池进行显色反应；
10)通过外接的泵阀装置，使40ml终止液进入试剂入口4，并进入反应池进行终止反应，肉眼可见初步检测结果；
11)用酶标仪对反应池中的试剂进行吸光度检测，得出最终结果。
与现有方法和装置相比，本发明的优点在于：
1)本发明采用微型泵阀装置作为驱动力，可以准确的控制液体的量，其芯片及其设计装置较为简单，操作更为方便。并且能大大的提高洗涤过程的成功性，使ELISA实验的最终检测结果更为准确。
2)本发明的ELISA反应过程主要反应在反应池的下层，比较容易实现包被。
3)本发明所述的微流控芯片及其分析方法具有结构简单、试样消耗量小、检测成本低、检测速度快等优点。
4)本发明操作简单，除了要手动加入样品和密封进样孔外，其余只需要泵阀装置自动进行即可，可以检测乙肝的一次性实时、便携检测。
附图说明
图1和图2是根据本发明所述的用于血液乙肝快速检测的泵阀式微流控芯片单元结构图
图1为示出芯片内部结构的平面图。
其中，1、2、3和4为试剂入口，分别通过软管连接泵阀结构的酶标液瓶、洗涤液瓶、AB底物液瓶以及终止液瓶。5为进样孔。1'、2'、3'、4'、5'和6为微流道，7为反应池，8为废液池。1'、3'、4'、5'和6微流道位于基片的上方，2'微流道位于基片的下方。
图2为示出芯片三层结构的立体图。
其中底片C的阴影部分为抗原或抗体包被区。
图3为本发明所述外接泵阀装置的进样过程示意图。
其中，a是加入血液样品，b是进行洗涤并吹干，c是加入酶标液，d是进行洗涤并吹干，e是加入底物液，f是加入终止液。
图4为示出本微流控芯片的整体结构图。
图5为示出运用本发明微流控芯片所进行的乙肝抗原标准品检测的实验结果图。
具体实施方式
实施例1
参见图1至图3，本发明的装置结构如下：
主体为长方体。其中微流控模块为三层结构，包括一盖片A、基片B以及底片C，三层之间通过胶封实现对准键合。
通道结构参见图1，微流控芯片的模块包括：反应池7，废液池8，四个试剂入口，进样孔5和微流道。
其中：试剂入口1、2、3及4，分别通过软管连接泵阀结构的酶标液瓶、洗涤液瓶、AB底物液瓶以及终止液瓶。每个微流道都设有微型的缓冲区，微流道的宽度为0.4mm，1'、3'、4'、5'和6微流道位于基片的上方，2'微流道位于基片的下方。废液池上方设有通气孔。
盖片和底片采用PS材料，基片材料可以是石英、玻璃，也可以是PDMS、PMMA或PC等高分子聚合物材料。芯片的厚度为7mm。微流控通道单元可通过现有成型微芯片加工技术而成。
芯片要提前包被，即在图2所示的底片C的阴影区进行包被，37℃温育2小时。之后进行芯片的对准键合。
反应池的体积为150ul，保证反应液可以在反应池充分反应。废液池的体积远大于反应池，容量为1200ul以上。
实施例2
设计并制作用于血液乙肝快速检测的泵阀式微流控芯片，为了进行包被以及透明度，盖片和底片采用PS材料，对基片材料没有特殊要求，则基片材料可以是石英、玻璃、PDMS、PMMA或PC等高分子聚合物材料。用激光打标机加工通道结构，最后进行对准校核。
对底片包被区域进行包被，37℃温育2小时，之后进行芯片的对准键合。用微量注射器向进液口注入40ul的1:5000乙肝抗原标准品，密封芯片进样口。液体进入反应池，孵化10分钟。通过泵阀装置，试剂入口2注入空气进行将乙肝抗原样品推进废液池，之后试剂入口2注入洗涤液，冲洗通道以及反应池，然后试剂入口2注入空气，洗涤液流进废液池。试剂入口1注入酶标液，酶标液进入反应池反应。反应5分钟之后，试剂入口2注入空气，将酶标液推进废液池。并重复下面过程5次，通过泵阀装置，试剂入口2注入洗涤液，冲洗通道以及反应池，之后向试剂入口2注入空气，洗涤液流进废液池。试剂入口3注入AB底物液，进入反应池进行反应显色；最终试剂入口4注入终止液，进行终止反应。整个检测过程所需的时间大约为45分钟，所得结果如图5所示。
Claims (7)
1.一种基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片由底片、基片和盖片组成，盖片和底片采用PS材料，基片材料可以是石英、玻璃、PDMS、PMMA或PC等高分子聚合物材料。
2.根据权利1所述的基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片上设有反应池、废液池、微流道、进样孔、排气孔以及连接泵阀装置的试剂入口。四个试剂入口和进样孔通过微流道与反应池连通，反应池微流道与废液池连通。其中连接洗涤液试剂瓶的微流道位于基片的下方。连接酶标液试剂瓶、底物液瓶以及终止液瓶的微流道位于基片的上方。
3.根据权利1所述的基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片需要连接外部泵阀装置将试剂泵送至微流控芯片中。四个试剂入口分别连接至酶标试剂瓶，洗涤液试剂瓶，AB底物液试剂瓶以及终止液试剂瓶。
4.根据权利1所述的基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的反应池通过微流道与一个进样孔连通，使用移液枪进行进样，在进样完毕之后，进样孔用外部密封装置进行密封。
5.根据权利1所述的基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的废液池具有排气孔。
6.根据权利1所述的基于泵阀控制的乙肝快检微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的底片设有包被区域。包被结束之后，即可对微流控芯片三层进行校准键合。
7.根据权利1所述的微流控芯片，实施乙肝检测的方法如下：
1)通过进样孔，注入抗体包被液，对抗体进行包被，37℃温育；
2)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，使反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干。
3)通过进样孔，注入血清，血清进入反应池后，将进样孔密封，充分孵化10分钟；
4)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的血清流入废液池；
5)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，使反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；
6)启动外接的泵阀装置，使酶标液进入试剂入口1，酶标液进入反应池后，进行抗原抗体反应；
7)启动外接的泵阀装置，使空气进入试剂入口2，使反应池中的酶标液流入废液池。37℃
8)温育；
9)启动外接的泵阀装置，使洗涤液进入试剂入口2，冲洗反应池，再次启动泵阀装置使空气进入试剂入口2，使反应池中的洗涤液进入废液池，并对反应池进行吹干；重复此步骤5次；
10)通过外接的泵阀装置，使AB底物液进入试剂入口3，并进入反应池进行显色反应；
11)通过外接的泵阀装置，使终止液进入试剂入口4，并进入反应池进行终止反应，肉眼可见初步检测结果；
12)用酶标仪对反应池中的试剂进行吸光度检测，得出最终检测结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170728 |