CN107213930A - 一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法。该微流控芯片包括：四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有进液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，进液孔与第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道与第一微流通道通过过滤孔相通，过滤孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道与第二微流通道通过测试孔相通，测试孔在第三芯板上；在测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过测试孔时产生的电压脉冲信号。本实施例提供的微流控芯片可以提高粒子分析的便利性，并降低粒子分析的成本。

Description

一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法

技术领域

本发明实施例涉及粒子分析技术领域，尤其涉及一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法。

背景技术

目前，在对液体中微小粒子进行计数和大小测定时，一般采用经典的库尔特阻抗法。库尔特阻抗法的基本原理是，悬浮在电解液中的细胞或颗粒，随着电解液通过小孔时，因取代了相同体积的电解液，在恒流设计的电路中导致小孔管道内外两电极电阻发生瞬时变化，而产生了电位脉冲，脉冲信号的大小和次数与颗粒的大小和数目成正比。

现有技术中，一般采用库尔特阻抗分析仪对粒子进行计数和大小测定，但是传统的库尔特阻抗分析仪体积庞大，价格昂贵。

发明内容

本发明实施例提供一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法，以提高粒子分析的便利性，并降低粒子分析的成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于粒子分析的微流控芯片，该微流控芯片包括：四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；

在所述第一芯板上具有进液孔；在所述第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，所述进液孔与所述第一微流通道相通；在所述第四芯板上具有第二微流通道，所述第二微流通道与所述第一微流通道通过过滤孔相通，所述过滤孔在所述第三芯板上；在所述第二芯板上具有第三微流通道，所述第三微流通道与所述第二微流通道通过测试孔相通，所述测试孔在所述第三芯板上；在所述测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过所述测试孔时产生的电压脉冲信号，所述第一电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中；

在所述第一芯板、所述第二芯板和所述第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空设备通过所述抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，所述抽吸通孔与所述第三微流通道相通。

进一步地，所述第一电极对与上位机连接，当所述第一电极对检测到电压脉冲信号时，将所述电压脉冲信号发送至所述上位机，以便所述上位机对所述电压脉冲信号进行分析处理。

进一步地，在所述第四芯板上具有第四微流通道，所述第四微流通道与所述抽吸通孔相通；所述第四微流通道与所述第三微流通道通过液体终止孔相通，所述液体终止孔在所述第三芯板上。

进一步地，在所述液体终止孔与所述第三微流通道相通的位置具有第二电极对，用于当液体流至所述第二电极对，所述第二电极对电连接后时，上位机控制所述抽真空设备停止抽吸，所述第二电极对放置于所述第三微流通道中。

进一步地，在所述测试孔两端还具有第三电极对，用于当液体流至所述第三电极对，所述第三电极对电连接后时，为所述测试孔两端提供恒定的激励电压，所述第三电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

进一步地，在所述测试孔两端还有具有第四电极对，用于当液体流过所述第四电极对，所述第四电极对电连接时，指示上位机开始采集数据，所述第四电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

进一步地，还包括第五芯板，位于所述第四芯板下方，用于作为所述第一微流通道和所述第二微流通道的底面。

进一步地，在所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板上还具有对准通孔，用于对准组装所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板。

进一步地，相邻芯板间通过压敏胶或瞬间胶组装固定。

第二方面，本发明实施例还提供了一种粒子分析方法，该方法采用第一方面所述的微流控芯片来执行，包括：

当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入所述微流控芯片中的微流通道内；

当液体流至测试孔两端的第一电极对时，所述第一电极对电连接；

当液体中有粒子经过所述测试孔时，所述第一电极对检测到电压脉冲信号；

所述第一电极对将所述电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便所述上位机对所述电压脉冲信号进行分析处理。

本发明实施例提供的用于粒子分析的微流控芯片，包括四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有进液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，进液孔与第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道与第一微流通道通过过滤孔相通，过滤孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道与第二微流通道通过测试孔相通，测试孔在第三芯板上；在测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过测试孔时产生的电压脉冲信号；在第一芯板、第二芯板和第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空设备通过抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，抽吸通孔与第三微流通道相通。当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入第一微流通道，然后经过过滤孔进入第二微流通道，再然后通过测试孔进入第三微流通道，当液体经过测试孔时，会使测试孔两端的第一电极对电连接，当液体中有粒子经过测试孔时，第一电极对检测到电压脉冲信号，第一电极对将电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便上位机对电压脉冲信号进行分析处理，从而实现对液体中粒子的分析。本实施例中基于库尔特基本原理设计制作的微流控芯片，具有多层芯板，液体可以在各层芯板的通道中横向纵向流动，无需复杂的鞘流技术等辅助手段即可实现粒子分析的功能，提高粒子分析的便捷性，同时降低粒子分析的成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种用于粒子分析的微流控芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的微流控芯片中第三芯板的正反面结构示意图；

图3是本发明实施例三中的一种粒子分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种用于粒子分析的微流控芯片的结构示意图。本实施例可适用于对液体中的粒子进行的分析的情况，如图1所示，该微流控芯片包括四层芯板，分别为第一芯板110，第二芯板120，第三芯板130和第四芯板140。本实施例中，四层芯板是依次叠放的，为了更好的展示每层芯板的内部结构，图1中将四层芯板展开分别进行展示。

在第一芯板110上具有进液孔11。在第二芯板120、第三芯板130和第四芯板140内具有第一微流通道21，进液孔11与第一微流通道21相通。在第四芯板140上具有第二微流通道22，第二微流通道22与第一微流通道21通过过滤孔12相通，过滤孔12在第三芯板130上。在第二芯板120上具有第三微流通道23，第三微流通道23与第二微流通道22通过测试孔13相通，测试孔13在第三芯板上130。在测试孔23两端具有第一电极对，用于检测粒子经过测试孔时产生的电压脉冲信号，第一电极对的两个电极分别放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。在第一芯板110、第二芯板120和第三芯板130上具有抽吸通孔14，用于抽真空设备通过抽吸通孔14抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，抽吸通孔14与第三微流通道相通23。

其中，芯板的材料可以是高分子聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)或者环烯烃共聚物(Cyclo Olefin Coplymer,，COC)。芯板的厚度可以为50-300um间的任意厚度。第一微流通道21是由第二芯板120、第三芯板130和第四芯板140这三个芯板内的通道叠放形成的，以增加第一微流通道21的深度，第一微流通道21在第二芯板120的长度大于在第三芯板130和第四芯板的长度。过滤孔12的形式可以是孔阵列的形式，作用是过滤掉液体中体积较大的杂质并使液体中各成分充分混匀。测试孔13两端安装有第一电极对，当液体流至第一电极对时，第一电极对发生电连接，可实时的检测测试孔13两端的电压值。当液体中的粒子(如血细胞、癌细胞、细菌等)经过测试孔13时，粒子在测试孔13中取代相同体积的液体，导致测试孔13两端的第一电极对电极电阻发生瞬时变化，从而产生电压脉冲信号。抽真空设备可以是真空泵，抽真空设备与抽气管道连接后，通过抽吸孔14抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，从而使液体在负压作用下通过进液孔11进入微流控芯片的微流通道中。

本应用场景下，微流控芯片进行粒子分析的原理可以是，抽真空设备通过抽吸孔14抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，待测样本液体在负压作用下通过进液孔11首先进入位于第四芯板140中的第一微流通道21，液体在负压作用下继续从进液孔11进入通道，随着液体的增加，液体逐渐到达过滤孔12，过滤孔12将液体中体积较大的杂质过滤掉。液体经过过滤孔12到达第二微流通道22中，在第二微流通道22中一直流动至测试孔13，当液体到达测试孔13两端的第一电极对时，第一电极对产生电连接，电连接后的第一电极对可以检测液体中粒子经过测试孔13时产生的电压脉冲信号。液体在经过测试孔13后进入第三微流通道23中。第三微流通道23的作用是使液体经过测试孔13后，还可继续在微流通道中流动，可保证一定量的液体经过测试孔13。

优选的，第一电极对与上位机连接，当第一电极对检测到电压脉冲信号时，将电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便上位机对电压脉冲信号进行分析处理。上位机通过分析电压脉冲信号的大小并统计电压脉冲信号的个数，确定液体中粒子体积的大小及液体中包含粒子的个数。其中，数模转换由与第一电极对相连的主板完成。

优选的，如图1所示，在第四芯板140上具有第四微流通道24，第四微流通道24与抽吸通孔14相通；第四微流通道24与第三微流通道23通过液体终止孔15相通，液体终止孔15在第三芯板上。第四微流通道24的作用是防止液体流出微流控芯片，避免液体对其它器件造成污染。

优选的，在液体终止孔15与第三微流通道23相通的位置具有第二电极对，用于当液体流至第二电极对，第二电极对电连接后时，上位机控制抽真空设备停止抽吸，第二电极对放置于第三微流通23中。本应用场景下，第二电极对与上位机连接，当液体流至第二电极对使第二电极对发生电连接后，上位机检测到第二电极对发生电连接，则向抽真空设备发送停止抽吸的指令，控制抽真空设备停止抽吸微流控芯片内的空气，此时微流控芯片中的负压消失，液体不再从进液孔11进入微流控芯片中，液体停止向前流动。这样做的好处是自动控制进入微流控芯片中的液体量。

优选的，该微流控芯片还包括第五芯板150，位于第四芯板140下方，用于作为第一微流通道21和第二微流通道22的底面。在本实施例中，每层芯板上的微流通道是由该层芯板上正反面相通的通道及与该层芯板相邻的上下层芯板包围形成的。可选的，抽吸孔设置在第五芯板150上，与第四微流通道24相通，即抽真空设备通过第五芯板150上的抽吸孔抽吸微流控芯片中空气。

优选的，如图1所示，在第一芯板110、第二芯板120、第三芯板130、第四芯板140和第五芯板150上还具有对准通孔16，用于对准组装第一芯板110、第二芯板120、第三芯板130、第四芯板140和第五芯板150。

优选的，相邻芯板间通过压敏胶或瞬间胶组装固定。其中，压敏胶可以是弹性体型压敏胶、树脂型压敏胶或两液混合硬化胶等。

本实施例提供的用于粒子分析的微流控芯片，包括四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有进液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，进液孔与第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道与第一微流通道通过过滤孔相通，过滤孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道与第二微流通道通过测试孔相通，测试孔在第三芯板上；在测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过测试孔时产生的电压脉冲信号；在第一芯板、第二芯板和第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空设备通过抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，抽吸通孔与第三微流通道相通。当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入第一微流通道，然后经过过滤孔进入第二微流通道，再然后通过测试孔进入第三微流通道，当液体经过测试孔时，会使测试孔两端的第一电极对电连接，当液体中有粒子经过测试孔时，第一电极对检测到电压脉冲信号，第一电极对将电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便上位机对电压脉冲信号进行分析处理，从而实现对液体中粒子的分析。本实施例中基于库尔特基本原理设计制作的微流控芯片，具有多层芯板，液体可以在各层芯板的通道中横向纵向流动，无需复杂的鞘流技术等辅助手段即可实现粒子分析的功能，提高粒子分析的便捷性，同时降低粒子分析的成本。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的微流控芯片中第三芯板的正反面结构示意图。以上述实施例为基础，如图2所示，第三芯板包括正面131和反面132，在测试孔13两端安装有第一电极对1/2，在液体终止孔15与第三微流通道23相通的位置具有第二电极对7/8，第二电极对7/8放置于第三微流通道23的末端。优选的，在测试孔13两端还具有第三电极对3/4，用于当液体流至第三电极对3/4，第三电极对3/4电连接后时，为测试孔13两端提供恒定的激励电压，第三电极对3/4的两个电极分别放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。在测试孔13两端还有具有第四电极对5/6，用于当液体流过第四电极对5/6，第四电极对5/6电连接时，指示上位机开始采集数据，第四电极对5/6的两个电极分别放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。如图2所示，电极1、3和5的电极块放置于第三微流通道23中，电极2、4和6的电极块放置于第二微流通道22中。可选的，电极3和5可共用一个电极，或者电极4和6可共用一个电极。

本应用场景下，液体首先在第二微流通道22中依次漫过电极6、4和2的电极块，然后液体流过测试孔13进入第三微流通道23后漫过电极1、3和5的电极块，第一电极对1/2、第三电极对3/4和第四电极对5/6依次发生电连接。第三电极对3/4发生电连接后，为测试孔13两端提供恒定的激励电压。第四电极对5/6发生电连接后，指示上位机采集数据。

本实施例的技术方案，通过在测试孔两端安装多个电极对，且第一电极对与第三电极对分别与上位机相连，从而使得微流控芯片实现对粒子分析的功能。

实施例三

图3为本发明实施例二提供的一种粒子分析方法的流程图。该方法采用上述实施例所述的微流控芯片来执行，如图3所示，该方法包括：

步骤310，当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入微流控芯片中的微流通道内。

步骤320，当液体流至测试孔两端的第一电极对时，第一电极对电连接。

步骤330，当液体中有粒子经过测试孔时，第一电极对检测到电压脉冲信号。

步骤340，第一电极对将电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便上位机对电压脉冲信号进行分析处理。

具体的，当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入第一微流通道，然后经过过滤孔进入第二微流通道，再然后通过测试孔进入第三微流通道，当液体经过测试孔时，会使测试孔两端的第一电极对电连接，当液体中有粒子经过测试孔时，第一电极对检测到电压脉冲信号，第一电极对将电压脉冲信号经数模转换后发送至上位机，以便上位机对电压脉冲信号进行分析处理，从而实现对液体中粒子的分析。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，包括：四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；

在所述第一芯板上具有进液孔；在所述第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，所述进液孔与所述第一微流通道相通；在所述第四芯板上具有第二微流通道，所述第二微流通道与所述第一微流通道通过过滤孔相通，所述过滤孔在所述第三芯板上；在所述第二芯板上具有第三微流通道，所述第三微流通道与所述第二微流通道通过测试孔相通，所述测试孔在所述第三芯板上；在所述测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过所述测试孔时产生的电压脉冲信号，所述第一电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中；

在所述第一芯板、所述第二芯板和所述第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空设备通过所述抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气，所述抽吸通孔与所述第三微流通道相通。

2.根据权利要求1所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，所述第一电极对与上位机连接，当所述第一电极对检测到电压脉冲信号时，将所述电压脉冲信号经数模A/D转换后发送至所述上位机，以便所述上位机对所述电压脉冲信号进行分析处理。

3.根据权利要求1所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，在所述第四芯板上具有第四微流通道，所述第四微流通道与所述抽吸通孔相通；所述第四微流通道与所述第三微流通道通过液体终止孔相通，所述液体终止孔在所述第三芯板上。

4.根据权利要求3所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，在所述液体终止孔与所述第三微流通道相通的位置具有第二电极对，用于当液体流至所述第二电极对，所述第二电极对电连接后时，上位机控制所述抽真空设备停止抽吸，所述第二电极对放置于所述第三微流通道中。

5.根据权利要求1所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，在所述测试孔两端还具有第三电极对，用于当液体流至所述第三电极对，所述第三电极对电连接后时，为所述测试孔两端提供恒定的激励电压，所述第三电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

6.根据权利要求1所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，在所述测试孔两端还有具有第四电极对，用于当液体流过所述第四电极对，所述第四电极对电连接时，指示上位机开始采集数据，所述第四电极对的两个电极分别放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

7.根据权利要求1所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，还包括第五芯板，位于所述第四芯板下方，用于作为所述第一微流通道和所述第二微流通道的底面。

8.根据权利要求7所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，在所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板上还具有对准通孔，用于对准组装所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板。

9.根据权利要求7所述的用于粒子分析的微流控芯片，其特征在于，相邻芯板间通过压敏胶或瞬间胶组装固定。

10.一种基于权利要求1-9任一所述的微流控芯片的粒子分析方法，其特征在于，所述方法包括：

当抽真空设备通过抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道内的空气时，液体通过进液孔进入所述微流控芯片中的微流通道内；

当液体流至测试孔两端的第一电极对时，所述第一电极对电连接；

当液体中有粒子经过所述测试孔时，所述第一电极对检测到电压脉冲信号；

所述第一电极对将所述电压脉冲信号经数模A/D转换后发送至上位机，以便所述上位机对所述电压脉冲信号进行分析处理。