CN107715930B - 芯片结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片结构，其中，芯片结构包括芯片主体、设置在芯片主体中的流道以及设置在流道中的参考单元和细胞单元，芯片主体设置有在流道中位于参考单元和细胞单元之间的凸出体，凸出体的两侧分别与流道的两个侧壁连接或形成为一体，凸出体的上表面高于参考单元和细胞单元各自所在的流道处的底面且凸出体的上表面与流道的顶面间隔，以使参考单元和细胞单元能够彼此连通，流道的一端具有通向芯片主体的外部的进样口，另一端具有通向芯片主体的外部出样口。其中，细胞单元为流道用于细胞培养和信号检测的芯片模块。该芯片结构操作简便，能够避免产生气泡，能够实现同时检测多个样本。

Description

芯片结构
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，具体地，涉及一种芯片结构。
背景技术
药物代谢动力学研究药物在机体的影响下所发生的变化及其规律，其中的药物包括药剂、激素、营养素和毒素。药代动力学研究药物的体内过程(包括吸收、分布、代谢和排泄)，并运用数学原理和方法阐释药物在机体内的动态规律。
药物代谢动力学分析常依赖于质谱技术，采用液相色谱-质谱联用仪可以同时分离和分析代谢物。相比较于这些大型仪器，微流控芯片和生物芯片技术则具有体积小、集成化程度高的优势。微流控芯片可以用多种检测方法检测，比如光学的(折射率、荧光、生物发光、化学发光、拉曼光谱、热透镜显微镜检测、表面等离子激元共振检测等)、电学的(电阻抗、电势能等)、放射的(正电子检测)等。对于表面等离子激元共振检测和电阻抗检测来说，可以实现对于同一个流道中分子与蛋白质或者细胞本身信号状态的实时检测，对于荧光检测来说，也可以在同一个流道中在不同时间采集已经进入或者粘附到细胞的荧光强度。上述检测方法，目前对于监测目标分子跟细胞本身相互实时作用方面还存在困难和技术跟进，而对于放射性检测，目前已经有了可以实时监测放射性标记的分子与细胞的动态吸收和解离曲线的方法。
放射性检测方法实现细胞药物代谢动力学的监测，得益于分体式的流道设计和有持续恒定放射性流体的实时监测，还有相应的药物代谢动力学数学模型的建立和应用。可是分体式的流道设计需要外接连接管道，增加了操作的难度，很容易在管道连接和转换操作中带入空气而产生气泡，而且外接的管道体积巨大，其中的放射性溶液所产生的信号会对检测带来一定的噪音干扰。这种情况下，对于同一个芯片中更多样本的检测带来了限制，尤其是在潜在的应用更广的芯片上器官实验室的研究中，带来一定的技术困难和挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种芯片结构，该芯片结构操作简便，能够避免产生气泡，能够实现同时检测多个样本。
为实现上述目的，本发明提供一种芯片结构，其中，所述芯片结构包括芯片主体、设置在所述芯片主体中的流道以及设置在所述流道中的参考单元和细胞单元，所述芯片主体设置有在所述流道中位于所述参考单元和细胞单元之间的凸出体，所述凸出体的两侧分别与所述流道的两个侧壁连接或形成为一体，所述凸出体的上表面高于所述参考单元和所述细胞单元各自所在的流道处的底面且所述凸出体的上表面与所述流道的顶面间隔，以使所述参考单元和细胞单元能够彼此连通，所述流道的一端具有通向所述芯片主体的外部的进样口，另一端具有通向所述芯片主体的外部出样口。
优选地，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元或用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元。
优选地，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元，所述凸出体包括位于所述前参考单元和细胞单元之间的第一凸出体和位于所述后参考单元和细胞单元之间的第二凸出体。
优选地，所述流道为直线型流道，所述芯片主体中包括多条间隔设置的所述直线型流道，各个流道设置有对应的所述参考单元、细胞单元、凸出体、进样口和出样口。
优选地，所述流道为曲线型流道。
优选地，所述前参考单元所在的通道部分与所述细胞单元所在的通道部分之间的夹角为0°-180°，所述前参考单元与所述细胞单元通过所述凸出体上方的空间连通。
优选地，多条所述直线型流道平行间隔设置。
优选地，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元，所述流道包括依次连接的第一流道段、第二流道段和第三流道段，所述第一流道段、第二流道段和第三流道段形成U型结构，所述进样口设置在所述第一流道段的端部，所述前参考单元设置在所述第一流道段中，所述凸出体设置在所述第二流道段中，所述细胞单元设置在所述第三流道段中，所述出样口设置在所述第三流道段的端部。
优选地，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元，所述流道包括依次连接的第一流道段、第二流道段和第三流道段，所述第一流道段、第二流道段和第三流道段形成U型结构，所述凸出体包括位于所述前参考单元和所述细胞单元之间的第一凸出体和位于所述后参考单元和所述细胞单元之间的第二凸出体。
优选地，所述细胞单元为所述流道中用于细胞培养和信号检测的芯片模块。
优选地，所述凸出体为与所述芯片主体形成为一体的台阶结构。
优选地，所述芯片主体包括芯片底层和设置在所述芯片底层上方的芯片上层，所述流道和凸出体位于所述芯片上层。
本发明提供的芯片结构的有益效果在于：
由于凸出体的上表面高于参考单元和细胞单元各自所在的流道处的底面，凸出体的上表面与流道的顶面间隔，以使参考单元和细胞单元能够彼此连通，所以一方面参考单元和细胞单元被凸出体分成了两个独立的区间，方便参考单元和细胞单元各自独立工作，另一方面，凸出体的结构设置也能够使各模块(参考单元和细胞单元)彼此连通，方便样本在参考单元和细胞单元之间流动，使参考单元和细胞单元建立联系。所以该芯片结构无需管道连接各个模块，克服了传统的芯片中各个模块通过管道连接和转换操作中带入空气而产生气泡的缺陷，能够简化操作、避免产生气泡，此外，由于传统的芯片用外部的管路来连接两个分开的微流道，分开的微流道和管路连接占用很多空间，所以一个检测器只能检测一个检测样品。而本发明提供的芯片结构则可以很好的利用芯片的空间(不需要外来的管路分别连接)，在一个芯片中结合多个芯片模块，从而可以实现同时检测多个样本实时动态吸收的目的，即高通量同时检测。多样本同时检测相比于分开单独的检测，可以最小化外界变量的干扰，同时极大地缩减了单个样本分别检测所耗费的时间。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的芯片结构的立体透视图；
图2为本发明的第二种实施方式的芯片结构的立体透视图；
图3为本发明的第三种实施方式的芯片结构的立体透视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图3，本发明提供一种芯片结构，其中，芯片结构包括芯片主体100、设置在芯片主体100中的流道200以及设置在流道200中的参考单元和细胞单元1，芯片主体100设置有在流道200中位于参考单元和细胞单元1之间的凸出体2，凸出体2的两侧分别与流道200的两个侧壁连接或形成为一体，凸出体2的上表面高于参考单元和细胞单元1各自所在的流道200处的底面且凸出体2的上表面与流道200的顶面间隔，以使参考单元和细胞单元1能够彼此连通，流道200的一端具有通向芯片主体100的外部的进样口201，另一端具有通向芯片主体100的外部出样口202。其中，细胞单元1为流道200中用于细胞培养和信号检测的芯片模块。芯片结构既可以是一个前参考单元3和一个凸出体2和一个细胞单元1的组合，也可以是一个前参考单元3和多个凸出体2和多个细胞单元1的组合。
如上所述，由于凸出体2的上表面高于参考单元和细胞单元1各自所在的流道200处的底面，凸出体2的上表面与流道200的顶面间隔，以使参考单元和细胞单元1能够彼此连通，所以一方面参考单元和细胞单元1被凸出体2分成了两个独立的区间，方便参考单元和细胞单元1各自独立工作，另一方面，凸出体2的结构设置也能够使各模块(参考单元和细胞单元1)彼此连通，方便样本在参考单元和细胞单元1之间流动，使参考单元和细胞单元1建立联系。所以该芯片结构无需管道连接各个模块，克服了传统的芯片中各个模块通过管道连接和转换操作中带入空气而产生气泡的缺陷，能够简化操作、避免产生气泡，此外，由于传统的芯片用外部的管路来连接两个分开的微流道，分开的微流道和管路连接占用很多空间，所以一个检测器只能检测一个检测样品。而本发明提供的芯片结构则可以很好的利用芯片的空间(不需要外来的管路分别连接)，在一个芯片中结合多个芯片模块，从而可以实现同时检测多个样本实时动态吸收的目的，即高通量同时检测。多样本同时检测相比于分开单独的检测，可以最小化外界变量的干扰，同时极大地缩减了单个样本分别检测所耗费的时间。
根据本发明的具体实施方式，参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元3或用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元4。根据本发明的优选实施方式，参考单元可以包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元3和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元4。可以理解的是，前参考单元3和后参考单元4既可以处于同一个平面，也可以分别处于不同的平面。
参见图1，根据本发明的第一种实施方式，流道200为直线型流道，芯片主体100中包括多条(例如2条)间隔设置的直线型流道，各个流道200设置有对应的参考单元(例如前参考单元3)、细胞单元1、凸出体2、进样口201和出样口202。优选地，多条直线型流道平行间隔设置。当然，这并不表示本发明局限于此，多条直线型流道在同一个芯片结构内按照任意角度间隔设置也是可以的，也是受本发明保护的。
参见图2，根据本发明的第二种实施方式，参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元3，流道200包括依次连接的第一流道段203、第二流道段204和第三流道段205，第一流道段203、第二流道段204和第三流道段205形成U型结构，进样口201设置在第一流道段203的端部，前参考单元3设置在第一流道段203中，凸出体2设置在第二流道段204中，细胞单元1设置在第三流道段205中，出样口202设置在第三流道段205的端部。
基于上述第二种实施方式，根据本发明的优选实施方式(未图示)，参考单元可以包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元3和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元4，流道200包括依次连接的第一流道段203、第二流道段204和第三流道段205，第一流道段203、第二流道段204和第三流道段205形成U型结构，凸出体2包括位于前参考单元3和细胞单元1之间的第一凸出体和位于后参考单元4和细胞单元1之间的第二凸出体。具体地，前参考单元3和第一凸出体可以位于第一流道段203、细胞单元1可以位于第二流道段204、第二凸出体和后参考单元4可以位于第三流道段(未图示)。但本发明不限于此，前参考单元3、第一凸出体、细胞单元1、第二凸出体和后参考单元4可以根据需要在第一流道段203、第二流道段204和第三流道段205中进行有变化的分配和布置，只要能够满足该芯片结构能够正常工作的目的即可。
以上提到的流道200也可以为＝为曲线型流道。此外，前参考单元3所在的通道200部分与细胞单元1所在的通道部分之间的夹角可以为0°-180°，前参考单元3与细胞单元1通过凸出体2上方的空间连通。
此外，可以将多个芯片结构进行直接连接和组合，即多个前参考单元3、突出体2、细胞单元1和后参考单元4可以相互连接和组合，最终将它们对应地连接到一个外部的进样口201和一个外部出样口202即可。
参见图3，根据本发明的第三种实施方式，参考单元可以包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元3和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元4，凸出体2包括位于前参考单元3和细胞单元1之间的第一凸出体和位于后参考单元4和细胞单元1之间的第二凸出体。样本从进样口201进入后，依次途经前参考单元3、第一凸出体、细胞单元1、第二凸出体到达出样口202，并从出样口202流出。由于该芯片结构同时具有前参考单元3、后参考单元4和细胞单元1，从而可以一次性全程一体化检测，而且因此可以免除分次检测带来的误差。
以上提到的凸出体2优选为与芯片主体100形成为一体的台阶结构。但本发明并不限于此，凸出体2也可以是独立的与芯片主体100连接的模块，但凸出体2本身属于上述芯片模块。
具体地，芯片主体100可以包括芯片底层101和设置在芯片底层101上方的芯片上层102，流道200和凸出体2位于芯片上层102。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种芯片结构，其特征在于，所述芯片结构包括芯片主体(100)、设置在所述芯片主体(100)中的流道(200)以及设置在所述流道(200)中的前参考单元和细胞单元(1)，所述芯片主体(100)设置有在所述流道(200)中位于所述参考单元和细胞单元(1)之间的凸出体(2)，所述凸出体(2)的两侧分别与所述流道(200)的两个侧壁连接或形成为一体，所述凸出体(2)的上表面高于所述参考单元和所述细胞单元(1)各自所在的流道(200)处的底面且所述凸出体(2)的上表面与所述流道(200)的顶面间隔，以使所述参考单元和细胞单元(1)能够彼此连通，所述流道(200)的一端通向所述芯片主体(100)的外部的进样口(201)，另一端具有通向所述芯片主体(100)的外部出样口(202)。
2.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元(3)或用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元(4)。
3.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元(3)和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元(4)，所述凸出体(2)包括位于所述前参考单元(3)和细胞单元(1)之间的第一凸出体和位于所述后参考单元(4)和细胞单元(1)之间的第二凸出体。
4.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述流道(200)为直线型流道，所述芯片主体(100)中包括多条间隔设置的所述直线型流道，各个流道(200)设置有对应的所述参考单元、细胞单元(1)、凸出体(2)、进样口(201)和出样口(202)。
5.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述流道(200)为曲线型流道。
6.根据权利要求3所述的芯片结构，其特征在于，所述前参考单元(3)所在的通道(200)部分与所述细胞单元(1)所在的通道(200)部分之间的夹角为0°-180°，所述前参考单元(3)与所述细胞单元(1)通过所述凸出体(2)上方的空间连通。
7.根据权利要求4所述的芯片结构，其特征在于，多条所述直线型流道平行间隔设置。
8.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元(3)，所述流道(200)包括依次连接的第一流道段(203)、第二流道段(204)和第三流道段(205)，所述第一流道段(203)、第二流道段(204)和第三流道段(205)形成U型结构，所述进样口(201)设置在所述第一流道段(203)的端部，所述前参考单元(3)设置在所述第一流道段(203)中，所述凸出体(2)设置在所述第二流道段(204)中，所述细胞单元(1)设置在所述第三流道段(205)中，所述出样口(202)设置在所述第三流道段(205)的端部。
9.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述参考单元包括用于对样本的输入信号参考和评估的前参考单元(3)和用于对样本的输出信号参考和评估的后参考单元(4)，所述流道(200)包括依次连接的第一流道段(203)、第二流道段(204)和第三流道段(205)，所述第一流道段(203)、第二流道段(204)和第三流道段(205)形成U型结构，所述凸出体(2)包括位于所述前参考单元(3)和所述细胞单元(1)之间的第一凸出体和位于所述后参考单元(4)和所述细胞单元(1)之间的第二凸出体。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的芯片结构，其特征在于，所述细胞单元(1)为所述流道(200)中用于细胞培养和信号检测的芯片模块。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的芯片结构，其特征在于，所述凸出体(2)为与所述芯片主体(100)形成为一体的台阶结构。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的芯片结构，其特征在于，所述芯片主体(100)包括芯片底层(101)和设置在所述芯片底层(101)上方的芯片上层(102)，所述流道(200)和凸出体(2)位于所述芯片上层(102)。
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