CN108295912A - 微流控芯片试剂的预封装装置及其开启方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置及其开启方法，解决了现有的预封装装置对芯片材质要求高以及抗振性和稳定性差的问题。本发明提供的微流控芯片试剂的预封装装置包括封装液囊和上封接体，上封接体包括密封封装液囊的顶部的封接部及由封接部向外延伸的尾部，其中，封接部和尾部的连接处设有具有导向作用的切口。

Description

微流控芯片试剂的预封装装置及其开启方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种微流控芯片试剂的预封装装置及其开启方法。

背景技术

微流控芯片技术是一种在微米尺度的流道中对极小量(一般为微升、纳升或皮升量级)流体进行精确操控的系统科学技术，是现代生物和化学科学的一个重要的信息采集和处理平台。应用此技术可以将生化领域中涉及的样品制备、反应、检测、分离或细胞培养、分选、裂解等基本操作集成或基本集成到一块微型芯片上，由微流道形成网络，从而可以控制流体贯穿整个系统。这样不仅能够完成传统生物和化学实验中的自动化操作、检测与分析，还可顺利实现传统生物学和化学手段下很难完成或不能完成的某些实验。微流控芯片技术以其将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成等优势，在生物、化学及医学等领域已得到了广泛的应用，其中，试剂预封装是微流控芯片在便携式分析领域应用的必须功能。

然而，在当前已有的微流控芯片系统中，试剂的预封装和长期保存方法常被忽略。在微流控系统操作之前，液体的处理多需要耗时的人工进样或体积大且不可移动的进样装置，步骤繁琐且费时费力。另外，除试剂进样外，可靠的试剂预封装释放(开启)机制也很重要，在理想情况下，其应该足够可靠并能够在批量化生产线上实现。但是现有的预封装装置的封装及开启方式大多不能满足实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。

图1所示为现有技术提供的一种微流控芯片液体试剂的预封装装置的结构示意图。如图1所示，该技术方案中的液体试剂的预封装装置由预封装液囊1和封接薄膜2两部分组成。在对液体试剂进行封装时，首先将液体试剂注入预封装液囊1中，然后对预封装液囊1和封接薄膜2进行密封处理，再将密封好的预封装装置放置于芯片中，即放置于芯片的基板3和盖板4所形成的样品槽5中。此结构需要在盖板4靠近样品槽5的一侧设置刺破端6。当需要液体试剂释放的时候，该预封装装置受到芯片下端向上的力的作用后被顶起，然后由刺破端6将封接薄膜2刺破，从而使预封装液囊1内的液体试剂释放出来。该装置存在以下两个问题：

第一，该装置需要一个机械结构对其施加向上的力的作用，才能使内部的液体试剂释放出来，这一方面不能满足芯片对抗振性的需求，另一方面对该机械结构推动预封装装置向上移动的位移也有严格的要求，例如，当向上移动的位移不足以使封接薄膜2接触到盖板4上的刺破端6时，也就不能使封接薄膜2被刺破，从而导致开启失败，这会降低装置开启的稳定性，使得其在批量化生产线上实现起来也较为困难；

第二，因刺破端6在刺破封接薄膜2的过程中会接触到装置内的液体试剂，从而对液体试剂形成一定的干扰，同时为尽可能减小其对液体试剂的干扰，该装置也增加了对芯片盖板4的材质的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置及其开启方法，以解决现有的预封装装置对芯片材质要求高以及抗振性和稳定性差的问题。

本发明一方面提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置，包括封装液囊和上封接体，上封接体包括密封封装液囊的顶部的封接部及由封接部向外延伸的尾部，其中，封接部和尾部的连接处设有具有导向作用的切口。

在一个实施例中，预封装装置进一步包括下封接体，封装液囊包括进液口和透气孔，进液口和透气孔设置于封装液囊的底部并被下封接体密封。

在一个实施例中，切口包括两个切口单元，两个切口单元分别设置于封接部和尾部的连接处的两侧，并向封接部延伸；进液口和透气孔为贯穿封装液囊的底部的通孔。

在一个实施例中，上封接体和下封接体为封接薄膜。

在一个实施例中，上封接体和/或下封接体的材质为铝箔。

在一个实施例中，上封接体和/或下封接体的材质为铝塑复合材质，铝塑复合材质由铝箔和一层或多层高分子聚合物薄膜复合而成。

在一个实施例中，高分子聚合物薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚酰胺中的一种或多种制成。

在一个实施例中，封装液囊的顶部与封接部之间以及进液口和透气孔与下封接体之间分别通过胶粘法、热封法、超声波焊接法、激光焊接法中的一种进行密封处理；封装液囊通过模具注塑、机械加工或刻蚀的方法制备而成。

在一个实施例中，封装液囊的材质为塑料、玻璃或硅胶。

本发明另一方面提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置的开启方法，预封装装置包括封装液囊和上封接体，上封接体包括密封封装液囊的顶部的封接部及由封接部向外延伸的尾部，其中，封接部和尾部的连接处设有具有导向作用的切口，开启方法包括：将装有预封装装置的微流控芯片安装在离心机上，对预封装装置的上封接体的尾部施力使尾部从切口处断裂，与上封接体的密封部分离，预封装装置在切口处形成出液口；启动离心机，通过离心力使封装液囊内存储的试剂由出液口流出。

本发明实施例提供的微流控芯片试剂的预封装装置由封装液囊和上封接体密封而成，该上封接体由与封装液囊形成密封的封接部及由封接部向外延伸的尾部构成，并在二者的连接处形成用于导向作用的切口结构，其结构简单，封装工艺易操作。同时当需要对该预封装装置进行开启时，只需将该预封装装置所在的芯片安装到离心机中，对上封接体的尾部施力，使其与封接部分离，则该装置在预留的切口位置会形成出液口，然后通过离心力使装置内的试剂由出液口流出即实现了芯片的自动加样过程，满足了试剂的预封装和长期保存的需求，有效避免了芯片使用前耗时的人工进样或对大型进样装置的需求的同时，也保证了芯片对于稳定性和抗振性的要求。另外，该装置在开启的过程中无需与芯片进行接触，减少了附加干扰的同时，也降低了对芯片材质的要求，简便易行，可靠性高，适合应用在批量化生产线上。

附图说明

图1所示为现有技术提供的一种微流控芯片液体试剂的预封装装置的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的结构示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的上封接体的结构示意图。

图4(a)所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置在密封状态下的透视图。

图4(b)所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置在开启状态下的透视图。

图5所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置放入微流控芯片时的结构示意图。

图6所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的开启方法的流程图。

图7所示为本发明另一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的结构示意图。

图8所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的封装液囊的结构示意图。

图9所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的制作方法的流程图。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图2所示为本发明一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置的结构示意图。如图2所示，该预封装装置包括封装液囊10a和上封接体20。该封装液囊10a的材质可以为塑料、玻璃或硅胶等，其中，优选为塑料，通过模具注塑的方式制作而成，塑料成本较低，且模具注塑的工艺也较为简单。封装液囊10a的形状如可为圆形、方形、长方形或其他多边形的环体或半环体等，其形状可以根据芯片的形状和实际需要而做不同设定，只要其内部形成可以容纳试剂的腔体即可，本发明对此不做具体设定。

如图3所示，本发明实施例提供的预封装装置的上封接体20具体包括封接部21以及由封接部21向外延伸的尾部22，且封接部21和尾部22的连接处24设置有具有导向作用的切口23。封接部21的形状和大小与封装液囊10a的顶部相匹配，用于实现封装液囊10a的密封。尾部22的形状可以为长方形、锥形等，只要可以形成相对于封接部21向外凸出的结构即可，其尺寸也可根据芯片的整体尺寸及具体情况而做不同设定，本发明对此不做限定。

在本发明一实施例中，如图3所示，此切口23结构包括两个预留的切口单元231，这两个切口单元231分别设置于封接部21和尾部22的连接处24的两侧，并向封接部21延伸。优选地，如图4(a)所示，两个切口单元231最多可延伸到连接处24上与封装液囊10a的顶部的边缘11相对应的位置即可，并且在进行封接部21与封装液囊10a间的密封时，保持尾部22与封接部21进行无缝连接，这样能够确保对封装液囊10a的密封的可靠性。当需要开启预封装装置时，只需对尾部22施加一个力，如图4(b)所示，尾部22在这个力的拉扯下就会从切口单元231处断裂，从而从上封接体20中脱离，与封接部21分开，同时封接部21会在切口单元231的导向下形成一个缺口(如形成图4(b)中的三角形缺口)，即形成了出液口25，则封装液囊10a内存储的液体试剂即可从出液口25流出。

在本发明一实施例中，上封接体20为封接薄膜，其与封装液囊10a的顶部可通过如胶粘法、热封法、超声波焊接法或激光焊接法等方法进行密封处理，其中，优选地为热封法，这种方法操作简单且密封效果好。

对于上封接体20的材质，其可为铝箔或铝塑复合材质。铝箔具有一定的遮光作用，避免封装液囊10a内存储的试剂受到外界光的干扰。在一优选的实施例中，上封接体20为铝塑复合材质，其与封装液囊10a间的密封采用热封法。该铝塑复合材质由铝箔和一层或多层高分子聚合物薄膜复合而成，其中高分子聚合物薄膜可由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)和聚酰胺(PA)中的一种或多种制成。铝塑复合材质可通过该高分子聚合物薄膜的熔融来使封装液囊10a和上封接体20达到密封的状态，密封效果好，可靠性高。

本发明一实施例还提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置的制作方法，具体为：向封装液囊内注入预封装的试剂，待试剂注入完成后，将封装液囊的顶部与上封接体的封接部进行密封处理即可；其中，该上封接体还包括由封接部向外延伸的尾部，并在封接部和尾部的连接处设置有具有导向作用的切口。该尾部的设计利于当需要进行试剂开启时，通过对其进行施力使其与封接部分离，从而形成出液口使试剂流出。

预封装装置装好试剂并做密封处理后，即可放入微流控芯片的样品槽中进行试剂的存储。图5所示为本发明一实施例提供的一种预封装装置放入微流控芯片时的结构示意图。如图5所示，样品槽41一般位于芯片40靠近中心的位置，其与芯片40中的微流道连通。将本实施例提供的预封装装置放入样品槽41中后，通过芯片40的盖板将其封装起来，同时会在封接的边缘预留出一个小口以使上封接体20的尾部22从这个小口中伸出来暴露于芯片40的外部。

当需要进行试剂加样时，即对该预封装装置启动试剂开启操作。本发明一实施例还提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置的开启方法，如图6所示，该开启方法由以下步骤实现：

步骤601：将装有预封装装置的微流控芯片安装在离心机上，对预封装装置的上封接体的尾部施力使其从预留的切口处断裂，与上封接体的密封部分离，预封装装置在切口处即形成出液口。

步骤602：启动离心机，通过离心力使封装液囊内存储的试剂由出液口流出。

具体地，对上封接体的尾部所施加的力可由人手或机械结构来执行；对于离心机，如可以1000-10000转/分的转速使其启动，并持续一段时间(如20-60秒)，通过离心力使封装液囊内的试剂由出液口流出到样品槽中，再通过微流道流入芯片的定量槽、反应槽或检测槽等其他功能槽中以进行下一步的操作。

本发明实施例提供的微流控芯片试剂的预封装装置由封装液囊和上封接体密封而成，该上封接体由与封装液囊形成密封的封接部及由封接部向外延伸的尾部构成，并在二者的连接处形成用于导向作用的切口结构，其结构简单，封装工艺易操作。同时当需要对该预封装装置进行开启时，只需将该预封装装置所在的芯片安装到离心机中，对上封接体的尾部施力，使其与封接部分离，则该装置在预留的切口位置会形成出液口，然后通过离心力使装置内的试剂由出液口流出即实现了芯片的自动加样过程，满足了试剂的预封装和长期保存的需求，有效避免了芯片使用前耗时的人工进样或对大型进样装置的需求的同时，也保证了芯片对于稳定性和抗振性的要求。另外，该装置在开启的过程中无需与芯片进行接触，减少了附加干扰的同时，也降低了对芯片材质的要求，简便易行，可靠性高，适合应用在批量化生产线上。

图7和图8所示分别为本发明另一实施例提供的一种微流控芯片试剂的预封装装置及其封装液囊的结构示意图。如图7所示，该预封装装置除包括封装液囊10b和上封接体20外，还包括下封接体30。结合图7和图8所示，该封装液囊10b设置有进液口11和透气孔12。进液口11和透气孔12为贯穿封装液囊10b的底部的通孔，该通孔的形状具体可为圆形、矩形、五边形或其他多边形等，本发明对此不做限定。待封装/保存的试剂通过进液口11注入到该装置中，透气孔12用于在试剂注入的过程中改善整个装置的透气性，以尽可能装入较多的液体，从而提高预封装装置对体积的利用率。

下封接体30用于对进液口11和透气孔12进行密封。在一个实施例中，该下封接体30为封接薄膜，其既可如图7中所示，为分别与进液口11和透气孔12的形状和尺寸相匹配的两个单独的封接薄膜，也可为其面积可同时覆盖进液口11和透气孔12的一个如长条形或椭圆形等形状的封接薄膜，本发明对此不做限定。

下封接体30的材质也可为铝箔或铝塑复合材质，其中，优选为铝塑复合材质，其与封装液囊10b间采用热封法进行密封。该铝塑复合材质由铝箔和一层或多层高分子聚合物薄膜复合而成，其可通过高分子聚合物薄膜的熔融来使进液口11和透气孔12与下封接体30间达到较好的密封效果。

进液口11和透气孔12与下封接体30之间的密封除可采用热封法外，还可采用胶粘法、超声波焊接法或激光焊接法等，本发明对此不做限定。

本发明一实施例还提供了一种微流控芯片试剂的预封装装置的制作方法，如图9所示，该制作方法具体包括以下步骤：

步骤901：将封装液囊的顶部与上封接体的封接部进行密封处理，形成半密封装置；其中，该上封接体还包括由封接部向外延伸的尾部，并且在封接部和尾部的连接处设置有具有导向作用的切口。

该尾部的设计利于当需要进行试剂开启时，通过对其进行施力使其从上封接体中脱离，从而形成出液口使试剂流出。

步骤902：将步骤901形成的半密封装置倒置，通过封装液囊的底部的进液口注入试剂，待试剂注入完成后，将下封接体与进液口和同时位于封装液囊的底部的透气孔进行密封处理。

同样地，该预封装装置装好试剂并做密封处理后，可放入微流控芯片的样品槽中进行试剂的密封存储，当需要进行试剂加样时，对该预封装装置启动试剂开启操作使其内部的试剂由出液口流出即可。该预封装装置的开启方法可通过如下步骤实现：

将装有预封装装置的微流控芯片安装在离心机上，通过人手或其他机械结构对预封装装置的上封接体的尾部施力，该尾部受拉后从切口处断裂，与上封接体的密封部分离，则预封装装置在切口处即形成出液口；

然后以一定的转速启动离心机，持续一段时间，通过离心力使封装液囊内存储的试剂由出液口流出，流入与样品槽连接的微流道中，以完成相应的微流控功能。

本发明实施例提供的微流控芯片试剂的预封装装置的封装液囊底部设有用于进液的进液口和用于透气的透气孔，并在试剂注入完成后通过下封接体实现对该进液口和透气孔的密封。由于进液口和透气孔的面积相对于整个封装液囊的底面积要小得多，其大大减小了进行密封加热时液体试剂与封接薄膜接触的可能性，从而有效减小了液体受热沸腾飞溅到封接薄膜与封装液囊接触面的几率，进而减小了沸腾液体对密封效果的影响。所以该预封装装置相对于试剂注入后通过对封装液囊底部或顶部进行全面积密封的装置，保证了密封可靠性的同时，其内部也可以存储更多(多达近封装液囊体积的90％)的液体试剂，从而增加了预封装装置对空间的利用率。本领域的技术人员可以理解，微流控芯片技术几乎是将全部化学和生物的相关操作都集成到了几平方厘米的芯片上，所以提高芯片的空间利用率对于整个芯片的结构设计具有十分重要的意义。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片试剂的预封装装置，其特征在于，包括封装液囊和上封接体，所述上封接体包括密封所述封装液囊的顶部的封接部及由所述封接部向外延伸的尾部，其中，所述封接部和所述尾部的连接处设有具有导向作用的切口。

2.根据权利要求1所述的预封装装置，其特征在于，进一步包括下封接体，所述封装液囊包括进液口和透气孔，所述进液口和所述透气孔设置于所述封装液囊的底部并被所述下封接体密封。

3.根据权利要求2所述的预封装装置，其特征在于，所述切口包括两个切口单元，所述两个切口单元分别设置于所述封接部和所述尾部的连接处的两侧，并向所述封接部延伸；所述进液口和所述透气孔为贯穿所述封装液囊的所述底部的通孔。

4.根据权利要求2所述的预封装装置，其特征在于，所述上封接体和所述下封接体为封接薄膜。

5.根据权利要求4所述的预封装装置，其特征在于，所述上封接体和/或所述下封接体的材质为铝箔。

6.根据权利要求4所述的预封装装置，其特征在于，所述上封接体和/或所述下封接体的材质为铝塑复合材质，所述铝塑复合材质由铝箔和一层或多层高分子聚合物薄膜复合而成。

7.根据权利要求6所述的预封装装置，其特征在于，所述高分子聚合物薄膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚酰胺中的一种或多种制成。

8.根据权利要求2所述的预封装装置，其特征在于，所述封装液囊的所述顶部与所述封接部之间以及所述进液口和所述透气孔与所述下封接体之间分别通过胶粘法、热封法、超声波焊接法、激光焊接法中的一种进行密封处理；所述封装液囊通过模具注塑、机械加工或刻蚀的方法制备而成。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的预封装装置，其特征在于，所述封装液囊的材质为塑料、玻璃或硅胶。

10.一种微流控芯片试剂的预封装装置的开启方法，所述预封装装置包括封装液囊和上封接体，所述上封接体包括密封所述封装液囊的顶部的封接部及由所述封接部向外延伸的尾部，其中，所述封接部和所述尾部的连接处设有具有导向作用的切口，其特征在于，所述开启方法包括：

将装有所述预封装装置的微流控芯片安装在离心机上，对所述预封装装置的上封接体的尾部施力使所述尾部从所述切口处断裂，与所述上封接体的密封部分离，所述预封装装置在所述切口处形成出液口；

启动离心机，通过离心力使所述封装液囊内存储的试剂由所述出液口流出。