CN108654708B - 微流控芯片、其制作方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片，包括一用于滴加样本的加样槽，一用于吸取样本的吸样嘴，一用于容纳样本的空腔，所述空腔包括空腔中心区域以及高于所述空腔中心区域并可排除所述空腔中心区域空气的空腔边缘区域；所述空腔两侧分别与所述加样槽和吸样嘴相连，所述空腔边缘区域置于所述空腔中心区域和所述加样槽之间；所述吸样嘴整体为倒“V”字形，所述吸样嘴的嘴口为“V”字形，所述空腔成“U”字形。本发明采用微流控芯片测试血样，仪器结构相对简单，体积小，仪器中不存在流路，无需频繁维护；本发明将样本容纳于微流控芯片中进行测量，一人份使用一片，避免浪费，避免交叉污染。

Description

微流控芯片、其制作方法及使用方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片、其制作方法及使用方法。

背景技术

白细胞总数(WBC)是临床血液分析中一项非常重要的参数，可用于诊断白血病、感染性疾病或用于监测治疗。目前国内外普遍采用全自动血液细胞分析仪对全血样本进行自动检测。全自动血细胞分析仪测定白细胞总数的基本原理为使用溶血剂对全血样本中红细胞进行裂解，通过电阻抗法或流式激光散射法对白细胞进行计数。

传统的全自动血细胞分析仪流路复杂、容易阻塞，需经常维护。试剂为液体剂型，容量大，开封后一定期限后即失效，在样本量少的使用情况下试剂浪费较多。

微流控芯片是一种在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被称为芯片实验室。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

尺寸的缩减和成本的降低是目前微流控芯片生产面临的两大挑战。尺寸的缩减有利于提升表面张力自驱输运的性能，多样的尺寸变化可以实现液体表面张力自驱输运的可控调制。低成本的微流控芯片制作方法是实现其规模化应用的基础。然而，结构复杂、尺寸精密的微流控芯片往往制作工艺复杂，制作效率较低，综合成本较高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种微流控芯片、其制作方法及使用方法，可以解决现有血细胞分析仪的体积大，可维护性差，不同样本流路共用，存在携带污染的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种微流控芯片，包括：

一用于滴加样本的加样槽，一用于吸取样本的吸样嘴，一用于容纳样本的空腔，所述空腔包括空腔中心区域以及高于所述空腔中心区域并可排除所述空腔中心区域空气的空腔边缘区域；所述空腔两侧分别与所述加样槽和吸样嘴相连，所述空腔边缘区域置于所述空腔中心区域和所述加样槽之间；所述吸样嘴整体为倒“V”字形，所述吸样嘴的嘴口为“V”字形，所述空腔成“U”字形。

优选的，所述芯片由盖板和基板复合组成，所述盖板上设置有U型凸起筋、盖板空腔、盖板加样槽和盖板吸样嘴；所述基板上设置有U型凹槽、基板空腔、基板加样槽和基板吸样嘴；所述U型凸起筋嵌在涂覆粘合剂的所述U型凹槽中，所述盖板空腔和基板空腔复合为所述空腔并形成所述空腔边缘区域，所述盖板加样槽和所述基板加样槽复合为所述加样槽，所述盖板吸样嘴和所述基板吸样嘴复合为所述吸样嘴。

优选的，所述盖板空腔包括盖板空腔中心区域与盖板空腔边缘区域，所述盖板空腔中心区域高于所述盖板空腔边缘区域，所述盖板空腔中心区域与所述基板空腔贴合形成所述空腔中心区域，所述盖板空腔边缘区域与所述基板空腔贴合后形成所述空腔边缘区域。

优选的，所述空腔中心区域内表面间的距离为100-200μm 。

优选的，所述空腔边缘区域内表面间的距离为250-600μm 。

优选的，所述基板上还设有在张合过程中用于排气的第一排气孔和第二排气孔。

本发明还提供了一种微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、采用基于模具的一次热成型方法加工所述盖板和基板；

步骤2、采用粘合剂的方式将所述盖板中的所述U型凸起筋和所述U型凹槽进行粘合，采用数控点胶机在所述基板上施加粘合剂；

步骤3、所述盖板与所述施有粘合剂的基板进行对位贴合，并对所述盖板施加压力，直至粘合剂完全固化。

优选的，所述基于模具的热成型工艺，具体方式可为注塑、热压、吹塑和吸塑。

此外，本发明还提供一种微流控芯片的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测试样本加入所述加样槽或所述吸样嘴吸取所述待测试样本；

步骤2、对所述待测试样本进行检测。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明采用微流控芯片测试血样，仪器结构相对简单，体积小，仪器中不存在流路，无需频繁维护；2、本发明所述的微流控芯片的结构具有空腔边缘区域，该区域可以阻止过得粘合剂或者测试液体溢进空腔中，影响测量，避免浪费，避免交叉污染；3、本发明用途广泛，可应用于医学实验室以外的即时检验(POCT)场所，如基层医疗单位、急诊床旁检测、救灾防疫现场、野战医院等。3、本发明的微流控芯片制作方法，制作的微流控芯片一致性好、制作效率高，综合成本低。有利于微流控芯片的规模化推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微流控芯片结构示意图；

图2为本发明实施例提供的微流控芯片中A-A的立体视图；

图3为本发明实施例提供的微控流芯片在打开状态下的内部视图；

图4为本发明实施例提供的图3的局部放大图I；

图5为本发明实施例提供的微流控芯片制作方法流程图；

图6位本发明实施例提供的微流控芯片使用方法流程图。

图中包括：加样槽(1)，吸样嘴(2)，空腔(3)，空腔中心区域(31)，空腔边缘区域(32)，盖板(4)，U型凸起筋(41)，盖板空腔(42)，盖板空腔中心区域(421)，盖板空腔边缘区域(422)，盖板加样槽(43)，盖板吸样嘴(44)，基板 (5)，U型凹槽(51)，基板凹陷(52)，基板加样槽(53)，基板吸样嘴(54)，第一排气孔(6)，第二排气孔(7)，盖板平面(8)，基板平面(9)。

具体实施方式

如图1，现对本发明提供的微流控芯片进行说明。该微流控芯片用于光学法对血液样本中白细胞进行分析也可对尿液的有形成分进行检测，包括：

用于滴加样本的加样槽1，用于吸取样本的吸样嘴2，用于容纳样本的空腔3，空腔3包括空腔中心区域31以及高于空腔中心区域31并可排除空腔中心区域31空气的空腔边缘区域32；空腔3上下两侧分别与加样槽1和吸样嘴2相连，空腔边缘区域32置于空腔中心区域31和加样槽1之间；吸样嘴2整体为倒“V”字形，嘴口为“V”字形，该种结构的设计可以更容易吸样嘴2吸取待测试样本，空腔3成“U”字形，加样槽1 可设计为“U”字形或者四面体形状。

因此，如图2所示，该微流控芯片进样方式有两种：一、通过加样槽1加注样本；二、通过吸样嘴2吸取样本，样本在毛细吸附的作用下首先进入空腔中心区域31，空腔中心区域31内表面之间的距离设置为较窄的空隙，以获得更高的毛细吸附能力，一般设置为100-200μm ，而空腔边缘区域的上下内表面之间的距离一般为250-600μm 。在样本充满空腔中心区域31时，空气由空腔边缘区域32排出，且能将样本中的少量气泡留在空腔边缘区域32。

本发明微流控芯片空腔中心区域31内部上下表面具有恒定的距离，由检测系统对空腔中心区域31进行分析时，其面积是恒定的，由此可得出恒定体积样本的白细胞含量，因此该仪器结构相对简单，仪器中不存在流路，无需频繁维护，一人份使用一片，避免浪费，避免交叉污染。该芯片中的空腔边缘区域32可以阻止因过大的空隙导致毛细作用变小从而粘合剂继续向内溢出的情况，可以以确保样本空腔中心区域31不受粘合剂的影响，并且当滴入测试液体后，该空腔边缘区域32可以在毛细作用下，将过多的测试液体留在边缘区域，使得空腔中心区域的测试液体分布更加均匀，使测量更加准确，避免了浪费，也避免了交叉污染。

如图3和图4所示，本发明的微流控芯片是由盖板4和基板5复合组成的，盖板4 上设置有U型凸起筋41、盖板空腔42、盖板加样槽43和盖板吸样嘴44；基板5上设置有U型凹槽51、基板凹陷52、基板加样槽53和基板吸样嘴54；U型凸起筋41与U 型凹槽51恰好可以嵌套在一起，U型凹槽51中涂上粘合剂与盖板4进行粘合。盖板4 和基板5复合过程中，于两面施加一定的压力以确保紧密贴合，盖板平面8与基板平面 9贴合起到定位确保空腔中心区域31空间厚度恒定的作用。

盖板4和基板5在使用粘合剂进行贴合时，过多的粘合剂会从U型凹槽51的两侧溢出，其中一部分粘合剂会因毛细作用填充盖板平面8与基板平面9对应的空隙，当粘合剂继续向内溢出时，盖板4上的U型凹槽51外部对应的盖板空腔边缘区域422因过大的空隙导致毛细作用变小从而阻止粘合剂继续向内溢出，以确保空腔中心区域31不受粘合剂影响。

盖板空腔42和基板凹陷52复合为空腔3并形成空腔边缘区域32，盖板加样槽43 和基板加样槽53复合为加样槽1，盖板吸样嘴44和基板吸样嘴54组合成本微流控芯片的吸样嘴2。

盖板空腔42包括盖板空腔中心区域421与盖板空腔边缘区域422，盖板空腔中心区域421向上方凸出，高于盖板空腔边缘区域422，盖板空腔中心区域421与所述基板凹陷52贴合形成空腔中心区域31，并且上下两表面留有一定的距离，盖板空腔边缘区域 422与基板凹陷52贴合后形成空腔边缘区域32，由于盖板空腔中心区域421凸出于盖板空腔边缘区域422，因此盖板空腔边缘区域422与基板凹陷52贴合后的空腔边缘区域 32的上下两表面之间的高度大于空腔中心区域31的。

基板5上还设有第一排气孔8和第二排气孔9，这主要是考虑到当微流控芯片在张合时，这两个排气孔可以及时进行排气，从而保证芯片的完好。另外该芯片的左上角设计有与其他仪器组合的限位U型槽，可以保证该芯片与其他仪器或芯片完美契合搭配使用。

如图5所示，本发明还提供了一种微流控芯片的制作方法，包括：

S01采用基于模具的一次热成型方法加工所述盖板和基板。

微流控测试片由盖板4和基板5组成，盖板4和基板5的成型采用基于模具的热成型工艺，具体可使用注塑、热压、吹塑、吸塑等工艺。使用S136钢材精密加工的模具能够保证成型件各尺寸的精确。通过注塑成型的方法可实现批量成型件的一致性。

本发明的微流控芯片由高透光性聚合物材料组成，材料可以选择聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯等。使用单一成分的聚合物材料能够保证芯片具有均一的光学性能。

S02采用粘合剂的方式将所述盖板4中的所述U型凸起筋41和所述U型凹槽51 进行粘合，采用数控点胶机在所述基板上施加粘合剂；

粘合剂具体可选择用热熔胶、环氧树脂、紫外固化胶、溶剂挥发型粘合剂等。采用数控点胶机在基板5上施加粘合剂，确保定位精准、粘合剂用量精确、工作效率高适合批量生产。盖板4与施有粘合剂的基板5进行对位贴合。贴合后对盖板4施加压力，。

S03盖板4与施有粘合剂的基板5进行对位贴合，并对盖板4施加压力，确保粘合剂固化过程中盖板4和基板5保持紧密贴合不发生位移，直至粘合剂完全固化即可解除压力获得合格的芯片。

此外，如图6所示，本发明还提供了一种微流控芯片的使用方法，基于本发明的微流控芯片的使用方法简单，一人份使用一片，避免浪费，避免交叉污染。该微流控芯片还可应用于医学实验室以外的POCT(即时检验)场所，如基层医疗单位、急诊床旁检测、救灾防疫现场、野战医院等场景，具体的，以测试血液样本为例进行说明，包括：

S01将待测试样本加入加样槽1或吸样嘴2吸取待测试样本；

S02待测试样本进入空腔中心区域31，可对待测试样本进行检测，加入样本后可直接进行测试，如果需要静置会在仪器内部检测过程中完成。

Claims (6)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括一用于滴加样本的加样槽(1)，一用于吸取样本的吸样嘴(2)，一用于容纳样本的空腔(3)，所述空腔包括空腔中心区域(31)以及高于所述空腔中心区域(31)并可排除所述空腔中心区域(31)空气的空腔边缘区域(32)；所述空腔(3)两侧分别与所述加样槽(1)和吸样嘴(2)相连，所述空腔边缘区域(32)置于所述空腔中心区域(31)和所述加样槽(1)之间；所述吸样嘴(2)整体为倒“V”字形，所述吸样嘴(2)的嘴口为“V”字形，所述空腔(3)成“U”字形；

所述芯片由盖板(4)和基板(5)复合组成，所述盖板(4)上设置有U型凸起筋(41)、盖板空腔(42)、盖板加样槽(43)和盖板吸样嘴(44)；所述基板(5)上设置有U型凹槽(51)、基板凹陷(52)、基板加样槽(53)和基板吸样嘴(54)；所述U型凸起筋(41)嵌在涂覆粘合剂的所述U型凹槽(51)中，所述盖板空腔(42)和基板凹陷(52)复合为所述空腔(3)并形成所述空腔边缘区域(32)，所述盖板加样槽(43)和所述基板加样槽(53)复合为所述加样槽(1)，所述盖板吸样嘴(44)和所述基板吸样嘴(54)复合为所述吸样嘴(2)；

所述基板(5)上还设有在粘合过程中用于排气的第一排气孔(6)和第二排气孔(7)。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述盖板空腔(42)包括盖板空腔中心区域(421)与盖板空腔边缘区域(422)，所述盖板空腔中心区域(421)高于所述盖板空腔边缘区域(422)，所述盖板空腔中心区域(421)与所述基板凹陷(52)表面平整，贴合后形成距离均匀一致的所述空腔中心区域(31)，所述盖板空腔边缘区域(422)与所述基板凹陷(52)贴合后形成所述空腔边缘区域(32)。

3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述空腔中心区域(31)内表面间的距离为100-200μm 。

4.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述空腔边缘区域(32)内表面间的距离为250-600μm 。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用基于模具的一次热成型方法加工所述盖板(4)和基板(5)；

步骤2、采用粘合剂的方式将所述盖板(4)中的所述U型凸起筋(41)和所述U型凹槽(51)进行粘合，采用数控点胶机在所述基板(5)上施加粘合剂；

步骤3、所述盖板(4)与所述施有粘合剂的基板(5)进行对位贴合，并对所述盖板(4)施加压力，直至粘合剂完全固化。

6.根据权利要求1-4任一项所述的微流控芯片的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将待测试样本加入所述加样槽(1)或所述吸样嘴(2)吸取所述待测试样本；

步骤2、对所述待测试样本进行检测。