CN108686725B - 一种微流体分析盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流体分析盒，包括上盖、底座和位于底座上的微流体结构区；所述微流体结构区含有：一样品接收区；一样品贮藏区；一孵化区；一时间阀；一检测通道；一废液区；所述时间阀为左右交错的阻滞栏结构形成的导流槽，每条阻滞栏的侧视图呈下宽上窄的形状。

Description

一种微流体分析盒

技术领域

本发明涉及微流控领域，更具体地涉及一种微流体快速诊断系统。

背景技术

微流控（Microfluidics）是指使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。现有技术中有利用装置上、下表面相对应突出部分所构成的蛇形的引流通道，通过控制流体与通道上、下表面的接触角达到引流和控制流速的效果；有通过流体管道远端处的气压调节来控制流速；有在流体流动路径上设置不同形状的微结构区域，通过复杂的微结构和进一步的表面处理工艺，以达到控制流体通过所述微结构区域的时间的设计目的。例如US20100009430A1和CN104204800A等。然而US20100009430A1需要上下表面的路径完全对准，对产品的加工精度要求极高，同时由于引流通道没有侧壁，对于该结构表面的亲水性处理的要求也极高。CN104204800A公开的技术方案需要外置的气压控制装置，增加了额外的控制部件，降低了产品的可靠性、便携性。

因此，本领域迫切需要提供不需要进行复杂的表面处理，且稳定性、可靠性、可重复性好，可进行大规模生产的微流体快速诊断系统。

发明内容

本发明旨在提供一种流体效果可控、稳定的微流体快速诊断系统。

本发明提供了一种微流体分析盒，包括上盖、底座和位于底座上的微流体结构区；所述微流体结构区含有：

一样品接收区；

一样品贮藏区；

一孵化区；

一时间阀；

一检测通道；

一废液区；

所述时间阀含左右交错的阻滞栏结构形成的导流槽，每个阻滞栏的侧视图呈下宽上窄的形状。

在另一优选例中，每个阻滞栏的下部宽度与其上部宽度的比例大于等于2:1。

在另一优选例中，每个阻滞栏的侧视图所呈形状相同。

在另一优选例中，每个阻滞栏之间的间距为0-250μm。

在另一优选例中，所述阻滞栏侧视图所呈形状包括梯形、阶梯形、三角形、抛物线形、类抛物线形、正弦函数形、余弦函数形。

在另一优选例中，所述孵化区中等间距排列有微柱。

在另一优选例中，所述底座内周有突出的卡口，所述上盖相应位置处有凹口；所述上盖和底座通过所述凹口和卡口装配在一起。

在另一优选例中，所述上盖还含有加样孔和排气孔。

在另一优选例中，所述检测通道上有一个以上的检测位点。

在另一优选例中，所述样品接收区、样品贮藏区、孵化区、时间阀和检测通道按液体流向依次排列；所述废液区连接在检测通道出口处。

在另一优选例中，所述样品接收区和样品贮藏区之间有一隔离杆。

在另一优选例中，在所述样品贮藏区四周，以及样品接收区靠近样品贮藏区段的两侧有一压紧台阶。

在另一优选例中，所述底座的压紧台阶处有一过滤膜。

在另一优选例中，所述样品贮藏区与孵化区之间有一波浪形结构。

在另一优选例中，所述时间阀与检测通道之间有一引流结构。

据此，本发明提供了一种不需要进行复杂的表面处理，且稳定性、可靠性、可重复性好，可进行大规模生产的微流体快速诊断系统。

附图说明

图1是本发明提供的分析盒底座示意图。请注意，图中的标号需与说明书中的相关内容一致。

图2是本发明提供的分析盒上盖示意图。

图3A是本发明提供的分析盒中时间阀的俯视图；图3B是本发明提供的分析盒中时间阀的侧视图；图3C是本发明提供的分析盒中时间阀的立体图；其中，

a显示侧视图形状为阶梯形的；b显示侧视图形状为抛物线或类抛物线形的；c显示侧视图形状为梯形的；d显示侧视图形状为三角形的。

图4是本发明提供的分析盒中时间阀上、下部宽度定义标示图，其中，

a显示侧视图形状为阶梯形的；b显示侧视图形状为抛物线或类抛物线形的；c显示侧视图形状为梯形的；d显示侧视图形状为三角形的。

图5是本发明提供的分析盒示意图。

图6显示了液体在本发明提供的分析盒的时间阀中的流动情况，其中黑色箭头表示液体流动的方向，红色圆圈内显示下层较窄通道的引导流；由于下层导流槽较窄，液体在其中的流速较快，下层较窄导流槽中的流体能起到很好的引流作用，引导上层液体也按照预设的路径流动，从而保证控制流体流动的精准性。

具体实施方式

发明人经过广泛而深入的研究，发现通过将时间阀中的阻滞栏的侧视图形状设计成下宽上窄的情况，便能使液体均匀、稳定地依次绕行于每根阻滞栏，从孵化区流向检测通道。在此基础上，完成了本发明。

如本文所用，参见附图4，“阻滞栏的下部宽度”是指阻滞栏的侧视图中距阻滞栏底部四分之一处的宽度。

如本文所用，参见附图4，“阻滞栏的上部宽度”是指阻滞栏的侧视图中距阻滞栏顶部四分之一处的宽度。

如本文所用，参见附图3B，“阻滞栏间距”或“阻滞栏之间的间距”可互换使用，都是指阻滞栏侧视图中相邻两个阻滞栏的底部最接近的两个点之间的距离。

本发明提供的微流控分析盒包括一上盖和一底座，进一步地，还可以包括一过滤膜；所述底座上按使用过程中液体流动的方向，依次含有一样品接收区、一样品贮藏区、一孵化区、一时间阀和一检测通道，还含有连接在检测通道出口处的一废液区。所述上盖中包含加样孔和排气孔。

在本发明的一种实施方式中，所述废液区的体积大于等于样品贮藏区、孵化区和检测通道体积的总和。

本发明提供的分析盒中的时间阀为左右交错排布的阻滞栏结构所形成的导流槽，每条阻滞栏交错地与通道的左侧与右侧壁相连，每条阻滞栏的底部间距为0-250μm（优选30-60μm）；每条阻滞栏的形状相同，每条阻滞栏的侧视图形状为下宽上窄，每条阻滞栏的下部宽度与上部宽度都相同，下部宽度与上部宽度之比大于等于2:1（优选2-4:1）；下部宽度可为10-500μm。所述下宽上窄的形状可以是任意的，例如但不限于，梯形、阶梯形（可为多层，优选两层）、三角形，抛物线或类抛物线形、正（余）弦函数（局部）的形状等。

本发明提供的时间阀的结构能很好地起到引流的作用，液体在时间阀的流动路径均能按照预想的流动，并且能明显观察到下方较窄的导流槽中，液体的流速要快于上方较宽的导流槽中的流速，说明该结构能很好地起到引流的作用。

在本发明的一种优选实施方式中，每条阻滞栏的体积相同，阻滞栏间距相同。

本发明提供的分析盒的上盖和底座可用选用聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、橡胶、氟塑料、环烯烃共聚物等高分子材料中的一种或多种混合物。底座的上表面，即微流体结构区需进行亲水处理，可以经过本领域熟知的方式进行亲水处理，例如但不限于，等离子体表面处理、紫外光表面处理、表面枝接PEG、紫外光加臭氧处理、动态表面活性剂处理等。

在本发明的一种较佳实施方式中，时间阀与检测通道之间有一个引流结构18（参见图1），为一凸台。由于时间阀中的阻滞栏为交错排列，液体样品流出时间阀后很可能沿着出口所在的侧边流入检测通道，该结构能保证流体样品从时间阀流出后被引流到检测通道的中轴上，使得液体样品的前进面基本保持在同一水平位置上。

所述底座内周左右两侧中部有不对称的突出卡口，该突出卡口将与所述上盖两侧相对应位置的凹口对准，用于固定上盖和底座的相对位置。

在本发明的一种实施方式中，所述样品接收区1和样品贮藏区2之间设置有一条水平的隔离杆10（参见图1），所述隔离杆将样品接收区和样品贮藏区分隔开。在样品贮藏区2的四周和样品接收区1的后半段两侧设有压紧台阶11（参见图1），所述压紧台阶11的高度与上述隔离杆10的高度相同，所述压紧台阶11用于上盖16（参见图2）和底座17（参见图1）键合后固定处于该位置的过滤膜。

本发明中，所述孵化区的体积等于所需的检测用流体样品的体积，所述孵化区中等间距布有微柱结构，并且在孵化区中固定有相应的检测试剂；所述上盖的对应位置也包含有微柱结构，这两处微柱结构都能为流体的流动提供毛细动力，同时还能增大反应面积，以使得试剂和流体样品充分混合。

在本发明的一种实施方式中，所述孵化区3（参见图1）的前部有形状向流体样品流动方向突起的波浪形结构19，该结构能保证样品贮藏区2中的经过滤后的液体样品能顺利地流到孵化区3中。

在本发明的一种实施方式中，检测通道中等间距排列有多个微柱，这些微柱能为检测卡中的流体样品的流动提供毛细动力。

在本发明的另一种实施方式中，检测通道5（参见图1）中还排列有一个或多个检测位点12。检测位点12上包被有可捕获待检物的物质。

在本发明的一种优选实施方式中，检测位点12中包含相同的微柱结构，以同时固定更多捕获物，增强捕获效率。

在本发明的一种实施方式中，在上盖16（参见图2）中包含一个加样孔13和两个排气孔14，在上盖16两侧与底座17（参见图1和2）的对应位置还包括两个位置不对称的凹口15，这两个凹口15与底座上的突出卡口8对应，能容易地区分上盖16的上、下表面，保证产品装配的准确率和效率。

本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。

本发明的主要优点在于：

1、本发明提供的分析盒的时间阀中阻滞栏的侧视图形状总体上为下宽上窄，相邻的两个阻滞栏结构能形成一个上宽下窄的导流槽通道，下方较窄的导流槽通道能形成引流的作用，保证流体样品在时间阀中能按照设计路径流动，从而使液体在时间阀中的流动均匀、稳定、可控。

2、可有效控制液体在时间阀中的时间，从而使待检物与检测试剂充分混合、反应。

3、本发明提供的分析盒不需要操作人员精准地控制待测液体的体积，只需加入任意的、超出所需体积的待检测液体便可完成检测，即所谓的一步操作（one-stepoperation），从而简化了操作步骤，也保证了未经充分训练的人员能快速掌握检测方法。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1

以附图5所示的分析盒为例，操作员可以手握便于抓握的结构9从其上盖16的加样孔13（参见附图2）加入含有待测物的液体样品至底座17的样品接收区1（参见附图1），该液体样品经过隔离杆10流入样品贮藏区2，再经过一波浪形结构19流入孵化区3，与固定在孵化区3中的微柱上的检测试剂结合后进入时间阀4。该时间阀为交错排列的阻滞栏结构（参见附图3B），每个阻滞栏的侧视图均为阶梯形（参见附图3B中的a图），含有样品-检测试剂结合体的液体在导流槽中以均匀的速度经过引流结构18流向检测通道5及其中的检测位点12，最后流向与检测通道5出口处相连接的废液区6，然后将分析盒放置在检测仪器上读取相关信息。

实施例2

以附图5所示的分析盒为例，操作员可以手握便于抓握的结构9从其上盖16的加样孔13（参见附图2）加入含有待测物的液体样品至底座17的样品接收区1（参见附图1），该液体样品经过隔离杆10流入样品贮藏区2，再经过一波浪形结构19流入孵化区3，与固定在孵化区3中的微柱上的检测试剂结合后进入时间阀4。该时间阀为阻滞栏结构（参见附图3B），每个阻滞栏的侧视图均为梯形（参见附图3B中的c图），每个阻滞栏的间距为，含有样品-检测试剂结合体的液体在导流槽中以均匀的速度经过引流结构18流向检测通道5及其中的检测位点12，最后流向与检测通道5出口处相连接的废液区6，然后将分析盒放置在检测仪器上读取相关信息。

实施例3

微流控即时检测芯片由上盖16与底座17键合而成。毛细通道宽度为2mm，深度为200μm。其中底座17包括进样品接收区1，隔离杆10，样品贮藏区2，波浪形结构19，孵化区3，时间阀4，引流结构18，检测通道5及其中的2个检测位点12，以及废液区6。流体样品由左侧加样口13滴加，经过上盖16与底座17在加样区中的过滤膜滤过滤后，样品贮藏区2中的血清经过波浪形结构19的引流，快速进入孵化区3，过滤后流体样品中的待检测物与孵化区3中的试剂均匀混合，随后进入体时间阀4。该时间阀4具有降低样品流速，控制样品流过通道的时间的特点，使得样品在混合区中有充分的时间与孵化区3中的试剂混合，并且流动更加稳定，从而在随后的检测单元中被精确的检测出来，提高检测精度。

时间阀4中的阶梯状阻滞栏材质为聚乙烯( PE )，高度均为100μm且小于通道高度。所有阶梯状阻滞栏在通道方向上等间距分布，底部间距（为100μm。流向左侧阶梯状阻滞栏和流向右侧阶梯状阻滞栏中，上部宽度为50μm，下部宽度为100μm，与通道壁的距离为130μm。

将含有hCG的尿样通过加样口13加入检测卡进入样品接收区1后，在毛细力作用下依次流过隔离杆10，样品贮藏区2，波浪形结构19，孵化区3，时间阀4，引流结构18，检测通道5及其中的检测位点12，以及废液区6。流动过程中，流体样品中的hCG与孵化区3中的抗βhCG抗体胶体金共轭物均匀混合，接着这些混合液流入时间阀4，使其流过时间阀4的时间为预定的时间(1分55秒到2分15秒之间)，从而实现样品与试剂的充分混合，最终平稳地从时间阀4流出。经过引流结构18后，使得样品能以一个均匀的前进面进入右侧的检测通道5。检测位点12上的特异性捕获物将捕获hCG-共轭物的结合物，过量样品流入最右端的废液区，最后利用检测装置对该发明右端的检测位点12进行检测，得出检测结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims (14)

1.一种微流体分析盒，包括上盖、底座和位于底座上的微流体结构区；所述微流体结构区含有：

一样品接收区；

一样品贮藏区；

一孵化区；

一时间阀；

一检测通道；

一废液区；

所述时间阀含左右交错的阻滞栏结构形成的导流槽，每个阻滞栏的侧视图呈下宽上窄的形状。

2.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，每个阻滞栏的下部宽度与其上部宽度的比例大于等于2:1。

3.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，每个阻滞栏的侧视图所呈形状相同。

4.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，每个阻滞栏之间的间距为0-250μm。

5.如权利要求1-4任一项所述的分析盒，其特征在于，所述阻滞栏侧视图所呈形状包括梯形、阶梯形、三角形、抛物线形、类抛物线形、正弦函数形、余弦函数形。

6.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述孵化区中等间距排列有微柱。

7.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述上盖还含有加样孔和排气孔。

8.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述检测通道上有一个以上的检测位点。

9.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述样品接收区、样品贮藏区、孵化区、时间阀和检测通道按液体流向依次排列；所述废液区连接在检测通道出口处。

10.如权利要求9所述的分析盒，其特征在于，所述样品接收区和样品贮藏区之间有一隔离杆。

11.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，在所述样品贮藏区四周，以及样品接收区靠近样品贮藏区段的两侧有一压紧台阶。

12.如权利要求11所述的分析盒，其特征在于，所述底座的压紧台阶处有一过滤膜。

13.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述样品贮藏区与孵化区之间有一波浪形结构。

14.如权利要求1所述的分析盒，其特征在于，所述时间阀与检测通道之间有一引流结构。