CN109211860B - 一种多项式检测光盘和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多项式检测光盘和检测方法，包括有光盘中间的环形样品放置区和多条微通道，每条微通道均包括溢流通道、一级储液室、障碍墙和二级储液室，溢流通道为旁通道，设置在障碍墙与样品放置区之间，将微通道隔出一个一级储液室，障碍墙的上端平台也是通道，所述障碍墙与通道末端之间为二级储液室。本发明通过控制转速来控制光盘径向驱动力的方向和强度，从而造成有墙阻挡的通道内所能保留的液体产生液面角度，并在高水位侧面设定一个位置开一个通道，在液面角度不变的情况下，可以让升高的液面中对于得液体从旁通道流出，实现精确控制保留液体的体积。

Description

一种多项式检测光盘和检测方法

技术领域

本发明涉及免疫检验领域，尤其涉及一种多项式检测光盘和检测方法。

背景技术

芯片实验室(Lab on a chip)是当前发展很快的可广泛应用于生命科学、化学及物理学等各个领域实验室研究和日常医学检测的具有广阔前景的技术。微流路(在中国也叫微流控)芯片(Microfluidic chip)技术则是芯片实验室中的主干技术。光盘微流控芯片(离心式微流控芯片)，是以MEMS加工技术为依托，将化学分析过程中涉及的阀、流动管道、混合反应器、加热器、分离装置、检测器等部件微型化，集成到光盘形状的微流控芯片上，以离心力为驱动力，实现对液流检测分析的系统。在离心式光盘微流控芯片中，微通道沿着圆盘的径向分布，这与离心力的作用方向(径向外向)一致，液体被预先装在靠近圆盘中心的储液池中，当圆盘由马达带动旋转时，液体就在离心力的作用下沿着微通道网络向远离圆心转向边缘的方向运动。

现有光盘检测器对离心式光盘微流控芯片检测时，对进入检测区域的液体量无法精确把握。

本发明是基于国家自然科学基金项目“31371444”“IPS细胞——肿瘤细胞体外精密实时微环境控制芯片实验室新技术研究”的内容展开。

发明内容

本发明提供一种多项式检测光盘和检测方法，以实现精确控制保留液体的体积的目的。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种多项式检测光盘，包括有光盘中间的环形样品放置区和多条微通道，其特征是：每条微通道均包括溢流通道、一级储液室、障碍墙和二级储液室，所述溢流通道为旁通道，与样品放置区相连，设置在障碍墙与样品放置区之间，将微通道隔出一个一级储液室，所述障碍墙的上端平台也是通道，所述障碍墙与通道末端之间为二级储液室。

一种多项式检测方法，采用多项式检测光盘进行检测，其特征是：通过控制转速达到控制光盘径向驱动力的方向和强度，从而造成有墙阻挡的通道内所能保留的液体产生液面角度，并通过结构上设计溢流通道控制容器体积，实现容器的初始体积与流出体积的精确控制，具体操作步骤如下，

步骤一：光盘转动，较低转速时，液体进入一级储液室，多余的液体从旁边的溢流通道流出，一级储液室中保留定量的液体；

步骤二：提高转速，液面角度改变，液体流入二级储液室；

步骤三：最终转速，液面到达最终角度，一级储液室中的量被液面角度确定，流入二级储液室中的量也被确定。

本发明通过控制转速来控制光盘径向驱动力的方向和强度，从而造成有墙阻挡的通道内所能保留的液体产生液面角度，并在高水位侧面设定一个位置开一个通道，在液面角度不变的情况下，可以让升高的液面中对于得液体从旁通道流出，实现精确控制保留液体的体积。

附图说明

图1是光盘结构示意图。

图2是液体运动示意图，其中，图2a为较低转速时液面角度示意图，图2b是提高转速时的液面角度示意图，图2c为最终转速时的液面角度示意图。

图中，1-溢流通道、2-一级储液室、3-障碍墙、4-二级储液室、5-样品放置区、6-通道末端、7-微通道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

离心式光盘微流控芯片上微通道中液体总的流动方向是从中心向边缘的。由于液体会受到来自于阀门、重力、表面张力、摩擦力等各种阻碍作用，在没有驱动力克服这些阻碍作用的时候，液体，特别是微小的液滴，并不会主动向前流动。只有当驱动力超过阻碍力的时候，液体才会向前流动。

驱动力受到转速的精密控制，在0-2000rpm的时候水平方向上准确产生范围0-223.8g的驱动力，使液体的向前运动可以被精密控制。以旋转光盘本身作为参考坐标系，旋转光盘上的任意质点所受到的加速度(a)来自于地球的重力(g)，旋转产生的离心加速度(ar，与向心加速度大小相等方向相反)以及光盘旋转的速度变化(ac)。

其中a＝g+ar+ac。(它们都是向量，以光盘水平旋转为例，g向地心，ar沿半径向外，ac则是切线方向)

当光盘的转速变化不大的时候，ac可以忽略不计，而g不变，当转速在2000rpm时(每分钟转动圈数)之间设定值的5cm半径光盘边缘质点的离心加速度为(2Pi*2000/60)^2*0.05＝2193ms-2＝223.8g。与1g的重力加速度叠加，其结果是1/223.8的斜度，几乎是沿着半径水平向外的方向。

因此通过控制转速，可以达到控制光盘径向驱动力的方向(水平角度)和强度的目的。

驱动力方向的改变造成有墙阻挡的通道内所能保留的液体产生液面角度，并让所能保留的液体最大体积发生可用函数计算的变化。

如图1所示为多通道检测光盘的结构示意图，每条微通道7均包括溢流通道1、一级储液室2、障碍墙3和二级储液室4，溢流通道1为旁通道，与样品放置区5相连，设置在障碍墙3与样品放置区5之间，将微通道7隔出一个一级储液室2，障碍墙3的上端平台31也是通道，障碍墙3与通道末端6之间为二级储液室4。

通过转速控制液面角度，通过结构上设计旁通道位置控制一级储液室2的体积，可以实现一级储液室2的初始体积与流出体积的精确控制。

图2为光盘旋转时的液体运动示意图，图中所示为一条微通道7的液体运动，图2a为较低转速时，液体进入一级储液室2，多余的液体从旁边流出，一级储液室2中保留定量的液体，图2b是提高转速，液面角度改变，液体流入二级储液室4的情形，图2c为最终转速，液面到达最终角度，一级储液室2中的量被液面角度确定，流入二级储液室4中的量也被确定。

不同微通道7的进液量要求不同时，可改变一级储液室2的容积以及障碍墙3的高度，通过控制转速通过转速控制液面角度实现确定一级储液室2和二级储液室4中液体的量。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种应用多项式光盘的检测方法，其特征是：

所述光盘包括中间的环形样品放置区和多条微通道，每条微通道均包括溢流通道、一级储液室、障碍墙和二级储液室，所述溢流通道为旁通道，设置在障碍墙与样品放置区之间，将微通道隔出一个一级储液室，所述障碍墙的上端平台也是通道，所述障碍墙与通道末端之间为二级储液室；

通过控制转速达到控制光盘径向驱动力的方向和强度，驱动力方向的改变造成有墙阻挡的通道内所能保留的液体产生液面角度，并让所能保留的液体最大体积发生可用函数计算的变化，通过结构上设计溢流通道控制所述一级储液室体积，实现一级储液室的初始体积与流出体积的精确控制，具体操作步骤如下，

步骤一：光盘转动，较低转速时，液体进入一级储液室，多余的液体从旁边的溢流通道流出，一级储液室中保留定量的液体；

步骤二：提高转速，液面角度改变，液体流入二级储液室；

步骤三：最终转速，液面到达最终角度，一级储液室中的量被液面角度确定，流入二级储液室中的量也被确定。