CN109239381A - 一种用于生物分子检测的微流控芯片及微流控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物分子检测的微流控芯片及微流控装置，其中所述微流控芯片包括信号源、第一负载电路、第一连接元件、两个或以上的微流腔道、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路，其中，微流腔道的一部分为输入微流腔道，用于注入待检测液体于传感芯片的检测区，微流腔道的另一部分为输出微流腔道，用于排空已检测的液体，检测时信号源、第一负载电路、第一连接元件、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路依次串联形成闭合回路，并通过传感芯片的输出电路中的电信号来检测待检测液体中生物分子的含量。本发明另外设置有微流腔道来输送待检测液体从而将电信号与待测液体进行分离，这更适用于实时测量并且测试结果更加准确。

Description

一种用于生物分子检测的微流控芯片及微流控装置

技术领域

本发明涉及微流控领域，尤其涉及一种用于生物分子检测的微流控芯片及微流控装置。

背景技术

生物传感器具有低成本、高的灵敏度、实时检测、液体环境检测等优点，适合用于液体中生物分子的检测。当液体中的化学/物理/生物成分沉积在传感器表面时会对微流控芯片中的电信号产生干扰，通过测量这种干扰，最后得知大分子或者颗粒在液体中的含量。然而多数的液体环境都是导电的，因此在一般情况下，生物传感器的带电部分需要与液体分离。常用的解决方法是利用微量移液枪取待测液滴于生物传感器的灵敏区域进行探测，但由于易受空气的污染或者由于液体本身的蒸发，使得高精度的生物传感器的测量结果并不稳定。因此，在利用生物传感器测量液体中时，为了能定量、快捷、稳定和低成本的把生物传感器应用于液体测量当中，制造一种能控制待测液体分布、通用性强、可拆卸、可重复利用的微流控芯片及装置成为解决此问题的关键。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种能控制待测液体分布、通用性强、可拆卸、可重复利用的微流控芯片及装置。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种用于生物分子检测的微流控芯片，所述微流控芯片包括信号源、第一负载电路、第一连接元件、两个或以上的微流腔道、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路，其中，微流腔道的一部分为输入微流腔道，用于注入待检测液体于传感芯片的检测区，微流腔道的另一部分为输出微流腔道，用于排空已检测的液体，检测时信号源、第一负载电路、第一连接元件、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路依次串联形成闭合回路，并通过传感芯片的输出电路中的电信号来检测待检测液体中生物分子的含量。

进一步，其中传感芯片包括输入电路和输出电路，第一连接元件包括第一探针和第二探针，其分别连接在传感芯片的输入电路的两端，第二连接元件包括第三探针和第四探针，其分别连接在传感芯片的输出电路的两端。

进一步，所述微流控芯片还包括微流泵和注射器，其中检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体，检测完成后微流泵通过注射器注入空气至微流腔道从而排空已检测液体。

第二方面，本发明提供一种微流控装置，其包括本发明第一方面所述的一种用于生物分子检测的微流控芯片，并且所述微流控装置包括上层板、中层板和底座，其中上层板设置有供第一连接元件和第二连接元件插入的第一通孔，中层板设置有两个或以上的微流腔道以及供第一连接元件和第二连接元件插入的第二通孔，底座上设置有传感芯片，上层板还设置有供待检测液体注入与排空的第三通孔，第三通孔的数量与微流腔道的数量相同，当检测时上层板、中层板与底座对准，以使得第三通孔的一部分与输入微流腔道的起始端对准以注入待检测液体并且第三通孔的另一部分与输出微流腔道的末端对准以排空已检测的液体，第一连接元件和第二连接元件穿过第一通孔、第二通孔分别连接在传感芯片的两端。

进一步，微流控装置的中层板对应于传感芯片检测区的位置设置有中空的反应区。

进一步，其中传感芯片包括输入电路和输出电路，第一连接元件包括第一探针和第二探针，第二连接元件包括第三探针和第四探针，当检测时第一探针和第二探针分别连接在传感芯片的输入电路的两端，第三探针和第四探针分别连接在传感芯片的输出电路的两端。

进一步，所述微流控装置还包括微流泵和注射器，其中注射器的输出端与上层板中对准输入微流腔道的第三通孔密封连接，以使得检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体。

进一步，所述微流控装置还包括密封圈，所述密封圈设置在传感芯片上并包围传感芯片的检测区。

进一步，第一负载电路与第二负载电路通过SMA接头分别连接在信号源的两端。

进一步，检测时通过磁吸装置将微流控装置的上层板、中层板和底座闭合在一起。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置微流腔道，以输送待检测液体或其特定浓度的缓冲液，可以定量测量待检测液体在某一浓度中某成分的含量；

本发明通过设置连接元件来连接传感芯片，并且另外设置有微流腔道来输送待检测液体，从而将电信号与待测液体进行分离，使其两者互不干扰，这更适用于实时测量，并且测试结果更加准确；

本发明的微流控装置的中层板对应于传感芯片检测区的位置设置有中空的反应区，其能将待检测的液体或液滴集中于传感芯片的检测区，这尤其适合定量的液体检测；

本发明的微流控装置通过设置密封圈来包围传感芯片的检测区，从而当微流控装置闭合时进一步将待检测的液体或液滴密闭集中于传感芯片的检测区，使得待检测的液体或液滴不会浸润装置其它区域或者受空气污染，这进一步提高了检测结果的准确性；

本发明中连接元件与传感芯片设置为可拆卸地连接，因此不但便于清洗，还可以更换传感芯片从而重复性地使用；

本发明的微流控装置结构简单，方便使用。

附图说明

图1为根据本发明一种用于生物分子检测的微流控芯片的一个实施例的结构示意图；

图2为根据本发明一种微流控装置的一个实施例的结构示意图；

图3为图2的透视图；

图4为根据本发明一种微流控装置的另一个实施例的结构示意图；

图5为根据本发明一种微流控装置的又一个实施例的结构示意图；

图6为图5实施例的侧视图；

图7为根据本发明一种微流控装置的又一个实施例的结构示意图；

图8为根据本发明一种微流控装置的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的第一个实施例，如图1所示，一种用于生物分子检测的微流控芯片，其包括信号源、第一负载电路、第一连接元件、两个或以上的微流腔道(未示出)、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路，其中，微流腔道的一部分为输入微流腔道，用于注入待检测液体于传感芯片的检测区，微流腔道的另一部分为输出微流腔道，用于排空已检测的液体，检测时信号源、第一负载电路、第一连接元件、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路依次串联形成闭合回路，并通过传感芯片的输出电路中的电信号来检测待检测液体中生物分子的含量。例如，所述传感芯片可以是具有某种生物特性的生物传感芯片，也可以是其他对电信号具有反馈功能的传感器。又例如，可以通过传感芯片输入端与输出端的电信号的频率变化来确定待检测液体中生物分子的含量。

根据本发明的第二个实施例，其具有本发明上述第一个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的微流控芯片的传感芯片可以包括输入电路和输出电路，同时第一连接元件可以包括第一探针和第二探针，其分别连接在传感芯片的输入电路的两端，第二连接元件可以包括第三探针和第四探针，其分别连接在传感芯片的输出电路的两端。

作为本发明上述第二实施例的优选实施方式，其中第一探针、第二探针、第三探针和第四探针可以为弹簧探针。

作为本发明上述第二实施例的优选实施方式，其中第一负载电路和第二负载电路可以通过SMA接头连接至信号源的两端，使得本发明的微流控芯片可以适用于频率范围直流至26.5GHz的微波领域的应用，因此频带宽、性能优、高可靠、寿命长。

根据本发明的第三个实施例，其具有本发明上述第一个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的微流控芯片还可以包括微流泵和注射器，其中检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体，检测完成后微流泵通过注射器注入空气至微流腔道从而排空已检测液体。

根据本发明的第四个实施例，如图2和图3所示，一种微流控装置，其包括本发明第一实施例所述的一种用于生物分子检测的微流控芯片，并且所述微流控装置还可以包括上层板100、中层板200和底座300，其中上层板100设置有供第一连接元件和第二连接元件(未示出)插入的第一通孔，例如101、102、103和104，中层板200设置有两个或以上的微流腔道，例如201和202，以及供第一连接元件和第二连接元件插入的第二通孔，例如203、204、205和206，底座300上设置有传感芯片(未示出)。上层板100还设置有供待检测液体注入与排空的第三通孔，例如105和106，第三通孔的数量与微流腔道的数量相同。当检测时，上层板100、中层板200与底座对准300，以使得第三通孔的一部分与输入微流腔道的起始端对准以注入待检测液体并且第三通孔的另一部分与输出微流腔道的末端对准以排空已检测的液体，例如，通孔105的位置对应于输入微流腔道201的起始端并且通孔106的位置对应于输出微流腔道202的末端。当检测时，第一连接元件和第二连接元件穿过第一通孔、第二通孔分别连接在传感芯片的两端，例如，第一连接元件可以穿过上层板的通孔101和102并且穿过中层板的通孔203和204而连接在传感芯片的一端，第二连接元件可以穿过上层板的通孔103和104并且穿过中层板的通孔205和206而连接在传感芯片的另一端。其中，虽然图2只示出了具有固定数量的通孔及微流腔道的情况，但本发明的微流控装置中上层板、中层板上通孔的数量以及微流腔道的数量可以根据实际应用而具体设定。

作为本发明第四实施例的优选实施方式，其中微流控装置的中层板200对应于传感芯片检测区的位置可以设置有中空的反应区207。优选地，反应区的大小可以等于或略大于传感芯片检测区的大小。

根据本发明的第五个实施例，其具有本发明上述第三个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的一种微流控装置如图4所示，其中传感芯片400包括输入电路401和输出电路402，优选地第一连接元件可以包括第一探针和第二探针，第二连接元件包括第三探针和第四探针(未示出)，当检测时第一探针和第二探针分别连接在传感芯片的输入电路402的两端，第三探针和第四探针分别连接在传感芯片的输出电路402的两端。

作为本发明上述第五实施例的优选实施方式，其中第一探针、第二探针、第三探针和第四探针可以为弹簧探针。

作为本发明上述第一至第五任一实施例的优选实施方式，所述微流控装置还可以包括微流泵和注射器，其中注射器的输出端与上层板中对准输入微流腔道的第三通孔，例如通孔105密封连接，以使得检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体。

根据本发明的第六个实施例，其具有本发明上述第三个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的一种微流控装置如图5所示，其中所述微流控装置还可以包括密封圈500，所述密封圈500设置在传感芯片400上并包围传感芯片400的检测区403。优选地，密封圈500的大小等于或略大于传感芯片400的检测区403的大小。优选地，密封圈500可以为化学性质稳定的硅胶橡胶圈。

作为本发明上述第六实施例的优选实施方式，其中上层板100上第一通孔优选地为四个，例如101、102、103和104，并且中层板200上第二通孔优选地为四个，例如203、204、205和206，以使得第一探针601、第二探针602、第三探针603和第四探针604可以穿过上层板100和中层板200以连接在传感芯片400的两端。例如，第一探针601和第二探针602连接在传感芯片400的输入电路的两端，同时第二探针603和第四探针604连接在传感芯片400的输出电路的两端。

作为本发明上述第六实施例的优选实施方式，如图6所示(为了简化，部分结构未示出)，底座300可设置有凹槽301和302，以将传感芯片400直接或间接固定在底座300上，该固定方式可以为卡扣的方式，以使得传感芯片400可拆卸得固定在底座300上，因此本发明的微流控装置可重复使用。

根据本发明的第七个实施例，其具有本发明上述第三个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的微流控装置如图7所示(为了简化，部分结构未示出)，第一负载电路与第二负载电路可以通过两个SMA接头701和702分别连接在信号源的两端。

根据本发明的第八个实施例，其具有本发明上述第三个实施例的基本结构，并在上述实施例的基础之上，本实施例的微流控装置在检测时可通过磁吸装置将微流控装置的上层板、中层板和底座闭合在一起。

作为本发明上述第八实施例的优选实施方式，本实施例的微流控装置可以如图8所示(为了简化，部分结构未示出)，其中上层板100可设置有磁铁放置槽，例如107、108、109和110，同时底座上也可设置有对应的磁铁放置槽，例如303、304、305和306。磁铁放置槽中可设置有磁粒。

作为本发明上述第八实施例的优选实施方式，其中中层板200与上层板100可以结合在一起，优选地，可以通过热结合法将中层板200与上层板100结合在一起。这样，微流控装置具有一个半封闭的反应区207。

作为本发明上述第八实施例的优选实施方式，其中底板300可以设置有凸起，例如307、308、309和310，同时中层板200可以对应地设置有通孔，例如208、209、210和211。当微流控装置闭合时，底座300上的凸起可以穿入中层板200上的通孔以将中层板200与底座300的对应区域对准，同时上层板100中的磁铁可以与底座300中的磁铁相吸以压紧整个微流控装置。虽然图8示出了数量固定的磁铁放置槽与凸起，但本发明的磁铁放置槽与凸起的数量以及位置可以根据实际情况而任意设置。

作为本发明以上任一实施例的优选实施方式，其中微流控装置可以由利用生物相容性较好、化学性质稳定的亚克力来制作。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于生物分子检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括信号源、第一负载电路、第一连接元件、两个或以上的微流腔道、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路，其中，微流腔道的一部分为输入微流腔道，用于注入待检测液体于传感芯片的检测区，微流腔道的另一部分为输出微流腔道，用于排空已检测的液体，检测时信号源、第一负载电路、第一连接元件、传感芯片、第二连接元件以及第二负载电路依次串联形成闭合回路，并通过传感芯片的输出电路中的电信号来检测待检测液体中生物分子的含量。

2.根据权利要求1所述的一种用于生物分子检测的微流控芯片，其特征在于，其中传感芯片包括输入电路和输出电路，第一连接元件包括第一探针和第二探针，其分别连接在传感芯片的输入电路的两端，第二连接元件包括第三探针和第四探针，其分别连接在传感芯片的输出电路的两端。

3.根据权利要求2所述的一种用于生物分子检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括微流泵和注射器，其中检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体，检测完成后微流泵通过注射器注入空气至微流腔道从而排空已检测液体。

4.一种包括权利要求1所述微流控芯片的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置包括上层板、中层板和底座，其中上层板设置有供第一连接元件和第二连接元件插入的第一通孔，中层板设置有两个或以上的微流腔道以及供第一连接元件和第二连接元件插入的第二通孔，底座上设置有传感芯片，上层板还设置有供待检测液体注入与排空的第三通孔，第三通孔的数量与微流腔道的数量相同，当检测时上层板、中层板与底座对准，以使得第三通孔的一部分与输入微流腔道的起始端对准以注入待检测液体并且第三通孔的另一部分与输出微流腔道的末端对准以排空已检测的液体，第一连接元件和第二连接元件穿过第一通孔、第二通孔分别连接在传感芯片的两端。

5.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，微流控装置的中层板对应于传感芯片检测区的位置设置有中空的反应区。

6.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，其中传感芯片包括输入电路和输出电路，第一连接元件包括第一探针和第二探针，第二连接元件包括第三探针和第四探针，当检测时第一探针和第二探针分别连接在传感芯片的输入电路的两端，第三探针和第四探针分别连接在传感芯片的输出电路的两端。

7.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置还包括微流泵和注射器，其中注射器的输出端与上层板中对准输入微流腔道的第三通孔密封连接，以使得检测时微流泵通过注射器注入待检测液体至微流腔道从而注入微量待检测液体。

8.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置还包括密封圈，所述密封圈设置在传感芯片上并包围传感芯片的检测区。

9.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，第一负载电路与第二负载电路通过SMA接头分别连接在信号源的两端。

10.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，检测时通过磁吸装置将微流控装置的上层板、中层板和底座闭合在一起。