CN110295107A - 一种用于核酸检测的多通量微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核酸检测的多通量微流控芯片及其使用方法，要解决的是现有核酸检测中的问题。本产品包括上盖片、基片和下盖片，所述上盖片安装在基片的正面，下盖片安装在基片的反面，上盖片上设置有滑道、排气孔、加样孔和定位孔，下盖片对应的设置有定位孔和滑道，基片的正面设置有微流道、主流道、平衡室、反应室、排气孔、密封环、分流道和定位孔，反应室通过微流道与平衡室相连，反应室通过分流道与主流道相连，基片的反面设置有废液室。本产品用密封环来隔离相邻反应室，有效的防止各反应室之间发生气溶胶交叉污染；流道结构设计紧凑，在配置相同数量反应室的情况下，芯片尺寸不用增加，也不需要对流道做额外的特殊处理。

Description

一种用于核酸检测的多通量微流控芯片

技术领域

本发明涉及核酸检测领域，具体是一种用于核酸检测的多通量微流控芯片。

背景技术

核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内，生物体内的核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）。

现在医院的病人越来越多，除了医院，家庭自我体检、养老服务、军事野外检测、疫情检测等都需要小型化、方便携带的核酸检测系统，传统的检测手段往往操作较为复杂，一般需要专门培训的人才能操作完成，过程越复杂，出错的概率就越大，也不利于检测的准确性和精确性，人们也在进行相关方面的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，包括上盖片、基片和下盖片，所述上盖片安装在基片的正面，下盖片安装在基片的反面，上盖片上设置有滑道、排气孔、加样孔和定位孔，下盖片对应的设置有定位孔和滑道，基片的正面设置有微流道、主流道、平衡室、反应室、排气孔、密封环、分流道和定位孔，反应室通过微流道与平衡室相连，反应室通过分流道与主流道相连，基片的反面设置有废液室，废液室与主流道通过微流道相连，可以收集废液，更好的隔离各反应室。

作为本发明实施例进一步的方案：反应室、平衡室和主流道均设置有连接孔，可以将基片正面的主流道和基片反面的主流道连通；将基片反面的主流道与对应的分布于基片正面的未连接到基片正面主流道的分流道连通；将基片反面的主流道与对应的分布于基片正面的未连接到基片正面主流道的微流道连通。因为加试剂时先从基片正面的主流道加入与基片正面主流道相连的反应室，然后通过对应连接孔试剂从基片正面主流道进入基片反面主流道，再通过对应连接孔进入与基片反面主流道相连的位于基片正面的未连接到基片正面主流道的反应室。

作为本发明实施例进一步的方案：上盖片与基片之间以及下盖片与基片之间采用透明双面胶粘合、激光焊接或者超声波焊接相连，技术成熟，使用效果好。

作为本发明实施例进一步的方案：分流道的横截面积大于或者等于主流道的横截面积，这样加样时试剂由主流道先流进分流道，再流进反应室，保证使用效果，由于试剂表面张力和微流道的阻碍作用，试剂不会进入微流道，也不会进入平衡室。

作为本发明实施例进一步的方案：采用矿物油替换密封环，从而隔离各个反应室，当各反应室均已加满试剂，然后用移液枪或者注射器吸取固定量的矿物油推入主流道，将主流道内多余的试剂经微流道推入废液室，以此来隔离各反应室，防止反应时各反应室之间发生交叉污染，最后在芯片正面贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔和排气孔，隔绝芯片内外环境，防止因产品质量或者操作失误导致气溶胶污染环境。

所述用于核酸检测的多通量微流控芯片的使用方法，具体步骤如下：

步骤一，在反应室包被了冻干试剂，吸取规定的试剂量从加样孔注入主流道，用微流道将反应室和试剂流动方向上后面才流过试剂的主流道连通；

步骤二，将试剂加满所有反应室，尽量控制加样时的力度缓慢推进，防止一下用力过猛试剂从排气孔溢出，若不小心试剂从排气孔溢出，用无尘纸擦拭掉溢出的部分试剂即可，然后在基片的正面和反面将密封环沿着滑道推入主流道，将主流道内多余的试剂经微流道推入废液室，以此来隔离各反应室，防止反应时各反应室之间发生交叉污染；

步骤三，最后在上盖片的正面和下盖片的反面各贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔、排气孔和滑道即可，隔绝芯片内外环境，防止因产品质量或者操作失误导致气溶胶污染环境。

作为本发明实施例进一步的方案：步骤一中采用移液枪或注射器吸取规定的试剂量，操作简单，使用效果好。

与本申请最接近的现有技术有CN102369443B、CN103831140B、CN205379906U、CN108246373A、CN208177461U，这些技术的共同点是通过离心才能将试剂分配到各检测反应室，需要配套的离心设备。相对于现有技术，本专利加样时直接就能将反应试剂加入到反应室，在芯片设计有废液室的时候，可以不用离心设备，用一把移液枪或者注射器就能吸取试剂加入到反应室，避免离心分配导致各反应室试剂量不均。

试剂分配完成后，现有技术CN103831140B、CN205379906U只是封闭了加样孔和排气孔，依靠主流道内的空气来隔离相邻的反应室，这只能保证芯片内反应产生的气溶胶不会污染环境。由于PCR扩增反应需要加热，气体的膨胀和扩散在所难免，这样就有相邻反应室气溶胶交叉污染的风险；现有技术CN108246373A、CN208177461U封闭了加样孔和排气孔，又利用U型液封原理隔离了相邻反应室，这样较好的避免了检测中气溶胶的交叉污染，不利因素是在配置相同数量反应室的情况下，由于U型液封单元的存在，势必得增大芯片的尺寸；现有技术CN102369443B加入不影响试剂反应的矿物油来隔离相邻反应室，有效的避免了气溶胶交叉污染，但在芯片制造过程中，要保证反应室（现有技术CN102369443B称为加样孔）分支流道内表面粗糙度小于废液室分支流道内表面粗糙度，对废液室分支流道表面进行疏水处理，对反应室（现有技术CN102369443B称为加样孔）分支流道表面进行亲水处理。这增加芯片制造的复杂程度和加工成本，对于保证芯片之间的一致性带来更多隐患。

本产品是一种微型实验室，主要是将传统的宏观实验室，包括实验设备、实验环境、实验方法、实验材料等优化集成到一个微观的芯片器件上，以此改变实验的实现过程。主要的好处是实验试剂消耗更少、实验空间不需要很大、实验的操作更简单、更符合实时检测和移动检测等。芯片可以根据需求设计成不同的流道配置，可以检测同一病人的多种疾病，也可以检测多个病人的同一种疾病，还可以检测多个病人的多种疾病。利用微流控技术，结合实验本身的流程和方法，可以设计出包括试剂的前期处理、试剂的分装、试剂的混合、试剂的反应等全部集成在一一起的芯片，用户只需一次加样，就可以等最终的检测结果。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本产品设计合理，用密封环来隔离相邻反应室，有效的防止各反应室之间发生气溶胶交叉污染；流道结构设计紧凑，在配置相同数量反应室的情况下，芯片尺寸不用增加，也不需要对流道做额外的特殊处理；

本产品利用流道的巧妙设计，不用离心分配，直接用移液枪或者注射器就能把试剂加入到反应室，避免离心分配导致各反应室试剂量不均；

本产品还设置有多种替换方案，使用者根据自己的实际情况选择合适的方案，适用范围广；

本产品设计有废液室的时候，可以不用配套离心机，减少设备成本，市场前景广阔。

附图说明

图1为用于核酸检测的多通量微流控芯片中上盖片的结构示意图。

图2为用于核酸检测的多通量微流控芯片中下盖片的结构示意图。

图3为用于核酸检测的多通量微流控芯片中基片正面的结构示意图。

图4为用于核酸检测的多通量微流控芯片中基片反面的结构示意图。

图5为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例1的结构示意图。

图6为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例1从加样孔加样时的结构示意图。

图7为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例1中将试剂加满所有反应室时的结构示意图。

图8为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例1中将多余试剂推入废液室时的结构示意图。

图9为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例2的结构示意图。

图10为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例2中反应室加满试剂时的结构示意图。

图11为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例2中将多余试剂推入废液室时的结构示意图。

图12为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例2中基片的结构示意图。

图13为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例2中上盖片的结构示意图。

图14为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例3的结构示意图。

图15为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例3中反应室加满试剂时的结构示意图。

图16为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例3中将矿物油注入主流道时的结构示意图。

图17为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例3中基片的结构示意图。

图18为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例3中上盖片的结构示意图。

图19为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例4的结构示意图。

图20为用于核酸检测的多通量微流控芯片的实施例5的结构示意图。

其中：1-微流道，2-排气孔，3-废液室，4-平衡室，5-反应室，6-密封环，7-主流道，8-定位孔，9-加样孔，10-分流道，11-连接孔，12-滑道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，见图1-8，包括上盖片、基片和下盖片，所述上盖片安装在基片的正面，下盖片安装在基片的反面，上盖片上设置有滑道12、排气孔2、加样孔9和定位孔8，下盖片对应的设置有定位孔8和滑道12，基片的正面设置有微流道1、主流道7、平衡室4、反应室5、排气孔2、密封环6、分流道10和定位孔8，反应室5通过微流道1与平衡室4相连，反应室5通过分流道10与主流道7相连，基片的反面设置有废液室3，废液室3与主流道7通过微流道1相连，可以收集废液，更好的隔离各反应室5。反应室5、平衡室4和主流道7均设置有连接孔11，便于与其他部件连通，使用效果好。

为了保证使用效果，分流道10的横截面积大于或者等于主流道7的横截面积，这样加样时试剂由主流道7先流进分流道10，再流进反应室5，由于试剂表面张力和微流道1的阻碍作用，试剂不会进入微流道1，也不会进入平衡室4。

所述用于核酸检测的多通量微流控芯片的使用方法，具体步骤如下：

步骤一，在反应室5包被了冻干试剂，吸取规定的试剂量从加样孔9注入主流道7，用微流道1将反应室5和试剂流动方向上后面才流过试剂的主流道7连通；

步骤二，将试剂加满所有反应室5，尽量控制加样时的力度缓慢推进，防止一下用力过猛试剂从排气孔2溢出，若不小心试剂从排气孔2溢出，用无尘纸擦拭掉溢出的部分试剂即可，然后在基片的正面和反面将密封环6沿着滑道12推入主流道7，将主流道7内多余的试剂经微流道1推入废液室3，以此来隔离各反应室5，防止反应时各反应室5之间发生交叉污染；

步骤三，最后在上盖片的正面和下盖片的反面各贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔9、排气孔2和滑道12即可，隔绝芯片内外环境，防止因产品质量或者操作失误导致气溶胶污染环境，本产品不用离心分配试剂，直接将试剂加入到反应室5，避免了由于制造误差等导致的离心分配不均，另外采用密封环6进行物理隔离，有效的防止各反应室5之间发生气溶胶交叉污染。

本产品通过巧妙的优化流道结构设计，用微流道1将反应室5和试剂流动方向上后面才流过试剂的主流道7连通，分流道10横截面积大于或者等于主流道7横截面积，加样时直接将试剂加入反应室5，避免了因制造误差等原因导致的试剂分配不均；

本产品采用密封环6来物理隔离各反应室5，隔离效果可靠；

本产品优化流道设计，加样时能直接将试剂加到反应室5里，同时却不用像现有技术CN206965752U一样增加排气孔2的数量，排气孔越多，密封隐患越多；

本产品在反应室5和主流道7之间设计平衡室4，当加热反应芯片内部气体和液体膨胀时，可以缓解芯片内部压力，保证各反应室5之间的隔离和芯片与外部环境之间的隔离有效；

本产品设计有废液室3，废液室3和主流道7之间以及废液室3和排气孔2之间通过微流道1连接，这样保证加样时试剂先进入主流道7和反应室5，最后才进入废液室3，保证各反应室5都加满试剂。同时因为试剂表面张力和微流道1的阻碍作用，加样时试剂不容易经排气孔2溢出，保证芯片表面干燥，便于贴单面胶膜密封，也防止试剂污染环境；

现有技术CN102369443B芯片制造过程中存在流道粗糙度和亲疏水性的差异，这样给制造带来了额外的成本和质控难度提高，本专利通过优化流道设计，没有流道需要特殊处理，降低了成本。

实施例2

一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，采用矿物油来隔离各反应室5，替代实施例1的用密封环6来隔离各反应室5，见图9-13。隔离各反应室5之前的使用方法和实施例1一样。

各反应室5都已加满试剂，然后用移液枪或者注射器吸取固定量的矿物油推入主流道7，将主流道7内多余的试剂经微流道1推入废液室3，以此来隔离各反应室5，防止反应时各反应室5之间发生交叉污染，最后在上盖片的正面贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔9、排气孔2，隔绝芯片内外环境，防止因产品质量或者操作失误导致气溶胶污染环境。

实施例3

一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，采用矿物油来隔离各反应室5，替代实施例1的用密封环6来隔离各反应室5，并且不设废液室3，通过离心将主流道7内多余的试剂离心到平衡室4里，再在主流道7内加入矿物油隔离各反应室5，见图14-18。隔离各反应室5之前的使用方法和实施例1一样。

各反应室5都已加满试剂。用离心机离心本产品，将主流道7内多余的试剂经微流道1离心到平衡室4，然后用移液枪或者注射器吸取固定量的矿物油注入主流道7，以此来隔离各反应室5，防止反应时各反应室5之间发生交叉污染，最后在上盖片正面贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔9、排气孔2，隔绝芯片内外环境，防止因产品质量或者操作失误导致气溶胶污染环境。

实施例4

本产品在基片上布局多个检测单元，每个检测单元检测一个病人，可以实现一张芯片检测多个病人的多种检测项目，见图19。

实施例5

本产品还可以为卡片式芯片，见图20。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于核酸检测的多通量微流控芯片，包括上盖片、基片和下盖片，所述上盖片安装在基片的正面，下盖片安装在基片的反面，其特征在于，上盖片上设置有滑道（12）、排气孔（2）、加样孔（9）和定位孔（8），下盖片对应的设置有定位孔（8）和滑道（12），基片的正面设置有微流道（1）、主流道（7）、平衡室（4）、反应室（5）、排气孔（2）、密封环（6）、分流道（10）和定位孔（8），反应室（5）通过微流道（1）与平衡室（4）相连，反应室（5）通过分流道（10）与主流道（7）相连，基片的反面设置有废液室（3），废液室（3）与主流道（7）通过微流道（1）相连。

2.根据权利要求1所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片，其特征在于，所述反应室（5）、平衡室（4）和主流道（7）均设置有连接孔（11）。

3.根据权利要求1所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片，其特征在于，所述上盖片与基片之间以及下盖片与基片之间采用透明双面胶粘合、激光焊接或者超声波焊接相连。

4.根据权利要求1所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片，其特征在于，所述分流道（10）的横截面积大于或者等于主流道（7）的横截面积。

5.根据权利要求1所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片，其特征在于，所述密封环（6）替换为矿物油。

6.一种如权利要求1-5任一所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，在反应室（5）包被冻干试剂，吸取规定的试剂量从加样孔（9）注入主流道（7），用微流道（1）将反应室（5）和试剂流动方向的主流道（7）连通；

步骤二，将试剂加满所有反应室（5），然后在基片的正面和反面将密封环（6）沿着滑道（12）推入主流道（7），将主流道（7）内多余的试剂经微流道（1）推入废液室（3）；

步骤三，最后在上盖片的正面和下盖片的反面各贴一张单面密封胶膜，密封住加样孔（9）、排气孔（2）和滑道（12）即可。

7.根据权利要求1所述的用于核酸检测的多通量微流控芯片，其特征在于，所述步骤一中采用移液枪或注射器吸取规定的试剂量。