CN110339880A - 基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统，试剂顺序加载装置的出气口、储液腔室、加载管道及目标腔室形成整体通道，相变阀组设置于整体通道中且阻断整体通道且用于通过相变导通整体通道；按各储液腔室的顺序，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制顺序导通各整体通道。上述试剂顺序加载装置基于相变阀而设计，相变阀不依赖于试剂的亲疏水性和表面张力，更具有普适性，且重复性和可靠性也更能得到保证；通过温控来顺序融化不同熔点的相变材料从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀，只需处在离心下就可以实现试剂的顺序加载；只需简单更改就可实现任意试剂的顺序加载。
Description
技术领域
本申请涉及离心微流控领域，特别是涉及基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统。
背景技术
微流控(Microfluidics)是指在亚毫米尺度上操控液体。它将生物和化学领域所涉及的基本操作单位，甚至于把整个化验室的功能，包括采样、稀释、反应、分离、检测等集成在一个小型芯片上，故又称芯片实验室(Lab-on-a-Chip)。这种芯片一般是由各种储液池和相互连接的微通道网络组成，能很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率。微流控为生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。特别地，微流控能很好地满足即时诊断(Point-of-care testing，POCT)小型化仪器的需求，所以被广泛的应用在POCT中。在产业化中，微流控一般分为以下几大类型：压力(气压或者液压)驱动式微流控、离心微流控、液滴微流控、数字化微流控、纸质微流控等。
微流控系统，是指在亚毫米尺度(一般几微米到几百微米)上操控液体的装置。离心微流控隶属于微流控的一个分支，特指通过转动离心微流控芯片来使用离心力在亚毫米尺度上操控液体的流动。它将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一个小型碟式的(disc-shaped)芯片上。除了微流控所特有的优点外，由于离心微流控只需要一个电机来提供液体操控所需要的力，所以整个设备更为简洁紧凑。而碟片式芯片上的无处不在的离心场既能使得液体驱动更为有效，确保管道内没有残留液体，又能有效的实现基于密度差异的样本分离，也能让并行处理更为简单。因此，离心微流控也被越来越多的应用在即时诊断中。
微流控应用在体外诊断领域时，一个重要的操作就是让试剂按照一定的顺序发生反应，最后得到诊断结果。而要想实现多种试剂按照一定顺序发生反应，首先就是要实现多种试剂按照一定顺序加载到指定的反应腔室。在离心微流控中，试剂的顺序加载主要依靠一些被动阀来实现，比如毛细阀、虹吸阀等。微流控芯片按照设定的转速时序转动时，不同的试剂会依次突破不同的阀，从而实现试剂的顺序加载。然而，在离心微流控中，这些阀的实现都不太容易。毛细阀对管道的加工精度要求很高，而且毛细阀本身会跟液体试剂在材料表面的接触角有关，往往不同的试剂需要不同的管道尺寸来实现毛细阀的效果；虹吸阀需要对虹吸管道做亲水性处理，这种处理的工艺要求很高，往往会大大增大芯片的加工成本。除此以外，毛细阀和虹吸阀这些被动阀往往重复性和稳定性很难得到保证。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统，主要解决离心微流控中液体试剂的预存储与释放问题。
一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其具有目标旋转中心；
所述试剂顺序加载装置设有至少一出气口、至少一目标腔室及至少二储液腔室，每一所述储液腔室对应一所述目标腔室且所述储液腔室与所述目标旋转中心的最大距离小于所述目标腔室与所述目标旋转中心的最小距离；
所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一加载管道及一相变阀组；
所述储液腔室通过所述加载管道连通所对应的所述目标腔室，所述出气口、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室形成整体通道，所述相变阀组设置于所述整体通道中且阻断所述整体通道；
各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制发生相变顺序导通各所述整体通道。
上述试剂顺序加载装置基于相变阀而设计，相对于常见的被动阀，相变阀不依赖于试剂的亲疏水性和表面张力，更具有普适性，且重复性和可靠性也更能得到保证；这样，通过温控来顺序融化不同熔点的相变材料从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀，只需要处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载；且只需简单更改就可以实现任一种试剂的顺序加载。
在其中一个实施例中，仅设置一所述目标腔室，各所述储液腔室均对应所述目标腔室。
在其中一个实施例中，各所述储液腔室相对于所述目标旋转中心的旋转方向顺序设置，按各所述储液腔室的顺序，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置。
在其中一个实施例中，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述加载管道中。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述气道中。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组包括两个相变阀，其中一个相变阀设置于所述气道中，另一个相变阀设置于所述加载管道中。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一气道及一所述出气口，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置仅设置一所述出气口，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口。
在其中一个实施例中，所述整体通道中，所述出气口最接近于所述目标旋转中心。
在其中一个实施例中，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述气道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口。
在其中一个实施例中，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述加载管道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口。
在其中一个实施例中，所述气道弯折设置且所述气道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述储液腔室与所述目标旋转中心的最小距离。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一所述出气口，所述出气口位于所述储液腔室靠近所述目标旋转中心的位置。
一种基于相变阀的试剂顺序加载方法，其应用于任一项所述试剂顺序加载装置中，所述试剂顺序加载方法包括步骤：在离心状态下，按各相变阀组的相变阀的相变温度，逐级升温顺序导通各所述整体通道。
一种微流控系统，其包括任一项所述试剂顺序加载装置。
附图说明
图1为本申请试剂顺序加载装置一实施例的结构示意图。
图2为采用图1所示试剂顺序加载装置的微流控系统一实施例的结构示意图。
图3为图2所示实施例的A-A方向剖视示意图。
图4为图2所示实施例的另一方向示意图。
图5为图2所示实施例的另一方向示意图。
图6为图2所示实施例的另一方向示意图。
图7为本申请的微流控系统另一实施例的结构示意图。
图8为图7所示实施例的B-B方向剖视示意图。
图9为图8所示实施例的C处放大示意图。
图10为图7所示实施例的另一方向示意图。
图11为图10所示实施例的D处放大示意图。
图12为图10所示实施例的E处放大示意图。
图13为图7所示实施例的另一方向示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请提出一种基于相变阀的新型的可靠的用于离心微流控多种试剂顺序加载的结构，只需要微流控芯片处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载。在本申请一个实施例中，一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其具有目标旋转中心；所述试剂顺序加载装置设有至少一出气口、至少一目标腔室及至少二储液腔室，每一所述储液腔室对应一所述目标腔室且所述储液腔室与所述目标旋转中心的最大距离小于所述目标腔室与所述目标旋转中心的最小距离；所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一加载管道及一相变阀组；所述储液腔室通过所述加载管道连通所对应的所述目标腔室，所述出气口、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室形成整体通道，所述相变阀组设置于所述整体通道中且阻断所述整体通道；各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制发生相变顺序导通各所述整体通道。上述试剂顺序加载装置基于相变阀而设计，相对于常见的被动阀，相变阀不依赖于试剂的亲疏水性和表面张力，更具有普适性，且重复性和可靠性也更能得到保证；这样，通过温控来顺序融化不同熔点的相变材料从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀，只需要处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载；且只需简单更改就可以实现任一种试剂的顺序加载。
在其中一个实施例中，一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其包括以下实施例的部分结构或全部结构；即，基于相变阀的试剂顺序加载装置包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在其中一个实施例中，一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其具有目标旋转中心；所述目标旋转中心用于在离心时作为旋转中心。目标旋转中心可以是实体，也可以是虚位；目标旋转中心可以在试剂顺序加载装置内部，也可以在试剂顺序加载装置外部，但通常虚设于试剂顺序加载装置外部，亦即目标旋转中心是一个外部的相对参照物。在其中一个实施例中，试剂顺序加载装置用于设置于微流控系统中，且目标旋转中心为微流控系统的离心中心。进一步地，在其中一个实施例中，所述目标旋转中心位于所述试剂顺序加载装置内部，或者所述目标旋转中心位于所述试剂顺序加载装置外部。这样，只需要微流控系统或其本体处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置设有至少一出气口、至少一目标腔室及至少二储液腔室，每一所述储液腔室对应一所述目标腔室且所述储液腔室与所述目标旋转中心的最大距离小于所述目标腔室与所述目标旋转中心的最小距离；即，相对于目标腔室，储液腔室更靠近目标旋转中心。储液腔室用于容置液体试剂或其包装结构，储液腔室可以有多个；出气口用于连通外部环境，出气口至少一个；目标腔室至少一个；这样当任一储液腔室同时连通一出气口及一目标腔室时，在离心力与外部大气压的共同作用下，其内部的液体试剂即可流出到目标腔室中，据此可以把多个储液腔室中的液体试剂顺序加载到相同或相异目标腔室中。进一步地，在其中一个实施例中，各所述储液腔室相对于所述目标旋转中心顺序设置；对应地，各相变阀组的相变阀的相变温度相对于所述目标旋转中心顺序设置。进一步地，在其中一个实施例中，所述储液腔室靠近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔。进一步地，在其中一个实施例中，各储液腔室设有注液孔，将液体试剂注入到储液腔室中，且在注入液体试剂后进行密封处理。或者，在其中一个实施例中，每一储液腔室设有加载开口及其加载封盖，在需要加入液体试剂时，打开加载封盖露出加载开口，将试剂液体加入到储液腔室中，然后盖上加载封盖以密封加载开口。在其中一个实施例中，各所述储液腔室相对于所述目标旋转中心的旋转方向顺序设置，按各所述储液腔室的顺序，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置。这样的设计，有利于工作人员区分储液腔室且放置液体试剂或其包装结构。在其中一个实施例中，仅设置一所述目标腔室，各所述储液腔室均对应所述目标腔室；这样所有储液腔室的液体试剂都会加入到一个目标腔室中。
在其中一个实施例中，各储液腔室通过其加载管道于所对应的一目标腔室靠近目标旋转中心处连通所对应的一目标腔室；亦即，储液腔室连通目标腔室较为靠近目标旋转中心的位置，这样有利于在离心力相对较小的位置输出试剂到目标腔室中，且在离心力作用下汇集于目标腔室远离目标旋转中心的位置。在其中一个实施例中，各储液腔室于其远离目标旋转中心处均具有收缩形状；在其中一个实施例中，各储液腔室呈倒三角形、圆形、梭形或椭圆形等。这样的设计，有利于使得试剂从收缩形状处输出以使现加载完全的效果。在其中一个实施例中，各目标腔室于其远离目标旋转中心处均具有收缩形状；在其中一个实施例中，各目标腔室呈倒三角形、圆形、梭形或椭圆形等。这样的设计，一方面有利于清理或输出目标腔室中的试剂，另一方面有利于配合具有获取腔及废液腔的实施例来实现试剂输出的作用。在其中一个实施例中，各储液腔室的中心位置与目标旋转中心的距离相同或相近，或者各储液腔室最接近目标旋转中心的位置与目标旋转中心的距离相同或相近；其中，相近为最大值不大于平均值的111％且最小值不小于平均值的90％；在其中一个实施例中，相近为最大值不大于平均值的108％且最小值不小于平均值的91％。这样的设计，有利于控制在储液腔室的试剂受到的离心力状况，从而协助配合离心速度控制试剂的加载。在其中一个实施例中，各储液腔室通过其加载管道于所对应的一目标腔室靠近目标旋转中心处连通所对应的一目标腔室；和/或，各储液腔室于其远离目标旋转中心处均具有收缩形状；和/或，各目标腔室于其远离目标旋转中心处均具有收缩形状；和/或，各储液腔室的中心位置与目标旋转中心的距离相同或相近，或者各储液腔室最接近目标旋转中心的位置与目标旋转中心的距离相同或相近。
各实施例中，试剂顺序加载的实现是基于相变阀的，相对于常见的被动阀例如毛细阀、虹吸阀、疏水阀等，相变阀不依赖于试剂的亲疏水性和表面张力，更具有普适性，其重复性和可靠性也更能得到保证，在其中一个实施例中，相变阀采用相变材料实现，在其中一个实施例中，采用相变材料封闭加载管道或气道或出气管道实现。相变材料包括但不限于固体石蜡、合成蜡、结晶蜡、天然蜡等以及各种热塑性材料如聚碳酸酯(PC)、PMMA、COC等，以及各种常温为固体，适当升温后融化的材料等。相变材料在常温状态为固体状态，升温后融化为液态，因此起到阀门的作用。还需要特别指出的是，相变阀的实现方式多种多样，常见的有相变材料直接堵住加载管道即液体流通管道，或者相变材料间接堵住储液腔室连通大气的管道即气道和/或出气管道，加热相变阀使其相变材料融化后储液腔室才与外部环境的大气压导通，才能实现将储液腔室内的液体释放到目标腔室中。本申请各实施例的发明点主要在于通过改变温度，融化不同熔点的相变材料，实现液体在不同时间突破不同的相变阀，从而实现液体试剂的顺序加载。因此只要是通过温控来融化不同熔点的相变材料从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀的应用方式，均应理解为属于本申请各实施例的保护范围，而不局限在特定的相变阀的实现方式中。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一加载管道及一相变阀组；即，每一所述储液腔室对应设有一加载管道，以及一相变阀组；有多少个储液腔室就有同样数量的加载管道及同样数量的相变阀组；每一相变阀组具有一个、两个或多个相变阀；这样的试剂顺序加载装置基于相变阀而设计，相对于常见的被动阀，相变阀不依赖于试剂的亲疏水性和表面张力，更具有普适性，且重复性和可靠性也更能得到保证。所述储液腔室通过所述加载管道连通所对应的所述目标腔室，所述出气口、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室形成整体通道，即所述储液腔室通过所对应的所述加载管道连通所对应的所述目标腔室；每一条整体通道都包括所述出气口、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室，这样，一条整体通道中，当储液腔室同时连通出气口及目标腔室时，在离心力与外部大气压的共同作用下，其内部的液体试剂即可流出到目标腔室中，据此可以把多个储液腔室中的液体试剂顺序加载到相同或相异目标腔室中。进一步地，在其中一个实施例中，至少一加载管道弯折设置；在其中一个实施例中，根据各储液腔室的目标加载速率设置各加载管道的长度和/或各加载管道的通过面积。在其中一个实施例中，至少一加载管道弯折设置；根据各储液腔室的目标加载速率设置各加载管道的长度和/或各加载管道的通过面积。这样的设计，可以方便地根据反应需求或者应用需求，控制或调整不同试剂加载的时间间隔，给试剂反应的发生预留好时间，尤其适用于多种试剂按顺序分别加载的情形。
在其中一个实施例中，所述相变阀组设置于所述整体通道中且阻断所述整体通道，在其中一个实施例中，所述相变阀组用于通过相变导通所述整体通道；即，每一条整体通道都有一相变阀组，亦即，所述相变阀组用于通过其中的相变阀的相变导通所述整体通道。这样的设计，只需简单更改就可以实现任一种试剂的顺序加载。进一步地，在其中一个实施例中，所述相变阀组包括至少一相变阀。任一条整体通道中，相变阀组的相变阀可以设在出气口与储液腔室之间，也可以设在目标腔室与储液腔室之间，还可以同时出气口与储液腔室之间，及设在目标腔室与储液腔室之间。在其中一个实施例中，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述加载管道中。在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述气道中。在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组包括两个相变阀，其中一个相变阀设置于所述气道中，另一个相变阀设置于所述加载管道中。
各实施例中，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制发生相变顺序导通各所述整体通道。进一步地，在其中一个实施例中，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且相互之间具有预设温度差值；即相邻两各相变阀组中，相变温度较低的相变阀组的相变阀，与相变温度较低的相变阀组的相变阀，两者的相变温度具有预设温度差值；在其中一个实施例中，所述预设温度差值大于等于1.5摄氏度；在其中一个实施例中，所述预设温度差值大于等于2摄氏度。这是本申请非常关键的设计点，通过温控来顺序融化不同熔点的相变材料，从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀，只需要处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载；而且通过采用不同相变温度的相变阀设计，只需要在离心过程中合理控制环境温度，即可按顺序导通各所述储液腔室及其所对应的目标腔室，方便实用。在其中一个实施例中，按各所述储液腔室的顺序，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制发生相变顺序导通各所述整体通道。进一步地，在其中一个实施例中，所述相变阀组包括两个相变阀，同一相变阀组的两相变阀的相变温度亦具有预设温度差值；即包括各相变阀组的所有相变阀，其相变温度顺序排列形成一个等差数列，在其中一个实施例中，所述等差数列的公差为1.5或2，单位为摄氏度。所述等差数列的公差根据相变阀的相变材料的差异而设，只需能够显著区分相邻两级相变阀的相变发生即可。
在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一所述出气口，所述出气口位于所述储液腔室靠近所述目标旋转中心的位置。在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一气道及一所述出气口，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口；或者，在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置仅设置一所述出气口，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口。这样，所述出气口、所述气道、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室形成整体通道。进一步地，在其中一个实施例中，所述气道连通所述储液腔室的中部，即所述气道与所述储液腔室的底部存在间距，这样的设计，有利于在离心中配合避免液体试剂从所述出气口中溢出。在其中一个实施例中，所述整体通道中，所述出气口最接近于所述目标旋转中心。或者，在其中一个实施例中，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述气道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口。进一步地，在其中一个实施例中，所述气道连通所述目标腔室的中部，即所述气道与所述目标腔室的底部存在间距，这样的设计，有利于在离心中配合避免液体试剂从所述出气口中溢出。或者，在其中一个实施例中，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述加载管道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口。进一步地，在其中一个实施例中，各所述加载管道分别连通所述目标腔室的底部，所述出气管道连通所述目标腔室的中部，即所述出气管道与所述目标腔室的底部有一定距离。这样有利于在保障连通外部环境的同时，避免液体试剂外溢。在其中一个实施例中，所述整体通道中，按与所述目标旋转中心的最小距离顺序排列为所述出气口、所述气道、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室，即所述出气口最接近于所述目标旋转中心；或者，所述整体通道中，按与所述目标旋转中心的最小距离顺序排列为所述气道、所述储液腔室、所述加载管道、所述出气口及所述目标腔室，即所述目标腔室距离所述目标旋转中心最远。在其中一个实施例中，所述气道弯折设置且所述气道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述储液腔室与所述目标旋转中心的最小距离；这样的设计，有利于避免储液腔室中的液体试剂误入所述气道中。
进一步地，在其中一个实施例中，所述试剂顺序加载装置还设有废液腔及获取腔，所述目标腔室与其远离所述目标旋转中心的位置处通过废液管道连通所述废液腔及通过获取管道连通所述获取腔；在其中一个实施例中，根据所述目标旋转中心的旋转方向设置所述废液腔及所述获取腔的位置，在其中一个实施例中，逆时针旋转时所述废液腔在所述获取腔的后方。进一步地，在其中一个实施例中，所述目标腔室与所述废液管道及所述获取管道之间设有收集出口，在其中一个实施例中，所述收集出口呈矩形且其长边垂直于所述试剂顺序加载结构的离心方向。在其中一个实施例中，获取腔与目标旋转中心的最小距离大于目标腔室与目标旋转中心的最大距离，废液腔与目标旋转中心的最小距离大于目标腔室与目标旋转中心的最大距离；目标腔室远离目标旋转中心的底部设有收集出口；获取腔通过获取管道连通收集出口，废液腔通过废液管道连通收集出口；目标连通口包括收集连通口及废液连通口；相对于收集出口的中心与目标旋转中心的连线，获取腔与废液腔分别位于连线的两侧，收集连通口与废液连通口亦分别位于连线的两侧；收集连通口设置于获取腔最接近目标旋转中心的位置处，或者收集连通口通过收集通气管道连通获取腔且收集连通口与目标旋转中心的最大距离大于等于获取腔连通收集通气管道的位置与目标旋转中心的距离；废液连通口设置于废液腔最接近目标旋转中心的位置处，或者废液连通口通过废液通气管道连通废液腔且废液连通口与目标旋转中心的最大距离大于等于废液腔连通废液通气管道的位置与目标旋转中心的距离；目标腔室顺序通过获取管道及获取腔连通收集连通口，且顺序通过废液管道及废液腔连通废液连通口。进一步地，在其中一个实施例中，收集出口内部设有滤膜例如硅胶膜等。
在其中一个实施例中，如图1所示，一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其具有目标旋转中心999，目标旋转中心999位于所述试剂顺序加载装置外部；所述试剂顺序加载装置设有一个出气口110、一个目标腔室115及四个储液腔室，各所述储液腔室均对应所述目标腔室115，四个储液腔室分别为第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106，第一储液腔室109靠近目标旋转中心999的位置处设有第一注液孔102，第二储液腔室108靠近目标旋转中心999的位置处设有第二注液孔103，第三储液腔室107靠近目标旋转中心999的位置处设有第三注液孔104，第四储液腔室106靠近目标旋转中心999的位置处设有第四注液孔105。出气口110通过出气管道125连通目标腔室115，且任一所述储液腔室与所述目标旋转中心999的最大距离小于所述目标腔室115与所述目标旋转中心999的最小距离；按与所述目标旋转中心999的最小距离顺序排列为各储液腔室、各加载管道、所述出气口110及所述目标腔室115，即所述目标腔室115距离所述目标旋转中心999最远。对应每一所述储液腔室还设有一加载管道及一相变阀组，本实施例中，相变阀组仅具有一相变阀；第一储液腔室109通过第一加载管道121连通目标腔室115，第一相变阀111设置于第一加载管道121中且阻断第一加载管道121；第二储液腔室108通过第二加载管道122连通目标腔室115，第二相变阀112设置于第二加载管道122中且阻断第二加载管道122；第三储液腔室107通过第三加载管道123连通目标腔室115，第三相变阀113设置于第三加载管道123中且阻断第三加载管道123；第四储液腔室106通过第四加载管道124连通目标腔室115，第四相变阀114设置于第四加载管道124中且阻断第四加载管道124；第一储液腔室109、第一加载管道121、目标腔室115、出气管道125及出气口110形成第一整体通道，第二储液腔室108、第二加载管道122、目标腔室115、出气管道125及出气口110形成第二整体通道，第三储液腔室107、第三加载管道123、目标腔室115、出气管道125及出气口110形成第三整体通道，第四储液腔室106、第四加载管道124、目标腔室115、出气管道125及出气口110形成第四整体通道，第一相变阀111、第二相变阀112、第三相变阀113、第四相变阀114的相变温度顺序设置且用于通过温度控制顺序导通各加载管道且相应导通对应的整体通道。当需要按第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106的顺序先后释放出其中的液体试剂时，第一相变阀111的相变温度最低，在离心时顺序升温到合适的相变温度即可。这样，通过温控来顺序融化不同熔点的相变材料从而实现液体试剂按一定顺序突破由这些不同熔点的相变材料构成的相变阀，只需要处在恒定的离心转速下就可以实现试剂的顺序加载；且只需简单更改就可以实现任一种试剂的顺序加载。
在其中一个实施例中，一种微流控系统，其包括任一实施例所述试剂顺序加载装置。在其中一个实施例中，一种微流控系统，其包括至少一个如任一实施例所述试剂顺序加载装置。在其中一个实施例中，一种微流控系统，其包括一个或二个如任一实施例所述试剂顺序加载装置。在其中一个实施例中，一种微流控系统，其包括对称设置的至少二个所述试剂顺序加载装置；在其中一个实施例中，二个所述试剂顺序加载装置呈轴对称设置；在其中一个实施例中，至少三个所述试剂顺序加载装置呈中心对称设置且对称中心为所述目标旋转中心。在其中一个实施例中，微流控系统为微流控芯片，在其中一个实施例中，微流控系统为微流控芯片及相应离心设备和/或检测设备等。进一步地，在其中一个实施例中，微流控系统具有本体；进一步地，在其中一个实施例中，本体开设有定位孔；在其中一个实施例中，定位孔的中心与目标旋转中心重合设置。
在其中一个实施例中，如图2、图5及图6所示，微流控系统具有本体100，本体100开设有定位孔101，第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106、目标腔室115、第一加载管道121、第二加载管道122、第三加载管道123、第四加载管道124等均开设于本体100中；请一并参阅图1，定位孔101的中心与目标旋转中心999重合设置。如图3所示，第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106并排顺序设置；如图4所示，第一注液孔102、第二注液孔103、第三注液孔104、第四注液孔105与目标旋转中心999即定位孔101的中心的距离小于出气口110与目标旋转中心999的距离；定位孔101、第一注液孔102、第二注液孔103、第三注液孔104、第四注液孔105及出气口110均贯通本体100。如图5及图6所示，各所述加载管道分别连通所述目标腔室的底部，所述出气管道连通所述目标腔室的中部。
在具体应用的一个实施例中，分别通过第一注液孔102、第二注液孔103、第三注液孔104、第四注液孔105向第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106内注入液体试剂甲、乙、丙、丁，常温状态下，分别连通目标腔室115与第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106的第一加载管道121、第二加载管道122、第三加载管道123、第四加载管道124分别被四种不同熔点的固态的相变材料堵住，即分别被第一相变阀111、第二相变阀112、第三相变阀113、第四相变阀114堵住。
此时进行离心操作例如高速离心，由于固态的第一相变阀111、第二相变阀112、第三相变阀113、第四相变阀114的存在，对应的液体试剂甲、乙、丙、丁均不能进入目标腔室115中。为了便于描述，本实施例中假设试剂加载顺序为第一储液腔室109、第二储液腔室108、第三储液腔室107、第四储液腔室106，则有第一相变阀111、第二相变阀112、第三相变阀113、第四相变阀114的相变材料的熔点依次增大。
保持离心例如高速离心的速度不变，开始加热微流控系统或其所处环境或者相变阀所在区域，当相变阀所在区域的温度上升至大于第一相变阀111的熔点即第一相变阀111的相变材料的熔点但小于第二相变阀112的熔点时，第一相变阀111即其相变材料开始融化，第一储液腔室109内的液体试剂甲突破第一相变阀111进入目标腔室115中；以此类推，继续加热，当相变阀所在区域的温度上升至大于第二相变阀112的熔点但小于第三相变阀113的熔点时，第二相变阀112开始融化，第二储液腔室108内的液体试剂乙突破第二相变阀112进入目标腔室115中；继续加热，当相变阀所在区域的温度上升至大于第三相变阀113的熔点但小于第四相变阀114的熔点时，第三相变阀113开始融化，第三储液腔室107内的液体试剂丙突破第三相变阀113进入目标腔室115中；继续加热，当相变阀所在区域的温度上升至大于第四相变阀114的熔点时，第四相变阀114开始融化，第四储液腔室106内的液体试剂丁突破第四相变阀114进入目标腔室115中。这样就实现了液体试剂甲、乙、丙、丁的顺序加载。可以理解的是，本实施例给出了一个试剂顺序加载装置及其四个储液腔室的例子，在实际应用中，微流控系统可以具有多个试剂顺序加载装置，和/或，试剂顺序加载装置可以具有其他数量的储液腔室。即微流控系统及其试剂顺序加载装置可以实现多种试剂的顺序加载，包括但不限于4种。
在其中一个实施例中，微流控系统如图7、图10及图13所示，微流控系统具有本体200，本体200开设有定位孔215，定位孔215的中心与试剂顺序加载装置的目标旋转中心重合设置。其中，试剂顺序加载装置设有两个出气口、一个目标腔室205及四个储液腔室，各所述储液腔室均对应所述目标腔室205，各储液腔室与目标旋转中心的最大距离小于目标腔室205与目标旋转中心的最小距离；目标腔室205相对于所述目标旋转中心大致呈倒置三角形且在与所述目标旋转中心的最大距离的位置处设有收集出口212；四个储液腔室分别为第一储液腔室201、第二储液腔室202、第三储液腔室203、第四储液腔室204，请一并参阅图12，第一储液腔室201通过第一加载管道231连通目标腔室205，第二储液腔室202通过第二加载管道232连通目标腔室205，第三储液腔室203通过第三加载管道233连通目标腔室205，第四储液腔室204通过第四加载管道234连通目标腔室205。两个出气口分别为第一出气口206及第二出气口213，试剂顺序加载装置还设有废液腔211及获取腔214，逆时针旋转时废液腔211在获取腔214的后方，即如图所示在废液腔211在获取腔214的左方。第一出气口206通过第一出气管道225连通废液腔211，第二出气口213通过第二出气管道228连通获取腔214。请一并参阅图8及图9，第一储液腔室201顺序通过第一气道221、废液腔211、第一出气管道225连通第一出气口206，第二储液腔室202顺序通过第二气道222、废液腔211、第一出气管道225连通第一出气口206，第三储液腔室203顺序通过第三气道223、废液腔211、第一出气管道225连通第一出气口206，第四储液腔室204顺序通过第四气道224、废液腔211、第一出气管道225连通第一出气口206。第一相变阀207设置于第一气道221中且阻断第一气道221；第二相变阀208设置于第二气道222中且阻断第二气道222；第三相变阀209设置于第三气道223中且阻断第三气道223；第四相变阀210设置于第四气道224中且阻断第四气道224。第一出气口206、第一出气管道225、废液腔211、第一气道221、第一储液腔室201、第一加载管道231及目标腔室205形成第一整体通道，配合目标腔室205的收集出口212通过废液管道226连通废液腔211以及通过获取管道227连通获取腔214，形成了一个完整的第一整体通道；第一出气口206、第一储液腔室201、第一出气管道225、废液腔211、第二气道222、第二储液腔室202、第二加载管道232及目标腔室205形成第二整体通道，配合目标腔室205的收集出口212通过废液管道226连通废液腔211以及通过获取管道227连通获取腔214，形成了一个完整的第二整体通道；第一出气口206、第一储液腔室201、第一出气管道225、废液腔211、第三气道223、第三储液腔室203、第三加载管道233及目标腔室205形成第三整体通道，配合目标腔室205的收集出口212通过废液管道226连通废液腔211以及通过获取管道227连通获取腔214，形成了一个完整的第三整体通道；第一出气口206、第一储液腔室201、第一出气管道225、废液腔211、第四气道224、第四储液腔室204、第四加载管道234及目标腔室205形成第四整体通道，配合目标腔室205的收集出口212通过废液管道226连通废液腔211以及通过获取管道227连通获取腔214，形成了一个完整的第四整体通道；第一相变阀207、第二相变阀208、第三相变阀209、第四相变阀210的相变温度顺序设置且用于通过温度控制顺序导通各加载管道且相应导通对应的整体通道。在其中一个实施例中，收集出口212处设有过滤结构例如滤膜等。如图11所示，第一气道221、第二气道222、第三气道223、第四气道224及第一出气管道225与废液腔211的底部存在间距，第一相变阀207、第二相变阀208、第三相变阀209、第四相变阀210分别设置于第一气道221、第二气道222、第三气道223、第四气道224靠近废液腔211的位置处。
在分子诊断过程中，核酸提取步骤中的核酸纯化非常关键，而且由于核酸纯化涉及到几种液体试剂的顺序加载，往往很难集成到微流控系统或其微流控芯片中。在具体应用的一个实施例中，利用上述微流控系统实现核酸纯化，详细说明如下。
首先，四种液体，包括裂解后的样本、清洗液1、清洗液2、洗脱液，分别通过注液孔或者以开盖方式加入第一储液腔室201、第二储液腔室202、第三储液腔室203、第四储液腔室204，而后密封注液孔或者封盖本体200。密封注液孔的方式包括但不限于盖封、胶带封或胶封等。第一相变阀207、第二相变阀208、第三相变阀209、第四相变阀210的相变材料分别为熔点在54℃-56℃，58℃-60℃，62℃-64℃，80℃-82℃之间的固体石蜡，固体石蜡的其中一种分类方法就是按熔点来分的，每间隔2℃一种石蜡，根据熔点分为52号、54号、56号、58号、60号、64号、66号、68号、70号等石蜡，其中52号石蜡的熔点为52℃-54℃，其他以此类推。这样的设计具有材料便宜且容易获取的优点。收集出口212卡设有用以吸附核酸的硅胶膜作为滤膜。将微流控系统的本体200通过定位孔215固定在电机转轴上。
常温下以3000rpm逆时针转动微流控系统，此时由于四个相变阀的存在，四种液体均不会流出到目标腔室205中。维持逆时针3000rpm转速，对整个微流控系统或其所处环境或者相变阀所在区域进行加热，控制温度稳定在57℃两分钟，或者如果精度控制不足的话则控制温度稳定在57℃±0.5℃两分钟。此时组成第一相变阀207的54号石蜡融化，第一储液腔室201经第一气道221、废液腔211、第一出气管道225及第一出气口206与大气连通，第一储液腔室201中的裂解后的样本在离心力的作用下流出到目标腔室205中，然后流出到收集出口212，经过硅胶膜时，裂解后的样本内的核酸例如DNA或者RNA，吸附在硅胶膜上，由于是逆时针旋转，因此废液在科里奥利力的作用下全部进入废液腔211中。
维持3000rpm转速继续进行逆时针旋转，继续加热升温，控制温度稳定在61℃例如61℃±0.5℃两分钟。此时组成第二相变阀208的58号石蜡融化，第二储液腔室202经第二气道222、废液腔211、第一出气管道225及第一出气口206与大气连通，第二储液腔室202内的清洗液1在离心力的作用下流出到目标腔室205中，然后流出到收集出口212，经过硅胶膜时，对吸附在硅胶膜上的裂解后的样本内的核酸进行第一次清洗，由于是逆时针旋转，因此废液在科里奥利力的作用下全部进入废液腔211中。
维持3000rpm转速继续进行逆时针旋转，继续加热升温，控制温度稳定在70℃附近两分钟。此时组成第三相变阀209的62号石蜡融化，第三储液腔室203经第三气道223、废液腔211、第一出气管道225及第一出气口206与大气连通，第三储液腔室203内的清洗液2在离心力的作用下流出到目标腔室205中，然后流出到收集出口212，经过硅胶膜时，对吸附在硅胶膜上的裂解后的样本内的核酸进行第二次清洗，由于是逆时针旋转，因此废液在科里奥利力的作用下全部进入废液腔211中。
转换为500rpm转速进行顺时针旋转，继续加热升温，控制温度稳定在85℃附近两分钟。组成第四相变阀210的80号石蜡融化，第四储液腔室204经第四气道224、废液腔211、第一出气管道225及第一出气口206与大气连通，第四储液腔室204内的洗脱液在离心力的作用下流出到目标腔室205中，然后流出到收集出口212，维持500rpm转速5分钟左右，由于转速较低，洗脱液经过硅胶膜时浸润硅胶膜，对吸附在硅胶膜上的裂解后的样本内的核酸进行充分洗脱。
3000rpm转速进行顺时针旋转，浸润硅胶膜的洗脱液在高速离心作用下，以及科里奥利力的作用下全部进入获取腔214中。至此完成了裂解后的样本、清洗液1、清洗液2、洗脱液的顺序加载，实现了裂解后的样本内的核酸的清洗及富集。
在其中一个实施例中，一种基于相变阀的试剂顺序加载方法，其采用任一实施例所述试剂顺序加载结构实现或采用任一实施例所述微流控系统实现。在其中一个实施例中，一种基于相变阀的试剂顺序加载方法，其应用于任一实施例所述试剂顺序加载装置中，所述试剂顺序加载方法包括步骤：在离心状态下，按各相变阀组的相变阀的相变温度，逐级升温顺序导通各所述整体通道。逐级升温，即每次升温到当前相变阀发生相变的温度，且不影响下一相变阀发生相变的温度，使得只能够使得当前相变阀发生相变，只导通一条整体通道，这样就能够实现试剂顺序加载。
需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的基于相变阀的试剂顺序加载方法、装置及微流控系统。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于相变阀的试剂顺序加载装置，其特征在于，具有目标旋转中心；
所述试剂顺序加载装置设有至少一出气口、至少一目标腔室及至少二储液腔室，每一所述储液腔室对应一所述目标腔室且所述储液腔室与所述目标旋转中心的最大距离小于所述目标腔室与所述目标旋转中心的最小距离；
所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一加载管道及一相变阀组；
所述储液腔室通过所述加载管道连通所对应的所述目标腔室，所述出气口、所述储液腔室、所述加载管道及所述目标腔室形成整体通道，所述相变阀组设置于所述整体通道中且阻断所述整体通道；
各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置且用于通过温度控制发生相变顺序导通各所述整体通道。
2.根据权利要求1所述试剂顺序加载装置，其特征在于，各所述储液腔室相对于所述目标旋转中心的旋转方向顺序设置，按各所述储液腔室的顺序，各相变阀组的相变阀的相变温度顺序设置。
3.根据权利要求1所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述加载管道中；
或者，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组仅具有一个相变阀，所述相变阀设置于所述气道中；
或者，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口，所述相变阀组包括两个相变阀，其中一个相变阀设置于所述气道中，另一个相变阀设置于所述加载管道中。
4.根据权利要求1所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一气道及一所述出气口，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口。
5.根据权利要求1所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述试剂顺序加载装置仅设置一所述出气口，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室还设有一气道，所述储液腔室通过所述气道连通所述出气口。
6.根据权利要求5所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述整体通道中，所述出气口最接近于所述目标旋转中心；
或者，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述气道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口；
或者，所述出气口通过出气管道连通所述目标腔室，所述储液腔室顺序通过所述加载管道、所述目标腔室及所述出气管道连通所述出气口。
7.根据权利要求3至6中任一项所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述气道弯折设置且所述气道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述储液腔室与所述目标旋转中心的最小距离。
8.根据权利要求1所述试剂顺序加载装置，其特征在于，所述试剂顺序加载装置对应每一所述储液腔室设有一所述出气口，所述出气口位于所述储液腔室靠近所述目标旋转中心的位置；或者，仅设置一所述目标腔室，各所述储液腔室均对应所述目标腔室。
9.一种基于相变阀的试剂顺序加载方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任一项所述试剂顺序加载装置中，所述试剂顺序加载方法包括步骤：
在离心状态下，按各相变阀组的相变阀的相变温度，逐级升温顺序导通各所述整体通道。
10.一种微流控系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述试剂顺序加载装置。
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