CN110841727A - 微流控芯片、微流控系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片、微流控系统及操作方法。其中，微流控芯片包括反应模块和储存模块；所述反应模块包括反应腔，以及至少一条与所述反应腔连通的导流通道；所述储存模块包括至少一个储存腔，每一所述储存腔对应一所述导流通道，在所述储存腔的密封被破坏的状态下，所述储存腔与其对应的所述导流通道连通。本发明中的各储存腔相互独立，其内用于储存不同或相同的试剂，可以按照试验需求从储存腔进入反应腔进行反应，实现试剂的一体化储存和顺序释放。

Description

微流控芯片、微流控系统及操作方法

技术领域

本发明涉及微流控领域，尤其涉及一种微流控芯片、微流控系统及操作方法。

背景技术

微流控技术可以说是现在的研究热点。其融合了生物、化学、以及机械等学科，人们可以把整个实验在一个小小芯片上完成，可以说是一个极大的进步。

即时检测(point-of-care testing，POCT)是指任何由医院专业人士或非专业人员在检测中心以外进行的检测，简称为床边检验。它借助一体化检测器或便携式仪器，实施现场便捷检测，降低检测等待时间，使烦琐的检验过程得以简化，取代了需要较高维护成本的传统仪器设备，缓解临床应用对高端仪器和中心医院检验中心的依赖。POCT技术目前正成为医学诊断技术领域的研发热点。

20世纪90年代初提出的微流控芯片(microfluidic chip)技术，由于配合相应的驱动和检测仪器，通过对流体的控制可以在一块芯片上实现诊断检测中常见的试剂保存和释放、混匀、稀释、洗涤、反应、结果监测等实验步骤，使得整个检测系统(芯片和仪器)小巧、集成度高，在不损失检测灵敏度的前提下，能够简化检测流程，降低对检测人员和环境条件的要求，实现现场检测。

但是如何在芯片里合理的储存和释放液体和冻干的试剂是一个非常关键的问题。传统的储存方式是将试剂单独存放在冰箱或者冷库中，做试验的时候再取出进行试验。这样微流控芯片就无法做到一体化、便携，进行POCT现场检测，使用上也会非常麻烦，难以产业化。试剂的一体化储存、顺序释放、试剂驱动是微流控芯片产业化过程中必须解决的几个关键问题。而且，大部分免疫、生化检测里面都有部分试剂只有冻干后才能在常温下长期保存，因此冻干试剂的存储和释放也非常的关键。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种微流控芯片、微流控系统及操作方法，以解决微流控芯片无法做到一体化的问题。

本发明的一些实施例提供了一种微流控芯片，其包括反应模块和储存模块；所述反应模块包括反应腔，以及至少一条与所述反应腔连通的导流通道；所述储存模块包括至少一个储存腔，每一所述储存腔对应一所述导流通道，在所述储存腔的密封被破坏的状态下，所述储存腔与其对应的所述导流通道连通。

可选地，所述反应模块还包括废液腔和废液通道，所述废液通道的第一端与所述反应腔连通，所述废液通道的第二端与所述废液腔连通。

可选地，所述反应腔的底部下凹，所述废液通道的第一端经由所述反应腔的底部最低点与所述反应腔连通。

可选地，所述废液通道的第二端高于所述反应腔内的试剂液面。

可选地，所述反应模块包括气流通道，所述气流通道的第一端与所述废液腔连通，所述气流通道的第二端用于与气体装置连通，以向所述废液腔内吹气及抽气。

可选地，所述气流通道与所述废液腔的连通部位高于所述废液通道与所述废液腔的连通部位。

可选地，所述储存模块设于所述反应模块的上方。

可选地，所述反应模块的顶部设有安装槽，所述安装槽内用于安装所述储存模块。

可选地，所述储存腔的进口设于所述储存模块的顶部，且通过第一密封膜密封，所述储存腔的出口设于所述储存模块的底部，且通过第二密封膜密封。

可选地，多个所述储存腔在所述储存模块内并排设置，各所述储存腔的进口均设于所述储存模块的顶部，通过同一张第一密封膜密封。

可选地，多个所述储存腔在所述储存模块内并排设置，各所述储存腔的出口均设于所述储存模块的底部，且各自通过一第二密封膜密封。

可选的，多个所述储存腔中的至少一个，其内空置，用于在微流控芯片使用过程中，注入样品，其余所述储存腔内预置有试剂。

可选地，所述储存腔的出口的尺寸小于所述储存腔的进口的尺寸。

可选地，所述储存腔的底部缩口，所述储存腔的出口设于所述储存腔的底部缩口处。

可选地，所述储存模块的底部设有沿各所述储存腔的排布方向延伸的第一斜切面，所述储存腔的出口设于所述第一斜切面。

可选地，所述储存模块的上部设有通气孔，所述通气孔与所述储存腔连通，且所述通气孔处设有第三密封膜，在所述第三密封膜被破坏的状态下，所述通气孔将所述储存腔与其外部气体连通。

可选地，所述储存模块包括：液体储存模块，其内设有第一液体储存腔；以及固体储存模块，其内设有固体储存腔；所述液体储存模块的底部插入所述固体储存模块内，在所述第一液体储存腔的出口的密封被破坏的状态下，所述第一液体储存腔与所述固体储存腔连通；在所述固体储存腔的出口的密封被破坏的状态下，所述固体储存腔与其对应的所述导流通道连通。

可选地，所述液体储存模块的底部设有第二斜切面，所述第一液体储存腔的出口设于所述第二斜切面。

可选地，所述液体储存模块的底部插入所述固体储存模块的状态下，所述固体储存腔的通气孔与所述液体储存腔的出口位于同一水平线上。

可选地，所述固体储存模块的底部设有第三斜切面，所述固体储存腔的出口设于所述第三斜切面。

可选地，所述固体储存腔用于储存固态的冻干试剂，所述第一液体储存腔用于储存冻干试剂溶解液。

可选地，所述液体储存模块内设有第二液体储存腔；在所述第二液体储存腔的密封被破坏的状态下，所述第二液体储存腔与其对应的导流通道连通。

可选地，所述液体储存模块的底部设有凹槽，所述固体储存模块设于所述凹槽内。

本发明的一些实施例提供了一种微流控系统，其包括上述的微流控芯片。

可选地，微流控系统包括激光器，用于破坏所述储存腔的密封。

可选地，微流控系统包括气体装置，至少用于将所述储存腔的试剂吹向所述反应腔。

本发明的一些实施例提供了一种微流控系统的操作方法，其包括：试剂储存步骤：密封储存腔的出口，将试剂置于储存腔内，密封储存腔的进口；以及试剂释放步骤：用激光破坏储存腔的出口的密封，以使储存腔内的试剂流向反应腔。

可选地，试剂储存步骤中，还进一步密封储存腔的通气孔；试剂释放步骤中，还进一步用激光破坏储存腔的通气孔的密封。

可选地，在试剂释放步骤中，通过气体装置向储存腔吹气，利于储存腔内的试剂流向反应腔。

可选地，微流控系统的操作方法还包括试剂反应步骤：通过气体装置从反应腔的底部向反应腔内吹气，使反应腔内的试剂振动混合。

可选地，微流控系统的操作方法还包括废液排出步骤，通过气体装置提供抽吸力，以将反应腔内的废液抽出。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

在一些实施例中，储存模块包括至少一个储存腔；每一储存腔对应一导流通道；在储存腔的密封被破坏的状态下，储存腔与其对应的导流通道连通；各储存腔相互独立，其内用于储存不同或相同的试剂，可以按照试验需求从储存腔进入反应腔进行反应，实现试剂的一体化储存和顺序释放。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一些实施例提供的微流控芯片的爆炸示意图；

图2为本发明一些实施例提供的液体储存模块的示意图；

图3为本发明一些实施例提供的液体储存模块的主视示意图；

图4为本发明一些实施例提供的储存模块的剖视示意图；

图5为本发明一些实施例提供的储存模块的爆炸示意图；

图6(a)为本发明一些实施例提供的储存模块的第一剖视示意图；

图6(b)为本发明一些实施例提供的储存模块的第二剖视示意图；

图7(a)为本发明一些实施例提供的液体储存模块与固体储存模块的爆炸示意图；

图7(b)为本发明一些实施例提供的液体储存模块与固体储存模块的组合示意图；

图8(a)为本发明一些实施例提供的液体储存模块的第一示意图；

图8(b)为本发明一些实施例提供的液体储存模块的第二示意图；

图9为本发明一些实施例提供的微流控系统的示意图。

附图中标号：

1-反应模块；11-反应腔；12-导流通道；13-废液腔；14-废液通道；15-气流通道；16-安装槽；

2-储存模块；21-储存腔；22-第一密封膜；23-储存腔的进口；24-储存腔的出口；25-第一斜切面；26-通气孔；

27-液体储存模块；271-第一液体储存腔；272-第二液体储存腔；273-第二斜切面；274-凹槽；275-第一液体储存腔的进口；276-第一液体储存腔的出口；277-第二液体储存腔的进口；278-第二液体储存腔的出口；279-第四密封膜；

28-固体储存模块；281-固体储存腔；282-固体储存腔的出口；283-固体储存腔的通气孔；284-第三斜切面；

3-激光器；

4-气体装置；

5-磁铁；

a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l-试剂腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一些实施例提供的微流控芯片，其包括反应模块1和储存模块2。反应模块1和储存模块2相互独立，且可以组装成一个整体。

在一些实施例中，反应模块1包括反应腔11，以及至少一条与反应腔11连通的导流通道12。

在一些实施例中，反应模块1包括一个或多个反应腔11，每一反应腔11对应连通有至少一条导流通道12，可以进行若干步的生物化学反应。

在一些实施例中，储存模块2包括至少一个储存腔21，各储存腔21相互独立，其内用于储存不同或相同的试剂。每一储存腔21对应一导流通道12。在储存腔21的密封被破坏的状态下，储存腔21与其对应的导流通道12连通。

各储存腔21内的试剂均可以按照试验需求从储存腔21进入反应腔11进行反应。

在一些实施例中，各储存腔21与导流通道12对应配合的部位设有出口，出口处设有密封膜，可以通过激光烧穿密封膜的方式，实现储存腔21与反应腔11的连通。

在一些实施例中，反应模块1上还设有与反应腔11连通的通气孔，以便于反应腔11内的气体排出，使得储存腔21内的试剂更好的进入反应腔11。

在一些实施例中，反应腔11与一条或者多条导流通道12连通，实现试剂的进入。反应腔11还与废液通道14连通。废液通道14可以连接一个气体装置，气体装置可以抽气，从而驱动反应腔11内的液体试剂的流出微流控芯片或者进入微流控芯片的废液腔13内。

在一些实施例中，反应模块1还包括废液腔13和废液通道14，废液通道14的第一端与反应腔11连通，废液通道14的第二端与废液腔13连通。进一步地，废液通道14的第二端高于废液通道14的第一端，而且，废液通道14的第二端要高于反应腔11内的试剂液面。

在一些实施例中，反应腔11的底部下凹，废液通道14的第一端经由反应腔11的底部最低点与反应腔11连通，利于将反应腔11内的废液完全排出。

在一些实施例中，反应模块1包括气流通道15，气流通道15的第一端与废液腔13连通，气流通道15的第二端用于与气体装置4连通，以向废液腔13内吹气及抽气。进一步地，气流通道15的第一端经由废液腔13的顶部与废液腔13连通。气流通道15的第二端高于气流通道15的第一端。

在气体装置4向废液腔13内吹气时，吹入的气体会进入反应腔11。通过控制气体装置4的吹气速度，气体会在反应腔11的液体里形成气泡，气泡从液体底部上升到顶部破裂，而液体则不会被吹出反应腔11。利用这一点，可以通过多次的吹气，来实现反应腔11内不同试剂的混合。

同时，废液通道14与废液腔13的连通部位位于反应腔11内的液面的上方，这样，反应腔11内的试剂就不会在没有驱动的情况下进入废液腔13。

进一步地，废液腔13内设有滤纸，滤纸用于吸附固定废液。

在一些实施例中，气流通道15与废液腔13的连通部位高于废液通道14与废液腔13的连通部位，以避免反应腔11排向废液腔13的废液流向气流通道15。

在一些实施例中，储存模块2设于反应模块1的上方。利用重力作用，利于储存腔21内的试剂流向反应腔11。

在一些实施例中，反应模块1的顶部设有安装槽16，安装槽16内用于安装储存模块2。

在一些实施例中，储存腔的进口23设于储存模块2的顶部，且通过第一密封膜22密封，储存腔的出口24设于储存模块2的底部，且通过第二密封膜密封。

第一密封膜22具有深色、不透明、气密性和防潮性好的特点，被激光照射之后易被烧穿，可以为多层薄膜复合而成。

在一些实施例中，如图5所示，多个储存腔21(液体储存腔)在储存模块2内并排设置，储存腔的进口23设于储存模块2的顶部，通过同一张第一密封膜22密封。

在一些实施例中，多个储存腔21(液体储存腔)在储存模块2内并排设置，各储存腔的出口24均设于储存模块2的底部，各自通过一第二密封膜密封。

第二密封膜均具有深色、不透明、气密性和防潮性好的特点，被激光照射之后易被烧穿，可以为多层薄膜复合而成。

在一些实施例中，储存腔的出口24尺寸小于储存腔的进口23尺寸。

在一些实施例中，储存腔21的底部缩口，储存腔的出口24设于储存腔21的底部缩口处。

可选地，储存腔21的内底部设有楔形斜面，当气体装置对储存腔21中的液体进行驱动时，便于将整个储存腔21的液体吹干，不会有残留。

在一些实施例中，如图3、图6(a)所示，储存模块2的底部设有沿各储存腔21排布方向延伸的第一斜切面25，储存腔的出口24设于第一斜切面25。

在一些实施例中，储存模块2的上部设有通气孔26，通气孔26与储存腔21连通，且通气孔26处设有第三密封膜，在第三密封膜被破坏的状态下，通气孔26将储存腔21与其外部气体连通。

第三密封膜均具有深色、不透明、气密性和防潮性好的特点，被激光照射之后易被烧穿，可以为多层薄膜复合而成。

第一密封膜22可以为塑料薄膜或者铝箔复合膜，优选为铝塑薄膜，密封效果好。

第二密封膜和第三密封膜可以为深色不透明塑料膜，密封的同时便于被激光烧穿。

独立的各储存腔21内壁和各密封膜所用的材料，为生物兼容性材料，可以长期与试剂接触，不与其反应，同时又具备很好的气密性、防潮、防氧气等高阻隔性，可以长期密封保存试剂。

储存模块2中的各储存腔21内的试剂可以根据不同的实验进行更换，而实验反应主体部分保持不变，这样同一微流控芯片就可以满足不同的免疫诊断的实验要求。

在一些实施例中，如图7(a)、图7(b)所示，储存模块2包括液体储存模块27，液体储存模块27内设有第一液体储存腔271。

在一些实施例中，如图7(a)、图7(b)所示，储存模块2包括固体储存模块28，固体储存模块28内设有固体储存腔281。

在一些实施例中，液体储存模块27的底部插入固体储存模块28内，在第一液体储存腔的出口276的密封被破坏的状态下，第一液体储存腔271与固体储存腔281连通；在固体储存腔的出口282的密封被破坏的状态下，固体储存腔281与其对应的导流通道12连通。

在一些实施例中，固体储存腔281用于储存固态的冻干试剂，第一液体储存腔271用于储存冻干试剂溶解液。

将冻干试剂部分作为一个整体，便于试剂的灌装和产业化，便于生产线的流水工作，大大提高生产的效率。

液体储存模块27的底部插入固体储存模块28内形成整体，当激光烧穿第一液体储存腔的出口276的密封孔时，冻干试剂溶解液会进入固体储存腔281。为了溶解液进入的时候排出空气，固体储存腔281上部开有通气孔，通气孔的密封被激光烧穿后可以让固体储存腔281内的气体排出。

采用冻干试剂溶解液和冻干试剂分开独立储存，将所有液体及冻干试剂密封在不同的密闭腔室内，其中冻干试剂部分的上方设有独立的液体溶解腔室，同时两者通过嵌合插入的方式来实现冻干试剂的密封，能够解决在芯片上液体及固体试剂不好预装并长期保存的问题。

在一些实施例中，液体储存模块27的底部设有第二斜切面273，第一液体储存腔的出口276设于第二斜切面273。

在一些实施例中，液体储存模块27的底部插入固体储存模块28的状态下，固体储存腔的通气孔283与液体储存腔的出口276位于同一水平线上，因此，在激光烧穿时，能够将位于同一水平线的两个孔(固体储存腔的通气孔283和液体储存腔的出口276)一起烧穿。

在一些实施例中，固体储存模块28的底部设有第三斜切面284，固体储存腔的出口282设于第三斜切面284。

独立的液体储存模块27和固体储存模块28均可以采用塑料注塑而成，塑料采用透明度好，并和试剂无反应、可长期保存试剂的材料。

在一些实施例中，液体储存模块27内设有第二液体储存腔272；第二液体储存腔272的密封被破坏的状态下，第二液体储存腔272与其对应的导流通道12连通。

第一液体储存腔271和第二液体储存腔272集成于同一液体储存模块27。

独立的第一液体储存腔271和第二液体储存腔272可以密封存放液体试剂。第二液体储存腔272中的液体试剂可以直接被作用在芯片上的气体装置吹入到反应腔11中。第一液体储存腔271中的冻干试剂储存液需要先释放到固体储存腔281中，溶解固体储存腔281中的固态冻干试剂，冻干试剂储存液进入固体储存腔281时，固体储存腔281中的气体通过固体储存腔的通气孔283排出。然后固体储存腔281中的试剂在外部气体驱动下吹到芯片的反应腔11中进行反应，这时需从外部临时堵住固体储存腔的通气孔283，以防止气体从固体储存腔的通气孔283漏走。

在一些实施例中，多个储存腔21中的至少一个，其内空置，用于在微流控芯片使用过程中，注入样品，其余储存腔21内预置有试剂。

如图8(a)所示，多个独立的第二液体储存腔272中的一个，其内空置，用于在微流控芯片使用过程中，注入样品，其余独立的第二液体储存腔272内预置有液体试剂。

用于注入样品的第二液体储存腔的进口277通过可重复粘贴的第四密封膜279密封。

用于注入样品的第二液体储存腔272内部空置，不保存试剂，因此不用担心密封膜的长期密封性能和生物兼容性。在微流控芯片使用的时候，将进口277处的第四密封膜279撕开，加入检测样品，然后再将第四密封膜279封上。用于注入样品的第二液体储存腔272下方可以直接连接导流通道12，注入的样品通过第二液体储存腔272、导流通道12释放至反应腔11。

如图8(b)所示，也可以将多个独立的第一液体储存腔271中的一个的内部空置，用于在微流控芯片使用过程中，注入样品，其余独立的第一液体储存腔271内预置有液体试剂。

用于注入样品的第一液体储存腔的进口275通过可重复粘贴的第四密封膜279密封。

用于注入样品的第一液体储存腔271内部空置，样品先通过第一液体储存腔271进入固体储存腔281中，溶解固体储存腔281中的冻干试剂，然后再通过固体储存腔的出口282，进入反应腔11。

储存腔21可以包括第一液体储存腔271、第二液体储存腔272和固体储存腔281。

储存腔的进口23可以包括第一液体储存腔的进口275、第二液体储存腔的进口277和固体储存模块的进口。

储存腔的进口24可以包括第一液体储存腔的出口276、第二液体储存腔的出口278和固体储存腔的出口282。

在一些实施例中，如图2所示，液体储存模块27的底部设有凹槽274，固体储存模块28设于凹槽274内。

如图9所示，一些实施例提供了一种微流控系统，其包括上述的微流控芯片。

在一些实施例中，微流控系统包括激光器3，激光器3用于破坏储存腔21的密封。

可选地，通过直线电机控制激光器3上下左右运动，对不同腔室上的孔对应的密封膜进行烧穿，实现液流的导通，试剂的释放。

激光器3距离芯片上的密封膜的距离固定，来确保激光器能够将芯片上相应的孔上的薄膜依次烧穿，这样激光也就取代了传统的阀的装置的应用，来实现液体的释放，使得芯片的结构更为简单，便于加工制造。

激光器3的大小尺寸可以定制，便于安装，并且功率可以调节，能够针对不同的密封膜进行烧穿。激光器3可以以较大功率在1秒内实现将密封膜烧穿，并且对透明的微流控芯片没有影响。同时也可以以小功率出光进行烧穿前定位。

在一些实施例中，微流控系统包括气体装置4，气体装置4至少用于将储存腔21的试剂吹向反应腔11。

采用气体装置4吹气形成正压，将试剂吹入芯片内部反应腔11。通过气体装置4对芯片中的液体进行控制，使得液体按照实验反应的顺序依次流入到反应腔11中进行相关的反应。

通过气体装置4驱动，实现试剂在芯片内部各个腔室之间转移，以完成复杂的实验过程。方法简单、可靠，而芯片相应也可以做的很简单，体积较小，利于整个方法的产业化。

气体装置4包括蠕动泵、软管和真空吸盘。软管的一端连接于蠕动泵，软管的另一端连接于真空吸盘，真空吸盘压紧到储存腔21上的通气孔上时，形成一个密闭连接，将储存腔21和软管内空间连接起来。当蠕动泵转动，驱动软管内的气体时，也就驱动了储存腔21内的气体，进而驱动储存腔21内的试剂流动，进入到反应腔11中，进行反应。

气体装置4还包括电机，电机驱动连接于真空吸盘。真空吸盘被电机驱动，可以移动位置。当它压紧到储存腔21上的开孔上时，可以驱动储存腔21内的试剂流动。同样它也可以驱动其它反应腔的试剂的转移、混匀等流动。

在一些实施例中，微流控系统包括还包括一个位于微流控芯片外部的可移动的磁铁5。在抽走反应腔11内液体的时候，磁铁5可以靠近微流控芯片吸附固定住反应腔11内的磁珠，使磁珠不会跟着液体一起流走，排进废液腔13，从而使微流控芯片可以完成免疫反应里面的磁珠捕获反应、洗涤、洗脱等过程。

一些实施例提供的微流控系统的操作方法，其包括试剂储存步骤：密封储存腔的出口24，将试剂置于储存腔21内，密封储存腔的进口23。

储存腔21包括第一液体储存腔271、第二液体储存腔272和固体储存腔281。

第一液体储存腔271、第二液体储存腔272和固体储存腔281的内壁可以采用塑料注塑而成，装入试剂后，采用热压或者激光焊接、胶粘等方法，在开口表面密封一层塑料薄膜或者铝箔复合膜。

液体储存腔(第一液体储存腔271和第二液体储存腔272)的通气孔和液体储存腔的出口设置密封膜，再从液体储存腔的进口装入液体试剂，之后再采用热压或者激光焊接、化学粘接等方法，在液体储存腔的进口密封。从而将整个液体储存腔密封起来，完成对液体储存腔的完整密封。

固体储存腔的通气孔283和固体储存腔的出口282设置密封膜，从固体储存腔281的进口装入冻干试剂。然后采用化学试剂粘接、激光焊接等方法将固体储存腔281的进口与第一液体储存腔271下部嵌合在一起，并在嵌合处进行胶粘，从而完成对固体储存腔281的牢固密封，同时将固体储存腔281与第一液体储存腔271形成一个整体。

一些实施例提供的微流控系统的操作方法，其还包括试剂释放步骤：用激光破坏储存腔的出口24的密封，以使储存腔21内的试剂流向反应腔11。

在一些实施例中，试剂储存步骤中，还进一步密封储存腔21的通气孔26；试剂释放步骤中，还进一步用激光破坏储存腔21的通气孔26的密封。

在一些实施例中，在试剂释放步骤中，通过气体装置4向储存腔21吹气，利于储存腔21内的试剂流向反应腔11。

在一些实施例中，微流控系统的操作方法还包括试剂反应步骤：通过气体装置4从反应腔11的底部向反应腔11内吹气，使反应腔11内的试剂振动混合。

在一些实施例中，微流控系统的操作方法还包括废液排出步骤，通过气体装置4提供抽吸力，以将反应腔11内的废液抽出。

下面列举本公开提供的一种微流控系统的具体实施例的操作方法。

在该具体实施例中，微流控系统包括的微流控芯片包括多个导流通道12，一个反应腔11，一个废液腔13，多个储存腔21和多个开孔的密封膜。

当需要进液的时候，电机驱动激光器3对相应的储存腔21的口/孔进行定位，并对口/孔上的密封膜进行烧穿。蠕动泵驱动软管对储存腔21进行吹气，形成正压力，从而将液体试剂从储存腔21经过导流通道12吹入到反应腔11中或者液体试剂先进入到固体储存腔281中，将冻干试剂溶解之后，在一起进入到反应腔11中。

如果还需要其他试剂进入到反应腔11中时，可以电机驱动激光器继续烧穿其他对应储存腔21上的口/孔上的密封膜，再继续通过蠕动泵驱动其他储存腔21中的液体进入反应腔11中，吹气的时候，在速度上可以进行控制，这样在慢速的条件下可以防止液体进入时产生飞溅，停留在芯片的侧壁上，而新的液体进来之后会和原有的液体混合在一起，这样就实现了多种液体混合反应的过程。

在通过电机将气体装置4的吸盘移动到废液腔13上方的气流通道施加压力，因为反应腔11的底部与废液通道相切，反应腔11与废液腔13通过近似s型的废液通道14相连。

当用气体装置4对废液腔13上的孔进行吹气时，产生正压，会在反应腔11的底部产生气泡，当气泡产生多个并在上升过程中会产生破裂，那么伴随着气体破裂，就会产生振动，将反应腔11中的液体进行一个类似机械的振动混合，使得不同种之间的液体或者液体与磁珠中间进行良好的交融混合。

当用过气体装置4对废液腔13上的孔进行吸气时，产生负压，同时磁铁靠近吸附固定住反应腔11内的磁珠，从而反应腔11中的液体就会进入到废液腔13中，实现排走废液的过程，而磁珠则保留下来；进一步的，废液腔13的内部可以装入一块滤纸，废液排入之后会被滤纸吸附固定住，起到一个引流的作用。

本公开提供的微流控芯片可以应用于免疫诊断。免疫诊断主要有以下几种：

放射免疫：将放射性同位素测量的高度灵敏性、精确性和抗原抗体反应的特异性相结合的体外检测技术。

酶联免疫：酶与样本反应，依据颜色变化程度确定结果。

胶体金：蛋白质等高分子被吸附到胶体金颗粒表面的包被过程。聚合物聚集后肉眼可见。

乳胶比浊：抗体吸附在胶乳颗粒上形成致敏原，与抗原发生交联反应，形成抗原抗体复合物，胶乳颗粒发生凝聚。

荧光免疫：免疫学方法和荧光标记技术结合来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。

化学发光：将抗原抗体同样本结合，然后由磁珠捕捉反应物，再加入促进剂，加大反应发光速度和强度，进而诊断。

由于免疫诊断在实际的操作中步骤复杂，重复性工作过多，并且涉及相关试剂的相互混合、孵育、反应、洗涤等过程，以吖啶酯化学发光实验为例，需要先将样本与磁珠混合，孵育15分钟，然后洗涤三次，去除掉没有特异性结合的部分，防止非特异性反应的发生，然后加入发光试剂吖啶酯，孵育10分钟，在洗涤两次，最后加入激发液和预激发液，最后通过采集光来对样品的浓度进行相关定性和定量。基于此，能够在一个微流控芯片上完成这一系列的反应就显得至关重要和必要。

下面以本公开提供的包括微流控芯片的微流控系统来进行化学发光方法为例，详细描述其具体操作过程。

首先将各储存腔21进行预装试剂，为例便于描述，将图4所示的各储存腔21分别进行标号，标号后为：a试剂腔，b试剂腔，c试剂腔，d试剂腔，e试剂腔，f试剂腔，g试剂腔，h试剂腔，i试剂腔，j试剂腔，k试剂腔和l试剂腔。各试剂腔内的试剂如下：

a试剂腔：预激发液；b试剂腔：洗液；c试剂腔：洗液；d试剂腔：洗液；e试剂腔：样品试剂；f试剂腔：冻干磁珠；g试剂腔：缓冲液；h试剂腔：冻干吖啶酯；i试剂腔：洗液；j试剂腔：洗液；k试剂腔：洗液；l试剂腔：激发液。

e试剂腔为样本腔，开始的时候是空置的。顶部进口275用可重复粘贴的第四密封膜279密封。使用的时候，首先将第四密封膜279撕开，用移液装置将定量的样本加入e试剂腔内，然后将第四密封膜279再封上。

通过控制激光器3移动，定位到e试剂腔的上方通气孔26的第二密封膜和下方的出口276的第三密封膜进行烧穿，其中在烧穿下方出口276的第三密封膜时，由于下方出口276和F试剂腔的上方通气孔283处于对齐位置，所以同时也将F试剂腔的上方通气孔283烧穿。

然后真空吸盘对准e试剂腔上的通气孔26进行吹气，将e试剂腔中的液体样品释放到f试剂腔中，与冻干磁珠进行溶解，试剂进入f试剂腔的时候，空气通过f试剂腔的通气孔283排出；溶解后，激光器3烧穿f试剂腔上的出口282的密封膜，在通过真空吸盘将溶解好的液体，通过导流通道12吹入到反应腔11中，在反应腔11中孵育15min。吹的时候，先从外部将f试剂腔上部的通气孔283堵住，避免气体从该通气孔283漏出。

孵育完后，将吸盘对准实验反应模块1的气流通道15，进行抽气，使得孵育完之后废液从反应腔11进入到废液腔13中，同时可外加磁铁5吸附，保证磁珠留在反应腔11中。

释放过程如上，通过吸盘依次释放b试剂腔、c试剂腔、d试剂腔中洗液，对反应腔11中的磁珠进行洗涤混匀，除去非特异性吸附，洗涤的过程是吸盘通过气流通道15，对反应腔11进行吹气，在反应腔11内的液体中形成气泡，随着气泡上升破裂产生振动，实现液体的混匀，每次洗涤完后的液体都通过吸盘吸入到废液腔13中。

三次洗涤完后，将g试剂腔中缓冲液释放到h试剂腔中，与冻干的吖啶酯进行溶解，溶解后，在一并吹入到反应腔11中孵育10分钟。

孵育完成后，将反应腔11中的液体吸入到废液腔13中，留下磁珠，然后依次释放i试剂腔、j试剂腔、k试剂腔中的洗涤液进行磁珠的非特异性清洗过程。

最后依次释放腔室a试剂腔、l试剂腔中的预激发液和激发液，实现化学发光的采集，完成整个实验。

本公开提供的方法简单、可靠，能够完成复杂的生物化学反应所需的液体和冻干试剂储存、冻干试剂的溶解、试剂顺序释放、混合、多步转移反应等步骤，同时试剂的储存方式是目前已经成熟的封存方式，而芯片相应也可以做的很简单，非常利于整个方法的产业化。

通过上述各个实施例的描述，本公开至少还具有以下有益效果：

方法简单：可批量化，成本低。试剂的储存部分和反应芯片分开，试剂的储存方式是目前已经成熟的封存方式，而芯片由于剥离了试剂的储存和释放部分，相应也可以做的很简单，非常利于产业化，而且储存腔室和芯片都因为简单而使得批量成本低。

功能性强：能够完成复杂的生物化学反应所需的液体和冻干试剂储存、冻干试剂的溶解、试剂顺序释放、混合、多步转移反应等步骤。而且，由于试剂的储存和反应芯片的分开，方法变得很有通用性。因为生化反应大多数都是各种试剂的混合反应，采用本方法，改变试剂，增加或者减少试剂，增加或者减少实验步骤，都能很容易的实现，芯片和储存腔室都不需要做大的改动。

试剂保存长期可靠：采用独立的储存腔，既可以保存液体试剂，也可以通过嵌合粘贴的方式保存冻干试剂。封装工艺成熟，可以长期保存试剂。同时由于可以保存冻干试剂，使得试剂保存环境要求降低，有利于达成试剂在常温下长期保存的目的，有利于整个反应检测过程走出实验室，实现现场检测。

控制简单：试剂顺序释放只需要通过激光器顺序烧穿储存腔室相应孔上的密封膜即可，取代了传统的阀门的通断功能，使得芯片的结构更为简单，试剂的提取和驱动只需要气体装置抽吸驱动即可，控制简单，可靠性高，避免了复杂的仪器设计。

批量制造：采用的材料均为普通的材料，价廉易得，注塑工艺、均为医疗器械行业常用工艺，容易实现批量生产。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (31)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括反应模块(1)和储存模块(2)；

所述反应模块(1)包括反应腔(11)，以及至少一条与所述反应腔(11)连通的导流通道(12)；

所述储存模块(2)包括至少一个储存腔(21)，每一所述储存腔(21)对应一所述导流通道(12)，在所述储存腔(21)的密封被破坏的状态下，所述储存腔(21)与其对应的所述导流通道(12)连通。

2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应模块(1)还包括废液腔(13)和废液通道(14)，所述废液通道(14)的第一端与所述反应腔(11)连通，所述废液通道(14)的第二端与所述废液腔(13)连通。

3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应腔(11)的底部下凹，所述废液通道(14)的第一端经由所述反应腔(11)的底部最低点与所述反应腔(11)连通。

4.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述废液通道(14)的第二端高于所述反应腔(11)内的试剂液面。

5.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应模块(1)包括气流通道(15)，所述气流通道(15)的第一端与所述废液腔(13)连通，所述气流通道(15)的第二端用于与气体装置(4)连通，以向所述废液腔(13)内吹气及抽气。

6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述气流通道(15)与所述废液腔(13)的连通部位高于所述废液通道(14)与所述废液腔(13)的连通部位。

7.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存模块(2)设于所述反应模块(1)的上方。

8.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应模块(1)的顶部设有安装槽(16)，所述安装槽(16)内用于安装所述储存模块(2)。

9.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存腔的进口(23)设于所述储存模块(2)的顶部，且通过第一密封膜(22)密封，所述储存腔的出口(24)设于所述储存模块(2)的底部，且通过第二密封膜密封。

10.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，多个所述储存腔(21)在所述储存模块(2)内并排设置，各所述储存腔的进口(23)均设于所述储存模块(2)的顶部，通过同一张第一密封膜(22)密封。

11.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，多个所述储存腔(21)在所述储存模块(2)内并排设置，各所述储存腔的出口(24)均设于所述储存模块(2)的底部，且各自通过一第二密封膜密封。

12.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，多个所述储存腔(21)中的至少一个，其内空置，用于在微流控芯片使用过程中，注入样品，其余所述储存腔(21)内预置有试剂。

13.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存腔的出口(24)的尺寸小于所述储存腔的进口(23)的尺寸。

14.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存腔(21)的底部缩口，所述储存腔的出口(24)设于所述储存腔(21)的底部缩口处。

15.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存模块(2)的底部设有沿各所述储存腔(21)的排布方向延伸的第一斜切面(25)，所述储存腔的出口(24)设于所述第一斜切面(25)。

16.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存模块(2)的上部设有通气孔(26)，所述通气孔(26)与所述储存腔(21)连通，且所述通气孔(26)处设有第三密封膜，在所述第三密封膜被破坏的状态下，所述通气孔(26)将所述储存腔(21)与其外部气体连通。

17.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述储存模块(2)包括：

液体储存模块(27)，其内设有第一液体储存腔(271)；以及

固体储存模块(28)，其内设有固体储存腔(281)；

所述液体储存模块(27)的底部插入所述固体储存模块(28)内，在所述第一液体储存腔的出口(276)的密封被破坏的状态下，所述第一液体储存腔(271)与所述固体储存腔(281)连通；在所述固体储存腔的出口(282)的密封被破坏的状态下，所述固体储存腔(281)与其对应的所述导流通道(12)连通。

18.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体储存模块(27)的底部设有第二斜切面(273)，所述第一液体储存腔的出口(276)设于所述第二斜切面(273)。

19.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体储存模块(27)的底部插入所述固体储存模块(28)的状态下，所述固体储存腔的通气孔(283)与所述液体储存腔的出口(276)位于同一水平线上。

20.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述固体储存模块(28)的底部设有第三斜切面(284)，所述固体储存腔的出口(282)设于所述第三斜切面(284)。

21.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述固体储存腔(281)用于储存固态的冻干试剂，所述第一液体储存腔(271)用于储存冻干试剂溶解液。

22.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体储存模块(27)内设有第二液体储存腔(272)；在所述第二液体储存腔(272)的密封被破坏的状态下，所述第二液体储存腔(272)与其对应的导流通道(12)连通。

23.如权利要求17所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体储存模块(27)的底部设有凹槽(274)，所述固体储存模块(28)设于所述凹槽(274)内。

24.一种微流控系统，其特征在于，包括如权利要求1～23任一项所述的微流控芯片。

25.如权利要求24所述的微流控系统，其特征在于，包括激光器(3)，用于破坏所述储存腔(21)的密封。

26.如权利要求24所述的微流控系统，其特征在于，包括气体装置(4)，至少用于将所述储存腔(21)的试剂吹向所述反应腔(11)。

27.一种如权利要求24所述的微流控系统的操作方法，其特征在于，包括：

试剂储存步骤：密封储存腔的出口(24)，将试剂置于储存腔(21)内，密封储存腔的进口(23)；以及

试剂释放步骤：用激光破坏储存腔的出口(24)的密封，以使储存腔(21)内的试剂流向反应腔(11)。

28.如权利要求27所述的微流控系统的操作方法，其特征在于，

试剂储存步骤中，还进一步密封储存腔(21)的通气孔(26)；

试剂释放步骤中，还进一步用激光破坏储存腔(21)的通气孔(26)的密封。

29.如权利要求27所述的微流控系统的操作方法，其特征在于，在试剂释放步骤中，通过气体装置(4)向储存腔(21)吹气，利于储存腔(21)内的试剂流向反应腔(11)。

30.如权利要求27所述的微流控系统的操作方法，其特征在于，还包括试剂反应步骤：通过气体装置(4)从反应腔(11)的底部向反应腔(11)内吹气，使反应腔(11)内的试剂振动混合。

31.如权利要求27所述的微流控系统的操作方法，其特征在于，还包括废液排出步骤，通过气体装置(4)提供抽吸力，以将反应腔(11)内的废液抽出。

Images