CN110975951A - 微流控芯片及体外检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微流控芯片和体外检测装置。该微流控芯片在向加样腔中加入样本溶液后，通过旋转离心，样本溶液经第一渗透孔进入第一微流道，并在第一微流道的分流作用下进入第三渗透孔和第二渗透孔，并最终进入分离定量单元和第一废液腔中，样本溶液在离心作用下会依次将分离定量单元的第二废液腔和定量腔填满，通过离心可进一步将固体废物沉积至第二废液腔中，多余的样本溶液进入第一废液腔中，通过观察第一废液腔中是否有液体即可判断定量腔是否装满液体。该微流控芯片在加入样本溶液后只需要一次离心就可以实现样本溶液中杂质和目标检测液的分离和定量，无需过多的离心操作，因而操作简便，需要等待的时间短，样本处理的效率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及体外诊断技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片及体外检测装置。
背景技术
体外诊断行业(In Vitro Diagnosis，IVD)属于医药生物行业，是指将血液、体液、组织等样本从人体中取出，使用体外检测试剂、仪器等对样本进行检测与校验，以便对疾病进行预防、诊断、治疗检测、后期观察、健康评价、遗传疾病预测等。体外诊断按照方法学分为生化诊断、免疫诊断和分子诊断三大类，以及从生化、免疫和分子诊断中分化出来的床旁快速诊断POCT。干化学反应是生化诊断的一种，是利用生化试剂与特定的底物反应，再通过仪器定量检测出标的物浓度，推算出人体的某些生化指标。传统生化诊断需要在大型生化仪上进行检测，由此导致试剂消耗多、灵活性不够等问题；一般的干式生化POCT诊断方式则在测试通量上较低，一般一次只能测验一个或几个样本、一个或几个项目。微流控芯片技术(Microfluidics)能把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成在芯片上，自动完成分析全过程，极大的提高了检测效率，同时具有小型化、自动化等优点，因而在POCT领域中应用越来越广泛。
在生化检测领域中，以美国的Abaxis公司为代表，率先开发了用于生化检测的微流控芯片，国内如天津微纳芯、成都斯马特等都有类似微流控芯片开发。传统产品的芯片对全血样本的定量与分配过程，往往需要将全血的分离和血清的定量过程分开，因此需要进行多次的离心分离和定量，使得样本处理的时间比较长，导致检测时间过于延长。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高样本处理效率的微流控芯片和含有该微流控芯片的体外检测装置。
一种微流控芯片，具有加样腔、第一渗透孔、第一微流道、分离定量单元、第二渗透孔和第一废液腔；所述加样腔具有加样孔；所述分离定量单元具有第三渗透孔、定量腔和第二废液腔；所述微流控芯片具有相对的第一表面和第二表面；所述加样腔、所述定量腔、所述第二废液腔和所述第一废液腔设置在所述微流控芯片的靠近于所述第一表面的一侧，所述第一微流道设置在所述微流控芯片的靠近于所述第二表面的另一侧，所述第一渗透孔、所述第二渗透孔和所述第三渗透孔的两端均分别靠近于所述第一表面和所述第二表面；
所述加样腔通过所述第一渗透孔与所述第一微流道连通，所述第一微流道通过所述第三渗透孔与所述定量腔连通，所述定量腔与所述第二废液腔连通，所述第一微流道还通过所述第二渗透孔与所述第一废液腔连通；
所述微流控芯片具有旋转中心，所述第二废液腔较所述定量腔远离所述旋转中心，所述第二渗透孔与所述第一微流道的连接位置较所述第三渗透孔与所述第一微流道的连接位置更靠近于所述第一微流道的末端。
在其中一个实施例中，所述第一微流道自与所述第一渗透孔连接后环绕所述旋转中心延伸并在末端向远离所述旋转中心的方向延伸以与所述第二渗透孔连接，所述分离定量单元有多个，多个所述分离定量单元中的多个所述第三渗透孔沿所述第一微流道分布。
在其中一个实施例中，所述第三渗透孔的一端开口于所述第一微流道中。
在其中一个实施例中，所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端与所述旋转中心之间的距离不大于所述定量腔整体距离所述旋转中心的距离；和/或
所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端较之所述第一废液腔与所述第二渗透孔的连接位置更靠近于所述旋转中心；和/或
所述第一废液腔较所述第二渗透孔与所述第一微流道的连接位置更远离于所述旋转中心。
在其中一个实施例中，所述加样腔环绕所述旋转中心设置，所述加样腔的一端设有所述加样孔，另一端与通过同侧设置的第二微流道与所述第一渗透孔连接。
在其中一个实施例中，所述加样腔在与所述第二微流道连接的一端设有开口于所述第一表面和/或所述第二表面的第一透气孔，所述第一透气孔较所述加样腔与所述第二微流道的连接位置更靠近于所述旋转中心且所述第一透气孔与所述旋转中心的距离不大于所述加样孔距离所述旋转中心的距离；和/或
所述第二微流道自与所述加样腔连接后逐渐向远离所述旋转中心的方向延伸并经迂回弯折后继续向逐渐远离所述旋转中心的方向延伸以与所述第一渗透孔连接。
在其中一个实施例中，所述第一废液腔呈环状环绕所述旋转中心设置；和/或
所述第二渗透孔通过与所述第一废液腔同侧设置的第三微流道与所述第一废液腔连接，所述第二渗透孔与所述第三微流道的连接位置较所述第一废液腔更靠近于所述旋转中心；和/或
所述第一废液腔还通过第四微流道与第二透气孔连接，所述第二透气孔较所述第一废液腔更靠近于所述旋转中心，所述第四微流道和所述第二透气孔均与所述第一废液腔同侧设置且所述第二透气孔开口于所述第一表面和/或所述第二表面。
在其中一个实施例中，所述第一废液腔在其环状的主体部分的内侧设有朝向所述旋转中心方向延伸的增宽的缓冲部，所述第三微流道和所述第四微流道均与所述第一废液腔的所述缓冲部连接。
在其中一个实施例中，所述分离定量单元还包括与所述定量腔同侧设置的出液毛细流道，所述出液毛细流道自与所述定量腔连接后向靠近所述旋转中心的方向延伸并弯折后向远离所述旋转中心的方向延伸，并在末端设有用于与检测机构连通的出液渗透孔，所述出液渗透孔开口于所述第二表面；
所述出液毛细流道的弯折顶点位置距离所述旋转中心的距离小于所述定量腔整体距离所述旋转中心的距离且小于所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端距离所述旋转中心的距离。
在其中一个实施例中，所述分离定量单元还包括与所述定量腔同侧设置的第五微流道和/或第六微流道；
所述第五微流道自与所述定量腔连接后向靠近于所述旋转中心的方向延伸并与所述第三渗透孔连接；
所述第六微流道的两端分别与所述定量腔和所述第二废液腔连接。
在其中一个实施例中，所述微流控芯片还具有透气微流道，所述透气微流道与所述定量腔同侧设置且与所述定量腔通过同侧设置的第七微流道连通，所述透气微流道上设有开口于所述第一表面和/或第二表面的第三透气孔，所述透气微流道较所述定量腔更靠近于所述旋转中心。
在其中一个实施例中，所述透气微流道环绕所述旋转中心设置，所述分离定量单元位于所述透气微流道的外侧。
在其中一个实施例中，所述微流控芯片包括芯片本体和覆盖在所述芯片本体两侧表面上的盖膜；
所述加样腔、所述定量腔、所述第二废液腔和所述第一废液腔设于所述芯片本体一侧的表面上，所述第一微流道设于所述芯片本体另一侧的表面上，所述第一渗透孔、所述第二渗透孔和所述第三渗透孔均贯穿所述芯片本体且均开口于所述芯片本体两侧的表面上，所述芯片本体与两侧的所述盖膜配合形成所述微流控芯片的各腔和流道结构。
在其中一个实施例中，所述盖膜为透明压敏胶薄膜。
一种体外检测装置，包括上述任一实施例所述的微流控芯片和检测机构，所述检测机构用于检测所述定量腔内的样本。
在其中一个实施例中，所述检测机构为干化学试纸，所述检测机构与所述定量腔连通。
在其中一个实施例中，所述干化学试纸包括支撑层和在所述支撑层上依次层叠设置的反应指示层和扩散层，所述反应指示层中含有能够与待测样本中目标物质反应的反应试剂和指示试剂，所述扩散层通过其进样口与所述定量腔连通。
在其中一个实施例中，所述微流控芯片围绕各所述分离定量单元设有安装槽，所述检测机构镶嵌在各所述安装槽中。
上述微流控芯片通过设计加样腔、第一渗透孔、第一微流道、分离定量单元、第二渗透孔和第一废液腔，其中，加样腔、第一渗透孔、第一微流道、分离定量单元、第二渗透孔和第一废液腔等构成连通器的结构。在向加样腔中加入样本溶液后，通过旋转离心，样本溶液经第一渗透孔进入第一微流道，并在第一微流道的分流作用下进入分离定量单元的第三渗透孔和与第一废液腔连通的第二渗透孔，并最终进入分离定量单元和第一废液腔中，样本溶液在离心作用下会依次将分离定量单元的第二废液腔和定量腔填满，通过离心可进一步将血细胞等固体废物离心沉积至与定量腔连通的第二废液腔中，多余的样本溶液进入第一废液腔中，通过观察第一废液腔中是否有液体即可判断定量腔是否装满液体。
该微流控芯片在加入样本溶液后只需要一次离心就可以实现样本溶液中杂质和目标检测液的分离和定量，无需过多的离心操作，因而操作简便，需要等待的时间短，样本处理的效率显著提高。
进一步，该微流控芯片还设计有包括出液毛细流道，出液毛细流道与定量腔连通，出液毛细流道自与定量腔连接后向靠近旋转中心的方向延伸并弯折后向远离旋转中心的方向延伸，并在末端设有用于与检测机构连通的出液渗透孔，出液毛细流道的弯折顶点位置距离旋转中心的距离小于定量腔整体距离旋转中心的距离，这样在离心处理时，因离心力大于毛细管的毛吸力，样本溶液不会突破出液毛细流道的弯折位置，出液毛细流道就可以起到“阀门”的作用将样本溶液关闭在定量腔中不流出；后续离心结束后，出液毛细流道中的液体在毛吸力的作用下，沿出液毛细流道向前运动，“阀门”开启，液体继续流动到达出液渗透孔后，可以自渗透孔渗出。优选的，可以配合低速离心，在虹吸作用下，液体不断自出液渗透孔渗出至检测机构上以实现对样本的检测。
通过出液毛细流道来作为控制样本与检测机构接触反应的阀门，可以代替传统的水溶性膜或阀门等延时打开机构，使进样检测过程更加稳定可靠，同时简化了芯片组装工艺，更易于制作，有利于降低生产成本。
附图说明
图1、图2和图3分别为本发明一实施例的微流控芯片的正面、反面和侧面结构示意图。
图4-1、图4-2、图4-3、图4-4、图4-5、图4-6、图4-7、图4-8为微流控芯片实现对样本溶液的分离定量和检测流程示意，图4-2-1、图4-7-1为局部放大示意图。
附图标记说明：
10：微流控芯片，101：第一表面，102：第二表面，103：旋转中心，104：芯片本体，105：盖膜，106：安装部，11：加样腔，111：加样孔，112：第一透气孔，12：第一渗透孔，13：第一微流道，14：分离定量单元，141：第三渗透孔，142：定量腔，143：第二废液腔，144：出液毛细流道，144a、144b和144c分别为出液毛细流道的不同位置段，145：出液渗透孔，146：第五微流道，147：第六微流道，15：第二渗透孔，16：第一废液腔，161：第二透气孔，162：缓冲部，17：第二微流道，18：第三微流道，19：第四微流道，20：透气微流道，201：第三透气孔，21：第七微流道，22：安装槽。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/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。
请结合图1、图2和图3，本发明一实施例提供了一种微流控芯片10，其具有加样腔11、第一渗透孔12、第一微流道13、分离定量单元14、第二渗透孔15和第一废液腔16。
该微流控芯片10具有相对的第一表面101和第二表面102。加样腔11具有加样孔111。加样孔111优选开口于第一表面101。样本溶液可自加样孔111加入至加样腔11中。
分离定量单元14具有第三渗透孔141、定量腔142和第二废液腔143。加样腔11、定量腔142、第二废液腔143和第一废液腔16设置在微流控芯片10的靠近于第一表面101的一侧，第一微流道13设置在微流控芯片10的靠近于第二表面102的另一侧，第一渗透孔12、第二渗透孔15和第三渗透孔141的两端均分别靠近于第一表面101和第二表面102。
在本实施例中，加样腔11通过第一渗透孔12与第一微流道13连通。第一微流道13通过第三渗透孔141与定量腔142连通。定量腔142与第二废液腔143连通。第一微流道13还通过第二渗透孔15与第一废液腔16连通。
该微流控芯片10具有旋转中心103。在转动离心时，微流控芯片10以该旋转中心103为圆心转动。第二废液腔143较定量腔142远离旋转中心103。第二渗透孔15与第一微流道13的连接位置较第三渗透孔141与第一微流道13的连接位置更靠近于第一微流道13的末端，第一微流道13的头端即与第一渗透孔12连接的一端。
通过设计具有上述结构的微流控芯片10，可以一次离心即可对样本溶液进行分离和定量，操作简单，有利于提高对样本溶液的分离和定量的效率。
在一个具体示例中，第一微流道13自与第一渗透孔12连接后环绕旋转中心103延伸并在末端向远离旋转中心103的方向延伸以与第二渗透孔15连接。在该具体示例中，分离定量单元14有多个，多个分离定量单元14中的多个第三渗透孔141沿第一微流道13间隔分布。通过设置多个分离定量单元14，可以实现对样本溶液的多次分离定量，可以用于对同一指标进行多次重复检测，以保证检测结果的准确性，或者对多个不同指标进行检测，以全面反映样本溶液的各项指标。具有多个分离定量单元14的微流控芯片10的集成度高，可显著提高单次检测通量。
在一个具体示例中，第一渗透孔12、第二渗透孔15和第三渗透孔141的延伸方向均垂直于微流控芯片10的盘面。进一步，例如在图示的具体示例中，第三渗透孔141的靠近于第二表面102的一端开口于第一微流道13中。优选地，多个第三渗透孔141及与之对应的多个分离定量单元14沿第一微流道13均匀分布，以保证在离心操作时的各部分的稳定性，提高样本溶液的分离和定量的效果。
在一个具体示例中，第三渗透孔141的靠近第一表面101的一端与旋转中心103之间的距离不大于定量腔142整体距离旋转中心103的距离，这样可以有效保证在离心时，样本溶液经由第三渗透孔141顺利进入定量腔142中，避免液体回流。
进一步，第三渗透孔141的靠近第一表面101的一端较之第一废液腔16与第二渗透孔15的连接位置更靠近于旋转中心103，这样可以有效防止样本溶液先进入第一废液腔16而导致定量腔142未装满样本溶液的情况发生，保证只有多余的样本溶液才会进入第一废液腔16中。
更进一步，第一废液腔16较第二渗透孔15与第一微流道13的连接位置更远离于旋转中心103，可以有效保证多余的样本溶液进入第一废液腔16中，避免液体回流，影响检测结果。
在一个具体示例中，加样腔11环绕旋转中心103设置，加样腔11的一端设有加样孔111，另一端与通过同侧设置的第二微流道17与第一渗透孔12连接。本文所述的“环绕”可成封闭环或不成封闭环，例如可以环绕呈角度大于180°的扇形。在图示的具体示例中，加样腔11自设有加样孔111的一端向另一端逐渐变宽，以使加入的加样溶液顺利流至第二微流道17处。
进一步，加样腔11在与第二微流道17连接的一端设有开口于第一表面101和/或第二表面102的第一透气孔112。第一透气孔112较加样腔11与第二微流道17的连接位置更靠近于旋转中心103且第一透气孔112与旋转中心103的距离不大于加样孔111距离旋转中心103的距离。通过设置第一透气孔112，在向加样腔11中加入样本溶液时，可以及时将气体导出，便于样本溶液的加入。
更进一步，第二微流道17自与加样腔11连接后逐渐向远离旋转中心103的方向延伸并经迂回弯折后继续向逐渐远离旋转中心103的方向延伸以与第一渗透孔12连接。第二微流道17弯折设置，可以让加样腔11中流出的液体在进入第二微流道17过程中起到缓冲的目的。
在一个具体示例中，第一废液腔16呈环状环绕旋转中心103设置，整个第一废液腔16的体积保证足够大，以充分容纳多余的样本溶液。
进一步，例如在图示的具体示例中，第二渗透孔15通过与第一废液腔16同侧设置的第三微流道18与第一废液腔16连接，第二渗透孔15与第三微流道18的连接位置较第一废液腔16更靠近于旋转中心103。
更进一步，第一废液腔16还通过第四微流道19与第二透气孔161连接。第二透气孔161较第一废液腔16更靠近于旋转中心103，第四微流道19和第二透气孔161均与第一废液腔16同侧设置且第二透气孔161开口于第一表面101和/或第二表面102。通过设置第二透气孔161，可以及时将第一废液腔16中的空气排出，保证多余的样本溶液顺利进入第一废液腔16中。
可选地，例如在图示的具体示例中，第一废液腔16在其环状的主体部分的内侧设有朝向旋转中心103方向延伸的增宽的缓冲部162，第三微流道18和第四微流道19均与第一废液腔16的缓冲部162连接。通过设置增宽的缓冲部162，可以防止液体进入到第四微流道19中堵住第四微流道19而造成透气不及时的问题，并可以进一步便于液体经由第三微流道18进入第一废液腔16中。
在一个具体示例中，分离定量单元14还包括与定量腔142同侧设置的出液毛细流道144。出液毛细流道144自与定量腔142连接后向靠近旋转中心103的方向(可以是各逐渐靠近旋转中心103的方向，例如可以是但不限于朝向旋转中心103的径向)延伸并弯折后向远离旋转中心103的方向(可以是各逐渐远离旋转中心103的方向，例如可以是但不限于背离旋转中心103的径向)延伸，并在末端设有用于与检测机构连通的出液渗透孔145。出液渗透孔145开口于第二表面102。出液毛细流道144的弯折顶点位置距离旋转中心103的距离小于定量腔142整体距离旋转中心103的距离且小于第三渗透孔141的靠近第一表面101的一端距离旋转中心103的距离。这样在离心的时候，将杂质分离后的样本溶液随出液毛细流道144流动，但由于离心力的作用大于毛吸力，样本溶液不会流至出液毛细流道144的弯折顶点位置，因而在离心分离样本溶液时，出液毛细流道144就可以起到阀门的作用，在样本溶液分离和定量的时候达到关闭的效果。
进一步，在图示的具体示例中，分离定量单元14还包括与定量腔142同侧设置的第五微流道146和第六微流道147。第五微流道146自与定量腔142连接后向靠近于旋转中心103的方向延伸并与第三渗透孔141连接。第六微流道147的两端分别与定量腔142和第二废液腔143连接。可理解，在其他具体示例中，该分离定量单元14也可以没有第五微流道146和/或第六微流道147。
本文所述的毛细流道是比微流道尺寸(例如宽度和/或深度)更小的流道结构。在一个具体示例中，出液毛细流道144呈V字形状，其折弯部分靠近于旋转中心103。优选地，出液毛细流道144的宽度为0.1mm～0.2mm，深度为0.1mm～0.2mm；或者出液毛细流道144的宽度为0.2mm～0.5mm，深度为0.2mm～0.5mm。当出液毛细流道144的宽度为0.1mm～0.2mm，深度为0.1mm～0.2mm时无需进行表面处理，当出液毛细流道144的宽度为0.2mm～0.5mm，深度为0.2mm～0.5mm时，出液毛细流道144的流道壁优选经PEG4000等惰性物质表面处理。进一步优选地，出液毛细流道144的宽度为0.2mm，深度也为0.2mm。出液毛细流道144在样本溶液进入后，使样本溶液可以借由毛细作用流动至其另一端。更进一步优选地，出液毛细流道144在不同的段有不同的尺寸，例如出液毛细流道144在折弯部位的宽度为0.2mm，深度也为0.2mm，其他部位的宽度为0.5mm，深度也为0.2mm，以便于液体流动和在局部形成虹吸和毛细作用。
所述PEG4000表面处理可以是但不限于将1wt％的PEG4000溶液加入到毛细流道中，自然干燥后形成。PEG4000表面处理有利于增加毛细流道的毛细作用力，并且PEG4000在反应体系中属于惰性物质，一般不会与样本和检测试剂等起反应，因而不会影响检测结果。
在一个具体示例中，该微流控芯片10还具有透气微流道20。透气微流道20与定量腔142同侧设置且与定量腔142通过同侧设置的第七微流道21连通。透气微流道20上设有开口于第一表面101和/或第二表面102的第三透气孔201。透气微流道20较定量腔142更靠近于旋转中心103。通过设置透气微流道20，可以及时将各分离定量单元14中的空气排出，保证样本溶液顺利进入分离定量单元14中。
可选地，例如在图示的具体示例中，透气微流道20环绕旋转中心103设置，分离定量单元14位于透气微流道20的外侧。优选地，第三透气孔201有多个，多个第三透气孔201绕透气微流道20分布，可以分布在透气微流道20的两端，也可以分布在透气微流道20的中部，或者同时分布于两端与中部。通过设置多个第三透气孔201，与多个分离定量单元14相配合，可以及时将各分离定量单元14中的空气排出，便于样本溶液的导入。
在一个具体示例中，如图3所示，微流控芯片10包括芯片本体104和覆盖在芯片本体104两侧表面上的盖膜105。
加样腔11、定量腔142、第二废液腔143和第一废液腔16设于芯片本体104一侧的表面上，第一微流道13设于芯片本体104另一侧的表面上，第一渗透孔12、第二渗透孔15和第三渗透孔141均贯穿芯片本体104且均开口于芯片本体104两侧的表面上。
芯片本体104与两侧的盖膜105配合形成微流控芯片10的各腔和流道结构。具体地，各腔和流道结构的沟槽等均预形成在芯片本体104上，后续通过盖膜12覆盖并密封在芯片本体104的正面即可形成完成对腔和流道结构的封装，形成完整的腔流道结构。
盖膜105可以是但不限于透明胶带或者透明压敏胶等，其与芯片本体104配合构成整个微流控芯片10，装配简单，无需使用复杂、昂贵的超声焊接技术，直接粘接即可，可以显著降低制作成本。可理解，在其他具体示例中，微流控芯片10也可以采用成本较高的超声焊接技术焊接形成，或者采用3D打印技术一体成型。
该微流控芯片10的中部还设有安装部106。安装部106的中心即微流控芯片10的旋转中心103。
本发明还提供了一实施例的体外检测装置，其包括上述任一具体示例中的微流控芯片10和检测机构，检测机构用于检测定量腔142内的样本。
在一个具体示例中，检测机构为干化学试纸。检测机构与定量腔142连通。
更具体地，该干化学试纸可以包括支撑层和在支撑层上依次层叠设置的反应指示层和扩散层，反应指示层中含有能够与待测样本中目标物质反应的反应试剂和指示试剂，扩散层通过进样口与定量腔142连通，例如可以是但不限于通过进样口与出液渗透孔145连通。反应试剂和指示试剂可以位于同一层，也可以分别设于不同子层中。可理解，在其他具体示例中，检测机构也不限于干化学试纸，也可以是各类其他试纸条或者反应器等。
在一个具体示例中，微流控芯片10围绕各分离定量单元14设有安装槽22，检测机构镶嵌在各安装槽22中。
在向加样腔11中加入样本溶液后，通过旋转离心，样本溶液经第一渗透孔12进入第一微流道13，并在第一微流道13的分流作用下进入分离定量单元14的第三渗透孔141和与第一废液腔16连通的第二渗透孔15，并最终进入分离定量单元14和第一废液腔16中，样本溶液在离心作用下会依次将分离定量单元14的第二废液腔143和定量腔142填满，通过离心可进一步将血细胞等固体废物离心沉积至与定量腔142连通的第二废液腔143中，多余的样本溶液进入第一废液腔16中，通过观察第一废液腔16中是否有液体即可判断定量腔142是否装满液体。因而，该微流控芯片10在加入样本溶液后只需要一次离心就可以实现样本溶液中杂质和目标检测液的分离和定量，无需过多的离心操作，因而操作简便，需要等待的时间短，样本处理的效率显著提高。
进一步，通过出液毛细流道144来作为控制样本与检测机构接触反应的阀门，可以代替传统的水溶性膜或阀门等延时打开机构，使进样检测过程更加稳定可靠，同时简化了芯片组装工艺，更易于制作，有利于降低生产成本。
具体地，以图1所示的具体微流控芯片10为例，在样本溶液的杂质分离和待测溶液定量时，流程可参考但不限于如下：
如图4-1所示，将一定量的样本溶液自加样孔111加入至加样腔11中，加样腔11中的空气可自第一透气孔112排出。加完样本溶液后，将微流控芯片10通过其安装部106安装在具有转动离心功能的仪器中，开启仪器，将微流控芯片10以不限于4000-6000rpm的转速离心转动。
如图4-2所示，在离心力的作用下，样本溶液开始流动，从加样腔11的一端流动至另一端，并经第二微流道17进入第一渗透孔12中。请结合图4-3，进入第一渗透孔12中的样本溶液从靠近微流控芯片10的第一表面101的一侧流入至靠近第二表面102一侧的第一微流道13中，并在第一微流道13中实现分流，样本溶液分别经第三渗透孔141进入第五微流道146，并最终流入定量腔142和第二废液腔143中，原分离定量单元14中的空气经由第七微流道21进入透气微流道20中并从第三透气孔201排出。
请结合图4-2-1，当样本溶液填充满定量腔142和第二废液腔143后，部分样本溶液会进入出液毛细流道144的144a段，并在出液毛细流道144中流动，但在快速离心的作用下，由于出液毛细流道144的弯折顶点位置144b较之第三渗透孔141与第五微流道146的连接位置更靠近于旋转中心103，进入出液毛细流道144的144a段的样本溶液在达到相应的高度(跟第三渗透孔141与第五微流道146的连接位置距离旋转中心相同距离处)即停止流动，因而，样本溶液不会上升至出液毛细流道144的弯折顶点位置144b，也不会在出液毛细流道144中形成虹吸效应而越过144b进入148c段，至此，即完成对样本溶液的定量。出液毛细流道144在此时可以起到阀门的作用。
如图4-4和4-5所示，随着离心的进行，样本溶液不断填满各分离定量单元14，并进入第二渗透孔15中。
如图4-6所示，进入第二渗透孔15中的样本溶液，经由与第一废液腔16连接的第三微流道18进入第一废液腔16中。
如图4-7及图4-7-1所示，继续离心，在定量分离单元14中的样本溶液会在离心力的作用实现固体杂质(如全血样本中的血细胞)与上清(如全血样本中的血清和血浆)的分离，固定杂质最终进入第二废液腔143中，这样就实现了样本溶液中杂质与待测溶液的分离。
该微流控芯片10在样本溶液的杂质与待测溶液的分离和待测溶液的定量过程只需要一次离心操作就可，通过出液毛细流道144的阀门作用，在样本溶液的分离和定量时，可以将样本溶液关闭在定量腔142和第二废液腔143中而不流出。
在检测时，可参考但不限于如下流程：
如图4-8所示，当待测溶液定量结束后，停止离心，出液毛细流道144中的待测溶液在毛吸力的作用下，不断前进，并越过最高点144b进入出液毛细流道144的144c段，最后到达出液渗透孔145。此时，可以开启低速离心，如以1000-2500rpm的转速转动，在虹吸作用下，配合离心作用，定量在定量腔142中的待测溶液不断经由出液渗透孔145渗出至检测机构中，进行生化反应被检测。
该微流控芯片10是通过出液毛细流道144来作为控制样本与检测机构接触反应的阀门，可以代替传统的水溶性膜或阀门等延时打开机构，使进样检测过程更加稳定可靠，同时简化了芯片组装工艺，有利于降低生产成本。
以上所述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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (18)
1.一种微流控芯片，其特征在于，具有加样腔、第一渗透孔、第一微流道、分离定量单元、第二渗透孔和第一废液腔；所述加样腔具有加样孔；所述分离定量单元具有第三渗透孔、定量腔和第二废液腔；所述微流控芯片具有相对的第一表面和第二表面；所述加样腔、所述定量腔、所述第二废液腔和所述第一废液腔设置在所述微流控芯片的靠近于所述第一表面的一侧，所述第一微流道设置在所述微流控芯片的靠近于所述第二表面的另一侧，所述第一渗透孔、所述第二渗透孔和所述第三渗透孔的两端均分别靠近于所述第一表面和所述第二表面；
所述加样腔通过所述第一渗透孔与所述第一微流道连通，所述第一微流道通过所述第三渗透孔与所述定量腔连通，所述定量腔与所述第二废液腔连通，所述第一微流道还通过所述第二渗透孔与所述第一废液腔连通；
所述微流控芯片具有旋转中心，所述第二废液腔较所述定量腔远离所述旋转中心，所述第二渗透孔与所述第一微流道的连接位置较所述第三渗透孔与所述第一微流道的连接位置更靠近于所述第一微流道的末端。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一微流道自与所述第一渗透孔连接后环绕所述旋转中心延伸并在末端向远离所述旋转中心的方向延伸以与所述第二渗透孔连接，所述分离定量单元有多个，多个所述分离定量单元中的多个所述第三渗透孔沿所述第一微流道分布。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三渗透孔的一端开口于所述第一微流道中。
4.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端与所述旋转中心之间的距离不大于所述定量腔整体距离所述旋转中心的距离；和/或
所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端较之所述第一废液腔与所述第二渗透孔的连接位置更靠近于所述旋转中心；和/或
所述第一废液腔较所述第二渗透孔与所述第一微流道的连接位置更远离于所述旋转中心。
5.如权利要求1～4中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述加样腔环绕所述旋转中心设置，所述加样腔的一端设有所述加样孔，另一端与通过同侧设置的第二微流道与所述第一渗透孔连接。
6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述加样腔在与所述第二微流道连接的一端设有开口于所述第一表面和/或所述第二表面的第一透气孔，所述第一透气孔较所述加样腔与所述第二微流道的连接位置更靠近于所述旋转中心且所述第一透气孔与所述旋转中心的距离不大于所述加样孔距离所述旋转中心的距离；和/或
所述第二微流道自与所述加样腔连接后逐渐向远离所述旋转中心的方向延伸并经迂回弯折后继续向逐渐远离所述旋转中心的方向延伸以与所述第一渗透孔连接。
7.如权利要求1～4及6中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一废液腔呈环状环绕所述旋转中心设置；和/或
所述第二渗透孔通过与所述第一废液腔同侧设置的第三微流道与所述第一废液腔连接，所述第二渗透孔与所述第三微流道的连接位置较所述第一废液腔更靠近于所述旋转中心；和/或
所述第一废液腔还通过第四微流道与第二透气孔连接，所述第二透气孔较所述第一废液腔更靠近于所述旋转中心，所述第四微流道和所述第二透气孔均与所述第一废液腔同侧设置且所述第二透气孔开口于所述第一表面和/或所述第二表面。
8.如权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一废液腔在其环状的主体部分的内侧设有朝向所述旋转中心方向延伸的增宽的缓冲部，所述第三微流道和所述第四微流道均与所述第一废液腔的所述缓冲部连接。
9.如权利要求1～4、6及8中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离定量单元还包括与所述定量腔同侧设置的出液毛细流道，所述出液毛细流道自与所述定量腔连接后向靠近所述旋转中心的方向延伸并弯折后向远离所述旋转中心的方向延伸，并在末端设有用于与检测机构连通的出液渗透孔，所述出液渗透孔开口于所述第二表面；
所述出液毛细流道的弯折顶点位置距离所述旋转中心的距离小于所述定量腔整体距离所述旋转中心的距离且小于所述第三渗透孔的靠近所述第一表面的一端距离所述旋转中心的距离。
10.如权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，所述分离定量单元还包括与所述定量腔同侧设置的第五微流道和/或第六微流道；
所述第五微流道自与所述定量腔连接后向靠近于所述旋转中心的方向延伸并与所述第三渗透孔连接；
所述第六微流道的两端分别与所述定量腔和所述第二废液腔连接。
11.如权利要求1～4、6、8及10中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还具有透气微流道，所述透气微流道与所述定量腔同侧设置且与所述定量腔通过同侧设置的第七微流道连通，所述透气微流道上设有开口于所述第一表面和/或所述第二表面的第三透气孔，所述透气微流道较所述定量腔更靠近于所述旋转中心。
12.如权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述透气微流道环绕所述旋转中心设置，所述分离定量单元位于所述透气微流道的外侧。
13.如权利要求1～4、6、8、10及12中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括芯片本体和覆盖在所述芯片本体两侧表面上的盖膜；
所述加样腔、所述定量腔、所述第二废液腔和所述第一废液腔设于所述芯片本体一侧的表面上，所述第一微流道设于所述芯片本体另一侧的表面上，所述第一渗透孔、所述第二渗透孔和所述第三渗透孔均贯穿所述芯片本体且均开口于所述芯片本体两侧的表面上，所述芯片本体与两侧的所述盖膜配合形成所述微流控芯片的各腔和流道结构。
14.如权利要求13所述的微流控芯片，其特征在于，所述盖膜为透明压敏胶薄膜。
15.一种体外检测装置，其特征在于，包括如权利要求1～14中任一项所述的微流控芯片和检测机构，所述检测机构用于检测所述定量腔内的样本。
16.如权利要求15所述的体外检测装置，其特征在于，所述检测机构为干化学试纸，所述检测机构与所述定量腔连通。
17.如权利要求16所述的体外检测装置，其特征在于，所述干化学试纸包括支撑层和在所述支撑层上依次层叠设置的反应指示层和扩散层，所述反应指示层中含有能够与待测样本中目标物质反应的反应试剂和指示试剂，所述扩散层通过其进样口与所述定量腔连通。
18.如权利要求15～17中任一项所述的体外检测装置，其特征在于，所述微流控芯片围绕各所述分离定量单元设有安装槽，所述检测机构镶嵌在各所述安装槽中。
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