CN110987916B - 一种微流控芯片及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微流控芯片，包括：上微流通道层(1)、主体通道层(2)、下微流通道层(3)、上窗口层4以及下窗口层5；主体通道层(2)设置于上微流通道层(1)与下微流通道层(3)之间，上窗口层4设置于上微流通道层1的上方，下窗口层5设置于下微流通道层3的下方；上微流通道层(1)包括出样微流通道(11)；主体通道层(2)包括进样通道(21)、反应腔室(22)、出样通道(23)以及废液通道(24)；下微流通道层(3)包括进样微流通道(31)以及废液微流通道(32)。

Description

一种微流控芯片及其检测方法
技术领域
本发明涉及微流控芯片制备技术，荧光显色反应和金属纳米颗粒变色反应领域，具体涉及一种微流控芯片及其检测方法。
背景技术
显色反应广泛应用于各研究领域，包括但不限于生化传感，化学合成，物理光谱学检测。其中在液体环境下发生的显色反应可简称为液相显色反应。液相显色反应在生化传感领域有着重大应用，例如酶联免疫吸附测定(ELASA)和免疫胶体金技术均为在液体环境下所发生的显色反应。通过对液体的颜色变化的检测，可获得相应的生物学信息。
现有常用ELASA检测需要用到酶标板，其中96孔酶标板单孔容积约为100μL；现有常用免疫胶体金技术检测需要用到比色皿，其中狭缝比色皿容积约为700μL。传统液体容器所需液体体积较大，对样品消耗量较大。其次，生化反应过程存在清洗过程，例如ELASA过程中需要洗版、拍板等操作去除每个步骤所残留未反应物；胶体金技术检测所用比色皿也需要在每次使用之后清洗。这些清洗过程仅仅只用液体溶解、稀释方式，无法彻底去除物理吸附残留，会为后续测试带来一定影响。在检测单元数方面，用ELASA酶标板可以实现多单元同时检测，但酶标板体积较大，需要体积较大的检测设备；使用比色皿则只能单次检测，检测效率较低。这些较大型的检测设备降低了检测技术的便携性和广泛使用的可能性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种微流控芯片及其检测方法，用于至少解决单次检测所需样品体积过多、单次单对象检测导致的检测效率低以及进液过程中产生气泡的问题。
(二)技术方案
本发明提供一种微流控芯片，包括：上微流通道层1、主体通道层2、下微流通道层3、上窗口层4以及下窗口层5；主体通道层2设置于上微流通道层1与下微流通道层3之间，上窗口层4设置于上微流通道层1的上方，下窗口层5设置于下微流通道层3的下方；上微流通道层1包括出样微流通道11；主体通道层2包括至少一个的进样通道21、至少一个的反应腔室22、至少一个的出样通道23以及至少一个的废液通道24；下微流通道层3包括进样微流通道31以及废液微流通道32；反应腔室22的第一端与进样通道21通过进样微流通道31连通，第二端与出样通道23通过出样微流通道11连通；出样通道23与废液通道24通过废液微流通道32连通；主体通道层2上设置有第一进样通道孔25以及第一废液通道孔26；进样通道21与第一进样通道孔25连通；废液通道24与第一废液通道孔26连通。
可选地，反应腔室22的直径范围为0.8mm-1.2mm，反应腔室22的高度范围为9mm-11mm；进样通道21、出样通道23以及废液通道24的直径范围为0.4mm-0.6mm。
可选地，微流控芯片还包括出样管道6，出样管道6与出样通道23连通。
可选地，微流控芯片还包括进样器7；进样器7与进样通道21连通。
可选地，上微流通道层1与主体通道层2之间设置有第一反应腔室孔12以及第一出样通道孔13，出样微流通道11通过第一反应腔室孔12与反应腔室22连通，通过第一出样通道孔13与出样通道23连通。
可选地，下微流通道层3与主体通道层2之间还设置有第二进样通道孔33、第二反应腔室孔34、第二出样通道孔35、以及第二废液通道孔36；进样微流通道31通过第二进样通道孔33与进样通道21连通，通过第二反应腔室孔34与反应腔室22连通；废液微流通道32通过第二出样通道孔35与出样通道23连通，通过第二废液通道孔36与废液通道24连通。
可选地，出样微流通道11的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm；进样微流通道31以及废液微流通道32的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm。
可选地，上窗口层4以及下窗口层5均为透明硬质材料。
本发明还提供一种微流控芯片的检测方法，包括：S1、获得一预设范围体积的待检测液体，使待检测液体通过进样器7进入微流控芯片；S2、使待检测液体依次通过进样通道21与进样微流通道31至反应腔室22；S3、待反应腔室22充满待检测液体后，对待检测液体进行检测，得到实验数据；S4、使待检测液体依次通过出样微流通道11、出样通道23、废液微流通道32、废液通道24以及出样管道6排出微流控芯片。
可选地，步骤S1中，待检测液体为一种或多种液体。
(三)有益效果
本发明提出一种微流控芯片及其检测方法，有益效果为：
1、本发明提供的微流控芯片可制备在20×40mm大小的芯片上，该微流控芯片中还可设置4×8的反应腔室阵列，使得该芯片集成度高、提高了检测效率。
2、本发明提供的微流控芯片对样品消耗量少，单个检测单元所需样品用量不多于30μL。
3、本发明提供的微流控芯片采用在上微流通道层设置出样微流通道，在下微流通道层设置有进样微流通道和废液微流通道，这种自下而上的进样过程能够减少待检测液体进入该芯片气泡的产生；
4、本发明提供的微流控芯片中反应腔室高度范围为9mm-11mm，该高度使得测试仪器对反应腔室的待检测液体进行测试的实验精确度提高。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的整体结构图；
图2示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的整体结构主视图；
图3示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的主体通道层俯视图；
图4示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的上微流通道层俯视图；
图5示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的下微流通道层俯视图；
图6示意性示出了本发明实施例中检测方法流程图。
附图标记说明：1-上微流通道层；2-主体通道层；3-下微流通道层；4-上窗口层；5-下窗口层；6-出样管道；7-进样器；11-出样微流通道；12-第一反应腔室孔；13-第一出样通道孔；21-进样通道；22-反应腔室；23-出样通道；24-废液通道；25-第一进样通道孔；26-第一废液通道孔；31-进样微流通道；32-废液微流通道；33-第二进样通道孔；34-第二反应腔室孔；35-第二出样通道孔；36-第二废液通道孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参阅图1，图1示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的整体结构图；以及图2，图2示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的整体结构主视图。其中，上述微流控芯片包括：上微流通道层1、主体通道层2、下微流通道层3、上窗口层4以及下窗口层5；主体通道层2设置于上微流通道层1与下微流通道层3之间，上窗口层4设置于上微流通道层1的上方，下窗口层5设置于下微流通道层3的下方。
上微流通道层1包括出样微流通道11，该出样微流通道11的长度可相同或不同，具体的长度根据反应腔室22以及出样通道23调整，出样微流通道11的高度例如可以为70μm，宽度例如可以为500μm；
主体通道层2包括至少一个的进样通道21、至少一个的反应腔室22、至少一个的出样通道23以及至少一个的废液通道24；上述进样通道21、出样通道23以及废液通道24的直径范围为0.4mm-0.6mm；上述反应腔室22的直径范围为0.8mm-1.2mm，充分考虑到微流控芯片需要精确测量光吸收所需光程长度，因此反应腔室22的高度范围设置为9mm-11mm；上述至少一个的进样通道21、出样通道23、废液通道24以及反应腔室22在主体通道层2中分别组成四个阵列结构，且每一阵列结构均呈4×8排列。
主体通道层2上设置有第一进样通道孔25以及第一废液通道孔26；进样通道21与第一进样通道孔25连通；废液通道24与第一废液通道孔26连通。
本发明实施例中，上窗口层4以及下窗口层5均为透明硬质材料，并且该上窗口层4对主体通道层2中覆盖的区域包括至少一个的反应腔室22以及至少一个的出样通道23，下窗口层5对主体通道层2中覆盖的区域包括至少一个的进样通道21、至少一个的反应腔室22、至少一个的出样通道23以及至少一个的废液通道24。
从图1以及图2中还可知，上述微流控芯片还包括出样管道6以及进样器7。其中，该出样管道6通过第一废液通道孔26与废液通道24连通；进样器7通过第一进样通道孔25与进样通道21连通。
参阅图3，图3示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的主体通道层俯视图；以及参阅图4，图4示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的上微流通道层俯视图。上微流通道层1与主体通道层2之间设置有第一进样通道孔25、第一废液通道孔26、第一反应腔室孔12、第一出样通道孔13、第一出样通道孔13；出样微流通道11通过第一反应腔室孔12与反应腔室22连通，通过第一出样通道孔13与出样通道23连通；第一进样通道孔25、第一出样通道孔13以及第一废液通道孔26的直径范围均为0.4mm-0.6mm；充分考虑到检测过程中侧壁散射、反射对测试结果的干扰，再考虑到样品的消耗量因素，因此第一反应腔室孔12的直径范围设置为0.8mm-1.2mm。
下微流通道层3包括进样微流通道31以及废液微流通道32。
参阅图5，图5示意性示出了本发明实施例中微流控芯片的下微流通道层俯视图，以及结合图3。下微流通道层3与主体通道层2之间还设置有第二进样通道孔33、第二反应腔室孔34、第二出样通道孔35、以及第二废液通道孔36。进样微流通道31通过第二进样通道孔33与进样通道21连通，通过第二反应腔室孔34与反应腔室22连通；废液微流通道32通过第二出样通道孔35与出样通道23连通，通过第二废液通道孔36与废液通道24连通。并且，第二进样通道孔33、第二出样通道孔35以及第二废液通道孔36的直径范围均为0.4mm-0.6mm；第二反应腔室孔34的直径范围为0.8mm-1.2mm。
本发明实施例中，出样微流通道11的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm；进样微流通道31以及废液微流通道32的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm。本发明实施例中，上述反应腔室22与上述进样通道21通过进样微流通道31连通，还与出样通道23通过出样微流通道11连通；出样通道23与废液通道24通过废液微流通道32连通；进样通道21与上微流通道层1之间设有第一进样通道孔25，废液通道24与上微流通道层1之间设有第一废液通道孔26。
本发明实施例提供的微流控芯片，将待检测液体通过第一进样通道孔25进入进样通道21，再依次经过进样微流通道31、反应腔室22、出样微流通道11、出样通道23、废液微流通道32、废液通道24，最后从出样管道6中排除上述微流控芯片。液体在本发明实施例中的流通方式为自下而上，该方式与传统的进样为自上而下的流通方式相比可以显著的减少因通液而在微流控芯片中产生的气泡，并且，本发明实施例中液体的流通方式还可以保证检测稳定进行，不易污染实验台。
本发明实施例中，制备主体通道层2的材料例如可以为PDMS，且该主体通道层2例如可以通过硬质模具翻模而成；出样管道6例如可以为中空金属硬管或者塑料软管；进样器7例如可以为移液枪头或者医用针管，若为移液枪头，则该移液枪头的枪头体积最大为200μL，此时将移液枪头配合移液枪使用，定量吸取液相显色反应产物注入本发明实施例中的微流控芯片中，充分考虑到微流控芯片中上微流通道层1、主体通道层2、下微流通道层3、出样管道6以及进样器5中的液体消耗量，吸取不超过30μL的反应液体，该30μL的液体足够完全充满上述反应腔室22；制备上窗口层4以及下窗口层5的材料可选用玻璃、石英等透明硬质的薄片，上窗口层4以及下窗口层5的材料为玻璃时，在充分的考虑到微流控芯片所需要的机械强度和窗口层所需要的光吸收率后，该玻璃的厚度例如可以为170μm；
本发明还提供一种微流控芯片的检测方法，参阅图6，图6示意性示出了本发明实施例中检测方法流程图，其包括：
S1、获得一预设范围体积的待检测液体，使待检测液体通过进样器5进入微流控芯片。
使用移液枪吸取不同浓度标准品和检测样品的待检测液体，该检测液体例如可以为ELISA液相显色反应产物，吸取的体积例如可以为30μl，使该待检测液体通过进样器5进入微流控芯片。
S2、使待检测液体依次通过进样通道21与进样微流通道31至反应腔室22。
S3、待反应腔室22充满待检测液体后，对待检测液体进行检测，得到实验数据。
本实施例中例如可以使用光谱仪对至少一个的反应腔室22中的待检测液体进行检测，通过对光谱仪的数据进行分析，即可得到ELISA试剂盒在本次实验中的标准曲线，待检测样品的浓度可以通过标准曲线计算得到。
本发明实施例中，上述待检测液体例如可以为酶联免疫吸附实验(Enzyme LinkedImmunosorbent Assay，ELISA)中的反应产物，该反应产物具有在液相显色反应时能对颜色、光谱显色的性质，因此该反应产物包括荧光蛋白、胶体金颗粒，具体反应产物本发明实施例中不做具体限制。检测该待检测液体的仪器例如可以为光谱仪。
S4、使待检测液体依次通过出样微流通道1、出样通道23、废液微流通道32、废液通道24以及出样管道6排出微流控芯片。
本发明实施例中上述待检测液体通过反应腔室22后，依次经过出样微流通道11、出样通道23、废液微流通道32、废液通道24，最后通过出样管道6排出微流控芯片。
本发明实施例中提供的微流控芯片，可以检测一种或者同时检测多种液体，并且，上述微流控芯片尺寸大小为20mm×40mm，因此具有集成度高的特点；吸取的每一种待检测液体的体积不超过30μl，因此样品消耗量少；使用移液枪和移液枪头抽取或者吸入液体，使得操作简单，不易污染试验台的优点，可以为各种液相显色反应的检测提供一种便捷有效的微流控芯片。
本发明实施例中的待检测液体可以为一种或者多种液体。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微流控芯片，包括：上微流通道层（1）、主体通道层（2）、下微流通道层（3）、上窗口层（4）以及下窗口层（5）；所述主体通道层（2）设置于所述上微流通道层（1）与所述下微流通道层（3）之间，所述上窗口层（4）设置于所述上微流通道层（1）的上方，所述下窗口层（5）设置于所述下微流通道层（3）的下方；
所述上微流通道层（1）包括出样微流通道（11）；
所述主体通道层（2）包括至少一个的进样通道（21）、至少一个的反应腔室（22）、至少一个的出样通道（23）以及至少一个的废液通道（24）；
所述下微流通道层（3）包括进样微流通道（31）以及废液微流通道（32）；
所述反应腔室（22）的第一端与所述进样通道（21）通过所述进样微流通道（31）连通，第二端与所述出样通道（23）通过所述出样微流通道（11）连通；
所述出样通道（23）与所述废液通道（24）通过所述废液微流通道（32）连通；
所述主体通道层（2）上设置有第一进样通道孔（25）以及第一废液通道孔（26）；所述进样通道（21）与所述第一进样通道孔（25）连通；所述废液通道（24）与所述第一废液通道孔（26）连通；
其中，所述下微流通道层（3）与所述主体通道层（2）之间还设置有第二进样通道孔（33）、第二反应腔室孔（34）、第二出样通道孔（35）、以及第二废液通道孔（36）；
所述进样微流通道（31）通过所述第二进样通道孔（33）与所述进样通道（21）连通，通过所述第二反应腔室孔（34）与所述反应腔室（22）连通；
所述废液微流通道（32）通过所述第二出样通道孔（35）与所述出样通道（23）连通，通过所述第二废液通道孔（36）与所述废液通道（24）连通。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述反应腔室（22）的直径范围为0.8mm-1.2mm，所述反应腔室（22）的高度范围为9mm-11mm；所述进样通道（21）、所述出样通道（23）以及所述废液通道（24）的直径范围为0.4mm-0.6mm。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述微流控芯片还包括出样管道（6），所述出样管道（6）与所述废液通道（24）连通。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述微流控芯片还包括进样器（7）；所述进样器（7）与所述进样通道（21）连通。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述上微流通道层（1）与所述主体通道层（2）之间设置有第一反应腔室孔（12）以及第一出样通道孔（13），所述出样微流通道（11）通过所述第一反应腔室孔（12）与所述反应腔室（22）连通，通过所述第一出样通道孔（13）与所述出样通道（23）连通。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述出样微流通道（11）的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm；所述进样微流通道（31）以及所述废液微流通道（32）的直径范围为70μm-100μm、长度范围为200μm-500μm。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述上窗口层（4）以及下窗口层（5）均为透明硬质材料。
8.采用如权利要求1至7任意一项所述的微流控芯片的检测方法，包括：
S1、获得一预设范围体积的待检测液体，使所述待检测液体通过进样器（7）进入微流控芯片；
S2、使所述待检测液体依次通过多个进样通道（21）以及与所述多个进样通道（21）对应连接的多个进样微流通道（31）至与所述多个进样微流通道（31）对应连接的多个反应腔室（22）；
S3、待所述多个反应腔室（22）充满所述待检测液体后，对所述待检测液体进行检测，得到实验数据；
S4、使所述待检测液体依次分别通过多个出样微流通道（11）、多个出样通道（23）、多个废液微流通道（32）、多个废液通道（24）以及多个出样管道（6）排出所述微流控芯片。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述步骤S1中，所述待检测液体为一种或多种液体。
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