CN111013677A - 微流控芯片、检测装置以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种微流控芯片、检测装置以及检测方法，涉及微流控技术领域，包括：芯片底板，芯片底板上开设有检测流道和加样槽；检测流道内具有加样区、反应区和检测区，反应区位于加样区和检测区之间，加样槽与检测区连通。在上述技术方案中，检测样本与稀释液可以分别在测试的不同阶段加入到检测通道中，而不是如现有技术中那样全部一起加入到检测流道中。因此，检测样本不需要跟随稀释液等沿着检测流道流动，不需要在流动过程中溶解多种试剂后再流经检测区进行反应。所以，该检测过程只需要取1～5μl左右的检测样本即可完成样本的检测，而不需要30～300μl以上的检测样本，大大降低了检测样本的用量。

Description

微流控芯片、检测装置以及检测方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片、检测装置以及检测方法。

背景技术

微流控芯片在医学的应用主要体现在临床诊断，特别是在即时检测(point ofcare testing，POCT)领域有着显著的影响作用。即时检测，是指在采样现场立刻进行分析，省去了样本在实验室检验室的复杂处理过程，快速得到检验结果的一类新方法。

目前，采用微流控芯片进行即时检测时，需要检测样本的用量大概在30～300μl的范围内。虽然样本用量较低，但还是无法实现微量样本(例如1～5μl样本量)的定量检测，尤其是无法使用指尖血检测，故而难以应用于家用市场，制约了微流控芯片在医学应用上的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控芯片、检测装置以及检测方法，以解决现有技术中无法实现微量样本检测的技术问题。

本发明提供的一种微流控芯片，包括：

芯片底板，所述芯片底板上开设有检测流道和加样槽；所述检测流道内具有加样区、反应区和检测区，所述反应区位于所述加样区和所述检测区之间，所述加样槽与所述检测区连通。

进一步的，所述微流控芯片还包括：

芯片盖板，所述芯片盖板与所述芯片底板相对盖合；

所述芯片盖板上开设有第一加样孔和第二加样孔，所述第一加样孔与所述加样区对应，所述第二加样孔与所述加样槽对应。

进一步的，所述检测流道中位于所述反应区和所述检测区之间的流道段内设置有混合结构。

进一步的，所述反应区和/或所述检测区内设置有若干凸起。

进一步的，所述检测区的流入位置和/或流出位置设置有限流板，所述限流板与所述检测流道构成与所述检测区连通的曲折流道。

进一步的，所述芯片底板上还开设有废液流道，所述废液流道与所述检测区的流出位置连通。

进一步的，所述废液流道包括两条，两条所述废液流道沿着所述检测流道的流出方向延伸后分别在所述检测流道的两侧折返。

进一步的，所述芯片底板上还开设有连接流道，所述加样槽通过所述连接流道与所述检测区连通，所述连接流道的流道宽度小于所述加样槽的槽宽。

进一步的，所述加样槽至所述检测区的流动距离小于所述反应区至所述检测区的流动距离。

本发明还提供了一种检测装置，包括所述微流控芯片。

本发明还提供了一种检测方法，基于所述微流控芯片，或者基于所述检测装置，步骤如下：

将包被抗体包被在所述检测区内，将标记抗体固定在所述反应区内；

在所述加样槽内加入检测样本，使该检测样本进入所述检测区与所述包被抗体反应生成包被抗体-待测抗原复合物；

在所述加样区加入稀释液，使该稀释液流经所述反应区溶解所述标记抗体后流入所述检测区内与所述包被抗体-待测抗原复合物结合生成包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物。

在上述技术方案中，检测样本与稀释液可以分别在测试的不同阶段加入到检测通道中，而不是如现有技术中那样全部一起加入到检测流道中，而且，加入检测样本的加样槽设置在靠近检测区的位置。因此，检测样本不需要跟随稀释液等沿着检测流道流动，不需要在流动过程中溶解多种试剂后再流经检测区进行反应，检测样本加入后直接流到面积较小的固相检测区，减少了检测样本在检测流道中的残留。所以，该检测过程只需要取1～5μl左右的检测样本即可完成样本的检测，而不需要30～300μl以上的检测样本，大大降低了检测样本的用量，基于该微流控芯片可以使样本的检测更易在家用市场等进行推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的芯片底板的结构图；

图2为本发明一个实施例提供的芯片盖板的结构图；

图3为图1所示的芯片底板的局部放大图1；

图4为图1所示的芯片底板的局部放大图2；

图5为本发明一个实施例提供的包被抗体包被示意图；

图6为本发明一个实施例提供的标记抗体固定示意图；

图7为本发明一个实施例提供的检测样本参加反应示意图；

图8为本发明一个实施例提供的稀释液流经示意图；

图9为本发明一个实施例提供的标记抗体参加反应示意图；

图10为本发明一个实施例提供的检测方法的反应过程示意图。

附图标记：

1、芯片底板；2、芯片盖板；

3、包被抗体；4、待测抗原；

5、标记抗体；

6、包被抗体-待测抗原复合物；

7、包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物；

11、检测流道；12、加样槽；

13、废液流道；14、连接流道；

15、混合结构；16、凸起；

17、限流板；

111、加样区；112、反应区；

113、检测区；

151、挡板；171、曲折流道；

21、第一加样孔；22、第二加样孔；

23、排气孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

经过对现有技术中的样本检测产品的检测过程进行研究后发现，现有产品中例如荧光微流控芯片和荧光层板试纸条在内的检测装置中，芯片的流道宽度大概设置在约2～4mm左右，在进行样本检测时，所有样本都从流道一端的加样区111进行加样，样本沿着流道流动的过程中会溶解一种或多种试剂，然后再流经检测区113进行反应。因此，该过程中大概需要30～300μl以上的样本才能够顺利完成样本的检测，样本量相对较大，无法实现微量样本(例如1～5μl样本量)的定量检测。

另外，如果采用稀释液对样本稀释后再进行测试，虽然理论上可以降低样本的用量，实现少量样本的检测。但是稀释倍数过大后，会将待测抗原4的浓度极大降低，对灵敏度要求过高。该方式仅适合少量样本中浓度较高的指标，仍旧无法适合普通样本中待测抗原4浓度本就较低的检测试验。

所以，本发明为了能够实现微量样本的定量检测，即样本量在1～5μl左右或样本量大致在该量级范围的定量检测，故提供了如下的技术方案。

如图1、图3和图4所示，本实施例提供的一种微流控芯片，包括：

芯片底板1，所述芯片底板1上开设有检测流道11和加样槽12；所述检测流道11内具有加样区111、反应区112和检测区113，所述反应区112位于所述加样区111和所述检测区113之间，所述加样槽12与所述检测区113连通。

该芯片底板1上开设的检测通道内划分了加样区111、反应区112和检测区113，加样区111可以用来加入稀释液，反应区112可以用来保存标记抗体5，检测区113可以用来固定包被抗体3。该标记抗体5可以采用荧光标记物，从而当标记抗体5与检测样本中的待测抗原4结合后可以形成荧光信号。如图1所示，所述反应区112位于所述加样区111和所述检测区113之间，所以稀释液的流经过程是依次经过加样区111、反应区112和检测区113。芯片底板1可以使用透明或非透明材料加工而成，例如PMMA、PS、PC、石英、玻璃以及硅片等，在芯片底板1上的检测流道可以采用CNC、光刻、热压、注塑、吹塑、压印以及印刷等微加工方法中的一种或几种方式加工，加工出来的检测流道的流道深度可以在20～80um之间。

参考图3至图10所示，基于该检测流道11的具体结构，在图5中可以先将包被抗体3包被在所述检测区113内，在图6中可以将标记抗体5固定在所述反应区112内。此时，如图10所示，加样槽12可以设置在靠近检测区113的位置，例如，加样槽12至检测区113的流动距离小于反应区112至检测区113的流动距离。因此，可以在所述加样槽12内加入少量检测样本(例如1～5μl的血清或血清稀释液)，使该检测样本流过很短的距离即可流入到检测区113内，与该检测区113内预先包被的包被抗体3反应，并通过反应生成包被抗体-待测抗原复合物6，在此过程中，极大的减少了检测样本在检测流道内的残留，实现微量样本(例如1～5μl样本量)的定量检测。需要说明的是，对于加样槽12和检测区113的相对位置以及距离可以根据本领域技术人员的需求进行设置，在此不做限定。

同时，可以在所述加样区111加入稀释液，使该稀释液沿着检测流道11的流动轨迹流动(即图1中自左至右的方向)，首先流经所述反应区112，将预先固定在该反应区112内的标记抗体5溶解，然后继续沿着检测流道11的流动轨迹流动至检测区113，与该检测区113内生成的包被抗体-待测抗原复合物6相结合，进而生成包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物7。此时，多余的稀释液可以继续流经该检测区113，将未结合的标记抗体5以及游离复合物带走。

该检测过程中对检测样本、稀释液等的投放可以通过自驱动或外力驱动的方式进行控制，在毛细力、微泵驱动或其他作用力的作用下沿预定方向流动。可以利用双抗体夹心免疫检测原理在检测区形成检测信号(例如荧光信号)，从而通过该检测信号的强弱来计算检测样本中待测物质的含量或浓度。而为了对所述检测方法的技术方案进行清楚的描述，现通过如下具体实施例来说明。

实施例1微流控芯片中测试2μl血清中的AFP含量

本实施例首先做如下的试剂预埋准备：在芯片底板1上检测流道11的检测区113内包被固定0.2～0.5μg的AFP包被抗体3，在检测流道11的反应区112内固定真空干燥或37℃烘干标记抗体5；在芯片底板1上检测流道11的其他区域集成荧光试剂和其他需要的试剂；

基于以上的试验准备，抗原测试过程如下：

(1)将含有一定量AFP抗原的2μl样本，通过自驱动、微泵驱动或气压驱动等方式，驱动进微流控芯片的加样槽12中，使其进入到检测区113并与检测区113固定的AFP包被抗体3反应，样本中的待测试AFP抗原被检测区113的AFP包被抗体3固定下来；

(2)将一定量的稀释液，通过自驱动、微泵驱动或气压驱动等方式，驱动进微流控芯片的加样区111中；稀释液在沿着检测流道11流动的过程中，会将各试剂及标记抗体5溶解、混合，得到的混合物再一起通过检测区113；

(3)上述混合物中的荧光标记物-AFP抗体复合物在以一定的流速通过检测区113时，其中一部分与检测区113固定的AFP包被抗体3上结合的AFP抗原反应，并被固定下。

上述过程结束后，将微流控芯片插入检测仪器，检测仪器内的激发光照射到检测区113，将检测区113的荧光物质激发，产生荧光信号；通过测量荧光信号的强度，并与标准曲线对照，可以得到样本中待测AFP抗原的浓度。

综上所述，该检测过程中检测样本与稀释液可以分别在测试的不同阶段加入到检测通道中，而不是如现有技术中那样全部一起加入到检测流道11中。另外，稀释液直接加入加样区，而检测样本是通过加样槽直接加入检测区113，因此，检测样本不需要跟随稀释液等沿着检测流道11流动，不需要在流动过程中溶解多种试剂后再流经检测区113进行反应，在此过程中，极大的减少了检测样本在检测流道内的残留。所以，该检测过程只需要取1～5μl左右的检测样本即可完成样本的检测，而不需要30～300μl以上的检测样本，大大降低了检测样本的用量，基于该微流控芯片可以使样本的检测更易在家用市场等进行推广使用。

结合图2所示，所述微流控芯片还包括：芯片盖板2，所述芯片盖板2与所述芯片底板1相对盖合；所述芯片盖板2上开设有第一加样孔21和第二加样孔22，所述第一加样孔21与所述加样区111对应，所述第二加样孔22与所述加样槽12对应。

此时，芯片盖板2与芯片底板1相对盖合后便可以构成上述微流控芯片，所以在对包被抗体3和包被抗体3进行固定时均可以打开芯片盖板2进行，待进行试验时可以将芯片盖板2与芯片底板1相对盖合，从而构成密封的微流控芯片结构。

其中，该芯片盖板2可以采用透明材料加工，例如PMMA、PS、PC、PET、石英以及玻璃等。该芯片盖板2与芯片底板1相互盖合时可以采用胶粘、超声焊接以及激光焊接等方式加工，在此不做限定。实验过程中可以通过第一加样孔21和第二加样孔22分别加入稀释液和检测样本，使用起来更为方便和稳定。

继续参考图4所示，所述检测流道11中位于所述反应区112和所述检测区113之间的流道段内设置有混合结构15。该混合结构15具有对液体混合的作用，当稀释液流经反应区112将标记抗体5溶解后，随后会经过该混合结构15进行相互混合，提高反应效果。优选的，所述混合结构15包括至少一个挡板151，所述挡板151的高度小于所述流道段的深度。因此，当稀释液和标记抗体5等经过该挡板151时，会呈不断起伏的流体状，进而达到混合的效果。不仅如此，当经过该挡板151时还能够起到延时流动的作用，加长反应的时间，提高反应的效果。当然，该混合结构15不仅限于通过挡板151构成，其还可以设置为具有混合作用的其他结构，例如网孔结构等，本领域技术人员可以根据需求设置，在此不做赘述。

继续参考图3和图4所示，所述反应区112和/或所述检测区113内设置有若干凸起16。该凸起16结构利于标记抗体5或者包被抗体3的固定，即反应区112的凸起16可以增加该区域内可固定包被抗体3的表面积，从而提高包被抗体3的可固定量，同时，反应区112的凸起16也可以增加该区域内可固定标记抗体5的表面积，从而提高标记抗体5的可固定量。该凸起16可以为柱体的结构，也可以为其他形状结构，在整体结构上可以采用任意形状在反应区112或检测区113内分布，该分布结构可以根据本领域技术人员的需求进行设置，在此不作限定。

继续参考图3所示，所述检测区113的流入位置和/或流出位置设置有限流板17，所述限流板17与所述检测流道11构成与所述检测区113连通的曲折流道171。因此，当稀释液与标记抗体5等进行混合后的液体在进入检测区113之间，需要先经过该限流板17与检测流道11构成的曲折流道171，进而经过该曲折流道171曲折、缓慢的进入到检测区113，这有助于对液体进行点样控制，在一个实施方式中，多个限流板17可以沿着检测流道11的流动方向交错的与检测流道11的两侧流道壁连接，从而在多个限流板17未连接的一侧以及相邻限流板17之间构成该曲折流道171。其中，该曲折流道171的曲折程度可以根据本领域技术人员的需求进行设置，或者通过其他方式构成该曲折流道171，在此不做赘述。

继续参考图1所示，所述芯片底板1上还开设有废液流道13，所述废液流道13与所述检测区113的流出位置连通。此时，由上可知当包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物7生成后，多余的稀释液便可以继续流经该检测区113，进而进入到废液区，将未结合的标记抗体5以及游离复合物带入至该废液流道13。优选的，所述废液流道13包括两条，两条所述废液流道13沿着所述检测流道11的流出方向延伸后分别在所述检测流道11的两侧折返。因此，当稀释液经过检测区113后，可以带着未结合的标记抗体5以及游离复合物沿着检测区113的两侧分别进入到两条废液流道13内，液体的流动更为平衡和稳定。

继续参考图1和图2所示，所述芯片盖板2上还开设有至少一个排气孔23，所述排气孔23与所述检测流道11和/或所述废液流道13对应。该排气孔23能够与检测流道11或者废液流道13连通，从而将检测流道11或者废液流道13连通至大气，这可以保证检测通道内部的液体顺畅的流动，使检测试验能够顺利进行。该排气孔23的数量、孔径以及截面形状可以根据需求设定，在此不做限定。

进一步的，所述芯片底板1上还开设有连接流道14，所述加样槽12通过所述连接流道14与所述检测区113连通，所述连接流道14的流道宽度小于所述加样槽12的槽宽。此时，当检测样本从加样槽12内加入后，可以沿着连接流道14进入道检测区113。由于连接流道14的流道宽度小于加样槽12的槽宽，所以检测样本进入检测区113的速度可以受到连接流道14的限制，从而更加缓慢和稳定的进入到检测区113，在此过程中可以与检测区113内的包被抗体3均匀和稳定的形成反应。

本发明还提供了一种检测装置，包括所述微流控芯片。由于所述微流控芯片的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。所以，任何有关于所述微流控芯片的技术内容，均可参考前文的记载。

本发明还提供了一种检测方法，基于所述微流控芯片，或者基于所述检测装置，步骤如下：将包被抗体3包被在所述检测区113内，将标记抗体5固定在所述反应区112内；在所述加样槽12内加入检测样本，使该检测样本进入所述检测区113与所述包被抗体3反应生成包被抗体-待测抗原复合物6；在所述加样区111加入稀释液，使该稀释液流经所述反应区112溶解所述标记抗体5后流入所述检测区113内与所述包被抗体-待测抗原复合物6结合生成包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物7。因此，由于该检测方法中采用不同阶段投放包被抗体3、标记抗体5以及检测样本等，并使包被抗体3、标记抗体5以及检测样本在预定的阶段进行反应，从而能够大大降低检测样本的用量，该检测方式具体的技术内容可以参考前文的记载，在此便不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

芯片底板，所述芯片底板上开设有检测流道和加样槽；所述检测流道内具有加样区、反应区和检测区，所述反应区位于所述加样区和所述检测区之间，所述加样槽与所述检测区连通。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：

芯片盖板，所述芯片盖板与所述芯片底板相对盖合；

所述芯片盖板上开设有第一加样孔和第二加样孔，所述第一加样孔与所述加样区对应，所述第二加样孔与所述加样槽对应。

3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测流道中位于所述反应区和所述检测区之间的流道段内设置有混合结构。

4.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述反应区和/或所述检测区内设置有若干凸起。

5.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测区的流入位置和/或流出位置设置有限流板，所述限流板与所述检测流道构成与所述检测区连通的曲折流道。

6.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片底板上还开设有废液流道，所述废液流道与所述检测区的流出位置连通。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述废液流道包括两条，两条所述废液流道沿着所述检测流道的流出方向延伸后分别在所述检测流道的两侧折返。

8.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片底板上还开设有连接流道，所述加样槽通过所述连接流道与所述检测区连通，所述连接流道的流道宽度小于所述加样槽的槽宽。

9.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述加样槽至所述检测区的流动距离小于所述反应区至所述检测区的流动距离。

10.一种检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的微流控芯片。

11.一种检测方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的微流控芯片，或者基于权利要求10所述的检测装置，步骤如下：

将包被抗体包被在所述检测区内，将标记抗体固定在所述反应区内；

在所述加样槽内加入检测样本，使该检测样本进入所述检测区与所述包被抗体反应生成包被抗体-待测抗原复合物；

在所述加样区加入稀释液，使该稀释液流经所述反应区溶解所述标记抗体后流入所述检测区内与所述包被抗体-待测抗原复合物结合生成包被抗体-待测抗原-标记抗体复合物。

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