CN111229347A

CN111229347A - 一种模块化微流控检测芯片

Info

Publication number: CN111229347A
Application number: CN202010168738.4A
Authority: CN
Inventors: 周晓颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明涉及一种模块化微流控检测芯片，其具有分开设置的微通道模块和反应模块，所述反应模块可由多个不同的反应单元组合而成；用于样品分配和制备的微通道模块和具体执行标志物检测的反应模块可由不同的厂家和/或研发机构进行设计和研发，降低了芯片整体的设计和生产难度；在分支通道末端和反应单元的前端分别设置了相互配合的标准化插槽和插头部，允许在执行相同插接标准的微通道模块和反应单元之间进行自由的搭配组合，从而实现根据实际检测需求，灵活调整具体反应模块；通过在分支通道末端设置可贴合于插槽内壁的折叠部，实现了对具体分支通道的选择性使用。

Description

一种模块化微流控检测芯片

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，具体涉及一种模块化微流控检测芯片。

背景技术

微流控芯片技术是一种多学科综合的新兴领域，其由于具备高灵敏性、微量样品需求、高度集成化等优异特点而开始在多个领域被采用。使用微流控芯片进行疾病标志物检测的疾病诊断方法目前越来越受到重视。但在实际应用过程中，医生基于患者的门诊或临床表现往往无法准确判断其所患的具体疾病，因此对疾病的检测通常是一个筛查过程，而非单独的确诊过程。所以，为获取明确的诊断结果，通常都需要针对多种疑似病症的标志物进行检测。而实际上，出于研发能力或关注重点的限制，少有企业能够提供全部病症的检测方案，而是只能提供数种其经营范围内的微流控检测产品。这就使得为实现在多种疑似病症中为患者确诊的目标，往往需要使用多种相应的微流控检测芯片。这一方面增加了样品制备的要求，另一方面也使得检测成本居高不下。

微流控检测芯片在结构上主要包括样品池、微流体通道、探针反应试剂、检测区等功能性部件；其制备方法根据所选用材料的不同包括模压、酸蚀、光刻等。其中，芯片微结构的生产制造、芯片所搭载的探针的研发生产、检测设备（如荧光、激光检测设备）的生产制造分属于不同的技术领域，且相互之间关联性很低；这使得完成一个特定功能的微生物检测芯片的研发生产往往需要多学科领域的协同配合；而这样的任务对于中小型企业或研发机构通常是难以胜任的。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种模块化微流控检测芯片。

本发明的方案具体如下：一种模块化微流控检测芯片，包括微通道模块和反应模块；所述微通道模块包括基板1和盖板2；所述基板1上形成有样品池11和多个与所述样品池11流体连通的分支通道12（本文特指最末分支的通道，不包括实现其与样品池连接的分配通道）；所述盖板2上形成有对应于样品池11的贯穿的加样口21。其中，在所述基板1上，每个分支通道12的末端设有一下卡槽13；所述下卡槽13的截面尺寸大于分支通道12的截面尺寸，且所述下卡槽13的上缘与所述分支通道12的上缘齐平；所述盖板2的下表面对应于所述下卡槽13处设置有多个上卡槽22；所述上卡槽22的宽度和深度（指沿分支通道内的流体流动相反方向的尺寸）与所述下卡槽13相同；因此当所述基板1和所述盖板2倍正确贴合固定时，对应的上卡槽22和下卡槽13在每一个分支通道12的末端形成一个具有一定深度，且包围所述分支通道12的插槽。

其中，不同分支通道12末端的插槽优选具有相同的形状和尺寸。

所述反应模块由多个独立的反应单元4组成；其中，每个反应单元4均包括一个用于配合连接微通道模块上的插槽的插头部41和连接在所述插头部41下游的主体42；所述插头部41可以与插槽密封插接；所述反应单元4内部形成由反应通道43（附图中所示的反应通道为直通道，其仅是用于举例说明，实际上不需以此为限，也可以是其他更为复杂的通道形式），所述反应通道43借助于插入所述插槽的插头部41与微通道模块上的某个分支通道12实现流体连通；所述反应通道43内搭载有用于检测特定标准物的探针或反应试剂。其中，不同的反应单元4可以用于实现相同或不同的检测功能。

优选的，所述盖板2上还设有对应于每一个分支通道12的辅助进样口23，所示辅助进样口23用于添加辅助样品或试剂，例如可借此实现对分支通道12内样品的微液滴化等。其中，所述加样口21和所述辅助进样口23均配备有可穿刺的密封用的塞（图中未示出），以实现对样品池11和分支通道12内样品的保护及对各独立的辅助进样口23的选择性使用。

优选的，所述基板1和盖板2之间还包括连接层3，所述连接层3用于实现所述基板1和盖板2之间的连接固定。所述的连接固定可以是基于粘合剂粘结、热压连接、光固化连接等。其中，所述连接层3在未使用时包括贴合于其两侧的，可撕除的上覆层32和下覆层33，所述上覆层32和下覆层33用于在不使用时保护所述连接层上下两侧的功能性表面。

优选的，所述连接层3包括用于覆盖所述基板1的全部未开槽部位的平面部和用于封堵分支通道12的出口端的折叠部31；所述折叠部31包括与所述平面部局部连接，且折叠后可贴合于下卡槽13的内侧竖向表面，进而封堵分支通道12的第一折片311，所述第一这篇311的尺寸与对应下卡槽13的内侧竖向表面的尺寸相同；与所述第一折片311连接，且折叠后可贴合于下卡槽13的水平底面的第二折片312，所述第二折片312的尺寸与所述下卡槽13的水平端底面的尺寸相同；与所述第二折片312连接的第三折片313，所述第三折片313延伸至插槽外部，用于在需开启对应插槽时，撕除第二折片312和第一折片311。各折片之间可预先设置折痕线314，以便于准确控制折叠后各折片的形状和尺寸。

优选的，所述连接层3的平面部上设有对应于基板1上的槽结构（包括样品池、分配和分支通道）的开口34，其中，所述开口34可以通过切除所述连接层3相应部位的片状材料，或者在所述连接层3的相应部位未施加功能性材料（如用于起粘合作用的粘合剂、光固化剂等）来形成，从而可以防止连接层3上的功能性材料对槽结构内的样品造成污染。

优选的，所述第一折片311上方具有一等同于分支通道12的宽度的凸起315；所述凸起315能够与上卡槽22内侧的竖向表面贴合，从而使得所述分支通道12的末端可以被完全封闭。

优选的，所述第一折片311和第二折片312用于贴合的一侧设有功能性材料，且设在所述第一、第二折片和所述凸起315的贴合面的功能性材料是非永久性的材料，其允许在需要使用对应的分支通道12时，将所述第一、第二折片和凸起315撕除。

优选所述第一折片311上对应于分支通道12末端的部位为不施胶区316，以防止对通道内样品的污染。

优选的，所述反应单元4为一整体结构。其中，所述反应通道43在插头部41内的形状和尺寸及相对位置于所述分支通道12相同，以允许当插头部41被正确的插入所述插槽内时，所述反应通道43能够与所述分支通道12平滑连接（指不出现明显的阻流部位）。

优选的，所述反应单元4是类似于所述微通道部的组合结构，以便于在制造所述反应单元4的过程中形成所述反应通道43，并在所述反应通道43内搭载相应的反应探针或反应试剂。所述反应单元4包括结构部47和盖46；所述反应通道43形成在结构部47上，且所述反应通道43的上缘与所述结构部47的上表面齐平；所述插头部41的上壁形成在所述盖46上，其他部分则形成在所述结构部47上，且当所述结构部47和所述盖46正确贴合时，所述插头部41能够组合成与具有整体结构的反应单元4的插头部相同的结构，且能实现相同的功能。

优选的，所述反应单元4的主体42上还设有检测窗44，所述检测窗44允许使用检测设备通过此处观察反应结果。

相比于现有技术，本发明的方案至少能够取得如下有益效果：本发明的微流控检测芯片采用模块化结构，用于样品分配和制备的微通道模块和具体执行标志物检测的反应模块可由不同的厂家和/或研发机构进行设计和研发，最大化生产和研发单位的技术优势，降低了芯片整体的设计和生产难度；在分支通道末端和反应单元的前端分别设置了相互配合的标准化插槽和插头部，允许在执行相同插接标准的微通道模块和反应单元之间进行自由的搭配组合，从而实现根据实际检测需求，灵活调整具体反应模块；通过在分支通道末端设置可贴合于插槽内壁的折叠部，实现了对具体分支通道的选择性使用。

附图说明

图1为本发明微流控检测芯片的组装示图；

图2为盖板的底部示图；

图3为微通道模块的末端截面示图；

图4为连接层的断面示图；

图5为连接层的另一示图；

图6为图5中圆圈部分的局部放大示图；

图7为折叠部的底部示图；

图8为整体结构的反应单元的后侧示图；

图9为整体结构的反应单元的前侧示图；

图10为组合结构的反应单元的后侧示图；

图11为组合结构的反应单元的前侧示图。

图中：1为基板，11为样品池，12为分支通道，13为下卡槽，2为盖板，21为加样口，22为上卡槽，23为辅助进样口，3为连接层，31为折叠部，311为第一折片，312为第二折片，313为第三折片，314为折痕线，315为凸起，316为不施胶区，32为上覆层，33为下覆层，34为开口，4为反应单元，41为插头部，42为主体，43为反应通道，44为检测窗，45为盖，46为结构部。

具体实施方式

一种模块化微流控检测芯片，包括微通道模块和反应模块；所述微通道模块包括基板1和盖板2；所述基板1上形成有样品池11和多个与所述样品池11流体连通的分支通道12（本文特指最末分支的通道，不包括实现其与样品池连接的分配通道）；所述盖板2上形成有对应于样品池11的贯穿的加样口21。其中，在所述基板1上，每个分支通道12的末端设有一下卡槽13；所述下卡槽13的截面尺寸大于分支通道12的截面尺寸，且所述下卡槽13的上缘与所述分支通道12的上缘齐平；所述盖板2的下表面对应于所述下卡槽13处设置有多个上卡槽22；所述上卡槽22的宽度和深度（指沿分支通道内的流体流动相反方向的尺寸）与所述下卡槽13相同；因此当所述基板1和所述盖板2倍正确贴合固定时，对应的上卡槽22和下卡槽13在每一个分支通道12的末端形成一个具有一定深度，且包围所述分支通道12的插槽。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种模块化微流控检测芯片，包括微通道模块和反应模块；所述微通道模块包括基板（1）和盖板（2）；所述基板（1）上设有样品池（11）和多个与所述样品池（11）流体连通的分支通道（12）；所述盖板（2）上设有贯穿的加样口（21），其特征在于：每个分支通道（12）的末端设有一下卡槽（13）；所述下卡槽（13）的截面尺寸大于分支通道（12）的截面尺寸，且所述下卡槽（13）的上缘与所述分支通道（12）的上缘齐平；所述盖板（2）的下表面对应于所述下卡槽（13）设有多个上卡槽（22）；所述上卡槽（22）的宽度和深度与所述下卡槽（13）相同；当所述基板（1）和所述盖板（2）被正确贴合固定时，对应的上卡槽（22）和下卡槽（13）在每一个分支通道（12）的末端形成具有一定深度，且包围所述分支通道（12）的插槽；不同分支通道（12）末端的插槽具有相同的形状和尺寸；所述反应模块由多个独立的反应单元（4）组成；每个反应单元（4）均包括一个用于配合连接所述插槽的插头部（41）和连接在所述插头部（41）下游的主体（42）；所述插头部（41）可以与插槽密封插接；所述反应单元（4）内部形成有反应通道（43），所述反应通道（43）借助于插入所述插槽的插头部（41）与分支通道（12）流体连通；所述反应通道（43）内搭载有用于检测特定标志物的药品。

2.如权利要求1所述的模块化微流控检测芯片，其特征在于：所述盖板（2）上还设有对应于每一个分支通道（12）的辅助进样口（23），所述加样口（21）和所述辅助进样口（23）均配备有可穿刺的密封用的塞。

3.如权利要求1或2所述的模块化微流控检测芯片，其特征在于：所述基板（1）和盖板（2）之间还包括连接层（3），所述连接层（3）在未使用时包括贴合于其两侧的，可撕除的上覆层（32）和下覆层（33）。

4.如权利要求3所述的模块化微流控检测芯片，其特征在于：所述连接层（3）包括用于覆盖所述基板（1）的全部未开槽部位的平面部和用于封堵分支通道（12）的出口端的折叠部（31）；所述折叠部（31）包括与所述平面部局部连接，且折叠后可贴合于下卡槽（13）的内侧竖向表面，进而封堵分支通道（12）的第一折片（311），所述第一折片（311）的尺寸与对应下卡槽（13）的内侧竖向表面的尺寸相同；与所述第一折片（311）连接，且折叠后可贴合于下卡槽（13）的水平底面的第二折片（312），所述第二折片（312）的尺寸与所述下卡槽（13）的水平底面的尺寸相同；与所述第二折片（312）连接的第三折片（313），所述第三折片（313）延伸至插槽外部，用于在需开启对应插槽时，撕除第二折片（312）和第一折片（311）；各折片之间预先设置折痕线（314）。

5.如权利要求3所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述连接层（3）的平面部上设有对应于基板（1）上的槽结构的开口（34），所述开口（34）可以通过切除所述连接层（3）相应部位的片状材料，或者在所述连接层（3）的相应部位不施加功能性材料来形成。

6.如权利要求4所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述第一折片（311）上方具有宽度等同于分支通道（12）的宽度的凸起（315）；所述凸起（315）能够与上卡槽（22）内侧的竖向表面贴合，从而使得所述分支通道（12）的末端可以被完全封闭。

7.如权利要求4所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述第一折片（311）、第二折片（312）和所述凸起（315）用于贴合的一侧设有非永久的功能性材料，其允许在需要使用对应的分支通道（12）时，将所述第一折片（311）、第二折片（312）和凸起（315）撕除。

8.如权利要求7所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述第一折片（311）用于贴合的一侧设有对应于分支通道（12）末端的不施胶区（316）。

9.如前述任一权利要求所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述反应单元（4）为一整体结构，所述反应通道（43）在插头部（41）内的形状和尺寸及相对位置于所述分支通道（12）相同，当插头部（41）被正确的插入所述插槽内时，所述反应通道（43）能够与所述分支通道（12）平滑连接。

10.如权利要求1-8中任一项所述的微流控检测芯片，其特征在于：所述反应单元（4）是包括结构部（47）和盖（46）的组合结构；所述反应通道（43）形成在结构部（47）上，且所述反应通道（43）的上缘与所述结构部（47）的上表面齐平；所述插头部（41）的上壁形成在所述盖（46）上，其他部分形成在所述结构部（47）上；所述反应单元（4）的主体（42）上还设有检测窗（44）。