CN111514948A - 微流控芯片和检测系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及微流控芯片技术领域，公开了一种微流控芯片和检测系统，目的是改善微流控芯片的流体控制方案，提高微流控芯片的流体控制效率和良率。一种微流控芯片，包括流体进入通道和微阀，所述微阀包括磁性阀芯、阀芯运动通道和磁性控制装置；其中：所述阀芯运动通道设有至少两个转接开口，且至少一个所述转接开口与所述流体进入通道相连；所述磁性阀芯位于所述阀芯运动通道内且可在所述阀芯运动通道内移动，且所述磁性阀芯的径向尺寸大于每个所述转接开口的径向尺寸；所述磁性控制装置位于所述阀芯运动通道外部，被配置为沿所述阀芯运动通道移动以驱动所述磁性阀芯在所述阀芯运动通道内移动。

Description

微流控芯片和检测系统
技术领域
本申请涉及微流控芯片技术领域，特别涉及一种微流控芯片和检测系统。
背景技术
微流控系统已经应用于多个领域，例如基因分析，临床诊断，药物筛选和环境检测等，该类系统最终的方案是实现“样本进——结果出”的集成化一站式检测，这样通常就会涉及到在各阶段加入所需的流体试剂，以及流体在一个或多个流体通道内的流通和切换等流体控制问题，如何在微流控系统中实现对流体的控制是微流控芯片的开发关键。
发明内容
本申请公开了一种微流控芯片和检测系统，目的是改善微流控芯片的流体控制方案，提高微流控芯片的流体控制效率和良率。
为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：
一种微流控芯片，包括流体进入通道和微阀，所述微阀包括磁性阀芯、阀芯运动通道和磁性控制装置；其中：
所述阀芯运动通道设有至少两个转接开口，且至少一个所述转接开口与所述流体进入通道相连；
所述磁性阀芯位于所述阀芯运动通道内且可在所述阀芯运动通道内移动，且所述磁性阀芯的径向尺寸大于每个所述转接开口的径向尺寸；
所述磁性控制装置位于所述阀芯运动通道外部，被配置为沿所述阀芯运动通道移动以驱动所述磁性阀芯在所述阀芯运动通道内移动。
可选的，所述微阀还包括定位磁性体，所述定位磁性体位于所述转接开口处，被配置为当所述磁性阀芯移动至所述转接开口位置处时，通过磁力将所述磁性阀芯定位。
可选的，所述磁性阀芯为球型；所述阀芯运动通道的截面呈圆形，且所述阀芯运动通道的截面尺寸与所述磁性阀芯的截面尺寸相匹配。
可选的，所述阀芯运动通道包括一条或几条支路，每条所述支路的端部设有一个所述转接开口。
可选的，每条所述支路的端部的径向尺寸大于其他位置处的径向尺寸。
可选的，所述阀芯运动通道的侧壁设有向外凸出的容纳部，所述容纳部被配置为容纳所述磁性阀芯。
可选的，所述磁性控制装置包括：
驱动磁性体，被配置为利用磁力驱动所述磁性阀芯在所述阀芯运动通道内移动；
机械臂，与所述驱动磁性体相连，被配置为带动所述驱动磁性体沿所述阀芯运动通道移动。
可选的，所述的微流控芯片，还包括供液装置，所述供液装置包括液体存储机构和液体释放机构；所述液体存储机构被配置为存储液体，所述液体释放机构被配置为与所述液体释放机构和所述流体进入通道相连，并在被触发时将所述液体存储机构中的液体释放至所述流体进入通道中。
可选的，所述液体存储机构具有储液容具以及用于封闭储液容具的下方出口的封口层；所述储液容具为可受力致形变的韧性材料；
所述液体释放机构包括与所述流体进入通道相连通的容纳腔，所述容纳腔的开口与所述封口层相对，且所述封口层边缘与所述容纳腔的开口边缘密封连接；所述容纳腔的开口边缘处设有朝向所述开口中心伸出的凸出部，所述凸出部在所述封口层上的正投影位于所述封口层的非密封连接区域，被配置为在与所述封口层产生相互作用力时刺破所述封口层。
可选的，所述封口层为可受力致破损的脆性材料。
可选的，所述封口层的材料包括铝箔；所述储液容具的材料包括塑料。
可选的，所述微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体设有所述容纳腔和所述流体进入通道；所述液体存储机构固定于所述芯片本体上。
可选的，所述供液装置还包括连接层，位于所述液体存储机构的封口层与所述液体释放机构的容纳腔之间，被配置为将所述封口层与所述容纳腔的开口边缘密封连接。
可选的，所述连接层设有镂空部；所述凸出部的伸出端在所述封口层上的正投影位于所述镂空部在所述封口层上的正投影内。
可选的，所述液体存储机构包括储液容具以及位于所述储液容具内的活动部件，所述活动部件的尺寸大于所述储液容具的下方出口的尺寸，被配置为封闭所述出口；所述活动部件的自身重力小于所述储液容具内液体对所述活动部件的浮力；
所述液体释放机构位于所述储液容具的出口处，被配置为：对所述活动部件产生吸附力使得所述活动部件将所述储液容具的所述出口封闭，或者释放对所述活动部件的吸附力使得所述活动部件在浮力的作用下离开所述储液容具的所述出口。
可选的，所述储液容具顶部具有排气口，所述液体存储机构还包括用于封闭所述储液容具顶部排气口的透气膜；或者，所述储液容具为可受力致形变的韧性材料。
可选的，所述液体释放机构包括：
热敏粘性结构，位于所述储液容具的出口处，被配置为与所述活动部件粘接，且当温度小于设定温度时，所述热敏粘性结构对所述活动部件的粘附力与所述活动部件自身重力的和大于所述活动部件在所述液体中受到的浮力，当温度大于或等于所述设定温度时，所述热敏粘性结构对所述活动部件的粘附力与所述活动部件自身重力的和小于所述活动部件在所述液体中受到的浮力。
可选的，所述热敏粘性结构的材料包括直链烷烃、支链烷烃或两者的混合物。
可选的，所述液体释放机构还包括电热结构，位于所述储液容具的出口处，被配置为通电时产生热量，以为所述热敏粘性结构升温。
可选的，所述电热结构包括沿远离所述储液容具的出口方向上依次层叠的电热材料层和电极层，所述电热材料层与所述电极层电连接；且所述电热结构设有贯穿其各层结构的通孔，所述通孔与所述储液容具的所述出口相对。
可选的，所述电热材料层的材料包括氧化铟锡、镍铬合金、铁铬铝合金、钛酸钡陶瓷、碳化硅、铬酸镧、氧化锆、二硅化钼。
可选的，所述电热结构还包括绝缘层、保护层、基底层和隔热层中的一层或几层；
所述绝缘层位于所述电热材料层与所述电极层之间，设有允许所述电热材料层与所述电极层电连接的过孔；
所述保护层位于所述电热材料层背离所述电极层的一侧，被配置为保护所述电热材料层；
所述基底层位于所述电极层背离所述电热材料层的一侧，被配置为承载膜层；
所述隔热层位于所述基底层背离所述电极层的一侧。
可选的，所述活动部件为球型；所述热敏粘性结构位于所述电热结构与所述储液容具的所述出口之间，且与所述活动部件的表面相切。
一种检测系统，包括如上述任一项所述的微流控芯片。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的一种微流控芯片的部分结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的一种微流控芯片的微阀的结构示意图；
图3a为本申请一实施例提供的一种微阀在一种状态下的结构示意图；
图3b为图3a中的微阀在另一种状态下的结构示意图；
图4a为本申请另一实施例提供的一种微阀在一种状态下的结构示意图；
图4b为图4a中的微阀在另一种状态下的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种微流控芯片的部分结构示意图；
图6为本申请一实施例提供的一种供液装置的液体存储机构的截面结构示意图；
图7a为本申请一实施例提供的一种供液装置在液体未释放状态下的截面结构示意图；
图7b为图7a中的供液装置在液体释放状态下的截面结构示意图；
图8为本申请另一实施例提供的一种供液装置的截面结构示意图；
图9为本申请另一实施例提供的一种供液装置的截面结构示意图；
图10为本申请一实施例提供的一种检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如图1和图2所示，本申请实施例提供一种微流控芯片，包括流体进入通道21和微阀1，所述微阀1包括磁性阀芯12、阀芯运动通道11和磁性控制装置13；其中：
所述阀芯运动通道11设有至少两个转接开口111，且至少一个所述转接开口111与所述流体进入通道21相连；
所述磁性阀芯12位于所述阀芯运动通道11内且可在所述阀芯运动通道11内移动，且所述磁性阀芯12的径向尺寸大于每个所述转接开口111的径向尺寸；
所述磁性控制装置13位于所述阀芯运动通道11外部，被配置为沿所述阀芯运动通道11移动以驱动所述磁性阀芯12在所述阀芯运动通道11内移动。
本申请实施例提供的微流控芯片中，设有流体进入通道21和用于控制流体在芯片内的路径开关切换的微阀1，微阀1设有阀芯运动通道11，阀芯运动通道11的至少一个所述转接开口111与所述流体进入通道21相连，微流控芯片在各阶段需要加入的流体试剂可以通过与流体进入通道21相连的转接开口111进入阀芯运动通道11内，并经由其他转接开口111进入下游通道22，最终实现到达微流控芯片的反应检测区域内。
具体的，阀芯运动通道11的多个转接开口111可以分别与多个通道连接，该多个通道包括流体进入通道21和下游通道22，流体运动路径为依次通过流体进入通道21，阀芯运动通道11和下游通道22；例如，图1中所示的阀芯运动通道11具有三个转接开口111，该三个转接开口111分别与两个流体进入通道21和一个下游通道22相连。通过微阀1可以对流体在一个或多个通道内的流通和切换进行控制。
具体的，微阀1的控制过程大致如下：通过磁性控制装置13驱动所述磁性阀芯12在所述阀芯运动通道11内移动，由于磁性阀芯12的径向尺寸大于每个所述转接开口111的径向尺寸，当磁性阀芯12运动至某个转接开口111处时可以将该转接开口111封堵从而使得该转接开口111关闭，进而使得阀芯运动通道11内的流体无法经由该转接开口111进入相连的下游通道21，或者，使得流体进入通道21中的流体无法经由该转接开口111进入阀芯运动通道11内；相应地，也可以通过磁性控制装置13驱动所述磁性阀芯12离开该转接开口111，使得该转接开口111打开，进而使得流体能够经由该转接开口111进出阀芯运动通道11。通过上述设置，即可以对微流控芯片内流体在各通道内的流通和切换进行控制，改善微流控芯片的流体控制效率和良率。
具体的，如图1和图2所示，本申请实施例提供一种微流控芯片具有芯片本体10，流体进入通道21和微阀1均设置于芯片本体10内。
具体的，如图1和图2所示，磁性控制装置位于所述阀芯运动通道11外部，具体可以位于芯片本体10外部，无需与芯片本体10集成设置，使得微阀的驱动结构简单且驱动良率较高，且不会对芯片本体10内的流体运动产生任何影响，进而可以改善芯片本体10的密封效果，且有利于芯片本体10的小型化设计。
一些实施例中，如图2所示，所述微阀1还包括定位磁性体(图中未示出)，所述定位磁性体位于所述转接开口111处，被配置为当所述磁性阀芯12移动至所述转接开口111位置处时，通过磁力将所述磁性阀芯12定位。
示例性的，定位磁性体可以为永磁铁。
示例性的，芯片本体一般呈片状，定位磁性体可以独立于芯片本体设置，可拆卸地安装于芯片本体表面；当磁性控制装置驱动磁性阀芯运动时，定位磁性体不与芯片本体相连，避免对磁性阀芯运动产生影响；当磁性阀芯到达需要关闭的转接开口处并封堵该开口后，可以在芯片本体表面靠近该转接开口位置处安装定位磁性体，以使得磁性阀芯定位在转接开口位置。进而，当芯片本体中其他零部件位置要发生复杂变化时，如离心、旋转、震荡、反转等时，通过定位磁性体可以保证磁性阀芯位置保持不变，进而确保其对流体通道转接开口的开闭控制。
或者，示例性的，定位磁性体也可以设置在芯片本体内部，例如直接固定于阀芯运动通道的转接开口边缘。此时，定位磁性体的磁性较小，其对于磁性阀芯的作用力远小于磁性控制装置对磁性阀芯的驱动力。
一些实施例中，如图1和图2所示，所述磁性阀芯12的径向尺寸大于每个所述转接开口111的径向尺寸；或者说，转接开口111的最大尺寸小于磁性阀芯12的直径。
示例性的，转接开口111的径向尺寸小于磁性阀芯12直径的1/2。
示例性的，转接开口111的中心横截面可以与阀芯运动通道11的中心横截面处于同一个平面，也可以低于阀芯运动通道11的中心横截面，例如，转接开口111的位置可以位于阀芯运动通道11高度的1/2处，也可以低于阀芯运动通道11高度的1/2，以便于流体通过转接开口111流出进入其他通道。可选的，转接开口111的外缘还可以加一密封圈以增加微阀1的密闭控制效果。
一些实施例中，所述磁性阀芯的材料可以是永磁铁，如钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁等，也可以是铁、钴、镍等具有铁磁性的物质。磁性阀芯可以是空心或实心。
进一步的，为了增加微阀的密封效果，或为了避免试剂与磁性阀芯材料发生反应，可以在磁性阀芯表面均匀包裹一层弹性材料或密封材料。所述弹性材料可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)等耐腐蚀且有弹性的高聚物，也可以是化学性质稳定的惰性金属；所述密封材料可以是凡士林、石蜡等物质。包裹层应当尽可能薄，其厚度应小于磁性阀芯直径的1/4，可选地，其厚度小于磁性阀芯直径的1/8。
一些实施例中，如图1和图2所示，所述磁性阀芯12为球型；所述阀芯运动通道11的截面呈圆形，且所述阀芯运动通道11的截面尺寸与所述磁性阀芯12的截面尺寸相匹配。
示例性的，阀芯运动通道的材料可以是包括但不限于PC、PS、PMMA、COC、COP、PDMS等非金属材料。具体的，阀芯运动通道的材料是不与所流通的液体试剂发生反应，且不与磁性阀芯产生相互作用力的材料。
进一步的，所述阀芯运动通道的位置和形状可以根据所需切换的流体通路位置和数量决定。具体地，阀芯运动通道中的磁性阀芯运动路径上，各位置的纵截面是圆形，其圆形直径与磁性阀芯的直径大致相同，阀芯运动通道的圆形纵截面的直径可以略大于磁性阀芯的直径，例如，其直径是磁性阀芯直径的5/4，可选地，其直径是磁性阀芯直径的9/8，或者，其直径是磁性阀芯直径的17/16。
一些实施例中，所述阀芯运动通道包括一条或几条支路，每条所述支路的端部设有一个所述转接开口。
示例性的，每条所述支路的端部的径向尺寸可以大于其他位置处的径向尺寸，即阀芯运动通道靠近转接开口处(磁性阀芯停止位点处)的径向尺寸大于其他位置处的径向尺寸。
具体的，所述磁性阀芯停止位点处的纵截面是圆形，磁性阀芯停止位点的圆形纵截面的直径可以略大于磁性阀芯的直径，例如，其直径是磁性阀芯直径的5/4，可选地，其直径是磁性阀芯直径的9/8，或者，其直径是磁性阀芯直径的17/16。进一步的，磁性阀芯停止位点的纵截面直径可以发生变径，稍大于阀芯运动通道其他位置处的纵截面的直径，例如，磁性阀芯停止位点处的纵截面直径是阀芯运动通道其他处纵截面直径的17/16～5/4，从而使得磁性阀芯静止在磁性阀芯停止位点时，由于所处位置深度的不同而被固定，不能发生移动。
一些实施例中，如图3a和图3b所示，所述阀芯运动通道11的侧壁设有向外凸出的容纳部112，所述容纳部112被配置为容纳所述磁性阀芯12。
示例性的，容纳部112的尺寸至少能够容纳部分磁性阀芯12，也可以容纳整个磁性阀芯12；具体地，容纳部112可以是与磁性阀芯12形状匹配的半球型，也可以呈其他形状，此处不做限定。
具体的，磁性阀芯12处于阀芯运动通道11中时，对于流体具有阻挡作用。在阀芯运动通道11的侧壁上设置容纳部112，当磁性阀芯12不需要设置在支路端部的转接开口111处时，即磁性阀芯12不用于关闭转接开口111时，如图3a所示，可以使得磁性阀芯12容纳在该容纳部112内，从而避让阀芯运动通道11中的流体，使得流体能够更容易通过该段侧壁所在的支路。
例如，示例性的，如图3a和图3b所示，阀芯运动通道11包括一条支路，该支路端部设有一个所述转接开口111，该转接开口111与下游通道22相连；如图3b所示，当通过磁性控制装置13驱动磁性阀芯到达该支路端部的转接开口111处时，转接开口111被关闭，流体无法通过阀芯运动通道11进入下游通道22；如图3a所示，当通过磁性控制装置13驱动磁性阀芯12离开转接开口111进入容纳部112内时，转接开口111打开，流体则能够通过阀芯运动通道11顺利进入下游通道22。
或者，示例性的，如图4a和图4b所示，阀芯运动通道11包括两条支路，每个支路端部设有一个所述转接开口111，每个转接开口111连接一个流体进入通道21；如图4a所示，当通过磁性控制装置13驱动磁性阀芯12到达第一个支路端部的转接开口111处时，该转接开口111被关闭，与该转接开口111相连的流体进入通道21内的流体无法通过该转接开口111进入阀芯运动通道11；如图4b所示，当通过磁性控制装置13驱动磁性阀芯12到达第二个支路端部的转接开口111处时，第一个支路端部的转接开口111打开，与第一个支路相连的流体进入通道21中的流体进入阀芯运动通道11，相反地，与第二个支路相连的流体进入通道21中的流体无法进入阀芯运动通道11。当然，当阀芯运动通道11的侧壁设有容纳部112时，磁性阀芯12可以移动至容纳部112内，此时两个转接开口111均处于打开状态，两个流体进入通道21中的流体能够分别通过两个支路同时进入阀芯运动通道11。
示例性的，阀芯运动通道11中可以设有多个磁性阀芯12，相应地，阀芯运动通道11的侧壁上也可以设有多个容纳部112。
一些实施例中，如图3a和图3b所示，所述磁性控制装置13可以包括驱动磁性体131和机械臂132；其中：驱动磁性体131，被配置为利用磁力驱动所述磁性阀芯12在所述阀芯运动通道11内移动；机械臂132与所述驱动磁性体131相连，被配置为带动所述驱动磁性体131沿所述阀芯运动通道11移动。
示例性的，驱动磁性体可以为永磁铁，所述永磁铁的材料可以是钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁等，驱动磁性体也可以是通电产生磁性的电磁铁。所述机械臂可以由电机带动，也可以通过人工控制与芯片本体发生相对位移。所述相对位移，具体包括在阀芯运动通道所在平面的上方或下方的水平位移，以驱动磁性阀芯；当然也可以包括垂直方向的位移，以使得驱动磁性体远离芯片本体，对磁性阀芯没有驱动力。具体的，所述驱动磁性体对磁性阀芯施加作用力时，该力大于其他作用于磁性阀芯上的力，且能够使磁性阀芯发生位置改变；当驱动磁性体对磁性阀芯施加的力消失或小于能够使磁性阀芯发生位移的力后，磁性阀芯位置不再发生改变。
示例性的，驱动磁性体的形状可以是球体、长方体，还可以是便于安装和控制的其他形状，其尺寸可以小于或等于所述磁性阀芯的直径。在一些实施例中，阀芯运动通道中设有多个磁性阀芯，阀芯运动通道中的各个转接开口相距较远，驱动磁性体不会对不同转接开口处的磁性阀芯产生干涉的情况下，驱动磁性体的尺寸也可以大于磁性阀芯直径。
如图1，图5至图9所示，一些实施例中，本申请实施例提供的微流控芯片还包括供液装置3，所述供液装置3包括液体存储机构31和液体释放机构32；所述液体存储机构31被配置为存储液体，所述液体释放机构32被配置为与所述液体释放机构32和所述流体进入通道21相连，并在被触发时将所述液体存储机构31中的液体释放至所述流体进入通道21中。
一种具体的实施方式中，如图5至图8所示，所述液体存储机构31具有储液容具311以及用于封闭储液容具311的下方出口的封口层312；所述储液容具311为可受力致形变的韧性材料。
所述液体释放机构32包括与所述流体进入通道21相连通的容纳腔321，所述容纳腔321的开口与所述封口层312相对，且所述封口层312边缘与所述容纳腔321的开口边缘密封连接；所述容纳腔321的开口边缘处设有朝向所述开口中心伸出的凸出部322，所述凸出部322在所述封口层312上的正投影位于所述封口层312的非密封连接区域，被配置为在与所述封口层312产生相互作用力时刺破所述封口层312。
具体的，在液体待流经的下游区域流体阻力较大，特别是当下游是密封环境时，下游腔室内原本存在的气体受到进入液体的挤压，经气液交换，容易反向进入液体存储机构内，由于下游腔室或管道与破裂释放的液体存储机构之间设有容纳腔，所增加的容纳空间可以避免气压增加导致的液体流动较慢或反流。并且，由于液体容纳腔材料的可形变性与韧性，其可以在一定程度上抵消增大的气压，因此整个系统内的气压不会增大。即使在产品被加热时，也可以很好地缓解密封管路内气压的增加，从而增加整个盘片或芯片系统的使用稳定性。
示例性的，所述储液容具的材料包括塑料，可以是覆有铝箔的PVC、PP、PE、PET等塑料膜，以及PVC、PP、PE、PET等塑料膜，其厚度在50μm～150μm以内，经相应的成型技术形成所需的形状和尺寸，如半球状，半椭球状等。
示例性的，所述封口层为可受力致破损的脆性材料。例如，常见的如铝箔，厚度在10μm～100μm。所述封口层的形状可与储液容具的水平投影形状大致相同，且封装于容纳腔的开口边缘。
示例性的，如图5，图7a，图7b和图8所示，所述供液装置3还包括连接层33，连接层33位于所述液体存储机构31的封口层312与所述液体释放机构32的容纳腔321之间，被配置为将所述封口层312与所述容纳腔321的开口边缘密封连接。当然，封口层312与所述容纳腔321的边缘密封也可以通过其他方式实现，如焊接、夹具等方式，只要能够满足密封性效果即可。
例如，连接层材料可以是双面胶，紫外固化胶，环氧胶等。连接层厚度为20μm～1000μm，具体可以设置为100μm～500μm，连接层的外形尺寸与封口层外形尺寸大概一致，连接层一侧与容纳腔边缘固定粘接，另一侧与封口层固定粘接。除连接各层外，连接层还可以起到缓冲和保护封口层的作用。
示例性的，如图5，图7a，图7b和图8所示，所述微流控芯片包括芯片本体10，所述芯片本体10设有所述容纳腔321和所述流体进入通道21；所述液体存储机构31固定于所述芯片本体10上。换句话说，液体释放机构32被加工在微流控芯片的盘片或卡盒(芯片本体10)上，液体存储机构31固定于盘片或卡盒上表面。
具体的，容纳腔321可以是芯片本体10上表面设有的凹坑或孔，与下游的流体进入通道21相连。所述凹坑或孔的外缘可被液体存储机构31完全覆盖保证其与外界环境隔离，实现密封，该凹坑或孔的容积可大于、小于或等于液体存储机构31中盛装的液体的体积，用于全部或部分容纳液体存储机构31中释放出的液体。凸出部322是在容纳腔321壁上一个向腔室内伸出的结构，其伸出端(液体释放位点)位于封口层312上非热压封接区的水平投影区内，其形状和尺寸可以是便于放置或一体加工的任意形式，只要保证压力经储液容具211向下传递到封口层312，使封口层312向下膨胀与液体释放位点接触时，液体释放位点对封口层312的反作用力可以使封口层312破裂，而其他位置不发生漏液和破裂即可。
例如，图7a为液体存储机构31和液体释放机构32未进行释放液体之前的状态；当需要释放储液容具311中的液体时，对储液容具311施加一定压力，该压力导致储液容具311内气压变化进而使得封口层312向容纳腔321膨胀，以使得封口层312与容纳腔321边缘的凸出部322之间产生相互作用力，进而使得封口层312在凸出部322伸出端(液体释放位点)受力破裂，从而实现液体释放，图7b所示即为液体存储机构31和液体释放机构32在进行释放液体之后的状态，其中椭圆形虚线所包围的区域即为封口层312受力破裂的开口，液体从此处流入容纳腔321。
具体的，对储液容具311施加的压力能够使封口层312与液体释放位点接触破裂即可撤去，不需要持续施加。所述压力可以来源于手工加压或机械装置压力，该压力不足以使储液容具311发生不可逆形变，即在外力消失后，该储液容具311的容积几乎不发生改变。释放的液体基于自身重力，自封口层312与凸出部322的接触破损点流出，进入液体容纳腔321。如图5所示，液体流动还可以配合体外诊断类产品常用的驱动力，如离心、层析、亲疏水修饰等方式，驱动液体通过流体进入通道21到达下游密封或敞开的腔室。例如，与容纳腔321相连的流体进入通道21的位置可以配合离心力，远离离心操作的中心轴，具体可以位于芯片本体10的径向最外端，以便于流体可以借由离心力的作用顺利进入下游通道。
示例性的，如图5，图7a，图7b和图8所示，所述连接层33设有镂空部(缺失区)330，镂空部330形状可以是圆形、半圆形、椭圆形；所述凸出部322的伸出端在所述封口层312上的正投影位于所述镂空部330在所述封口层312上的正投影内。换句话说，连接层33在液体释放位点区域处镂空，在其他区域处与封口层312交叠，进而，一方面暴露出液体释放位点区域的封口层312，使得液体释放位点区域的封口层312容易受力破裂，另一方面可以保护非液体释放位点区域的封口层312，使得非液体释放位点区域的封口层312不易发生破裂，进而提高定点释放的精准性。
示例性的，为了保证容纳腔321的非液体释放位点区域不会引起封口层312的破裂，作为一种可选方案，这些区域的容纳腔321边缘均设计为圆角结构，其整体高度与卡盒(芯片本体10)高度相同，在加工成型时只需要经过常规的注塑或机加工即可得到，不增加加工复杂程度。进一步的，如图7a和图7b所示，在非液体释放位点区域的容纳腔321侧壁可以设置呈倾斜的弧面S，以使得封口层312不易在此处受力破裂。或者，如图8所示，连接层33将容纳腔321除凸出部322以外的边沿全部覆盖，以增加非液体释放位点区域的弹性缓冲，避免封口层312在此处受力破裂。
示例性的，如图5所示，本申请提供的微流控芯片的芯片本体10上可以集成有多个上述储液装置。
本实施例中提供的储液装置中，液体存储机构和液体释放机构密封效果好、挥发量小，节约空间，加工和组装工序简单；并且，液体释放方式巧妙，对配合方式和配合装置要求低，可通过简单操作将存储的液体在特定位置准确和完全地释放到下游。特别是对多种液体依次释放的应用，可提高应用的稳定性和可靠性。另外，液体释放过程中储液容具形变极小，不会影响密闭系统内气压平衡。集成有该方案的体外诊断微流控芯片，不需要在检测过程各阶段人工加入所需的全部试剂，有望实现生理和病理指标“样本进——结果出”的集成化一站式检测。
一种具体的实施方式中，如图9所示，所述液体存储机构31包括储液容具313以及位于所述储液容具313内的活动部件314，所述活动部件314的尺寸大于所述储液容具313的下方出口的尺寸，被配置为封闭所述出口；所述活动部件314的自身重力小于所述储液容具313内液体对所述活动部件314的浮力。具体的，所述液体释放机构32位于所述储液容具313的出口处，被配置为：对所述活动部件314产生吸附力使得所述活动部件314将所述储液容具313的所述出口封闭，或者释放对所述活动部件314的吸附力使得所述活动部件314在浮力的作用下离开所述储液容具313的所述出口。
示例性的，所述储液容具313的形状和高度可以是便于活动部件314上下浮动的任意情况，其容积应满足大于或等于完成体外诊断所需的至少一种液体试剂的体积。可选地，储液容具313的横截面为圆形。
示例性的，如图9所示，所述储液容具313顶部具有排气口，所述液体存储机构31还包括用于封闭所述储液容具313顶部排气口的透气膜315；或者，所述储液容具313为可受力致形变的韧性材料。上述设置，可以防止储液容具313内产生负压而造成液体无法排出或液体排出后发生回吸的问题，可以使得液体能够容易流出储液容具313并完全释放。
例如，透气膜可以是具有输水性质的具有微孔的薄膜，其材料为PTFE或PVDF多孔膜，其具有高的透气量和低的透水量，以透气量进行衡量，可以是100mL/cm2·min·7kpa-3000mL/cm2·min·7kpa，可选地，其透气量为300mL/cm2·min·7kpa-1000mL/cm2·min·7kpa。透气膜可以通过粘接或焊接的方式将所述排气孔紧密而完全地覆盖。
示例性的，活动部件的材料与储液容具中的液体试剂不发生生物、化学反应，且长期浸泡在液体试剂中，其物理性质不发生改变。所述活动部件材料的另外一个要求是其密度要小于所存储的液体试剂。作为一种可行的方案，所述活动部件的材料可以是高分子聚合物，如塑料，具体地，如，PMMA，PC，PS，PP等。所述活动部件的体积小于所述储液腔体的容积。
一种具体的实施方式中，如图9所示，所述液体释放机构32包括热敏粘性结构323，热敏粘性结构323位于所述储液容具313的出口处，被配置为与所述活动部件314粘接，且当温度小于设定温度时，所述热敏粘性结构323对所述活动部件314的粘附力与所述活动部件314自身重力的和大于所述活动部件314在所述液体中受到的浮力，当温度大于或等于所述设定温度时，所述热敏粘性结构323对所述活动部件314的粘附力与所述活动部件314自身重力的和小于所述活动部件314在所述液体中受到的浮力。
具体的，所述热敏粘性结构323在常温下具有粘接作用，其对所述活动部件314产生的粘附力与所述活动部件314自身重力的和需要大于等于所述活动部件314在液体试剂中受到的浮力。所述热敏粘性结构323的放置部位至少包括所述活动部件314与所述储液容具313的下方出口相切处，以便于能够与活动部件314粘接接触。所述热敏粘性结构323在受热时其性质可以发生改变，对所述活动部件314的粘附力下降或消失，从而使得其对所述活动部件314的粘附力与所述活动部件314自身重力的和小于所述活动部件314在液体试剂中受到的浮力，进而活动部件314将脱离热敏粘性结构323的粘接束缚，并在液体试剂的浮力作用下离开储液容具313的下方开口，达到释放液体的效果。
示例性的，所述热敏粘性结构的材料包括直链烷烃、支链烷烃或两者的混合物。例如，碳原子数约为18～30的烃类混合物。
一种具体的实施方式中，如图9所示，所述液体释放机构32还包括电热结构，位于所述储液容具313的出口处，被配置为通电时产生热量，以为所述热敏粘性结构323升温。
示例性的，如图9所示，所述电热结构包括沿远离所述储液容具313的出口方向上依次层叠的电热材料层324和电极层325，所述电热材料层324与所述电极层325电连接。具体的，所述电热结构设有贯穿其各层结构的通孔320，所述通孔与所述储液容具313的所述出口相对；或者说，该通孔320贯穿电热结构并与储液容具313的下方出口相对，用于允许储液容具313中的液体试剂流出。
示例性的，所述电极层的材料为导电金属或金属合金，包括但不限于Cu，Ag，Au，Al，Al-Nd，Mo-Al-Mo，Mo-Al-Nd-Mo等，其厚度可以是本领域常规加工技术可实现的任意均匀厚度。所述电极层是不连续的，具体的，电极层至少包括两个独立的区域，在这两个独立的区域分别连接同一电源的正、负极，并施加电压时，两个独立区域之间没有电流通过；或者说，电极层的两个独立的区域分别用作于与电热材料层电连接的正极和负极。
示例性的，所述电热材料层为具有电热效应的材料层，包括但不限于氧化铟锡，镍铬合金，铁铬铝合金，钛酸钡陶瓷，碳化硅，铬酸镧，氧化锆，二硅化钼等，其厚度可以是本领域常规加工技术可以实现的任意厚度。所述电热材料层位于电极层朝向储液容具的一侧，其水平投影需要覆盖电极层的两块独立的区域(正极和负极)，并与电极层的两块独立的区域电连接。具体的，当向电极层的两个独立区域(正极和负极)施加电压时，两个独立区域之间通过电热材料层导通从而有电流通过，电热材料层受电热效应升温，并将热量传导至热敏粘性结构。
示例性的，所述电极层和所述电热材料层可以通过溅射、沉积等方式制备，也可以通过本领域人员所熟知的其他常规加工手段实现。
一种具体的实施方式中，如图9所示，所述电热结构还可以包括绝缘层327、保护层328、基底层326和隔热层(图中未示出)中的一层或几层。
示例性的，所述基底层326位于所述电极层325背离所述电热材料层324的一侧，被配置为承载膜层。基底层326材料应当易于加工，可进行打孔，并可在其表面进行特定材料的沉积或溅射，其可以是满足要求的玻璃，塑料，金属中的一种，可选地，基底层326的材料为玻璃，其厚度范围可以是0.1mm-5mm，具体可以为0.5mm。
示例性的，所述绝缘层327位于所述电热材料层324与所述电极层325之间，设有允许所述电热材料层324与所述电极层325电连接的过孔。具体的，所述绝缘层327的材料为具有绝缘性质的非金属物质，包括但不限于SiO2，Si3N4，PI，PTFE，PVDF，PDMS等，其厚度可以是本领域常规加工技术可以实现的任意厚度。所述绝缘层327至少覆盖部分电极层325，并在电极层325两块独立的区域对应处分别设有独立的开孔。所述电热材料层324与所述电极层325的两块独立的区域通过绝缘层327的开孔相连通。需要注意的是，在一些情况下的实施例中，所述电极层325和电热材料层324之间也可以不具有绝缘层327。
示例性的，所述保护层328位于所述电热材料层324背离所述电极层325的一侧，被配置为保护所述电热材料层324。所述保护层328的材料为具有绝缘性质的非金属物质，其材料包括但不限于SiO2，Si3N4等，其可以通过薄膜沉积的方式覆盖在所述电热材料层324表面，其厚度可以是本领域常规加工技术可以实现的任意厚度，如10-4微米～1微米，一般地，所述保护层328的厚度可以选择10-2微米～10-3微米数量级。所述保护层328上可以设有开孔，在此开孔处，电极层325可直接暴露出来，用于与外接电源相接触，或者通过在开口处导出连接引线，以使得电极层325与外接电源相连接。
示例性的，所述隔热层位于所述基底层326背离所述电极层325的一侧，用于防止电热结构的热量向芯片本体一侧传导，一方面可以使得电热结构的热量尽量传导至储液容具313一侧的热敏粘性结构323上，另一方面可以避免电热结构产生的热量对芯片本体中的各部分结构零件功能产生影响。
一种具体的实施方式中，如图9所示，电热结构自基底层326开始，自下向上依次包括基底层326，电极层325，绝缘层327，电热材料层324，保护层328；另外，还可以包括位于基底层326下表面一侧的隔热层。
具体的，电热结构设有贯穿其各层结构的通孔320，即电热结构中的上述各层结构均具有通孔，且各层结构的通孔中心位置一致。示例性的，各层结构的通孔形状可以是任意的，具体可选为圆形。
一种具体的实施方式中，如图9所示，所述活动部件314为球型；所述热敏粘性结构323位于所述电热结构与所述储液容具313的所述出口之间，且与所述活动部件314的表面相切。也可以说是，热敏粘性结构323处于电热结构的通孔320与储液容具313的出口之间，这样，一方面可以与活动部件314粘接接触，另一方面可以接受电热结构传递的热量，以使得自身粘性发生变化，直至粘性不足以粘住活动部件314，使得活动部件314脱离。
示例性的，电热结构的各层结构的通孔中，电热材料层的通孔尺寸可以略小于其他层的通孔尺寸，即其他各层的水平投影全部位于电热材料层的范围内，以便于电热材料层产生的热量能够均匀地分布在通孔周围并能够快速传递到通孔处的热敏粘性结构。
示例性的，所述液体释放机构还可以包括一个保护盖，该保护盖位于电热结构和储液容具之间，其材料可以与电热结构的基底层材料相同，该保护盖贴合在电热结构上方，与所述保护层接触。所述保护盖上设有开口，该开口与电热结构的通孔中心位置相同，且二者水平投影为相似图形，其尺寸略大于所述通孔的尺寸。所述活动部件可以与所述保护盖的开口远离所述电热结构的一侧相切。按照这种实施方案，所述活动部件、所述活动部件与所述通孔相切的位置、所述活动部件与所述保护盖上的开口相切的位置可以围成一个独立的区域，可以将所述热敏粘性结构填充在该区域内，使得所述热敏粘性结构受所述电热材料层产生电热效应激发的温度响应更加灵敏。
具体的，如图1中即为本实施例提供的一种储液容具3连接于芯片本体10上的结构示意图，如图1和图9所示，本申请实施例提供的储液容具3中，液体释放机构32具有两方面作用，其中一个作用是与液体存储机构31连接固定，通过与活动部件314的配合实现对储液容具313内部盛装液体试剂的密封，其另一个作用是控制液体试剂释放口(储液容具313下方开口)的开启，以使得液体流入芯片本体10的液体进入通道21内。具体的，所述液体释放机构32与所述液体存储机构31，可以通过粘接、焊接等本领域人员所熟知的常规工艺实现固定和封装，从而形成一个完整的结构。
本申请实施例，将控制试剂释放的开关结构(活动部件)设置在储液容具内部，通过热能转换的方式实现对开关结构的控制和液体试剂的释放。其产生热能所需的电能可以由驱动芯片设备工作所需的电源统一提供，省去了现有试剂释放方案中使用的机械顶杆、加热膜、离心驱动等装置，可以显著降低体外诊断设备的成本和体积，且具有释放方式简单，响应灵敏快速，易于集成的特点。集成有该方案的体外诊断微流控芯片，不需要在检测过程各阶段人工加入所需的全部试剂，有望实现生理和病理指标“样本进——结果出”的集成化一站式检测。
另外，如图10所示，本申请还提供一种检测系统，该检测系统包括上述任一项所述的微流控芯片100。
一些实施例中，如图10所示，检测系统还包括控制装置200，控制装置200与微流控芯片100电连接，且配置为向微流控芯片100施加电信号以驱动微流控芯片100工作。
一些实施例中，如图10所示，检测系统还可以包括光学单元300，配置为对微流控芯片100进行光学检测。
示例性的，该光学单元可以包括荧光检测装置，例如，该荧光检测装置可以包括荧光光源和图像传感器(例如电荷耦合器件(CCD)图像传感器)。示例性的，该光学单元还可以包括图像处理装置，该图像处理装置被配置为对荧光检测装置输出的检测图片进行处理。例如，该图像处理装置可以包括中央处理器(CPU)或图形处理器(GPU)等。例如，控制装置还被配置为控制荧光检测装置和图像处理装置执行相应的功能。
需要说明的是，本公开的一些实施例中，微流控芯片和检测系统还可以包括其他的功能结构，这可以根据实际需求而定，本公开的实施例对此不作限制。另外，关于本公开实施例提供的微流控芯片中对于各部分结构的形状和尺寸描述仅是对于一些实施例的示例性举例，实际设计时各部分结构的形状和尺寸并不限于上述实施例，此处不再赘述。再者，本申请中的附图只是示意图，图中各部分结构的具体尺寸和比例并不代表各结构的实际尺寸比例。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (24)

1.一种微流控芯片，包括流体进入通道和微阀，所述微阀包括磁性阀芯、阀芯运动通道和磁性控制装置；其中：
所述阀芯运动通道设有至少两个转接开口，且至少一个所述转接开口与所述流体进入通道相连；
所述磁性阀芯位于所述阀芯运动通道内且可在所述阀芯运动通道内移动，且所述磁性阀芯的径向尺寸大于每个所述转接开口的径向尺寸；
所述磁性控制装置位于所述阀芯运动通道外部，被配置为沿所述阀芯运动通道移动以驱动所述磁性阀芯在所述阀芯运动通道内移动。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述微阀还包括定位磁性体，所述定位磁性体位于所述转接开口处，被配置为当所述磁性阀芯移动至所述转接开口位置处时，通过磁力将所述磁性阀芯定位。
3.如权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述磁性阀芯为球型；所述阀芯运动通道的截面呈圆形，且所述阀芯运动通道的截面尺寸与所述磁性阀芯的截面尺寸相匹配。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其中，所述阀芯运动通道包括一条或几条支路，每条所述支路的端部设有一个所述转接开口。
5.如权利要求4所述的微流控芯片，其中，每条所述支路的端部的径向尺寸大于其他位置处的径向尺寸。
6.如权利要求4所述的微流控芯片，其中，所述阀芯运动通道的侧壁设有向外凸出的容纳部，所述容纳部被配置为容纳所述磁性阀芯。
7.如权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述磁性控制装置包括：
驱动磁性体，被配置为利用磁力驱动所述磁性阀芯在所述阀芯运动通道内移动；
机械臂，与所述驱动磁性体相连，被配置为带动所述驱动磁性体沿所述阀芯运动通道移动。
8.如权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其中，还包括供液装置，所述供液装置包括液体存储机构和液体释放机构；所述液体存储机构被配置为存储液体，所述液体释放机构被配置为与所述液体释放机构和所述流体进入通道相连，并在被触发时将所述液体存储机构中的液体释放至所述流体进入通道中。
9.如权利要求8所述的微流控芯片，其中，所述液体存储机构具有储液容具以及用于封闭储液容具的下方出口的封口层；所述储液容具为可受力致形变的韧性材料；
所述液体释放机构包括与所述流体进入通道相连通的容纳腔，所述容纳腔的开口与所述封口层相对，且所述封口层边缘与所述容纳腔的开口边缘密封连接；所述容纳腔的开口边缘处设有朝向所述开口中心伸出的凸出部，所述凸出部在所述封口层上的正投影位于所述封口层的非密封连接区域，被配置为在与所述封口层产生相互作用力时刺破所述封口层。
10.如权利要求9所述的微流控芯片，其中，所述封口层为可受力致破损的脆性材料。
11.如权利要求9所述的微流控芯片，其中，所述封口层的材料包括铝箔；所述储液容具的材料包括塑料。
12.如权利要求9所述的微流控芯片，其中，所述微流控芯片包括芯片本体；所述芯片本体设有所述容纳腔和所述流体进入通道；所述液体存储机构固定于所述芯片本体上。
13.如权利要求12所述的微流控芯片，其中，所述供液装置还包括连接层，位于所述液体存储机构的封口层与所述液体释放机构的容纳腔之间，被配置为将所述封口层与所述容纳腔的开口边缘密封连接。
14.如权利要求13所述的微流控芯片，其中，所述连接层设有镂空部；所述凸出部的伸出端在所述封口层上的正投影位于所述镂空部在所述封口层上的正投影内。
15.如权利要求8所述的微流控芯片，其中，所述液体存储机构包括储液容具以及位于所述储液容具内的活动部件，所述活动部件的尺寸大于所述储液容具的下方出口的尺寸，被配置为封闭所述出口；所述活动部件的自身重力小于所述储液容具内液体对所述活动部件的浮力；
所述液体释放机构位于所述储液容具的出口处，被配置为：对所述活动部件产生吸附力使得所述活动部件将所述储液容具的所述出口封闭，或者释放对所述活动部件的吸附力使得所述活动部件在浮力的作用下离开所述储液容具的所述出口。
16.如权利要求15所述的微流控芯片，其中，所述储液容具顶部具有排气口，所述液体存储机构还包括用于封闭所述储液容具顶部排气口的透气膜；或者，所述储液容具为可受力致形变的韧性材料。
17.如权利要求15所述的微流控芯片，其中，所述液体释放机构包括：
热敏粘性结构，位于所述储液容具的出口处，被配置为与所述活动部件粘接，且当温度小于设定温度时，所述热敏粘性结构对所述活动部件的粘附力与所述活动部件自身重力的和大于所述活动部件在所述液体中受到的浮力，当温度大于或等于所述设定温度时，所述热敏粘性结构对所述活动部件的粘附力与所述活动部件自身重力的和小于所述活动部件在所述液体中受到的浮力。
18.如权利要求17所述的微流控芯片，其中，所述热敏粘性结构的材料包括直链烷烃、支链烷烃或两者的混合物。
19.如权利要求17所述的微流控芯片，其中，所述液体释放机构还包括电热结构，位于所述储液容具的出口处，被配置为通电时产生热量，以为所述热敏粘性结构升温。
20.如权利要求19所述的微流控芯片，其中，所述电热结构包括沿远离所述储液容具的出口方向上依次层叠的电热材料层和电极层，所述电热材料层与所述电极层电连接；且所述电热结构设有贯穿其各层结构的通孔，所述通孔与所述储液容具的所述出口相对。
21.如权利要求20所述的微流控芯片，其中，所述电热材料层的材料包括氧化铟锡、镍铬合金、铁铬铝合金、钛酸钡陶瓷、碳化硅、铬酸镧、氧化锆、二硅化钼。
22.如权利要求20所述的微流控芯片，其中，所述电热结构还包括绝缘层、保护层、基底层和隔热层中的一层或几层；
所述绝缘层位于所述电热材料层与所述电极层之间，设有允许所述电热材料层与所述电极层电连接的过孔；
所述保护层位于所述电热材料层背离所述电极层的一侧，被配置为保护所述电热材料层；
所述基底层位于所述电极层背离所述电热材料层的一侧，被配置为承载膜层；
所述隔热层位于所述基底层背离所述电极层的一侧。
23.如权利要求20所述的微流控芯片，其中，所述活动部件为球型；所述热敏粘性结构位于所述电热结构与所述储液容具的所述出口之间，且与所述活动部件的表面相切。
24.一种检测系统，包括如权利要求1-23任一项所述的微流控芯片。
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