CN111693694A - 基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置与方法，对人体感染病毒后的血液样品进行多病毒免疫检测，外壳上表面中间设有水平布置的手机插槽，手机插槽的上方依次是水平布置的检测装置、反应芯片和试剂芯片，试剂芯片由升降装置带动上下垂直移动；设计不同深度、底部为可穿透胶膜的试剂瓶，并实现其与反应芯片上尖管的分离耦合，将样品纯化、孵育、显色等集成在一块芯片上，方形气腔通过电磁夹来控制其收缩扩大，从而满足不同反应步骤驱动液体流动的需求，仅需一部智能手机便可代替现有酶标仪来进行吸光度检测。反应芯片独立于其它结构，可以在不同反应芯片中的反应管内包被不同抗体或抗原，实现多病毒检测。

Description

基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置与方法

技术领域

本发明属于生物医学检测领域，采用智能手机和微流控芯片半定量检测人体感染病毒后的血液样品，具体是对人体感染病毒后的血液样品进行多病毒免疫检测装置与方法。

背景技术

有多种疾病都是人感染病毒后获得，给人类生存健康带来重大威胁。检测这些疾病主要通过血液检测，其中最常用的是酶联免疫法，该法基于抗原-抗体的特异性结合，通过反应后检测样品吸光度来判断患病程度，具有极高的灵敏度和特异性，但该法需要进行加样、温育、配液、洗涤、加酶、温育、洗涤、显色、终止、测定等一系列人工复杂操作，另外，还需要消耗大量试剂和样本，设备较大且实时性不好，难以及时获得检测结果。典型的酶联免疫试剂盒如中国专利申请号为201810699705.5、名称为“一种用于检测人下呼吸道博卡病毒的间接酶联免疫吸附测定法试剂盒及其应用”的文献中公开的试剂盒，其应用时自动化程度低，难以满足人下呼吸道博卡病毒的应用推广。因此开发一种小型化、成本低、集成度高、快速检测的病毒检测装置具有重要意义。

随着智能手机的普及和智能手机功能的集成度越来越高，智能手机在实时、便携检测方面具有巨大应用价值，但基于智能手机进行生物医学检测的装置还未被大面积推广使用，要设计满足上述病毒检测的装置，结合智能手机是最大化减小成本、提高装置便携性的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型化、成本低、集成度高的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置与方法，能快速检测人体感染病毒后的血液样品中的多种病毒。

本发明基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置采用的技术方案是：外壳上表面中间设有水平布置的手机插槽，手机插槽的上方依次是水平布置的检测装置、反应芯片和试剂芯片，试剂芯片由升降装置带动上下垂直移动；所述的试剂芯片包括一个试剂集合区，试剂集合区中间是方形气腔，方形气腔相互面对面的前后两个侧壁外表面上分别贴有一块挤压板，两个挤压板同时向右延伸逐渐靠近且每个挤压板最右端各自连接一个电磁夹，方形气腔连接与外部大气相通的第一通气管，方形气腔的周围设有内装终止试剂的终止试剂瓶、内装底物试剂的底物试剂瓶、内装酶标试剂的酶标试剂瓶以及内装缓冲试剂的第一、第二缓冲试剂瓶这5个试剂瓶，方形气腔和5个试剂瓶的顶部在同一高度、底部高度从低到高的顺序是：方形气腔、第一缓冲试剂瓶、酶标试剂瓶、第二缓冲试剂瓶、底物试剂瓶、终止试剂瓶；所述的反应芯片包括反应芯片主体和尖管集合区，尖管集合区位于所述的试剂集合区正下方，尖管集合区上部分由第一尖管、连通管、第二尖管和第二卡柱组成、下部分由第二卡槽、进液管组成且与反应芯片主体连成一体，上部分最上层是6个垂直布置的第一尖管，6个第一尖管顶面高度相同且分别对应于所述的5个试剂瓶和方形气腔的底部中心下方，6个第一尖管底端均连通一个水平的连通管，连通管底部正中心连通一个第二尖管，第二尖管正下方是垂直的进液管，连通管下表面连接第二卡柱，反应芯片主体上表面连接与第二卡柱对应配合的第二卡槽；应芯片主体上设有相连接的两部分，第一部分是血液分离结构，由样品口、样品池、血液分离管道、第一连接管、第二连接管、血细胞池、血浆池组成，样品池右侧面中心水平向右连有血液分离管道左端，血液分离管道右端分出两条岔路，靠近后边缘的是第一连接管，第一连接管连接血细胞池，靠近前边缘是第二连接管，第二连接管连接血浆池，血浆池位于所述的进液管正下方且与进液管底部相连通；第二部分由反应管入口、反应管、反应管出口、废液池组成，血浆池的中心前方连接反应管入口，反应管入口连接反应管，反应管内包被了抗原/抗体，反应管左端通过反应管出口与废液池连接，血液分离管道和反应管均为在水平面上呈连续的矩形且首尾相接的弯管；反应管入口处的底部连接第一对接管，反应管出口处的底部连接第二对接管；所述的检测装置包括入射光纤、滤光片、光源、阵列温度管、出射光纤、聚焦镜、准直镜和出射光纤，入射光纤在所述的第一对接管的正下方，入射光纤的正下方是滤光片，滤光片正下方是光源，检测装置的中间是水平布置的阵列温度管，阵列温度管与正上方的反应管相接触，出射光纤在所述的第二对接管的正下方，出射光纤正下方是准直镜，准直镜正下方是聚焦镜。

所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置的检测方法采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤1：由人工向样品池内滴加待测血液，待测血液沿着血液分离管道流动，血细胞通过第一连接管进入血细胞池，血浆通过第二连接管进入血浆池；

步骤2：升降装置带动试剂芯片竖直向下移动，直至方形气腔被对应的第一尖管戳破后停止；

步骤3：两个电磁夹内先通相反电流，两个挤压板挤压方形气腔，气流向下流动进入血浆池中，再给两个电磁夹通相同电流，两个挤压板扩张，方形气腔恢复原状，气流推动反应管中的液体进入到废液池中；

步骤4：升降装置再继续带动试剂芯片竖直向下移动，直至第一缓冲试剂瓶的底部被对应的第一尖管戳破后停止，缓冲液经第二尖管、进液管进入反应管350中冲洗，然后重复步骤3；试剂芯片继续向下移动直至酶标试剂瓶的底部被对应的第一尖管戳破后停止，酶标试剂进入反应管中进行抗原抗体反应，然后重复步骤3；试剂芯片继续向下移动直至第二缓冲试剂瓶底部被对应的第一尖管戳破后停止，缓冲液进入反应管中冲洗，然后重复步骤3；试剂芯片继续向下移动直至底物试剂瓶底部被对应的第一尖管戳破后停止，底物试剂进入反应管中进行显色反应，然后重复步骤3；试剂芯片继续向下移动直至终止试剂瓶底部被对应的第一尖管戳破后停止，终止试剂进入反应管中阻止过度的显色反应，反应管内充满着显色结束后的待测液体；

步骤5：将智能手机背面朝上，打开手机的摄像头，插入手机插槽中，光源发光，光经过滤光片后进入入射光纤，入射光线从入射光纤射出进入反应管中并在内发生全反射，出射光纤收集出射光线，出射光线经准直镜、聚焦镜聚焦到摄像头内，从而在手机中成像，得到吸光度，将吸光度与对应病毒吸光度-浓度标准曲线进行比较得到待测血液中的病毒抗原/抗体含量。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1.本发明与智能手机结合，可实时将结果显示在智能手机上，且减小检测成本，提高装置便携性，仅需一部智能手机便可代替现有酶标仪来进行吸光度检测。

2.本发明运用惯性微流原理，在不施加外力情况下，完成对血浆和血细胞的快速分离，提高待测物纯净度。

3.本发明通过设计长弯折反应管来使反应充分，并增加了检测光程，提高检测灵敏度。

4.本发明通过将样品纯化、孵育、显色等集成在一块芯片上，实现低成本、小剂量、微型化快速检测。

5.本发明设计不同深度、底部为可穿透胶膜的试剂瓶，并实现其与反应芯片上尖管的分离耦合，使得易于更换新试剂、不易污染试剂、满足依次进液需求。

6.本发明将进液、反应、检测分为三个结构来实现，它们彼此独立和耦合，具有普适性，也易于进行维修和更换。

7.本发明中的反应芯片独立于其它结构，可以在不同反应芯片中的反应管内包被不同抗体或抗原，以实现多病毒检测。

8.本发明设计了一种单向阀，通过其与周围结构的组合来有效防止液体反向流动，减少废液对检测液的影响，提高检测准确度。

9.本发明中的试剂芯片上的方形气腔通过电磁夹来控制其收缩扩大，从而满足不同反应步骤驱动液体流动的需求。

附图说明

图1是本发明基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置的整体结构示意图；

图2是图1中升降装置1结构放大图；

图3是图1中试剂芯片2的结构放大图；

图4是图3中试剂集合区22的俯视放大图；

图5是图4中试剂瓶的结构放大图；

图6是图1中反应芯片3的结构放大图；

图7是图6中尖管集合区32的结构放大图；

图8是图6中反应芯片主体33的俯视结构放大图；

图9是图8中反应管入口处的关联部件结构放大图；

图10是图8中反应管出口处的关联部件结构放大图；

图11是图1中检测装置4及手机插槽5的结构放大图；

图12是智能手机背面的结构示意图。

附图中各部件的序号和名称：

1.升降装置；2.试剂芯片；3.反应芯片；4.检测装置；5.手机插槽；6.外壳；7.智能手机背面；

11.减震槽；12.步进电机；13.步进电机输出轴；14.固定板；15.丝杆；16.支撑杆；17.第一磁铁；18.第二磁铁；19.固定块；21.第四磁铁；22.试剂集合区；23.芯片基板；31.第二通气管；32.尖管集合区；33.反应芯片主体；34.第一卡柱；41.第一卡槽；42.入射光纤；43.第一遮光套筒；45.滤光片；45.光源；46.第一隔热板；47.阵列温度管；48.聚焦镜；49.准直镜；50.第二遮光套筒；52.出射光纤；53.第二隔热板；71.摄像头；72.闪光灯；

101.第三磁铁；102；顶板；231.小支架；232.连接杆；233.终止试剂瓶；234.硬薄板；235.方形空腔；236.底物试剂瓶；237.酶标试剂瓶；238.硬质塑料腔；239.挤压板；240.第一缓冲试剂瓶；241.电磁夹；242.第二缓冲试剂瓶；243.第一通气管；331.第一尖管；332.第二卡柱；333.第二尖管；334.第二卡槽；335.进液管；336.连通管；341.第一卡柱顶部；342.样品口；343.样品池；344.血液分离管道；345.第一连接管；346.第二连接管；347.血细胞池；348.血浆池；349.反应管入口；350.反应管；351.反应管出口；352.废液池；

2311.试剂瓶盖；2312试剂瓶腔；2313.试剂瓶底部；3501.入射光线；3502.第一对接管；3503.第一薄片；3504.第二薄片；3505.出射光线；3506.第二对接管。

具体实施方式

参见图1，本发明基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置包括一个水平放置的外壳6，外壳6上表面中间设有水平布置的手机插槽5，手机插槽5的上方依次是水平布置的检测装置4、反应芯片3以及试剂芯片2。试剂芯片2的左端一侧能插在升降装置1中，升降装置1垂直布置在外壳6的左侧旁，升降装置1能带动试剂芯片2上下垂直移动。

参见图2，升降装置1最底部是减震槽11，减震槽11外部是硬壳，内部置放了海绵，海绵内套有垂直放置的步进电机12的壳体，既满足了升降装置1整体支撑稳定性，又可以在步进电机12运转时起到减震作用。步进电机输出轴13垂直向上，同轴连接丝杆15的底部，两者之间通过固定板14固定。当步进电机12转动时可以带动丝杆15一起转动。丝杆15的顶部接有顶板102，顶板102上接有与减震槽11固定连接在一起的支撑杆16，用于固定丝杆15。丝杆15上配合套有固定块19，丝杆15和固定块19组成丝杆螺母机构，固定块19右侧面与三块水平杆状的磁铁连接在一起，并且固定块19右侧面的中间直接胶接第三磁铁101，第三磁铁101顶面胶接第一磁铁18，底面胶接第二磁铁17，使第一磁铁18和第二磁铁17之间有间隙，第一磁铁18和第二磁铁17向右侧试剂芯片2的方向延伸。第一磁铁18和第二磁铁17的左右水平长度远大于第三磁铁101，三块磁铁作为一个整体，当丝杆15转动时，固定块19带动三块磁铁沿丝杆15上下移动。

参见图3，试剂芯片2由芯片基板23、试剂集合区22和第四磁铁21组成，芯片基板23水平布置，其左端固定嵌有第四磁铁21，右端连接试剂集合区22。第四磁铁21朝向升降装置1方向且可插入第一磁铁18和第二磁铁17之间。当试剂芯片2插入升降装置1中时，第四磁铁21与第三磁铁101接触且紧紧吸住第三磁铁101，芯片基板23在与第一磁铁18和第二磁铁17接触的顶面和底面上涂有磁粉，第一磁铁18和第二磁铁17分别紧紧吸住芯片基板23，保证试剂芯片2插入升降装置1中后不会因为在丝杆15上下移动而发生较大位移。

参见图4，试剂集合区22的中间是一个方形气腔235，方形气腔235的底部竖直方向是上下相通的硬质塑料腔238，硬质塑料腔238与方形气腔235胶接形成一个整体，硬质塑料腔238的底部是胶膜，其易于被尖锐物品穿透。

方形气腔235相互面对面的前后两个侧壁外表面上分别贴有一块挤压板239，两个侧壁被挤压板239包围，两个挤压板239同时向右延伸且逐渐靠近，相互前后对称，在两个挤压板239最右端各自胶接一个电磁夹241，两个相互前后对称的电磁夹241通相反电流时，两个电磁夹241中的两个被线圈缠绕的磁铁相互吸引，从而带动挤压板239靠近，挤压方形气腔235，使得方形气腔235内的气体向底部流动；当两个电磁夹241通相同电流时，两个磁铁相互排斥，带动两个挤压板239拆开，扩张方形气腔235。除此以外，为了使方形气腔235能顺利恢复原状，在其右壁上连接有第一通气管243与外部大气相通，第一通气管243的半径远小于方形气腔235的腔体，减少方形气腔235被挤压时气流从这个气管流出，使大部分气流向方形气腔235的底部流动，其作用仅为了维持内外大气压平衡，防止方形气腔235被挤压后无法恢复原状。

在方形气腔235周围设有5个试剂瓶，方形气腔235的左侧是终止试剂瓶233，其内装了终止试剂，该终止试剂用于阻止化学反应。方形气腔235的前后侧有两个位置对称的试剂瓶，分别是后方的底物试剂瓶236，其内装了底物试剂，该底物试剂用于显色反应显色；前方的是酶标试剂瓶237，其内装了酶标试剂，该酶标试剂用于进行抗原抗体反应。在电磁夹241整体两侧分别有两个试剂瓶，分别是后方的第一缓冲试剂瓶240和前方的第二缓冲试剂瓶242，内装了有相同性质的缓冲试剂，都用于洗涤管道，但第一缓冲试剂瓶240的容量要小些。

方形气腔235左侧两个顶角外分别斜接两块硬薄板234，两块硬薄板234从右往左距离靠近，并保持水平对称，左端分别经连接杆232连接小支架231，小支架231底部向下固定连接芯片基板23。方形气腔235和5个试剂瓶都分别通过芯片基板23上的对应的通孔垂直穿过芯片基板23且套通孔中。

方形气腔235和5个试剂瓶的顶部都在同一高度，方形气腔235和5个试剂瓶的顶部高度都低于连接杆232以及小支架231顶部。但方形气腔235和5个试剂瓶的底部高度不同，底部高度从低到高的顺序是：方形气腔235、第一缓冲试剂瓶240、酶标试剂瓶237、第二缓冲试剂瓶242、底物试剂瓶236、终止试剂瓶233，也就是说：方形气腔235和5个试剂瓶的瓶子深度从大到小的排序依次是：方形气腔235、第一缓冲试剂瓶240、酶标试剂瓶237、第二缓冲试剂瓶242、底物试剂瓶236、终止试剂瓶233。方形气腔235的深度比另外5个试剂瓶都深。

结合图5，5个试剂瓶的结构都相同，都具有一个垂直布置的试剂瓶腔2312，其材料为硬质塑料，5个试剂瓶的试剂瓶腔2312的内径都相同，不同的是试剂瓶腔2312的深度。试剂瓶腔2312的顶部都连接可折叠试剂瓶盖2311，当加试剂时，可将试剂瓶盖2311向上掀开，加完后，向下用力按压，使其盖紧。试剂瓶底部2313是一层薄胶膜，当遇到尖锐物体时可被戳破。由于5个试剂瓶的顶部都在同一高度，底部高度不同，所以当试剂芯片2随着升降装置1向下移动时，其正下方对应位置有同等高度的5个尖锐物品时，试剂瓶底部2313被戳破的时间也不同，从而实现不同试剂于不同时间添加。

参见图6，反应芯片3包括反应芯片主体33、尖管集合区32、第一卡柱34和第二通气管31。反应芯片主体33左右两端下方各有一个垂直布置的第一卡柱34，用于连接其下方的检测装置4。反应芯片主体33上连接有第二通气管31，用于平衡反应芯片3的内气压。反应芯片主体33右端设有尖管集合区32，尖管集合区32位于图3中试剂集合区22的正下方。

参见图7，尖管集合区32可分为上下两部分，上面部分由第一尖管331、连通管336、第二尖管333、第二卡柱332组成。下面部分由第二卡槽334、进液管335组成，并且与反应芯片主体33连成一体。两部分可以相互独立，便于保证芯片纯净度和更换结构。上面部分的最上层共有6个第一尖管331，它们由硬质玻璃管制成，每个第一尖管331都垂直布置，顶部是锋利的斜尖头，顶面高度相同，位置分别对应于图4中的5个试剂瓶和方形气腔235的底部中心位置，6个第一尖管331底端均连接且连通一个水平的连通管336，使得进入第一尖管331中的气体或试剂可以顺利进入到连通管336中。在连通管336底部正中心连通有一个第二尖管333，其材质与结构和第一尖管331相同，第二尖管333的斜尖头竖直向下。在第二尖管333正下方是垂直的进液管335，进液管335顶部表面是一层胶膜，管子由硬质玻璃制成，进液管335底部接通水平的反应芯片主体33，具体是连通反应芯片主体33上的血浆池348（参见图8）。在连通管336的最左端和最右端下表面分别连接有第二卡柱332，它们只胶结在连通管336下表面，不与连通管336接通。在两个第二卡柱336对应位置的正下方分别是两个第二卡槽334。第二卡槽334底部胶接在反应芯片主体33上表面，二者互不连通。第二卡槽334和进液管335的顶部在同一水平高度，第一卡柱332与第二卡槽334深度对应配合，第二尖管333垂直高度小于进液管335的垂直高度。当需要使用反应芯片3时，先将尖管集合区32的上面部分竖直向下插入到下面部分，第二卡柱332向下运动准确插入到第二卡槽334中，第二尖管333也向下戳破进液管335上表面胶膜，且由于胶膜表面张力作用，进液管335管壁与胶膜紧紧相贴，形成凹面，又由于第二尖管333比进液管335短，因而不会触碰到反应芯片主体33底部而造成破坏。这样，尖管集合区32的上下两部分完全耦合。

结合图1、图3、图4、图5、图6，图7。当尖管集合区32的上下部分完全耦合后，在升降装置1作用下，试剂芯片2向下竖直移动，直到其试剂集合区22的5个试剂瓶和方形气腔235的不同高度的底部胶膜依次被同等高度的第一尖管334戳破，第一尖管334管壁与胶膜紧密贴合，但第一尖管331不会深入试剂瓶内部，只进去1cm左右，以减少试剂瓶中试剂的浪费。5个试剂瓶中试剂或方形气腔235中的气体依次通过与第一尖管331连通的连通管336进入进液管335中，从而进入反应芯片主体33中。反应芯片3内气体会通过第二通气管31排出，以维持内外大气压平衡，使试剂或气体顺利在反应芯片3中起作用。

参见图8，反应芯片主体33的俯视结构整体是矩形，在其四个圆角处分别是第一卡柱顶部341，它们所在相对位置水平和竖直对称。反应芯片主体33上设有相连接的两个部分，第一部分是血液分离结构，由样品口342、样品池343、血液分离管道344、第一连接管345、第二连接管346、血细胞池347、血浆池348组成。样品池343用于操作人员从样品口343滴加血液，样品池343右侧面中心水平向右连有血液分离管道344，该血液分离管道344为在水平面上呈连续的矩形且首尾相接的弯管，设计此长形状管道目的在于通过惯性微流原理将血浆和血细胞分离开，其原理是：不同尺寸的微颗粒在流体内同一截面不同位置受到的力不同，因而这些微颗粒受力平衡时在流体管道所在的位置也不同，从而实现了不同尺寸微颗粒的聚焦流动而使微颗粒分离。因此，血液在此管道中流动，血液分离管道344内靠近反应芯片主体33后边缘处聚集血细胞，前边缘处聚集血浆。整个过程无需人为操作，且不易损伤血细胞，从而降低溶血率，提高检测血浆纯度。在血液分离管道344右端分出两条岔路，靠近后边缘的是第一连接管345，其斜向右上角连接到血细胞池347，由于血细胞含量不高，因而不必在血细胞池347上开通气管，液体也能顺利进入。靠近前边缘是第二连接管346，其斜向右下方连接到血浆池348，该血浆池348位于图7中进液管335的正下方并且与进液管335底部相连通，使进液管335中的气体或试剂能进入血浆池348中。血细胞池347和血浆池348这两个池子都为圆柱形。两个连接管345、346和它们分别连接的池子呈前后对称，其对称中心与样品池343右侧面中心可连成一条水平线。第二部分是反应检测结构，由反应管入口349、反应管350、反应管出口351、废液池352组成。血浆池348的中心前方连接反应管入口349，反应管入口349中心连接有反应管350，反应管350内预先包被了抗原/抗体，若要检测相应病毒，只需更换上包被了相应抗原/抗体的反应芯片主体33即可。反应管350也是在水平面上呈连续的矩形且首尾相接的弯管，且反应管350内径小于血浆池348内径，可使血浆通过毛细作用进入其中。反应管350左端通过反应管出口351与废液池352连接。废液池352底面与反应管350底面齐平，而高度略低于反应管350。废液池352上方连通所述的第二通气管31，与外部大气相通，以维持内外大气压平衡。废液池352体积远大于5个试剂瓶的总体积之和，防止废液聚集后漫出反应芯片3。当试剂来到反应管350中时，由于较长的距离和转折弯管设计，可以充分反应，检测时，增加光程。

参见图9所示的反应管入口349处结构，反应管入口349处的底部连接第一对接管3502，第一对接管3502的形状为平行四边形，垂直于反应管350，但深度很小，不与反应芯片主体33底部连通。在第一对接管3502正下方，但不与对接管3502底部接触位置处有入射光纤42（参见图11），其产生的入射光线3501经过第一对接管3502向上垂直射出，与第一对接管3502管壁有一定夹角a进入反应管350中，反应管350中的反应试剂折射率大于反应管350折射率，且与a角结合后满足入射光线3501在反应管350内的全反射，从而实现检测时增加检测光程，因为此时检测光程为入射光线3501在反应管350内全反射线路长度，从而大大提高检测灵敏度。

参见图10所示的反应管出口351处的结构。其结构与反应管入口349类似，其底部连接第二对接管3506，不同的是，在第二对接管3506正下方，但不与对接管3502底部接触位置处是出射光纤52，用于收集被检测样品吸收一部分后的出射光线3505。在反应管350连通废液池352方向，靠近废液池352处的反应管350内设有由第一薄片3503和第二薄片3504组成的单向阀。第一薄片3503和第二薄片3504均连接在反应管350内表面上，形成人字形结构相互交叉，人字形的头部朝向废液池35，两个薄片在静止时互不接触。这两个薄片组合目的在于当液体与气体从反应管350内从右向左流动时没有阻碍，进入到废液池352中的液体如果向反应管350内反向流动，液体会推动第二薄片3504向右旋转，从而使其与第一薄片3503部分重叠，而阻碍液体反向流向反应管350中。由于在反应管出口351处的液体流速很慢，废液池352上方开有第二通气管31，且废液池352高度略低于反应管350，因而不用担心因为液体压强差而使废液池352内液体对薄片的推力过大从而使单向阀失效，造成检测液的污染。

参见图1、图11。检测装置4底部水平布置固定连接在外壳6上表面，其包括第一卡槽41、入射光纤42、滤光片44、光源45、阵列温度管47、出射光纤52、聚焦镜48、准直镜49、出射光纤52等。

检测装置4最上层左右两侧四角各是第一卡槽41，它们高度相同，都在同一水平面上，位置与图6中的第一卡柱34位置相对应。由于检测装置4位于反应芯片3的正下方。将反应芯片3向下通过其上的四个第一卡柱34进入第一卡槽41内，实现反应芯片3和检测装置4二者耦合。入射光纤42在检测装置4的右侧，且入射光纤42在第一对接管3502的正下方，入射光纤42的正下方是滤光片44，二者有较小距离，入射光纤42底部和滤光片44之间连接第一遮光套筒43，第一遮光套筒43顶部胶接在入射光纤42外围，底部胶接在滤光片44四周的侧表面上，有效防止外来光的干扰。在滤光片44正下方是光源45，用于提供光，光源45底部固定在外壳6上表面。检测装置4的中间是水平布置的阵列温度管47，阵列温度管47的正上方是反应芯片3中的反应管350，阵列温度管47的范围覆盖反应管350范围，反应管350与阵列温度管47相接触，能够保证反应管350的孵化和反应温度。检测装置4的左侧是出射光纤52，出射光纤52与入射光纤42在同一水平线上，且高度相同，位于图10中的第二对接管3506下方。在出射光纤52正下方是准直镜49，将从出射光纤52的光线变为平行光，在准直镜49正下方是聚焦镜48，用于聚焦平行后的光线，使光线能进入智能手机中，聚焦镜48的底部固定在外壳6上表面上。准直镜49和聚焦镜48外部套有第二遮光套筒50，第二遮光套筒50顶部连接出射光纤52，底部固定连接在外壳6上。

阵列温度管47的左右两侧各设有隔热板，分别是第二隔热板53和第一隔热板46，两块隔热板的底部都固定在外壳6上表面上。第一隔热板46将阵列温度管47与入射光纤42、第一遮光套筒43、滤光片44、光源45隔开，第二隔热板53将阵列温度管47与准直镜49、聚焦镜48、第二遮光套筒50、出射光纤52隔开，两个隔热板的作用都是起到隔热效果，减小阵列温度管47的温度对旁边结构的影响。

参见图12，智能手机背面7结构示意图中，智能手机自带有摄像头71和闪光灯72，在智能手机背面7上，具有一般性。当将智能手机背面7朝上插入手机槽5中后，摄像头71紧贴聚焦光线所在位置，位于聚焦镜48正下方，使出射光线可以进入手机CMOS（互补金属氧化物半导体）中，智能手机根据图像相较于未检测前的原标准图像进行明暗对比，得吸光度=lg（入射光对应图像灰度值/手机收集到的出射光图像灰度值）从而得到吸光度，其中入射光对应图像灰度值是提前实验好得到的值，无需再检测。

参见图1-12，本发明基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置工作时，先进行预处理：将反应芯片3的反应管350内表面包被病毒的抗原/抗体，不同反应芯片3可分别对应不同种病毒的抗原/抗体。然后按以下步骤进行：

步骤1：人工将5个试剂的试剂瓶盖2311打开，分别向底物试剂瓶236中添加底物试剂，向酶标试剂瓶237中添加酶标试剂，向终止试剂瓶233中添加终止试剂，向第一缓冲试剂瓶240和第二缓冲试剂瓶242内添加缓冲液。添加试剂完毕后，将试剂瓶盖2311向下旋转用力盖紧。然后将加好试剂的试剂芯片2自右向左插入升降装置1中的第一磁铁17和第二磁铁18之间，芯片基板23的上下表面分别与第一磁铁17和第二磁铁18相互吸引，此时向左用力，使左端的第四磁铁21与固定块19右端的第三磁铁101稳固吸住，从而完成试剂芯片2能被稳定固定在升降装置1上。

步骤2：取反应管350内包被了对应病毒抗原/抗体的反应芯片3，人工将反应芯片3竖直向下插入到检测装置4上表面，反应芯片3的第一卡柱34向下插入到第一卡槽41内，从而使反应芯片3与检测装置4耦合，反应芯片3下表面紧贴检测装置4上表面。然后将由第一尖管331、连通管336、第二卡柱332、第二尖管333组合成的尖管集合区32上部分插入由第二卡槽334、进液管335组成的尖管集合区32下部分中。第二卡柱332竖直向下运动，插入到对应位置的第二卡槽334中，第二尖管333随着向下运动戳破进液管335上表面的胶膜。当尖管集合区32稳定后，由人工向样品池343上的样品口342内滴加待测血液，待测血液滴加进入样品池343中。待测血液向右沿着血液分离管道344流动，从使血液分离管道344内靠近后边缘处聚集血细胞，靠近前边缘聚集血浆，该过程不易损伤血细胞，从而降低溶血率，提高检测血浆纯度。待来到血液分离管道344右端尽头时，此时已完成了血浆和血细胞的分离。血细胞通过第一连接管345进入血细胞池347，血浆通过第二连接管346来到血浆池348。在毛细作用下，血浆充满反应管350内，其下方的阵列温度管47温度设为37℃，对反应管350孵化，充分孵化10分钟。

步骤3：升降装置1中步进电机12启动，带动丝杆15旋转，已经耦合了的试剂芯片2随着丝杆15的旋转逐渐竖直向下移动。随着试剂芯片2向下运动接近第一尖管331，由于方形气腔235其底部最低，因而第一个被对应位置的第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。给方形气腔235右侧的电磁夹241内先通相反电流，两个磁铁相互吸引，带动两个挤压板239向内挤压，此时方形气腔235内气流向下流动进入反应芯片主体33中的血浆池348中，还有一小部分气流从第一通气管243内出去。再给两个电磁夹241内通相同电流，两个磁铁相互排斥，带动两个挤压板239向外扩张，一部分外界气流从第一通气管243处来到方形气腔235内，以维持内外大气压平衡，使方形气腔235能顺利恢复原状。在整个过程中，电磁夹241的靠近或分开速度都较缓慢，能让气体有充足时间慢慢从第一通气管243进出，以防止方形气腔235内吸力过大而使反应管350内液体被吸出。电磁夹241如此反复操作至设定的次数，故不需要人为通不同电。在通气作用下，气流便推动反应管350中的液体进入到废液池352中，也就是血浆从反应管出口351处从右向左推开第一薄片3503和第二薄片3504，使血浆进入废液池352内，而不会逆流到反应管350中。

步骤4：升降装置1再继续带动试剂芯片2竖直向下移动，丝杆15再继续转动，试剂芯片2继续向下移动，5个试剂瓶中底部最低的第一缓冲试剂瓶240的底部胶膜被对应的第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。方形气腔235保持戳破状态。缓冲液从第一缓冲试剂瓶240中经过第二尖管333和进液管335竖直流入血浆池348中，从而进入反应管350中，冲洗反应管350。然后再给电磁夹241，也就是再次利用方形气腔235、电磁夹241和挤压板239结构，重复在步骤3中提到气流便推动反应管350中的液体进入到废液池352中的过程，也就是使气流推动缓冲液进入到废液池352，并最终吹干反应管350。

升降装置1再继续带动试剂芯片2竖直向下移动，丝杆15再继续转动，带动试剂芯片2继续向下移动，接着酶标试剂瓶237的底部胶膜被对应的第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。酶标试剂从酶标试剂瓶237中经过第二尖管333和进液管335竖直流入血浆池348中，从而进入反应管350中，孵化一段时间，进行抗原抗体反应。然后再给电磁夹241，也就是再次利用方形气腔235、电磁夹241和挤压板239结构，重复在步骤3中提到气流便推动反应管350中的液体进入到废液池352中的过程，也就是使气流推动抗原抗体后的反应废液进入到废液池352中，并最终吹干反应管350。

升降装置1再继续带动试剂芯片2竖直向下移动，丝杆15再继续转动，带动试剂芯片2继续向下移动，第二缓冲试剂瓶242底部胶膜被对应的第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。此时缓冲液从第二缓冲试剂瓶242中经过第二尖管333和进液管335竖直流入血浆池348中，从而进入反应管350中，冲洗反应管350。然后再利用方形气腔235、电磁夹241和挤压板239结构使气流推动反应管350中缓冲液进入废液池352，并最终吹干反应管350。

升降装置1再继续带动试剂芯片2竖直向下移动，丝杆15再继续转动，带动试剂芯片2继续向下移动，底物试剂瓶236底部胶膜被对应的第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。底物试剂从底物试剂瓶236中经过第二尖管333、进液管335、血浆池348从而进入反应管350中，进行显色反应。然后再利用方形气腔235、电磁夹241和挤压板239结构使气流推动反应管350中显色反应后的废液进入废液池352中，并最终吹干反应管350。

升降装置1再继续带动试剂芯片2竖直向下移动，丝杆15再继续转动，带动试剂芯片2继续向下移动，终止试剂瓶233底部胶膜被第一尖管331戳破，然后丝杆15停止旋转，保持试剂芯片2此时的高度。终止试剂从终止试剂瓶233中经过第二尖管333、进液管335、血浆池348从而进入反应管350中，阻止过度的显色反应。此时反应管350内充满着显色结束后的待测液体。

步骤5：启动检测装置4，将智能手机背面7朝上，打开摄像头71，插入手机插槽5中。光源45发光，光经过滤光片44后进入入射光纤42，由于很多的病毒检测吸收波长在450nm，因而此处滤光片44只让450nm的光通过滤光片，也能完成许多病毒检测。入射光线3501从入射光纤42射出，与第一对接管3502管壁有一定夹角a进入反应管350中，反应管350内显色结束后的待测液体折射率大于反应管350折射率，且结合夹角a的作用后，满足入射光线3501在反应管350内发生全反射，从而实现检测时增加检测光程，因为此时检测光程为入射光线3501在反应管350内全反射线路长度，从而大大提高检测灵敏度。在出射光纤52处收集经吸收后的出射光线3505，出射光线3505进入出射光纤52下方准直镜49中，从准直镜49下方出来的平行光再进入下方的聚焦镜48中，透过聚焦镜48的光线聚焦到智能手机的摄像头71内，从而进入手机CMOS（互补金属氧化物半导体）中，进行成像。由于吸光度=lg（入射光强/出射光强），所以基于智能手机后，得到吸光度=入射光对应图像灰度值/手机收集到的出射光图像灰度值，将智能手机得到的吸光度与已有的对应病毒吸光度-浓度标准曲线进行比较，从而得到待测血液中待测病毒抗原/抗体含量，实现半定量检测。

Claims (8)

1.一种基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，外壳（6）上表面中间设有水平布置的手机插槽（5），其特征是：手机插槽（5）的上方依次是水平布置的检测装置（4）、反应芯片（3）和试剂芯片（2），试剂芯片（2）由升降装置（1）带动上下垂直移动；所述的试剂芯片（2）包括一个试剂集合区（22），试剂集合区（22）中间是方形气腔（235），方形气腔（235）相互面对面的前后两个侧壁外表面上分别贴有一块挤压板（239），两个挤压板（239）同时向右延伸逐渐靠近且每个挤压板239最右端各自连接一个电磁夹（241），方形气腔（235）连接与外部大气相通的第一通气管（243），方形气腔（235）的周围设有内装终止试剂的终止试剂瓶（233）、内装底物试剂的底物试剂瓶（236）、内装酶标试剂的酶标试剂瓶（237）以及内装缓冲试剂的第一、第二缓冲试剂瓶（240、242）这5个试剂瓶，方形气腔（235）和5个试剂瓶的顶部在同一高度、底部高度从低到高的顺序是：方形气腔（235）、第一缓冲试剂瓶（240）、酶标试剂瓶（237）、第二缓冲试剂瓶（242）、底物试剂瓶（236）、终止试剂瓶（233）；所述的反应芯片（3）包括反应芯片主体（33）和尖管集合区（32），尖管集合区（32）位于所述的试剂集合区（22）正下方，尖管集合区（32）上部分由第一尖管（331）、连通管（336）、第二尖管（333）和第二卡柱（332）组成、下部分由第二卡槽（334）、进液管（335）组成且与反应芯片主体（33）连成一体，上部分最上层是6个垂直布置的第一尖管（331），6个第一尖管（331）顶面高度相同且分别对应于所述的5个试剂瓶和方形气腔（235）的底部中心下方，6个第一尖管（331）底端均连通一个水平的连通管（336），连通管（336）底部正中心连通一个第二尖管（333），第二尖管（333）正下方是垂直的进液管（335），连通管（336）下表面连接第二卡柱（332），反应芯片主体（33）上表面连接与第二卡柱（332）对应配合的第二卡槽（334）；应芯片主体（33）上设有相连接的两部分，第一部分是血液分离结构，由样品口（342）、样品池（343）、血液分离管道（344）、第一连接管（345）、第二连接管（346）、血细胞池（347）、血浆池（348）组成，样品池（343）右侧面中心水平向右连有血液分离管道（344）左端，血液分离管道（344）右端分出两条岔路，靠近后边缘的是第一连接管（345），第一连接管（345）连接血细胞池（347），靠近前边缘是第二连接管（346），第二连接管（346）连接血浆池（348），血浆池（348）位于所述的进液管（335）正下方且与进液管（335）底部相连通；第二部分由反应管入口（349）、反应管（350）、反应管出口（351）、废液池（352）组成，血浆池（348）的中心前方连接反应管入口（349），反应管入口（349）连接反应管（350），反应管（350）内包被了抗原/抗体，反应管（350）左端通过反应管出口（351）与废液池（352）连接，血液分离管道（344）和反应管（350）均为在水平面上呈连续的矩形且首尾相接的弯管；反应管入口（349）处的底部连接第一对接管（3502），反应管出口（351）处的底部连接第二对接管（3506）；所述的检测装置（4）包括入射光纤（42）、滤光片（44）、光源（45）、阵列温度管（47）、出射光纤（52）、聚焦镜（48）、准直镜（49）和出射光纤（52），入射光纤（42）在所述的第一对接管（3502）的正下方，入射光纤（42）的正下方是滤光片（44），滤光片（44）正下方是光源（45），检测装置（4）的中间是水平布置的阵列温度管（47），阵列温度管（47）与正上方的反应管（350）相接触，出射光纤（52）在所述的第二对接管（3506）的正下方，出射光纤（52）正下方是准直镜（49），准直镜（49）正下方是聚焦镜（48）。

2.根据权利要求1所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：升降装置（1）的最底部设有垂直放置的步进电机（12），步进电机输出轴（13）同轴连接丝杆（15）的底部，丝杆（15）上配合套有固定块（19），固定块（19）右侧面与三块水平杆状的磁铁连接，固定块（19）右侧面的中间胶接第三磁铁（101），第三磁铁（101）顶面胶接第一磁铁（18），底面胶接第二磁铁（17），第一磁铁（18）和第二磁铁（17）向右侧试剂芯片（2）的方向延伸。

3.权利要求2述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：水平布置的芯片基板（23）左端固定嵌有第四磁铁（21）、右端连接所述的试剂集合区（22），第四磁铁（21）能插入第一磁铁（18）和第二磁铁（17）之间且能吸住第三磁铁（101），芯片基板（23）在与第一磁铁（18）和第二磁铁（17）接触的顶面和底面上涂有磁粉，第一磁铁（18）和第二磁铁（17）分别吸住芯片基板（23）。

4.根据权利要求3所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：方形气腔（235）左侧两个顶角外分别斜接两块硬薄板（234），两块硬薄板（234）从右往左距离靠近且左端分别经连接杆（232）连接小支架（231），小支架（231）底部向下固定连接所述的芯片基板（23），方形气腔（235）和5个试剂瓶都分别套在芯片基板（23）上的对应的通孔中。

5.根据权利要求1所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：在靠近废液池（352）处的反应管（350）内设有由第一薄片（3503）和第二薄片（3504）组成的单向阀，阻碍液体从废液池（352）反向流向反应管（350）中，第一薄片（3503）和第二薄片（3504）均连接反应管（350）内表面上，形成人字形结构相互交叉，人字形的头部朝向废液池（35），两个薄片在静止时互不接触。

6.根据权利要求1所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：入射光纤（42）底部和滤光片（44）之间连接第一遮光套筒（43），准直镜（49）和聚焦镜（48）外部套有第二遮光套筒（50），阵列温度管（47）的左右两侧各设有隔热板。

7.根据权利要求1所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置，其特征是：方形气腔（235）上连接有与外部大气相通的第一通气管（243），废液池（352）上方连通与外部大气相通的第二通气管（31）。

8.一种如权利要求1所述的基于智能手机和微流控芯片的多病毒免疫检测装置的检测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：人工向样品池（343）内滴加待测血液，待测血液沿着血液分离管道（344）流动，血细胞通过第一连接管（345）进入血细胞池（347），血浆通过第二连接管（346）进入血浆池（348）；

步骤2：升降装置（1）带动试剂芯片（2）竖直向下移动，直至方形气腔（235）被对应的第一尖管（331）戳破后停止；

步骤3：两个电磁夹（241）内先通相反电流，两个挤压板（239）挤压方形气腔（235），气流向下流动进入血浆池（348）中，再给两个电磁夹（241）通相同电流，两个挤压板（239）扩张，方形气腔（235）恢复原状，气流推动反应管（350）中的液体进入到废液池（352）中；

步骤4：升降装置（1）再继续带动试剂芯片（2）竖直向下移动，直至第一缓冲试剂瓶（240）的底部被对应的第一尖管（331）戳破后停止，缓冲液经第二尖管（333）、进液管（335）进入反应管（350）中冲洗，然后重复步骤3；试剂芯片（2）继续向下移动直至酶标试剂瓶（237）的底部被对应的第一尖管（331）戳破后停止，酶标试剂进入反应管（350）中进行抗原抗体反应，然后重复步骤3；试剂芯片（2）继续向下移动直至第二缓冲试剂瓶（242）底部被对应的第一尖管（331）戳破后停止，缓冲液进入反应管（350）中冲洗，然后重复步骤3；试剂芯片（2）继续向下移动直至底物试剂瓶（236）底部被对应的第一尖管（331）戳破后停止，底物试剂进入反应管（350）中进行显色反应，然后重复步骤3；试剂芯片（2）继续向下移动直至终止试剂瓶233底部被对应的第一尖管（331）戳破后停止，终止试剂进入反应管（350）中阻止过度的显色反应，反应管（350）内充满着显色结束后的待测液体；

步骤5：将智能手机背面朝上，打开手机的摄像头，插入手机插槽（5）中，光源（45）发光，光经过滤光片（44）后进入入射光纤（42），入射光线从入射光纤（42）射出进入反应管（350）中并在内发生全反射，出射光纤（52）收集出射光线，出射光线经准直镜（49）、聚焦镜（48）聚焦到摄像头内，从而在手机中成像，得到吸光度，将吸光度与对应病毒吸光度-浓度标准曲线进行比较得到待测血液中的病毒抗原/抗体含量。

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