CN111822064A - 微流控基板及微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流体基板及微流体芯片，属于微流体技术领域，其可解决现有的微流体芯片结构复杂，操作繁琐的问题。本发明的微流控基板包括：第一基板；第一基板包括相对设置的第一侧面和第二侧面；在第一侧面上形成有微流通道，以及与微流通道连通的反应池；在第二侧面上设置有进样结构，且进样结构通过贯穿第一基板的进样口与微流通道连通；第一基板还包括排气孔，排气孔的进气口与反应池连通，排气口与外界连通，且排气孔的进气口与反应池的底面之间具有一定的距离。

Description

微流控基板及微流控芯片

技术领域

本发明属于微流体技术领域，具体涉及一种微流控基板及微流控芯片。

背景技术

微流控芯片(microfluidics chip)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、分离、反应、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，用以自动完成分析实现生物、化学、医学实验室的各种功能的检测装置。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前的微流控芯片一般需要配套的仪器实现自动化操作，其结构复杂，操作较为繁琐，需要专业的检测人员进行操作及日常维护，并且检测周期较长，无法实现实时、快速的现场检测。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种微流控基板及微流控芯片。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微流控基板，该微流控基板包括：第一基板；所述第一基板包括相对设置的第一侧面和第二侧面；在所述第一侧面上形成有微流通道，以及与所述微流通道连通的反应池；在所述第二侧面上设置有进样结构，且所述进样结构通过贯穿所述第一基板的进样口与所述微流通道连通；

所述第一基板还包括排气孔，所述排气孔的进气口与所述反应池连通，排气口与外界连通，且所述排气孔的进气口与所述反应池的底面之间具有一定的距离。

可选地，所述反应池和排气孔均为多个；且所述反应池与所述排气孔一一对应设置。

可选地，所述排气孔的进气口与所述反应池的底面之间的距离为0.2毫米至2.5毫米，所述排气孔的直径为0.2毫米至1.0毫米，深度为0.2毫米至1.5毫米。

可选地，所述微流控基板还包括：覆盖于所述排气孔的排气口的排气阻液膜；

所述排气阻液膜用于将所述排气孔封闭。

可选地，所述微流控基板还包括：与所述进样结构连接的密封盖；

所述密封盖用于在外力作用下产生形变，以挤压所述进样结构内的气体，驱动所述待检测液体样品导入所述微流通道。

可选地，所述密封盖的材料包括橡胶。

可选地，所述密封盖远离所述第一基板的第二侧面的一端设置为平面或凸起。

可选地，所述进样结构包括：加样仓和过滤膜；

所述加样仓的一端通过贯穿所述第一基板的进样口与所述微流通道连通，另一端与所述密封盖连接，且具有预设容积；

所述过滤膜位于所述加样仓靠近所述第一基板的第二侧面的一端。

可选地，所述密封盖的外径尺寸与所述加样仓的内径尺寸相同。

可选地，所述微流通道包括：主微流通道和辅微流通道；

所述主微流通道的一端通过贯穿所述第一基板的进样口与所述加样仓连通，另一端通过所述辅微流通道的长度方向上的一个连通口与所述辅微流通道连通；

所述辅微流通道通过所述辅微流通道的长度方向上多个连通口与多个所述反应池一一对应连通。

可选地，多个所述反应池平行排布于所述辅通道的一侧或两侧。

可选地，所述反应池的开口的形状包括：圆形、方形或三角形。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微流控芯片，该微流控芯片包括如上述提供的微流控基板。

可选地，该微流控芯片还包括：与所述第一基板相对设置的第二基板；

所述第二基板通过双面胶或激光焊接与所述第一基板贴合。

可选地，所述第一基板和所述第二基板的材料包括透明材料。

附图说明

图1-图3为本发明实施例提供的一种微流控基板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的加样结构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图。

其中附图标记为：

10-第一基板、20-第二基板、101-第一侧面、102-第二侧面、201-微流通道、202-反应池、203-排气孔、2031-进气口、2032-排气口、204-进样结构、205-进样口、206-透气阻液膜、207-密封盖、2011-主微流通道、2012-辅微流通道、2041-加样仓、及2042-过滤膜。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

生化检测是指通过各种生物化学反应或免疫反应对血液或其他液体进行分析，测定体内酶类、糖类、脂类、蛋白类的含量，为临床医生提供疾病诊断的重要依据。生化检测已经成为医院的常规检测，下面将以用于实现生化检测的微流控基板及微流控芯片为例，对本发明实施例提供的微流控基板及微流控芯片进行详细说明。其中，本发明实施例中涉及的待检测液体样品可以为血液样品，过滤膜可以为滤血膜，多个指标可以为血液中对应的酶类、糖类、脂类、蛋白类的含量等指标。

实施例一

本发明实施例提供了一种微流控基板，图1为本发明实施例提供的一种微流控基板的结构示意图，如图1所示，该微流控基板包括：第一基板10，第一基板10包括相对设置的第一侧面101和第二侧面102。为了更直观的展现第一基板10的内部结构，本发明实施例将结合图2a-图3，对第一基板10的内部结构进行详细描述。

如图2a所示，在第一基板10的第一侧面101上形成有微流通道201，以及与微流通道201连通的反应池202。微流通道201可以将待检测液体样品输送至反应池202中。反应池202中预存储有反应试剂，待检测液体样品可以与反应试剂在反应池202中发生反应，以供后续检测使用。如图3所示，在第一基板10的第二侧面102上设置有进样结构204，且进样结构204通过贯穿第一基板10的进样口205与微流通道201连通。进样结构204可以定量接收并过滤待检测液体样品，并将待检测液体样品导入与之连通的微流通道201。如图1-图3所示，第一基板10还包括排气孔203，排气孔203的进气口2031与反应池202连通，排气口2032与外界连通，且排气孔203的进气口2031与反应池202的底面之间具有一定距离。排气孔203可以与外界大气连通，可以将反应池202中的气体排出。

在实际应用中，本发明实施例提供的微流控基板第一基板10的第一侧面101朝下，第二侧面102朝上，可以将反应池202的开口封闭后，微流通道201与反应池202的连通口靠近第一基板的底部，排气孔203靠近第一基板10的顶部，待检测液体样品可以经过微流通道201从下至上导入反应池202中，使得待检测液体样品与反应试剂迅速复融并发生反应。待检测液体样品从下至上的导入方式可以有助于反应池202中的气体排出，避免待检测液体在导入及反应过程中淤积气泡。

在本发明实施例提供的微流控基板中，待检测液体样品可以按照一定的容量从进样结构204注入，并通过进样口205导入微流通道201，再经过微流通道201输送至反应池202。在反应池202中预存储有反应试剂，待检测的液体样品可以与反应试剂在反应池202中进行反应，以供后续检测使用。排气孔203可以将待检测液体样品的导入及与反应试剂反应过程中产生的气体排出，避免气泡淤积对待检测液体样品的影响。可以看出，本发明实施例提供的微流控基板可以将待检测液体样品定量、过滤及检测集成于一体，极大的简化了人工操作流程，并且不依赖配套的大型自动化设备，可以实现实时、快速的现场检测，因此可以降低使用成本。同时，本发明实施例提供的微流控基板的结构简单，无需复杂的制作工艺，因此可以降低制作成本。

可选地，反应池202和排气孔203均为多个；且反应池202与排气孔203一一对应。

需要说明的是，反应池202的数量可以为多个，每个反应池202与对应的一个排气孔203连通，每个反应池202可以实现一种指标的检测，因此多个反应池202可以对待检测液体样品的多个指标分别进行检测，从而实现待检测液体样品的多个指标的一次性同时检测。在实际应用中，反应池202的数量可以为1至20，具体可以根据所需指标适当的增加或减少。在本发明实施例中，反应池202的数量为10个，可以实现待检测液体样品10种指标的一次性同时检测。进一步需要说明的是，反应池202的深度为0.5毫米(mm)至5mm，反应试剂可以经过冻干或烘干后预埋在反应池202的底部，待检测液体样品流入反应池202时，可以将反应试剂迅速复融并发生反应。

可选地，排气孔203的进气口2031与反应池202的底面之间的距离为0.2毫米至2.5毫米，排气孔203的直径为0.2毫米至1.0毫米，深度为0.2毫米至1.5毫米。

需要说明的是，排气孔203的位置和尺寸对于排气效果具有极大的影响，排气孔203可以位于距离反应池202的底面0.2mm至2.5mm处，排气孔203的直径可以为0.2mm至1.0mm，深度可以为0.2mm至1.5mm。在本发明实施例中，排气孔的直径具体可以为1.0mm，这样不仅可以保证良好的排气效果，避免淤积气泡，同时也可以避免排气孔203中滞留待检测液体样品，减少待检测液体样品的损失。

可选地，本发明实施例提供的微流控基板还包括：覆盖于排气孔203的排气口2032的透气阻液膜206，透气阻液膜206可以将排气孔203封闭。

需要说明的是，透气阻液膜206将排气孔203封闭，可以在排气的同时，避免待检测液体样品溢出以及反应试剂的扩散，并且可以防止其他杂质通过排气203进入反应池202，从而可以提高检测的灵敏度、准确度和重复性。在实际应用中，透气阻液膜206的材料可以为聚四氟乙烯，可以通过双面胶、紫外胶、激光焊接或超声焊接等方式贴合于排气孔203的排气口2032上，使得排气孔203完全封闭。

如图3所示，本发明实施例提供的微流控基板还包括与进样结构204连接的密封盖207，密封盖207与进样结构204连接后可以形成密闭的腔体。在外力的作用下，密封盖207可以产生形变，以挤压密闭腔体内的气体，形成正压力，从而驱动待检测液体样品从进样结构204导入微流通道201。因此，可以不需外加注射泵等其他的动力装置将待检测液体样品直接导入微流通道201中，从而可以使得操作更为简单。

可选地，密封盖207的材料可以包括橡胶。

需要说明的是，橡胶为弹性材料，容易在外力作用下产生形变，产生正压力，为进样结构204中的待检测液体样品提供驱动动力，驱动待检测液体样品输入反应池202中。因此，可以不需外加注射泵等其他的动力装置将待检测液体样品直接导入微流通道201，从而可以使得操作更为简单。可以理解的是，密封盖207的材料也可以为其他容易产生形变的弹性材料，在此不再一一列举。

可选地，密封盖207远离第一基板10的第二侧面102的一端设置为平面或凸起。

需要说明的是，密封盖207封闭的一端可以设置为平面，也可以设置为凸起，可以使得与进样结构204连接后形成密闭的腔体。密封盖207封闭的一端设置为凸起时，可以增加密闭腔体内部的空间，便于产生较大程度的形变，以挤压内部的气体，产生较大驱动动力。

如图3和图4所示，进样结构204可以包括加样仓2041和过滤膜2042。加样仓2041的一端通过贯穿第一基板10的进样口205与微流通道201连通，另一端与密封盖207连接，且具有预设容积；过滤膜2042位于加样仓2041靠近第一基板10的第二侧面102的一端。

需要说明的是，可以通过预先设置加样仓2041的容积来控制待检测液体样品的加样量，可以降低加样误差。过滤膜2042位于加样仓2041的底部，并覆盖进样口205，可以过滤注入加样仓2041中的待检测液体样品，无需对待检测液体样品进行离心或过滤等预处理操作，从而简化了操作流程，降低了使用成本。在实际应用中，加样仓2041的直径可以为5mm至15mm，深度可以为5mm至10mm，其容积可以控制在20微升(μL)至600μL之间，可以根据实际需要选择加样仓2041的容积，以合理控制进样量，从而降低加样误差。

可选地，密封盖207的外径尺寸与加样仓2041的内径尺寸相同。

需要说明的是，密封盖207的外径尺寸与加样仓2041的内径尺寸相同，可以使得密封盖207与加样仓2041紧扣，防止密封盖207与加样仓2041形成的密闭腔体漏气，从而避免对待检测液体样品的驱动动力的影响。

如图2a-图2c所示，当反应池202的数量为多个时，一条微流通道201已经不能满足将待检测液体样品输送至多个反应池202中的要求，因此，需要将微流通道201设置为主微流通道2011和辅微流通道2012交叉连通的形式。在辅微流通道2012的长度方向上设置有多个连通口，主微流通道2011的一端通过贯穿第一基板10的进样口205与加样仓2041连通，另一端通过辅微流通道2012的长度方向上的一个连通口与辅微流通道2012连通；辅微流通道2012通过辅微流通道2012长度方向上的多个连通口与多个反应池202一一对应连通。

需要说明的是，辅微流通道2012长度方向上设置有多个连通口，可以使得辅微流通道2012与主微流通道2011及多个反应池一一对应连通。待检测液体样品可以从进样口205通过主微流通道2011输送至辅微流通道2012，并通过辅微流通道2012分别导入各个反应池202中。在实际应用中，进样口205的直径可以为0.5mm至5mm，主微流通道2011的直径可以与进样口205的直径相同，辅微流通道2014长度方向上的连通口的直径可以为0.1mm至1.0mm，反应池202的直径可以为0.5至5.0mm。

可选地，多个反应池202可以平行排布于辅微流通道2012的一侧或两侧。

需要说明的是，可以根据实际需要，合理选择反应池202的数量及合理排布多个反应池202的位置，例如，多个反应池202可以如图2a所示呈单排分布于辅微流通道2012的一侧。也可以如图2b所示呈双排分布于辅微流通道2012的两侧，当然，也可以如图2c所示，通过设置各个反应池202与辅微流通道2012之间的距离不同，使得各个反应池202可以呈双排分布于辅微流通道2012的一侧，这样，可以利于在有限的第一基板10的表面上排布多个反应池202，实现待检测液体样品多个指标的同时检测。

可选地，反应池202的开口的形状包括：圆形、方形或三角形。

需要说明的是，根据实际需要，反应池202的开口可以为圆形、方形或三角形，也可以为其他满足设计的形状。优选地，在本发明实施例中，反应池202的开口为圆形。

实施例二

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种微流控芯片，该微流控芯片包括如上述实施例提供的微流控基板。图5为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，如图5所示，该微流控芯片包括：相对设置的第一基板10的第二基板20。第一基板10中的微流通道201及反应池202等结构，可以通过注塑的方式一体成型。第二基板20可以通过双面胶或激光焊接等方式与第一基板10贴合。第二基板20可以将第一基板10的第一侧面101上形成的各个结构封闭。在实际应用中，该微流控芯片的长度可以为25mm至50mm，宽度可以为15mm至35mm，可以根据实际需要控制微流控芯片的尺寸，在此不做限定。

该微流控芯片除了包括上述的第一基板10和第二基板20，还包括光源单元和检测单元(图中未示出)。光源单元可以位于靠近第二基板20的一侧，可以为反应池202提供检测光线，检测光线可以透过第二基板20、反应池202，照射至待反应液体样品。检测光线经过反应池202中的待检测液体样品后透射，由于待检测液体样品对检测光线具有折射、散射、衍射等作用，使得检测光线的传播方向等光信号信息发生变化。对应的，检测单元可以位于靠近第一基板10的一侧，可以对透射的检测光线进行检测，可以根据透射的检测光线的光信号信息，对待检测液体样品的生化指标等进行分析，实现对于待检测液体样品多个指标的检测。

可选地，第一基板10和第二基板20的材料包括透明材料。

需要说明的是，第一基板10和第二基板20均为透明材料，可以利于检测光线的传播，避免第一基板10和第二基板20对检测光线的影响。

具体地，第一基板10和第二基板20的材料包括：玻璃、亚克力或塑料。

可以理解的是，在本发明实施例中，第一基板10和第二基板20的材料为玻璃，当然，第一基板10的第二基板20也可以选择其他的对检测光线影响较小的透明材料，在此不做限定。

需要说明的是，本发明实施例提供的微流控芯片不仅可以实现待检测液体样品的生化检测，对于使用液体样品进行分析的其他检测，例如免疫检测等也同样可以实现。其实现原理与本发明实施例提供的微流控芯片的实现原理类似，在此不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种微流控基板，其特征在于，包括：第一基板；所述第一基板包括相对设置的第一侧面和第二侧面；在所述第一侧面上形成有微流通道，以及与所述微流通道连通的反应池；在所述第二侧面上设置有进样结构，且所述进样结构通过贯穿所述第一基板的进样口与所述微流通道连通；

所述第一基板还包括排气孔，所述排气孔的进气口与所述反应池连通，排气口与外界连通，且所述排气孔的进气口与所述反应池的底面之间具有一定的距离。

2.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述反应池和排气孔均为多个；且所述反应池与所述排气孔一一对应设置。

3.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述排气孔的进气口与所述反应池的底面之间的距离为0.2毫米至2.5毫米，所述排气孔的直径为0.2毫米至1.0毫米，深度为0.2毫米至1.5毫米。

4.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，还包括：覆盖于所述排气孔的排气口的排气阻液膜；

所述排气阻液膜用于将所述排气孔封闭。

5.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，还包括：与所述进样结构连接的密封盖；

所述密封盖用于在外力作用下产生形变，以挤压所述进样结构内的气体，驱动所述待检测液体样品导入所述微流通道。

6.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述密封盖的材料包括橡胶。

7.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述密封盖远离所述第一基板的第二侧面的一端设置为平面或凸起。

8.根据权利要求1或5所述的微流控基板，其特征在于，所述进样结构包括：加样仓和过滤膜；

所述加样仓的一端通过贯穿所述第一基板的进样口与所述微流通道连通，另一端与所述密封盖连接，且具有预设容积；

所述过滤膜位于所述加样仓靠近所述第一基板的第二侧面的一端。

9.根据权利要求8所述的微流控基板，其特征在于，所述密封盖的外径尺寸与所述加样仓的内径尺寸相同。

10.根据权利要求8所述的微流控基板，其特征在于，所述微流通道包括：主微流通道和辅微流通道；

所述主微流通道的一端通过贯穿所述第一基板的进样口与所述加样仓连通，另一端通过所述辅微流通道的长度方向上的一个连通口与所述辅微流通道连通；

所述辅微流通道通过所述辅微流通道的长度方向上多个连通口与多个所述反应池一一对应连通。

11.根据权利要求10所述的微流控基板，其特征在于，多个所述反应池平行排布于所述辅通道的一侧或两侧。

12.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述反应池的开口的形状包括：圆形、方形或三角形。

13.一种微流控芯片，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的微流控基板。

14.根据权利要求13所述的微流控芯片，其特征在于，还包括：与所述第一基板相对设置的第二基板；

所述第二基板通过双面胶或激光焊接与所述第一基板贴合。

15.根据权利要求14所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板的材料包括透明材料。

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