CN112033953A - 一种微流控芯片及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片，包括基板和位于基板上的检测区，基板上设有第一储液槽和第二储液槽，第一储液槽、第二储液槽分别与检测区液体连通，第一储液槽和第二储液槽分别设有供液体流出的第一开口和第二开口，所述通过转动微流控集成芯片使第一开口先于第二开口在重力作用下流出液体，并且，第一储液槽的液体后端早于第二储液槽的液体前端到达检测区。以及微流控芯片的应用。利用本发明所述微流控检测集成芯片在流体驱动方面可实现无需外加动力设备，可以简化检测仪器的结构，节约能源。避免因外部动力源的使用在流体中内产生气泡。

Description

一种微流控芯片及应用

技术领域

本发明属于医用诊断类物品技术领域，涉及一种具有储液功能的微流控芯片及制造和使用方法。

背景技术

在生物医学分析，疾病诊断领域，微流控技术的出现推动了便携式快速诊断(point-of-care)产业的发展。相比较以往传统快诊技术，微流控芯片具有以下优势，例如，以往的POCT检测设备，其定标液、检测试剂等液体都是外置于设备中，导致检测设备体积大，管路复杂，难维护，易污染等问题，并且，以往的POCT产品由于检测原理特点，在快速精确定量分析的同时很难实现同时检测多个指标，进而增加了待检测样品的消耗和人为误差。反之，微流控检测技术最大的优势是在微升级别的血样消耗下可以同时进行多个指标的全自动快速检测并得出准确的结果。同时，平方厘米大小的微流控芯片上可以包含定量进样，混合，反应，定标，试剂储存，检测，废液收集等常规实验室所有的功能单元，全自动操作等特点实现高集成，节能，方便，误差小的新一代POCT产品。

流体控制是微流控芯片设计的核心，微流控芯片的所有功能都依赖于微通道网络的独特设计来实现。以国外的几家行业顶尖企业的微流控产品为例，从流体动力来划分，微流控芯片动力可以是气泵的(US8986527B2)，注射器的(US7842234B)，外力挤压的(US5821399A)，离心力的(US20110124128A1)。

以气泵为动力的芯片具有以下特点：首先对于两个以上的流体控制，气泵要求更为复杂的芯片微通道网络设计，相对更多的阀门设计来实现流体的依次流动控制。这样的复杂结构就导致仪器体积往往比较大，芯片加工要求高成本也高的特点。并且，气泵作为动力会增加流体内气泡产生的概率，产生的气泡可以阻碍传感器正常工作。

以注射器为动力的芯片，首先在操作上要求注射器与芯片加样口密封对接，这样的操作比较困难，容易引入人为误差；其次容易由于操作误差，导致样品或仪器污染的风险。

以外力挤压的流体推动方式，因为挤压形变产生的力本身比较小，因此要求芯片尺寸相对较小，这样“微型”的变化，会直接导致芯片加工及组装的难度，造成经济损失。

以离心力驱动的芯片产品比较少，原理上离心力驱动芯片可最大程度实现高集成检测，实现芯片内样本提纯，等量分样的优势，但由于其结构相对更复杂和精细，材料表面张力可以很大程度上影响流速，造成技术壁垒比较高，导致产业化难度。

随着体外诊断市场需求的激增，微流控技术在体外诊断应用中的优势逐渐突显出来，受到工业界越来越多的关注。微流控芯片应用中，多种流体的次序性流动及测试片内置液体的保存和流动控制是目前普遍存在的技术难点。

发明内容

本发明提供了一种重力作用下可控制流动的微流控芯片。该微流控芯片可以无需外加动力设备如微泵，注射泵，挤压装置，离心力装置等，完成多个流体的自动传送和检测。

具体来说，本发明提供的一种微流控检测芯片，包括基板和位于基板上的检测区，基板上设有第一储液槽和第二储液槽，第一储液槽、第二储液槽分别与检测区液体连通，第一储液槽和第二储液槽分别设有供液体流出的第一开口和第二开口，所述通过转动微流控芯片使第一开口先于第二开口在重力作用下流出液体，并且，第一储液槽的液体后端早于第二储液槽的液体前端到达检测区。

具体的，通过转动微流控芯片使第一开口先于第二开口到达向下位置，从而使第一储液槽的液体在自身重力作用下从第一开口流出先于第二储液槽中的液体在自身重力作用下从第二开口流出；并且使第一储液槽的液体后端早于第二储液槽的液体前端到达检测区。

更为具体的，转动微流控芯片使第一开口到达向下位置，第一储液槽的液体在重力作用下从第一开口流出并到达检测区，再转动微流控芯片使第二开口到达向下位置，第二储液槽的液体在重力作用下从第二开口流出并到达检测区；并且，第二储液槽的液体前端在离开检测区之前未触碰到第一储液槽的液体后端。

一些优选的实施方式中，微流控检测芯片还包括位于基板上的废液槽，废液槽与检测区连通。第二储液槽的液体在重力作用下从第二开口流出并到达检测区时，位于检测区的第一储液槽液体在重力作用下流向废液槽。

一些优选的实施方式中，第一开口流出液体时，第一开口位置高于检测区位置；第二开口流出液体时，第二开口位置高于检测区位置。

使用微流控芯片检测时，将微流控芯片垂直放置，或者垂直置于仪器内，转动微流控芯片使第一开口在转动过程中逐渐到达向下位置，且第二开口在此转动过程中不会出现向下的情况，液体在自身重力作用下从第一开口流出并流至检测区。再转动微流控芯片使第二开口在转动过程中逐渐到达向下位置，液体在自身重力作用下从第二开口流出并流至检测区；并且，在检测区的第一储液槽液体在自身重力作用下流向废液槽。在两次转动过程中，第一开口流出的液体末端先于第二开口流出的液体前端到达检测区。

一些优选的实施方式中，第一储液槽和第二储液槽以及废液槽可以贯穿基板，也可以不贯穿基板。当第一储液槽和第二储液槽以及废液槽不贯穿基板时，第一储液槽和第二储液槽以及废液槽位于基板的同一面，或分别位于基板的两面。

一些优选的实施方式中，还包括设于基板上的连接第一开口的第一流道、连接第二开口的第二流道、连接在检测区前端的第三流道、连接在检测区后端的第四流道和连接废液槽的第五流道；第一流道、第二流道与第三流道连接；第四流道与第五流道连接。

一些优选的实施方式中，检测区设有检测流道和信号采集通道，检测区内包括电极传感器。

一些优选的实施方式中，检测流道两端分别连接第三流道和第四流道。

一些优选的实施方式中，微流控芯片包括用于覆盖基板的盖片，盖片封闭位于基板上的第一、第二储液槽和废液槽，以及第一、二、三、四和五流道。

一些优选的实施方式中，在初始状态下，第一储液槽、第二储液槽和废液槽被密封。

一些优选的实施方式中，第一储液槽、第二储液槽和废液槽对应处的盖片上分别设有第一、第二和第三通气孔。

一些优选的实施方式中，第一、第二和第三通气孔均被密封或可被打开。

一些优选的实施方式中，第一、第二和第三通气孔上设有密封件。

在初始状态下，第一储液槽、第二储液槽和废液槽被密封；通过第二和第三通气孔被密封或被打开来控制第一储液槽和第二储液槽的液体流动。

本发明中，还提供一种微流控检测芯片，通过流道的亲疏水性差异来控制液体的流动速度并使检测更准确。即通过不同区域表面亲疏水性的差异，以此来控制血液等液体在不同区域的流速及扩散状况，以保证在自重力情况下液体能依次流道检测区域实现检测。即，当液体在流通的流道中时，使用疏水流道使其流速减缓，避免流速过快产生气泡，当液体在检测的流道中时，使用亲水流道使液体扩散至整个流道表面，保证与检测仪器的充分接触。

一种微流控检测芯片，包括基板和位于基板上的检测区，基板上设有第一储液槽、第二储液槽和废液槽，基板上还设有连接第一储液槽与检测区、第二储液槽与检测区，以及检测区和废液槽的流道，所述流道不同区域表面的亲疏水性存在差异。

一些优选的实施方式中，流道包括连接第一储液槽的第一流道，连接第二储液槽的第二流道，连接在检测区前端的第三流道，连接在检测区后端的第四流道以及连接废液槽的第五流道；第一流道、第二流道与第三流道连接；第四流道与第五流道连接。

一些优选的实施方式中，检测区设有检测流道；检测流道两端分别与第三流道和第四流道连接。

一些优选的实施方式中，第一流道、第二流道和第五流道为疏水性流道；第三、四流道和检测流道为亲水性流道。

一些优选的实施方式中，包括盖合基板两面的两个盖片。

一些优选的实施方式中，基板为疏水材质或做疏水处理，一个盖片为疏水材质或做疏水处理，一个盖片为亲水材质或做亲水处理。

一些优选的实施方式中，第一流道、第二流道和第五流道位于基板一面，第三、四流道和检测流道位于基板另一面。

一些优选的实施方式中，设有第一流道、第二流道和第五流道的基板面覆盖有疏水盖片；设有第三、四流道和检测流道的基板面覆盖有亲水盖片。

本发明中，在基板的正反面分别开设流道，并且利用不同亲疏水性的上下盖片水密性地粘贴在基板的正反面上后，基板流道的亲疏水性就会因为盖片的亲疏性而相应的变化。利用这样的方式很容易制造出在不同区域具有不同亲疏性的检测芯片。

本发明中，提供一种微流控检测芯片，还通过贯通基板的穿孔连接流道，流道之间通过穿孔连接可以防止液体回流，从而保证液体朝一个方向单向流动。一些优选的实施方式中，第一流道与第二流道通过穿孔与第三流道连接，第四流道与第五流道也通过穿孔连接。

一些优选的实施方式中，第一流道与第二流道分别与第三流道通过两个不同的穿孔连接。

本发明中提供一种微流控检测芯片，上游不同的流道分别通过单独的穿孔连接到下游的同一个流道上，这种多个穿孔连接的设计，可以避免后续进入的液体通过检测流道(同一通道)时的失败概率，强化了流体操控性，例如可减少气泡的产生等。

一些优选的实施方式中，第一穿孔连接第一流道和第三流道，第二穿孔连接第二流道和第三流道。

一些优选的实施方式中，第一穿孔和第二穿孔具有一定的距离。

一些优选的实施方式中，第一穿孔和第二穿孔的距离大于2毫米。

一些优选的实施方式中，沿液体流动方向，第一穿孔位于第二穿孔的下游，且位于下游的第一穿孔的孔径小于位于其上游的第二穿孔的孔径。

一些优选的实施方式中，检测区内包括电极传感器。

一些优选的实施方式中，第二流道设有一段弯管结构。

一些优选的实施方式中，第一储液槽的液体为试剂，第二储液槽的液体为样品。

另一方面，本发明还提供一种制作用于检测的微流控检测芯片的方法，具体包括如下步骤：

步骤1，选取疏水性材料作为基板，并且通过化学刻刻蚀、物理雕刻、热压或注塑成型在基板上形成的流道、第一、第二储液槽、检测流道、信号采集通道、废液槽、穿孔等结构；

具体的，在基板上形成第一储液槽，第二储液槽，检测流道，以及第一、第二和第三穿孔；在基板一面形成连接在检测流道前端的第三流道和连接在检测流道后端的第四流道；在基板另一面形成第一、第二和第五流道以及废液槽，其中，第一流道连接第一储液槽和第一穿孔，第一穿孔连接第一流道和第三流道，第二流道连接第二储液槽和第二穿孔，第二穿孔同时与第三流道连接，第四流道与第五流道通过第三穿孔连接，第五流道末端连接废液槽；

步骤2，获得电极传感器，将其粘贴在的检测流道处，让传感器的电极位于检测流道内，并同时水密性的封住检测流道的表面。同时传感器的电极接脚位于检测区的信号采集通道内；

步骤3，获得疏水性材质的盖片；或用疏水材料处理盖片与基板接触的那一面，即设有疏水涂层，使盖片的接触面为疏水性；将盖片疏水性一面水密性地粘贴在基板设有第一、第二和第五流道的一面；

步骤4，向第一储液槽中注入作为检测试剂的定标液；

步骤5，获得亲水性材质的盖片；或用亲水性材料处理盖片与基板接触的那一面，即设有亲水涂层，使盖片的接触面为亲水性；将盖片亲水性的一面水密性地贴在基板设有第三、第四流道的一面；

步骤6，在盖片上第一、第二储液槽和废液槽位置处设置第一、第二和第三通气孔；

步骤7，若无步骤4时，将检测试剂通过上盖片的第一通气孔注入第一储液槽内，随后用密封件密封住小孔。

通过步骤1-7的方法最终获得可用于检测的微流体检测芯片。

本发明还提供一种微流控检测芯片检测样品的方法，包括用于检测的微流体检测芯片，该微流体检测芯片包括基板和盖片，以及位于基板上的检测区、第一、第二储液槽和废液槽，第一、第二储液槽分别与检测区连通，检测区与废液槽连通；第一储液槽和第二储液槽分别设有供液体流出的第一开口和第二开口；第一储液槽中包括检测试剂；具体步骤如下：

1.将样品注入第二储液槽中；

2.将微流体检测芯片垂直放置或垂直置于仪器内；

3.使第一储液槽及废液槽与大气连通；

4.旋转微流体检测芯片至第一开口朝下，使第一储液槽中的检测试剂在自身重力作用下从第一开口流出并流入到检测区；

5.进行试剂检测；

6.旋转微流体检测芯片至第二开口朝下，使第二储液槽中的样品在自身重力作用下从第二开口流出并流入到检测区；同时，位于检测区的检测试剂在自身重力作用下流入到废液槽；

7.进行样品检测，获取检测结果。

更为具体的实施方式中，微流体检测芯片还包括电极传感器，检测区设有检测流道和信号采集通道，电极传感器设于检测流道和信号采集通道内；盖片在第一储液槽的位置上设有第一通气孔，在第二储液槽的位置设有第二通气孔，在废液槽的位置设有第三通气孔；具体步骤如下：

步骤1中，通过位于第二储液槽上的第二通气孔将待检测的样品注入第二储液槽中；

步骤2中，将微流体检测芯片竖直固定在仪器中并依靠仪器中的部件带动芯片旋转来控制流体流动方向；

步骤3中，打开第一通气孔，同时打开第三通气孔；

步骤5和步骤7中，停留在检测流道内的检测试剂和样品与传感器发生反应，仪器的探针在信号采集通道内与传感器连接并采集反应信号。

一些优选的实施方式中，还包括连接第一开口的第一流道，连接第二开口的第二流道，连接在检测区前端的第三流道，连接在检测区后端的第四流道，连接废液槽的第五流道；第一流道、第二流道与第三流道连接；第四流道与第五流道连接。

步骤4中，第一储液槽中检测试剂从第一开口流出，经第一流道流至第三流道，到达检测流道。

步骤6中，第二储液槽中样品从第二开口流出，经第二流道流至第三流道，到达检测流道。

步骤6中，检测完成后的检测试剂从检测流道经第四流道和第五流道到达废液槽。

一些优选的实施方式中，第一流道、第二流道和第五流道位于基板一面，第三、四流道和检测流道位于基板另一面；第一流道与第三流道通过第一穿孔连接，第二流道通过第二穿孔与第三流道连接，第四流道与第五流道通过第三穿孔连接。

步骤4中，第一储液槽中检测试剂从第一开口流出，经第一流道通过第一穿孔流至基板另一面的第三流道，到达检测流道。

步骤6中，第二储液槽中样品从第二开口流出，经第二流道流通过第二穿孔流至基板另一面的第三流道，到达检测流道。

步骤6中，检测完成后的检测试剂从检测流道经第四流道通过第三穿孔流至基板另一面的第五流道到达废液槽。

有益效果

(1)利用本发明所述微流控检测芯片在流体驱动方面可实现无需外加动力设备如微泵，注射泵，挤压装置，离心力装置等，完成多个流体的自动传送。可以简化检测仪器的结构，节约能源。避免因外部动力源的使用在流体中内产生气泡。

(2)通过不同区域表面亲疏水性的差异，以此来控制血液等液体在不同区域的流速及扩散状况。例如当从第二储液槽中流出的血液样品在疏水性的第二流道中的流速要慢于血液样品在亲水的检测流道中的流速，并且检测流道的亲水处理，可以协助流体在多个检测位点上的扩散，避免了气泡的产生。

(3)在基板的正反面分别开设流道，并且利用不同亲疏水性的上下盖片水密性地粘贴在基板的正反面上后，基板流道的亲疏水性就会因为盖片的亲疏性而相应的变化。利用这样的方式很容易制造出在不同区域具有不同亲疏性的检测芯片。

(4)同一通道内，多个穿孔连接的设计，可以避免后续进入的液体通过检测流道(同一通道)时的失败概率，强化了流体操控性，例如可减少气泡的产生等。

附图说明

图1第一款微流体检测芯片的立体图。

图2为图1的正面视图，图中实线表示该结构在基板的正面，虚线表示该结构在基板的反面。

图2-1为图2旋转后的另一个角度示意图。

图3为图1的分解图，显示的是基板的正面这一侧。

图4为图1的分解图，显示的是基板的反面这一侧。

图5是图1基板的正面一侧示意图。

图6是图1基板反面一侧示意图。

图7-1至图7-4微流体检测芯片流体流动的过程示意图。

图8-1至图8-6是另一款微流体检测芯片流体流动的过程示意图。

图9是具有四个储液槽的微流体检测芯片示意图。

图10是一个基板设有两个流体控制系统的示意图。

图11-A是第一流道和第二流道与第三流道位于同一平面上，且第一流道中的液体正在逐步流入第三流道的示意图。

图11-B是第一流道中的液体流入第三流道的示意图。

图11-C是第二流道中的液体正在流动的示意图。

具体实施方式

在以下的详细描述中，图例附带的参考文字是这里的一个部分，它以举例说明本发明可能实行的特定具体方案的方式来说明。我们并不排除本发明还可以实行其它的具体方案和在不违背本发明的使用范围的情况下改变本发明的结构。

如图1至6所示的微流控检测芯片1000，包括基板100、上盖片200、下盖片300和电极传感器400。基板100上设有第一储液槽11、第二储液槽12、检测区2和废液槽3，电极传感器400设于检测区2内。一些实施例中，微流控检测芯片为透明材料，具体的，也可以仅仅上盖片和下盖片为透明材质。

储液槽、检测区和废液槽之间通过流道连通，从而构成试剂、待测样品依次从储液槽流出，流经检测区并保存于废液槽的完整流路。上盖片200和下盖片300分别水密性地粘附在基板的正反面，从而使储液槽、废液槽、流道密闭于基板内。

本发明中，通过第一储液槽11和第二储液槽12的液体流出的开口在芯片上位置和方向的不同以及通过液体自身重力下流动，来实现第一储液槽11和第二储液槽12的液体先后并依次流动到检测区2进行检测来实现该芯片的检测功能。具体的，先使第一储液槽的开口方向朝下，从而使第一储液槽的液体在自身重力下从第一储液槽中流出，并在重力作用下继续流动到检测区。再使第二储液槽的开口方向朝下，从而使第二储液槽的液体在自身重力下从第二储液槽中流出，并在重力作用下继续流动到检测区。

一些实施例中，第一储液槽11与第一流道41连接的第一开口51的开口方向和第二储液槽12与第二流道42连接的第二开口52的开口方向为相反设置，此时，第一储液槽与第二储液槽大体处于平行位置；例如第一开口的开口方向向左，第二开口的开口方向向右。如图2所示，当芯片处于竖立放置的位置时，第一开口51的开口朝下，第一储液槽11中的液体能从第一开口流出，第二开口52的开口朝上，第二储液槽12中液体无法从第二开口流出。当芯片旋转至图2-1所示位置时，第二开口52的开口朝下，第二储液槽12中液体从第二开口流出。存放在芯片第一储液槽和第二储液槽中的液体随着芯片的旋转按序依次流出，经流道依次进入检测流道与电极传感器接触，利用电极传感器获得分析信号。

如图1-6所示，基板100的材料为疏水性材料，或者基板表面做了疏水处理，或者与液体接触的基板表面做了疏水处理。上盖片200与基板100接触的这面为亲水性材料或表面经亲水材料处理。下盖片300与基板100接触的这面为疏水性材料或表面经疏水处理。疏水性材料均可由下述任意一种或两种混合型的材料制成，如硅、陶瓷、玻璃和塑料等，其中所述塑料选自：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、环烯烃聚合物(COP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯二乙醚(PPE)、聚苯乙烯(PS)、聚砜(PSU)、聚四氟乙烯(PTFE)等。所述亲水性材料可以是将疏水性材料的表面处理成具有亲水基团，最终表现出亲水性能的材料，例如等离子体处理或者亲水涂层。也可以是直接选用具有亲水性的材料，例如在注塑时在原料中加入亲水物质。

检测区2设有检测流道21和信号采集通道22，检测流道21和信号采集通道22穿过基板正反面，整片电极传感器粘附在基板反面检测区，从而密闭住基板反面检测区，将电极传感器的检测位点暴露在检测流道21内，传感器的电极接脚暴露在信号采集通道22内。第三流道44和第四流道45分别连接在检测流道的前端和后端，一起位于基板的正面。第一流道41、第二流道42、第五流道43和废液槽3设于基板的反面，当疏水性的下盖片水密性地粘附在基板的反面后，第一流道、第二流道、第五流道和废液槽形成了封闭的管路或腔体，所形成的管路和腔体表面为疏水性表面。当具有亲水表面的上盖片水密性地粘附在基板的正面后，第三流道、第四流道和检测流道形成了封闭的管路，此时检测流道管路的疏水性比粘贴了下盖片的第一流道、第二流道、第五流道所形成管路的疏水性弱。因此，通过不同区域表面亲疏水性的差异，以此来控制血液等液体在不同区域的流速以及调节流体的扩散性能。例如当从第二储液槽中流出的血液样品在疏水性的第二流道中的流速要慢于血液样品在检测流道中的流速。这样，可以保证样品在检测流道中的停留时间，以保证充分的检测时间。

当具有亲水表面的上盖片水密性地粘附在基板的正面后，血液样品在该检测流道中流动过程中与亲水表面接触，有效调节了该区域流体的扩散性能，例如在亲水作用下，血液样品更有利于在流体流动过程中完全覆盖流道中传感器的电极区域，即使通道内有多个表面张力不同的检测位点，血液也可以扩散更充分，避免了气泡的产生，保证了检测的准确性。如果检测流道完全都是疏水性的，则血液样品在该流道中流动时，有可能会出现传感器的电极的某些区域表面张力不同而被血液绕过的现象，形成气泡，影响了检测的准确性。

第一流道、第二流道和第五流道具有较强的疏水性(相对检测流道的疏水性而言)，通过疏水性的处理，调节流体在第一流道，第二流道，第三流道这些区域的扩散性能，比如在这些区域，流体的扩散速度变得缓慢，防止流动过程中气泡的产生。

微流控检测芯片位于基板100反面的第一流道41和第二流道42分别通过穿孔与位于基板正面的第三流道44相连接。

在一个方案中，第一流道和第二流道共用一个穿孔与第三流道44相通。由于流道的孔径较小，若穿孔只有一个时，首先流过穿孔的第一储液槽的液体会在孔壁上形成液膜，会很大程度上影响后续液体(如第二储液槽中的液体)流过穿孔时的可控性，如孔在第一流体浸润后产生亲水效果，失去流体流速控制的能力，从而极易产生气泡。也有可能首先流过穿孔的第一储液槽中的液体在穿孔处形成液膜堵塞了穿孔，则阻碍了第二储液槽中的液体流过穿孔到达检测区。

如图1至图6所示的改进方案中，第一流道和第二流道与检测流道相连通但不共用一个穿孔。具体的，设于基板100反面的第一流道41的一端与第一储液槽11连通，另一端通过基板上的第一穿孔61与基板正面检测区域的第三流道44连通。设于基板反面的第二流道42的一端与第二储液槽12连通，另一端通过基板上的第二穿孔62与基板正面检测区域的第三流道44连通。第四流道45通过第三穿孔63和第三流道43与废液槽3连通。

第一流道、第二流道位于同一平面，第一流道和第二流道与第三流道44以及检测流道不在同一个平面上，并分别通过各自的穿孔将第一流道和第三流道44连接在一起，以及第二流道和第三流道44连接在一起。这样的设计相比于第一流道、第二流道与第三流道44设置在同一个平面上(如图11-A至图11-C所示)至少具有以下效果：可以免后续进入的液体通过检测流道时的失败概率，强化了流体操控性，例如可减少气泡的产生。又例如，即使第一储液槽中的液体在第一穿孔处形成了液膜堵住了第一穿孔，也不会影响第二储液槽中的液体通过第二穿孔流入检测流道中。

如图11-A和图11-B所示是第一流道、第二流道与检测流道设置在同一个平面上。如图11-A所示，首先让第一流道的第一液体501流入第三流道44时，会引起少许第一液体进入第二流道42中。如图11-B所示，当第一液体完全流入第三流道44后，之前进入第二流道的第一液体501会滞留在第二流道内。如图11-C所示，当第二液体502进入第二流道时，第二液体和滞留在第二流道内的第一液体之间会有一部分的空气柱600。由于芯片中液体的流动并不依赖外加的动力源的，所以这段空气柱的存在就会阻碍第二液体继续流动进入第三流道44，最终导致第二流体无法经第三流道44到达检测流道完成检测。

在一个优选的设计中，第一穿孔和第二穿孔具有一定的距离，例如两者的距离大于2毫米。这保证第一储液槽的液体流过检测流道时，液体不会反方向流到第二穿孔处。

基于第一流道、第二流道位于同一平面，第一流道和第二流道与第三流道44和检测流道不在同一个平面上，第一流道、第二流道分别通过第一穿孔和第二穿孔与第三流道44连接，且第一流道中的液体首先通过第一穿孔流入第三流道44和检测流道的设计。在更进一步的优化设计中，第一穿孔位于第二穿孔的下游(液体流动方向)，且位于下游的第一穿孔的孔径小于位于其上游的第二穿孔的孔径，且当第二液体流经第一穿孔时，由于第一孔径小而在穿孔处形成液膜。这样的设计一方面避免第二液体进一步从第一穿孔流出第三流道44而进入第一穿孔。另一方面第二穿孔开口大，可以加速第二液体流入第三流道44的速度，加快检测进程。

一些实施例中，第一流道和第二流道在基板上的开口宽度为0.2-0.8mm，深度为0.2-0.6mm，废液槽的开口宽度为0.2-3mm。具体的例如基板的厚度为0.4-5mm，第一流道和第二流道在基板上的开口宽度为0.4mm，深度为0.3mm，废液槽的开口宽度为1.5mm。

利用本发明所述微流控检测芯片在流体驱动方面可实现无需外加动力设备，完成多个流体的自动传送。

如图7-1至图7-4所示的微流控检测芯片包括基板、上盖片、下盖片和电极传感器400。基板100上设有第一储液槽11、第二储液槽12、检测区2和废液槽3，电极传感器设于检测区2内。储液槽、检测区和废液槽之间通过流道连通，上盖片和下盖片分别水密性地粘附在基板的正反面，从而使储液槽、废液槽、流道等密闭于基板内。基板为疏水性材料，上盖片与基板贴合的一面为亲水性材料，下盖片与基板贴合的一面为疏水性材料。第一储液槽11与第一流道41连接的第一开口51的开口方向和第二储液槽12与第二流道42连接的第二开口52的开口方向为大致相反设置。具体的，当第一开口方向朝下时，第二开口方向朝上或朝斜向上方向。更为具体的，第一开口方向朝下时，第二开口方向朝斜向上方向的角度是垂直向上及其正负30度之间。

在该实施例中，上盖片位于第一储液槽的位置上设有第一通气孔110，在第二储液槽的位置设有第二通气孔120，在废液槽的位置设有第三通气孔310。并且通气孔处用密封件密闭。去除密封件后，第一储液槽中的检测试剂通过第一通气孔注入至第一储液槽中，检测样品通过第二通气孔注入第二储液槽中。在检测运行时，管道内的气体通过第三通气孔排除芯片之外。

具体操作如图7-1至图7-4所示。第一储液槽11用于储存检测试剂501，例如定标液，第二储液槽12用于存放待检测样品502，例如血液样品。运行中的芯片竖直固定在仪器中并依靠仪器中的部件带动芯片旋转来控制流体流动方向，从而实现依次传送检测试剂和待检测样本至检测流道的目的。当芯片处于图7-1的位置时，第一储液槽11与第一流道41连接的第一开口51的开口方向向下使第一储液槽中的检测试剂501在自身重力和由第一流道41提供的毛细力的作用下，流入第一流道41中。于此同时，第二储液槽12与第二流道42连接的第二开口52的开口方向斜向上，第二储液槽中的液体502无法从第二开口52流出。芯片从图7-1旋转到图7-2的位置时，第一流道41中的检测试剂经过第一穿孔61从基板的反面流向位于基板正面的第三流道44和检测流道21，停留在检测流道21内的检测试剂与传感器发生反应，仪器的探针在信号采集通道22内与传感器的接脚连接并采集反应信号。在图7-2位置时，由于第一储液槽中的液体先于第二储液槽中的液体流出进入检测流道，这时第二储液槽12中的待测样本与检测流道检测试剂之间形成气柱，储存在第二储液槽中的待测样本受到的气压不对等，所以会滞留在第二储液槽12中。当检测试剂的检测结束后，芯片旋转到图7-3的位置，检测流道21内的检测试剂经第四流道45和第三穿孔63流入基板反面的第五流道43直至流入废液槽13内。在此旋转过程汇总，第二储液槽的第二开口到达方向朝下的位置，第二储液槽中的样品流出开口到第二流道42中。更优的实施例中，由于第二流道42包括了一段弯管，当芯片位于图7-3的位置时，从第二储液槽中流出的部分液体会保留在弯管内。芯片继续旋转至7-4位置，检测试剂已流出检测流道进入废液槽，且废液槽的体积较大，检测试剂501可完全进入废液槽(与外界有个第三通气孔)，位于第二储液槽的流体在自身重力的作用下，流出储液槽，经基板反面的第二流道42、第二穿孔62流入基板正面的第三流道44和检测流道21中，停留在检测流道中的样品与传感器400发生反应，此时仪器通过传感器的接脚采集待测样品的信号。

另一实施例中，如图8-1至图8-6所示的微流控检测芯片及具体操作步骤。微流控检测芯片包括基板、上盖片、下盖片和电极传感器。基板100上设有第一储液槽11、第二储液槽12、检测区2和废液槽3，电极传感器设于检测区2内。储液槽、检测区和废液槽之间通过流道连通，上盖片和下盖片分别水密性地粘附在基板的正反面，从而使储液槽、废液槽、流道等密闭于基板内。微流控检测芯片的储液槽开口的设置存在这样一个状态，当第一储液槽中的液体流出第一开口时，第二储液槽中的液面位置低于第二开口，从而不会从第二开口流出。第二储液槽12用于存放待检测样品502，例如血液样品。第一储液槽11用于储存检测试剂501，例如定标液，质控液或者酶等反应试剂。

具体操作如图8-1至图8-6所示。当芯片处于图8-1至图8-3的位置时，第二储液槽中的液面低于第二开口52的开口处，第一开口51的方向向下使第一储液槽中的液体在自身重力的作用下，流入第一流道41中，并经过第一穿孔61从基板的反面流向基本的正面的第三流道44内最终到达检测流道21，并在预留的时间内，检测流道中的检测试剂与传感器发生反应。仪器探针在信号采集通道22内与传感器的接脚连接并采集反应信号。当检测芯片旋转至图8-4所示的位置时，检测流道21中的检测试剂通过第四流道和第三穿孔进入第五流道43后入废液槽3。此时第二储液槽中的液体继续保留在第二储液槽内。当检测芯片进一步旋转至图8-5所示位置时，第二储液槽的第二开口朝下，处于液体流出位置，第二储液槽中的液体在自身重力作用下流入第二流道42中，并通过第第二穿孔62流入基板正面的第三流道44和检测流道21中。芯片继续旋转至图8-6的位置，使得第二储液槽中的液体完全进入检测流道21，停留在检测流道21中的样品与传感器发生反应，此时仪器通过传感器的接脚采集待测样品的信号。

如图9所示的微流控检测芯片，在基板上设置有第一储液槽11、第二储液槽12、第三储液槽13和第四储液槽14，并对应的连接于第一流道至第四流道(410-440)，第一检测流道21和第二检测流道23，位于第一检测流道前端和后端的第五流道450和第六流道460，位于第二检测流道前端和后端的第七流道470和第八流道480以及第一废液槽31和第二废液槽32。第一废液槽31通过第九流道490和穿孔65与第六流道460和第一检测流道21连通，第二废液槽32通过第十流道491和穿孔66与第八流道480和第二检测流道23连通。第一储液槽、第一流道、第一穿孔、第五流道、第一检测流道、第六流道、穿孔65、第九流道和第一废液槽形成流路。第二储液槽、第二流道、第二穿孔、第五流道、第一检测流道、第六流道、穿孔65、第九流道和第一废液槽形成流路。。第三储液槽、第三流道、第三穿孔、、第七流道、第二检测流道、第八流道、穿孔66、第十流道491和第二废液槽形成流路。第四储液槽、第四流道、第四穿孔、第七流道、第二检测流道、第八流道、穿孔66、第十流道491和第二废液槽形成流路。通过旋转芯片，储液槽中的液体在自身重力的作用下依次流出并在流路中流动。

如图10所示的微流控测试芯片，在一个基板上设有两个流体控制系统。第一流体控制系统包括第一储液槽11、第二储液槽12、第一流道41,、第二流道42、设于反应区2内的检测流道21和第一废液槽31。第二流体控制系统包括第三储液槽13、第四储液槽14、第三流道43,、第四流道44、设于反应区2内的检测流道23和第一废液槽32。

在另外的微流控检测芯片的基板，第一储液槽、第二储液槽、第一流道、第二流道检测流道和第三流道和废液槽均开设于基板的正面，第一流道和第二流道均与检测流道相同。通过旋转芯片，储液槽中的液体在自身重力的作用下依次流出并在流路中流动。

以图7-1的芯片为例，说明芯片的制造方法。

步骤1，选取疏水性材料作为基板，并且通过化学刻刻蚀、物理雕刻、热压或注塑成型在基板上形成的流道、储液槽、检测流道、信号采集通道、废液槽、穿孔等结构。

步骤2，获得电极传感器，将其粘贴在基板下表面的检测流道处，以让传感器的电极位于检测流道内，并同时水密性的封住检测流道的下表面。同时传感器的电极接脚位于检测区的信号采集通道内。

步骤3，获得疏水性的下盖片(或用疏水材料处理下盖片与基板反面接触的那一面，其下盖片的接触面为疏水性)，将下盖片水密性地粘贴在基板的反面。

步骤4，获得亲水性的上盖片(或用亲水性材料处理上盖片与基板正面接触的那一面，其上盖片的接触面为亲水性)。将上盖片水密性地贴在基板的正面。检测试剂通过上盖片的第一通气孔注入第一储液槽内，随后用密封件密封住小孔。获得可用于检测的微流体检测芯片。

在另一个实施例中，若上盖片没有第一通气孔，则上述步骤4向第一储液槽中注入作为检测试剂的定标液，然后将亲水性的上盖片或与基板正面接触的表面经亲水性处理的上盖片水密性地贴在基板的正面，从而将检测试剂密封在第一储液槽中。在检测程序中，当需要使第一储液槽中的液体流出第一储液槽时，先在第一储液槽上方的上盖片破出一个小孔，让空气可以进入第一储液槽，但液体不会通过该小孔流出第一储液槽，流道检测芯片的外面。

利用本发明的微流控芯片进行样本检测的方法，其步骤如下：

步骤1，获得本发明中所述的微流控检测芯片。

步骤2，通过上盖片位于第二储液槽上的第二通气孔将待检测的血液样品注入第二储液槽中。

步骤3，将检测芯片竖直固定在仪器中并依靠仪器中的部件带动芯片旋转来控制流体流动方向。当芯片处于图7-1的位置时，打开上盖片位于第一储液槽上的第一通气孔，同时打开位于第三通气孔。第一储液槽11中的定标液流入第一流道41中。于此同时，第二储液槽12与第二流道42连接的第二开口52的开口方向斜向上，第二储液槽中的液体502无法从第二接口流出。

步骤4，芯片从图7-1旋转到图7-2的位置，第一流道41中的检测试剂经过第一穿孔61从基板的反面流向位于基板正面的检测流道，停留在检测流道检测试剂与传感器发生反应，仪器触脚在触脚接触口22内与传感器的接脚连接并采集反应信号。

步骤5，芯片从图7-2旋转到图7-3的位置，检测流道21内的检测试剂经第三穿孔63流入基板反面的第三流道43直至流入废液槽13内。

步骤6，芯片继续旋转至7-4位置，检测试剂已流出检测流道进入废液槽，第二储液槽内的待测血液样品流出储液槽，经基板方面的第二流道42、第二穿孔62流入基板正面的检测流道21中，停留在检测流道中的样品与传感器发生反应，此时仪器通过传感器的接脚采集待测样品的信号。从而获得检测结果。

本发明所述的检测区中的检测方法，可以是待电极的生物传感器，还可以是浊度法、荧光法、化学发光法、散射法、等光学检测法。

本发明所述微流控检测芯片可进行定量、半定量或定性检测。例如在检测区固定一个或多个检测试纸(可以是空白的试纸，也可以是预先添加了试剂的试纸)，利用检测试剂或样本流过检测流道与检测试纸接触后，试剂与样本反应发生颜色变化，随后通过仪器或人为观察得出检测结果。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，特征在于，包括基板和位于基板上的检测区，基板上设有第一储液槽和第二储液槽，第一储液槽、第二储液槽分别与检测区液体连通，第一储液槽和第二储液槽分别设有供液体流出的第一开口和第二开口，所述通过转动微流控芯片使第一开口先于第二开口在重力作用下流出液体，并且，第一储液槽的液体后端早于第二储液槽的液体前端到达检测区。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，特征在于，通过转动微流控芯片使第一开口先于第二开口到达向下位置，从而使第一储液槽的液体在重力作用下从第一开口流出先于第二储液槽中的液体在重力作用下从第二开口流出。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，特征在于，转动微流控芯片使第一开口到达向下位置，第一储液槽的液体在重力作用下从第一开口流出并到达检测区；再转动微流控芯片使第二开口到达向下位置，第二储液槽的液体在重力作用下从第二开口流出并到达检测区。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，特征在于，微流控芯片还包括位于基板上的废液槽，废液槽与检测区连通；第二储液槽的液体在重力作用下从第二开口流出并到达检测区时，位于检测区的第一储液槽液体在重力作用下流向废液槽。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，特征在于，第一开口流出液体时，第一开口位置高于检测区位置；第二开口流出液体时，第二开口位置高于检测区位置。

6.根据权利要求4所述的微流控芯片，特征在于，还包括设于基板上的连接第一开口的第一流道，连接第二开口的第二流道，连接在检测区前端的第三流道，连接在检测区后端的第四流道和连接废液槽的第五流道；第一流道、第二流道与第三流道连接；第四流道与第五流道连接。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，特征在于，检测区设有检测流道和信号采集通道，检测区内包括电极传感器；检测流道两端分别连接第三流道和第四流道。

8.根据权利要求6所述的微流控芯片，特征在于，微流控检测集成芯片包括用于覆盖基板的盖片，盖片封闭位于基板上的第一、第二储液槽和废液槽，以及第一、二、三、四和五流道。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，特征在于，第一储液槽、第二储液槽和废液槽对应处的盖片上分别设有第一、第二和第三通气孔。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片，特征在于，第一、第二和第三通气孔上设有密封件。

Images