CN112295618A - 多流道微流控芯片结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多流道微流控芯片结构,安装在PCR仪器内并与PCR仪器中的加热部件相接触，包括：底部密封膜；以及多流道微流控芯片本体，设置在底部密封膜的上端面，在多流道微流控芯片本体背向底部密封膜的表面分别构造有进液口和出液口，在多流道微流控芯片本体朝向底部密封膜的表面呈间隔式构造有至少两个流道，至少两个流道的开口均朝向底部密封膜，其中，底部密封膜封盖至少两个流道的开口，以构造出相应的至少两个独立反应腔室，各个独立反应腔室分别通过底部密封膜与加热部件相接触。本发明的多流道微流控芯片结构具有与PCR反应器中的加热部件接触表面积大，热传导快、管内反应液达到温度平衡的时间短的有益效果。

Description

多流道微流控芯片结构
技术领域
本发明属于核酸检测技术领域，具体涉及一种多流道微流控芯片结构。
背景技术
目前分子生物学实验中常用的一种密闭反应管称之为PCR反应管，一般为0.2ul的锥形管。PCR反应管在PCR扩增反应实验中普遍使用，但其应用不仅局限于此，该反应管还可以用于等温扩增等需要微量反应容器的实验。
一个扩增反应是否能够快速高效的对基因模板进行扩增，除了核酸模板的质量、反应酶的性质、反应液的组成外，反应液的升降温速度也是关键因素。升降温速度越快，扩增反应的效率就越高，就越不易产生非目的扩增产物，而且升降温速度快，可以大大缩短扩增反应的时间。而传统的PCR反应管所用的PP材料虽然导热性较好(导热系数约0.2)，但在实验的反复加热过程中PCR反应管内反应液的温度难以与加热系统的温度同步，存在5-10秒的滞后。使用传统的PCR反应管进行实验时，单次实验的时间需要两到三个小时。另外，无论是PCR扩增还是等温扩增都是极其灵敏的放大反应，若操作不慎，样品就可能从反应管内飞溅出来，造成样品损失，还可能有气溶胶进入管内，影响实验结果的准确度。
如果信号采集使用荧光，则这个情况会更复杂。传统的PCR反应管，如果激发的荧光经过样品管顶部的散射后再接收，光强有较大损失，导致检测的灵敏度下降；如果从底部采集血清杂质的存在，会导致检测结果的不稳定性，同时检测的灵敏度也将大受影响；如果从空间较小的侧面采集，则会导致激发光强度大为减小，并且难以进行温度控制。
如果信号采集使用电化学信号，传统的PCR反应管就会更加凸显其劣势。为了实现电化学检测，需要在PCR反应管的盖子上进行打孔，将铂丝、金丝、银丝等塞入PCR反应管并浸没到反应液中，由于很难进行密封，无法实现实时扩增检测，仅能对反应产物进行检测，同时，由于金属丝的浸没位置不同，检测结果也会不同，难以标准化，因此，目前电化学PCR检测还是处在实验室阶段，对操作人员的要求高，反应管盖和电极检测完后需要分离，可能会造成气溶胶的污染。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种多流道微流控芯片结构，以至少解决现有技术中存在的反应管与PCR反应器中的加热模块接触表面积小，导致热传导慢、管内反应液达到温度平衡的时间长的技术问题之一。
根据本发明提供了一种多流道微流控芯片结构，安装在PCR仪器内并与所述PCR仪器中的加热部件相接触，包括：底部密封膜；以及多流道微流控芯片本体，设置在所述底部密封膜的上端面，在所述多流道微流控芯片本体背向所述底部密封膜的表面分别构造有进液口和出液口，在所述多流道微流控芯片本体朝向所述底部密封膜的表面呈间隔式构造有至少两个流道，至少两个所述流道的开口均朝向所述底部密封膜，其中，所述底部密封膜封盖至少两个所述流道的开口，以构造出相应的至少两个独立反应腔室，各个所述独立反应腔室分别通过所述底部密封膜与所述加热部件相接触。
进一步地，至少两个所述流道的开口均构造为全敞开式；在各个所述流道的底部均构造有反应区。
进一步地，相邻所述流道的长度和宽度均相等。
进一步地，所述多流道微流控芯片本体背向所述底部密封膜的表面和朝向所述底部密封膜的表面均构造为平整面。
进一步地，所述底部密封膜的制造材质包括高分子材料或金属材料；在所述底部密封膜朝向所述多流道微流控芯片本体的表面设有黏胶层。
进一步地，所述多流道微流控芯片本体的制造材质和所述底部密封膜的制造材质均包括透光材料。
进一步地，所述透光材料均包括聚碳酸酯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的其中一种。
进一步地，所述底部密封膜的制造材质包括绝缘材质；在所述底部密封膜上印制有印刷电极。
进一步地，所述流道的个数为4个，各个所述流道的形状均构造为矩形或“8”字型。
进一步地，所述流道的个数为8个，各个所述流道的形状均构造为“S”形或螺旋形。
由上述技术方案可知，本发明提供的多流道微流控芯片结构，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过增设本申请的多流道微流控芯片本体并在该多流道微流控芯片本体背向该底部密封膜的表面分别构造有进液口和出液口，在该多流道微流控芯片本体朝向该底部密封膜的表面呈间隔式构造有至少两个流道，至少两个该流道的开口均朝向该底部密封膜，该底部密封膜封盖至少两个该流道的开口，以构造出相应的至少两个独立反应腔室，各个该独立反应腔室分别通过该底部密封膜与该加热部件相接触。可见，相较于原来的PCR反应管仅仅是管底部位与加热部件相接触而言，本申请则是通过在该多流道微流控芯片本体朝向底部密封膜的表面开设流道，这样，便大大地增加了流道与PCR仪器中的加热部件的接触面积，从而增加各个独立反应腔室内的单位体积溶液与加热部件的接触面积、提高传热速度，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：
图1为本发明实施例一的多流道微流控芯片结构的背面结构示意图；
图2为本发明实施例一的多流道微流控芯片结构的正面结构示意图；
图3为本发明实施例二的多流道微流控芯片结构的结构示意图；
图4为本发明实施例三的多流道微流控芯片结构的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，图中示意性地显示了该多流道微流控芯片结构包括底部密封膜1和多流道微流控芯片本体2。
需要说明的是，所谓的“背面”是指多流道微流控芯片本体2朝向底部密封膜1的那一面，所谓的“正面”是指多流道微流控芯片本体2背向底部密封膜1的那一面。
该多流道微流控芯片结构安装在PCR仪器内并与该PCR仪器中的加热部件相接触。这样，通过加热部件以加热该多流道微流控芯片本体2。
在本申请的实施例中，该多流道微流控芯片本体2设置在该底部密封膜1的上端面，在该多流道微流控芯片本体2背向该底部密封膜1的表面分别构造有进液口21和出液口22，在该多流道微流控芯片本体2朝向该底部密封膜1的表面呈间隔式构造有至少两个流道23，至少两个该流道23的开口231均朝向该底部密封膜1，其中，该底部密封膜1封盖至少两个该流道23的开口231，以构造出相应的至少两个独立反应腔室3，各个该独立反应腔室3分别通过该底部密封膜1与该加热部件相接触。具体地，通过增设本申请的多流道微流控芯片本体2并在该多流道微流控芯片本体2背向该底部密封膜1的表面分别构造有进液口21和出液口22，在该多流道微流控芯片本体2朝向该底部密封膜1的表面呈间隔式构造有至少两个流道23，至少两个该流道23的开口231均朝向该底部密封膜1，该底部密封膜1封盖至少两个该流道23的开口231，以构造出相应的至少两个独立反应腔室3，各个该独立反应腔室3分别通过该底部密封膜1与该加热部件相接触。可见，相较于原来的PCR反应管仅仅是管底部位与加热部件相接触而言，本申请则是通过在该多流道微流控芯片本体2朝向底部密封膜1的表面开设流道23，这样，便大大地增加了流道23与PCR仪器中的加热部件的接触面积，从而增加各个独立反应腔室3内的单位体积溶液与加热部件的接触面积、提高传热速度，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
此外，由于本申请的流道23上的开口231是通过底部密封膜1进行封堵密封，可以大大减小液体与外界的接触面，有效杜绝扩增反应过程中和反应后的开盖风险，保证检测结果的准确性，避免气溶胶污染。
如图1至图4所示，在本申请的一个优选的实施例中，至少两个该流道23的开口231均构造为全敞开式。具体地，通过使得各个该流道23的开口231均构造为敞开式，可以有效地增大每个流道23与加热部件的接触面积，提高传热速度，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
在各个该流道23的底部均构造有反应区。所谓的“反应区”是指溶液在加热部件的加热作用下，可以发生相应的反应。
在本申请的一个优选的实施例中，相邻该流道23的长度和宽度均相等。这样，一方面方便流道23的加工，另一方面可以有效增大每个流道23内的溶液与加热部件的接触面积，提高传热速度，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
在本申请的一个优选的实施例中，该多流道微流控芯片本体2背向该底部密封膜1的表面和朝向该底部密封膜1的表面均构造为平整面。这样，可以使得底部密封膜1与PCR仪器内的加热部件之间进行无缝贴合，从而有效地提高传热效率。同时，使得溶液在相应的流道23内进行平铺，优选地，溶液在流道23内的平铺深度为0.4毫米。由此，本申请相较于传统的方式，可以在短时间内使得流道23内的溶液温度快速地达到近95℃。
在本申请的一个优选的实施例中，该底部密封膜1的制造材质包括高分子材料或金属材料。
在该底部密封膜1朝向该多流道微流控芯片本体2的表面设有黏胶层。需要说明的是，增设黏胶层可以促使底部密封膜1牢固地封盖各个流道23的开口231，避免发生溶液外泄的情况。其中，该黏胶层可为压敏胶或UV胶(无影胶)。
在本申请的一个优选的实施例中，该多流道微流控芯片本体2的制造材质和该底部密封膜1的制造材质均包括透光材料。具体地，该多流道微流控芯片结构如需实现光学检测功能，则该多流道微流控芯片本体2可由耐高温材料和透光性好的材料制造而成，该底部密封膜1的薄膜可使用透光性好的材料。
在本申请的一个优选的实施例中，该透光材料均包括聚碳酸酯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的其中一种。
在本申请的一个优选的实施例中，该底部密封膜1的制造材质包括绝缘材质。其中，该绝缘材质可为绝缘漆、绝缘胶、纤维制品、橡胶、塑料及其制品、玻璃、陶瓷制品、云母、石棉及其制品等。
在该底部密封膜1上印制有印刷电极。其中，若该多流道微流控芯片结构如需实现电化学检测功能，则该底部密封膜1需要使用绝缘材料，同时在底部密封膜1上印制印刷电极。
如图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该流道23的个数为4个，各个该流道23的形状均构造为矩形或“8”字型。这样，可以有效地增大流道23与加热部件接触的表面积，提高传热效率，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
在本申请的一个优选的实施例中，该流道23的个数为8个，各个该流道23的形状均构造为“S”形或螺旋形。具体地，该流道23的个数为8个，各个该流道23的形状均构造为“S”形或螺旋形。这样，可以有效地增大流道23与加热部件接触的表面积，提高传热效率，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
可以理解的是，该流道23的个数可为4、5、6、7、8等。
该流道23的形状并不仅仅地局限于上述实施例所述的形状，其还可以为其他形状。
综上所述，通过增设本申请的多流道微流控芯片本体2并在该多流道微流控芯片本体2背向该底部密封膜1的表面分别构造有进液口21和出液口22，在该多流道微流控芯片本体2朝向该底部密封膜1的表面呈间隔式构造有至少两个流道23，至少两个该流道23的开口231均朝向该底部密封膜1，该底部密封膜1封盖至少两个该流道23的开口231，以构造出相应的至少两个独立反应腔室3，各个该独立反应腔室3分别通过该底部密封膜1与该加热部件相接触。可见，相较于原来的PCR反应管仅仅是管底部位与加热部件相接触而言，本申请则是通过在该多流道微流控芯片本体2朝向底部密封膜1的表面开设流道23，这样，便大大地增加了流道23与PCR仪器中的加热部件的接触面积，从而增加各个独立反应腔室3内的单位体积溶液与加热部件的接触面积、提高传热速度，使得两者迅速达到温度平衡，缩短反应时间，提高检测的灵敏度。
此外，由于本申请的流道23上的开口231是通过底部密封膜1进行封堵密封，可以大大减小液体与外界的接触面，有效杜绝扩增反应过程中和反应后的开盖风险，保证检测结果的准确性，避免气溶胶污染。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种多流道微流控芯片结构，安装在PCR仪器内并与所述PCR仪器中的加热部件相接触，其特征在于，包括：
底部密封膜；以及
多流道微流控芯片本体，设置在所述底部密封膜的上端面，在所述多流道微流控芯片本体背向所述底部密封膜的表面分别构造有进液口和出液口，在所述多流道微流控芯片本体朝向所述底部密封膜的表面呈间隔式构造有至少两个流道，至少两个所述流道的开口均朝向所述底部密封膜，其中，所述底部密封膜封盖至少两个所述流道的开口，以构造出相应的至少两个独立反应腔室，各个所述独立反应腔室分别通过所述底部密封膜与所述加热部件相接触。
2.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，至少两个所述流道的开口均构造为全敞开式；
在各个所述流道的底部均构造有反应区。
3.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，相邻所述流道的长度和宽度均相等。
4.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述多流道微流控芯片本体背向所述底部密封膜的表面和朝向所述底部密封膜的表面均构造为平整面。
5.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述底部密封膜的制造材质包括高分子材料或金属材料；
在所述底部密封膜朝向所述多流道微流控芯片本体的表面设有黏胶层。
6.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述多流道微流控芯片本体的制造材质和所述底部密封膜的制造材质均包括透光材料。
7.根据权利要求6所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述透光材料均包括聚碳酸酯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的其中一种。
8.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述底部密封膜的制造材质包括绝缘材质；
在所述底部密封膜上印制有印刷电极。
9.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述流道的个数为4个，各个所述流道的形状均构造为矩形或“8”字型。
10.根据权利要求1所述的多流道微流控芯片结构，其特征在于，所述流道的个数为8个，各个所述流道的形状均构造为“S”形或螺旋形。
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