CN112916064A - 一种试剂预埋与注样装置及方法、包括其的数字微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种试剂预埋与注样装置及方法、包括其的数字微流控芯片，所述的试剂预埋与注样装置包括空腔结构的注样座，所述注样座的顶部敞口端放入试剂包，所述的注样座的底部注液口与数字微流控芯片的间隙腔连通，所述试剂包的下方设置有针刺部件，注样时，挤压试剂包，针刺导通部件刺破试剂包，试剂包内的试剂由注样座底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。本发明提供的试剂预埋与注样装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在注样座中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
Description
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种试剂预埋与注样装置及方法、包括其的数字微流控芯片。
背景技术
微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块具有微尺度结构的芯片上，该芯片采用电润湿技术原理，通过电势调控固、液表面能，并利用表面能的不平衡状态驱动液体产生移动，从而达到对微液体的精确操控。能够将生物、化学、医学等领域中常常需要的操作过程，如采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成于一块数字微流控芯片上，较传统操控手段而言，该技术能够实现更少的样品消耗，同时具有高灵敏度、高精确度、高通量、高集成度等优势，能够用较低的成本快速实现生化反应的全流程自动一体化，且全流程反应中全封闭无交叉污染，可一键操作，大大解放操作人员的双手。
在微流控芯片的注液过程中，通常需要操作人员使用移液枪吸取一定量的液体样本，对准进样口，将液体完全注入反应腔内，但使用移液枪注样增加了使用成本，且对操作人员的操作精准度有较高的要求。
CN209406357U公开了一种方便注液的微流控芯片，包括基板及盖板，基板上设有多个微流通道，基板及盖板键合形成整体，微流通道位于基板及盖板之间，还包括导接管，盖板上设有至少一个导接孔，导接孔与微流通道连通，导接管的一端可拆卸地连接于导接孔内。
CN204583216U公开了一种微流体自律运动的微流控芯片，包括芯片基板、盖板，所述芯片基板上设置有横截面呈V槽形的微流道，所述微流道的入口深度10～800微米，流道出口深度20～800微米，同时，所述微流道从入口到出口深度逐渐变深，且变化规律为ΔH＝ΔLtanβ，ΔH为流道深度增量，ΔL为流道长度增量，0<β<10度。
CN110201614A公开了一种流动化学反应装置，包括至少一个反应器，所述反应器上设有一个出样口和至少两个进样口；所述反应器内设置有密封的微管道，所述至少两个进样口通过所述微管道与出样口连通；每个进样口通过管道与一个注液装置连通，所述注液装置用于将样品注入反应器。
传统技术采用全手动操作的反应盘，如96孔板、384孔板；或带有注射泵的连续式微流体器件、微滴微流体等；反应盘的可拓展性差，通常固定为96孔或384孔，反应一旦启动无法在中途新增反应组，在实际应用中局限性大，全手动式操作耗时耗力，精确度低易出错。微流体器件、微滴微流体的操作极大地依赖于注射泵且成本较高。
此外，传统技术的进样方式通常都需要借助移液枪或外置机械泵，制造成本高、操作流程复杂、重复性高、使用环境局限，无法实现检测试剂在数字微流控芯片上的预埋，且液体进样过程步骤繁琐，容易造成浪费和误操作。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种试剂预埋与注样装置及方法、包括其的数字微流控芯片，本发明提供的试剂预埋与注样装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在注样座中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种试剂预埋与注样装置，所述的试剂预埋与注样装置包括空腔结构的注样座，所述注样座的顶部敞口端放入试剂包，所述的注样座的底部注液口与数字微流控芯片的间隙腔连通，所述试剂包的下方设置有针刺部件，注样时，挤压试剂包，针刺导通部件刺破试剂包，试剂包内的试剂由注样座底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
本发明提供的试剂预埋与注样装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在注样座中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
需要说明的是，本领域技术人员可根据以上设计原理，在数字微流控芯片上预埋油包并进行自动注油。
另外，本发明对针刺部件的结构形状不作具体要求，可以是单独的尖刺结构，也可以是其他可以刺破试剂包的结构，针刺部件可以与注样座通过其他连接件固定或与注样座形成一体式结构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的注样座顶部开口处设置有封口薄膜，所述的封口薄膜紧贴所述试剂包。
优选地，所述的封口薄膜通过热熔或胶贴固定于注样座顶部开口处。
优选地，对封口薄膜进行真空吸塑，使得封口薄膜贴合于试剂包表面。
在本发明中，注样座装配于数字微流控芯片上，定量封装好的试剂包放置在注样座中，封口薄膜通过热熔或胶贴等方式固定在注样座的顶部开口处，通过真空吸塑工艺，使得固定后的封口薄膜贴合于试剂包表面，确保注样座内形成微真空环境。封口薄膜可以具有弹性也可以不具有弹性，在下压前，试剂包为圆鼓状，封口薄膜也顺势鼓起，下压后，试剂包被刺破，封口薄膜被按压凹陷。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的注样座分为容置段和针刺段，所述的容置段内放入所述的试剂包，所述的针刺段内设置有针刺部件。
优选地，所述的容置段和针刺段一体成型。
优选地，所述的容置段的外径大于针刺段的外径，所述容置段的内径大于针刺段的内径，所述容置段与针刺段的对接处形成环形的容置平台，所述的试剂包放置于容置平台上。
优选地，所述的针刺部件通过支杆与针刺段的内壁固定。
作为本发明一种优选的技术方案，所述注样座的底部注液口通过注液管连通数字微流控芯片的间隙腔。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的试剂预埋与注样装置还包括下压装置，所述的下压装置位于注样座上方，在注样过程中，下压装置持续挤压试剂包。
在本发明中，通过下压装置实现自动注液，下压装置自动下移挤压试剂包，当试剂包接触到针刺部件时，试剂包被针刺部件刺破，试剂流出，通过注液管注入微流控芯片的间隙腔，整个注液过程无需用户手动操作，极大地提高了检测效率，降低检测成本。
需要说明的是，下压装置按压在封口薄膜上，封口薄膜具有很好的弹性，在下压形变后不会破裂，若封口薄膜在下压装置上升后回弹，则下压装置需在注液阶段全程下压封口薄膜，若封口薄膜在下压装置上升后不回弹，维持凹陷形态，则下压装置完成一次下压后即可上升复位。
作为本发明一种优选的技术方案，所述试剂包的容积为100～300μL，例如可以是100μL、120μL、140μL、160μL、180μL、200μL、220μL、240μL、260μL、280μL或300μL，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明提供的试剂预埋与注样装置可通过调整试剂包的尺寸实现某一体系范围内不同体系的储液需求。
第二方面，本发明提供了一种试剂预埋与注样方法，采用第一方面所述的试剂预埋与注样装置向数字微流控芯片的间隙腔内注入试剂，所述方法包括：
挤压试剂包，针刺导通部件刺破试剂包，试剂包内的试剂由注样座底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
作为本发明一种优选的技术方案，通过下压装置自动挤压试剂包。
第三方面，本发明提供了一种包括第一方面所述的试剂预埋与注样装置的数字微流控芯片，所述的数字微流控芯片包括电极阵列，所述电极阵列的表面设置有第一方面所述的试剂预埋与注样装置，所述的电极阵列表面还依次层叠设置有介电层和疏水层，所述疏水层上方罩扣有透明导电盖子，所述的透明导电盖子与疏水层之间形成间隙腔，所述注样座的底部注液口与间隙腔连通。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的试剂预埋与注样装置固定于电极阵列的边缘；
优选地，沿所述的电极阵列的同一边缘并排固定有至少两个试剂预埋与注样装置；
优选地，各个试剂包内储存的试剂相同或不同。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的试剂预埋与注样装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在注样座中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的数字微流控芯片的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的试剂预埋与注样装置的结构示意图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的数字微流控芯片的立体图。
其中，1-封口薄膜；2-试剂包；3-注样座；4-针刺部件；5-注液管；6-间隙腔；7-透明导电盖子；8-疏水层；9-介电层；10-电极阵列；11-容置段；12-针刺段。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种试剂预埋与注样装置，所述的试剂预埋与注样装置如图1和图2所示，包括空腔结构的注样座3，注样座3的顶部敞口端放入试剂包2，注样座3的底部注液口与数字微流控芯片的间隙腔6连通，所述试剂包2的下方设置有针刺部件4，注样时，挤压试剂包2，针刺导通部件刺破试剂包2，试剂包2内的试剂由注样座3底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
本具体实施方式提供的试剂预埋与注样装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包2内，并将试剂包2提前预埋在注样座3中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
可以理解的是，作为本具体实施方式的引申方案，本领域技术人员可根据以上设计原理，在数字微流控芯片上预埋油包并进行自动注油。另外，对针刺部件4的结构形状不作具体要求，可以是单独的尖刺结构，也可以是其他可以刺破试剂包2的结构，针刺部件4可以与注样座3通过其他连接件固定或与注样座3形成一体式结构。
注样座3顶部开口处设置有封口薄膜1，封口薄膜1通过热熔或胶贴固定于注样座3顶部开口处，对封口薄膜1进行真空吸塑，使得封口薄膜1贴合于试剂包2表面。注样座3装配于数字微流控芯片上，定量封装好的试剂包2放置在注样座3中，封口薄膜1通过热熔或胶贴等方式固定在注样座3的顶部开口处，通过真空吸塑工艺，使得固定后的封口薄膜1贴合于试剂包2表面，确保注样座3内形成微真空环境。封口薄膜1可以具有弹性也可以不具有弹性，在下压前，试剂包2为圆鼓状，封口薄膜1也顺势鼓起，下压后，试剂包2被刺破，封口薄膜1被按压凹陷。
注样座3分为容置段11和针刺段12，容置段11内放入所述的试剂包2，针刺段12内设置有针刺部件4，容置段11和针刺段12一体成型。容置段11的外径大于针刺段12的外径，容置段11的内径大于针刺段12的内径，容置段11与针刺段12的对接处形成环形的容置平台，试剂包2放置于容置平台上，针刺部件4通过支杆与针刺段12的内壁固定，注样座3的底部注液口通过注液管5连通数字微流控芯片的间隙腔6。在本具体实施方式中，通过下压装置实现自动注液，下压装置自动下移挤压试剂包2，当试剂包2接触到针刺部件4时，试剂包2被针刺部件4刺破，试剂流出，通过注液管5注入微流控芯片的间隙腔6，整个注液过程无需用户手动操作，极大地提高了检测效率，降低检测成本。
需要说明的是，下压装置按压在封口薄膜1上，封口薄膜1具有很好的弹性，在下压形变后不会破裂，若封口薄膜1在下压装置上升后回弹，则下压装置需在注液阶段全程下压封口薄膜1，若封口薄膜1在下压装置上升后不回弹，维持凹陷形态，则下压装置完成一次下压后即可上升复位。
试剂预埋与注样装置还包括下压装置，下压装置位于注样座3上方，在注样过程中，下压装置持续挤压试剂包2，试剂包2的容积为100～300μL。本具体实施方式提供的试剂预埋与注样装置可通过调整试剂包2的尺寸实现某一体系范围内不同体系的储液需求。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种试剂预埋与注样方法，所述方法包括：
通过下压装置自动挤压试剂包2，针刺导通部件刺破试剂包2，试剂包2内的试剂由注样座3底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种数字微流控芯片，所述的数字微流控芯片如图1和图3所示，包括电极阵列10，电极阵列10的表面设置有试剂预埋与注样装置，进一步地，试剂预埋与注样装置固定于电极阵列10的边缘，更进一步地，如图3所示，沿电极阵列10的同一边缘并排固定有至少两个试剂预埋与注样装置，各个试剂包2内储存的试剂相同或不同。
电极阵列10表面还依次层叠设置有介电层9和疏水层8，疏水层8上方罩扣有透明导电盖子7，透明导电盖子7与疏水层8之间形成间隙腔6，注样座3的底部注液口与间隙腔6连通。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述的试剂预埋与注样装置包括空腔结构的注样座，所述注样座的顶部敞口端放入试剂包，所述的注样座的底部注液口与数字微流控芯片的间隙腔连通，所述试剂包的下方设置有针刺部件，注样时，挤压试剂包，针刺导通部件刺破试剂包，试剂包内的试剂由注样座底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
2.根据权利要求1所述的试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述的注样座顶部开口处设置有封口薄膜，所述的封口薄膜紧贴所述试剂包；
优选地，所述的封口薄膜通过热熔或胶贴固定于注样座顶部开口处；
优选地，对封口薄膜进行真空吸塑，使得封口薄膜贴合于试剂包表面。
3.根据权利要求1或2所述的试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述的注样座分为容置段和针刺段，所述的容置段内放入所述的试剂包，所述的针刺段内设置有针刺部件；
优选地，所述的容置段和针刺段一体成型；
优选地，所述的容置段的外径大于针刺段的外径，所述容置段的内径大于针刺段的内径，所述容置段与针刺段的对接处形成环形的容置平台，所述的试剂包放置于容置平台上；
优选地，所述的针刺部件通过支杆与针刺段的内壁固定。
4.根据权利要求1-3任一项所述的试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述注样座的底部注液口通过注液管连通数字微流控芯片的间隙腔。
5.根据权利要求1-4任一项所述的试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述的试剂预埋与注样装置还包括下压装置，所述的下压装置位于注样座上方，在注样过程中，下压装置持续挤压试剂包。
6.根据权利要求1-5任一项所述的试剂预埋与注样装置，其特征在于，所述试剂包的容积为100～300μL。
7.一种试剂预埋与注样方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的试剂预埋与注样装置向数字微流控芯片的间隙腔内注入试剂，所述方法包括：
挤压试剂包，针刺导通部件刺破试剂包，试剂包内的试剂由注样座底部注液口流入数字微流控芯片的反应腔内。
8.根据权利要求7所述的试剂预埋与注样方法，其特征在于，通过下压装置自动挤压试剂包。
9.一种包括权利要求1-6任一项所述的试剂预埋与注样装置的数字微流控芯片，其特征在于，所述的数字微流控芯片包括电极阵列，所述电极阵列的表面设置有权利要求1-6任一项所述的试剂预埋与注样装置，所述的电极阵列表面还依次层叠设置有介电层和疏水层，所述疏水层上方罩扣有透明导电盖子，所述的透明导电盖子与疏水层之间形成间隙腔，所述注样座的底部注液口与间隙腔连通。
10.根据权利要求9所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述的试剂预埋与注样装置固定于电极阵列的边缘；
优选地，沿所述的电极阵列的同一边缘并排固定有至少两个试剂预埋与注样装置；
优选地，各个试剂包内储存的试剂相同或不同。
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