CN113009136A - 小型多指标检测样本分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学发光免疫分析领域，公开一种小型多指标检测样本分析装置，包括芯片本体，所述芯片本体具有旋转中心，所述芯片本体上开设有至少两个反应腔室，所述反应腔室沿着旋转中心径向向外排布，相邻的所述反应腔室连通，且更靠近旋转中心的反应腔室被包含在最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角内。该装置通过对反应腔室的排布方式进行优化，使得每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周长和圆周角更小，由此可以实现在相同尺寸的芯片本体上设置更多组的反应单元，或者制备成尺寸更小的包含相同数量反应单元的芯片本体，得到小型多指标检测的样本分析装置。
Description
技术领域
本发明涉及化学发光免疫分析领域，特别是涉及一种小型多指标检测样本分析装置。
背景技术
肿瘤标志物是肿瘤细胞在癌变过程中由于癌基因的表达而生成的生物活性物质。在正常情况下，人体内的肿瘤标志物含量极低，但当出现细胞/组织癌变时，肿瘤标志物含量会上升，并且释放到体液和/或排泄物中。因此，通过检测体液和/或排泄物中肿瘤标志物水平可以辅助诊断病人的病情。
目前化学发光免疫分析方法是用于检测肿瘤标志物的主流技术。化学发光免疫分析方法包括免疫反应和化学发光两部分。首先将化学发光物质或酶标记在抗原或抗体上，抗原或抗体与待检测物质特异性结合后，加入氧化剂或化学发光底物，经氧化或与底物产生反应后，化学发光物质会形成一个处于激发态的中间体，中间体回到基态会发射光子释放能量。由于光信号的强弱与待测物浓度在一定范围内呈线性关系，因此可以利用光学检测系统对光信号进行定量检测，从而确定待测物含量。
然而，目前市场上的产品大都是基于昂贵且大型的化学发光仪器，无法应用于基层医疗结构、社区医院等低端市场，无法满足现场检测的需求；都是基于复杂的操作系统，需要专业技能水平高的医护人员进行操作；且通常采用“单样本单指标”的检测模式，样本用量大、检测时间长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成度高的小型化样本分析装置，克服现有检测设备的缺陷。该装置基于化学发光免疫分析学的方法对诸如肿瘤标志物等待测样本进行检测，整个检测过程操作简单、自动化程度高，具有高灵敏度、高准确度等优点。
为此，本发明提供一种小型多指标检测样本分析装置，包括芯片本体，所述芯片本体具有旋转中心，所述芯片本体上开设有至少两个反应腔室，所述反应腔室沿着旋转中心径向向外排布，相邻的所述反应腔室连通，且更靠近旋转中心的反应腔室被包含在最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角内。
根据本发明的实施例，所述反应腔室为U型腔室，更靠近旋转中心的反应腔室嵌套在与其相邻的更远离旋转中心的反应腔室的U型开口内。
根据本发明的实施例，相邻的所述反应腔室在圆周方向的端面处交错连通。
根据本发明的实施例，所述芯片本体还包括分配单元和多个反应单元，所述分配单元在所述芯片本体的中心区域，所述反应单元围绕所述分配单元周向排布，每一所述反应单元内包含所述反应腔室。
根据本发明的实施例，所述分配单元与每一所述反应单元通过虹吸阀连接，所述虹吸阀连通径向最远离旋转中心的反应腔室。
根据本发明的实施例，所述分配单元包括依次连通的样品入口、样品槽、分配流道和废液槽，所述分配流道呈螺旋状围绕所述旋转中心，所述分配流道径向向外的圆周上排布有多个定量槽，所述定量槽与所述反应单元一一对应，且通过所述虹吸阀与径向最远离旋转中心的反应腔室连通。
根据本发明的实施例，所述分配单元还包括排气管道，所述排气管道沿着所述分配流道设置并与所述分配流道有多个连通口，所述排气管道设置有至少一个气孔，所述气孔与大气连通。
根据本发明的实施例，所述芯片本体还包括试剂存储槽，所述试剂存储槽用于预存试剂，所述试剂存储槽和所述反应腔室连通。
根据本发明的实施例，所述试剂存储槽比与其连通的反应腔室径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室和所述试剂存储槽之间设置有相变阀。
根据本发明的实施例，所述虹吸阀包括通过毛细管连接的第一孔和第二孔，所述第一孔连接所述定量槽，所述第二孔连接所述径向最远离旋转中心的反应腔室，所述毛细管经过表面亲水改性处理。
根据本发明的实施例，所述芯片本体包括：
盖板，所述样品入口和所述气孔为开设在所述盖板上的通孔；
第一基板，所述样品槽、分配流道、废液槽、排气管道和反应腔室为开设在所述第一基板上的凹槽结构；
所述样品入口与所述样品槽对应连通，所述气孔与所述排气管道对应连通。
根据本发明的实施例，所述芯片本体还包括第二基板，所述第二基板位于所述第一基板和所述盖板之间，所述虹吸阀设置在所述第二基板上，所述虹吸阀包括通过毛细管连接的第一孔和第二孔，所述第一孔、第二孔、样品入口和气孔贯穿所述第二基板，所述第一孔连接所述定量槽，所述第二孔连接所述径向最远离旋转中心的反应腔室。
根据本发明的实施例，所述反应腔室的数量为三个，分别为依次连接且逐渐靠近旋转中心的第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室，所述第一反应腔室的入口用于引入待测样本，所述第一反应腔室内含有包被第一抗体的磁性微粒和第二抗体，所述第二反应腔室含有清洗液，所述第三反应腔室内含有发光底物液，所述磁性微粒可以被转移并依次经过第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室。
根据本发明的实施例，所述芯片本体上还开设有第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽，所述第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽分别与所述第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室对应连通，所述第一试剂存储槽内预存有反应缓冲液，第二试剂存储槽内预存有洗涤缓冲液，所述第三试剂存储槽内预存有酶底物液，所述试剂存储槽比与其连通的反应腔室径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室和所述试剂存储槽之间设置有相变阀。
根据本发明的实施例，所述芯片本体还包括至少一个质控单元，所述质控单元位于相邻的两个最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角之间，所述质控单元包括至少四个腔室，其中第一质控腔室与第三质控腔室设有第二样本入口，第一质控腔室与第二质控腔室、第三质控腔室与第四质控腔室、第二质控腔室与第四质控腔室之间通过微流道连通，所述微流道中设置有相变阀。
根据本发明的实施例，所述小型多指标检测样本分析装置还包括磁力结构件，所述磁力结构件用于将所述磁性微粒在不同的反应腔室间转移。
根据本发明的实施例，所述磁力结构件包括：
第一维运动结构，所述第一维运动结构具有第一维运动结构分支，第一维运动结构位于旋转中心的中心区域，第一维运动结构分支环绕第一维运动结构周向排布，所述第一维运动结构分支的数量及位置与芯片本体反应单元的数量及位置相对应；
磁力结构件配件，磁力结构件配件包括第二维运动结构和磁力件，第二维运动结构嵌套在第一维运动结构分支上，并能在第一维运动结构分支上进行滑移运动，磁力件设置在第二维运动结构上并朝向芯片本体，所述磁力件能吸附所述磁性微粒并带动其移动。
根据本发明的实施例，所述小型多指标检测样本分析装置还包括第一光源，所述第一光源与反应腔室的位置相对应，用于采集反应的光学信号。
根据本发明的实施例，所述小型多指标检测样本分析装置还包括第二光源，所述第二光源作为激发光源，为相变阀开启提供热量。
在上述技术方案中，通过对反应腔室的排布方式进行优化，使得每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周长和圆周角更小，由此可以实现在相同尺寸的芯片本体上设置更多组的反应单元，或者制备成尺寸更小的包含相同数量反应单元的芯片本体，得到小型多指标检测的样本分析装置。
为了排除产品在运输和存储的过程中可能影响产品性能稳定，保障检测结果的可靠性，样本分析装置还包括质控单元，用于判断该样本分析装置是否变质以及对检测结果进行校准，保障检测结果的可靠性。
本发明的样本分析装置集成离心、磁性微粒转移、控制相变阀开启、光学检测等功能，使得样本分析装置只需要加入待测样本，就能在其中顺利的完成整个待测样本检测过程，具有集成度高、小型且便携、适用于即时诊断场景等优点，极其适用于即时诊断场景的基层医疗结构、社区医院等资源有限条件场所。
附图说明
图1是根据本发明实施例的芯片本体的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的分配单元的示意图；
图3是根据本发明实施例的芯片本体的爆炸图；
图4是根据本发明实施例的第一基板的示意图；
图5是根据本发明实施例的第二基板的示意图；
图6是根据本发明实施例的磁力结构件的示意图；
图7是根据本发明实施例的样本分析装置的示意图；
图8是实施例3中癌胚抗原(CEA)的线性范围检测结果；
图9是实施例3中神经元特异性烯醇化酶(NSE)的线性范围检测结果；
图10是实施例3中细胞角蛋白19片段(CYFRA21-1)的线性范围检测结果；
图11是实施例3中鳞状上皮细胞癌抗原(SCC)的线性范围检测结果；
图12是实施例3中胃泌素释放肽前体(ProGRP)的线性范围检测结果。
图中，芯片本体1，中心孔10，盖板101，第二基板102，第一基板103，底板104，分配单元11，虹吸阀111，毛细管道1111，第一孔1112，第二孔1113，样品入口112，样品槽113，分配流道114，定量槽115，废液槽116，排气管道117，气孔1171，反应单元12，反应腔室121，第一流道122，试剂存储槽123，相变阀124，第二流道125，质控单元13，第一质检腔室131，第二质检腔室132，第三质检腔室133，第四质检腔室134，定位结构14；
磁力结构件2，第一维运动结构21，第一维运动结构分支211，磁力结构件配件22，第二维运动结构221，磁力件222；
第一光源3；
第二光源4。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图7所示，本实施例提供的一种小型多指标检测样本分析装置，包括：
芯片本体1，所述芯片本体1具有旋转中心，所述芯片本体1上开设有至少两个反应腔室121，所述反应腔室121沿着旋转中心径向向外排布，相邻的所述反应腔室121连通，且更靠近旋转中心的反应腔室121被包含在最远离旋转中心的反应腔室121所对应的圆周角内。
现有技术中，在进行化学发光法检测时，需要在多个反应腔室中进行反应以完成检测步骤，通常的芯片本体中，多个反应腔室并列排布在围绕旋转中心的圆周上，因此，每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周角至少为多个反应腔室所对应的圆周角内之和，当一组反应单元需要用到多个反应腔室时，其对应的圆周角过大，不利于在一个芯片本体上设置多组反应单元；且每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周长至少为多个反应腔室所对应的圆周长内之和，需要制备更大尺寸的芯片本体以包容所有的反应腔室。在本发明的技术方案中，完成一组反应所需的反应腔室均可被包含在最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角内，即每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周角仅为最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角，每一组反应单元在芯片本体上所占据的圆周长仅为最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周长，远小于现有技术中反应单元所占据的圆周角和圆周长，由此可以实现在相同尺寸的芯片本体上设置更多组的反应单元，或者制备成尺寸更小的包含相同数量反应单元的芯片本体。样本分析装置在使用时，芯片本体1在离心设备(图未示)的驱动下转动，其转动时具有一旋转中心，在一些实施例中，芯片本体1为圆盘形芯片，离心设备的驱动轴与圆盘形芯片的圆心固定连接，芯片本体1绕其中心轴线转动，旋转中心为圆盘形芯片的圆心。
进一步的，相邻的反应腔室121在圆周方向的端面处交错连通。由此，相邻的反应腔室121首尾连通，在使用过程中反应物能依次流经各反应腔室121，且反应物需穿过整个反应腔室121再进入下一个反应腔室121，可以确保检测过程中反应更均匀、更完全。例如，当具有多个反应腔室121时，将最远离旋转中心的反应腔室121记为第一个反应腔室，与其相邻的反应腔室记为第二个反应腔室，以此类推，标记所有的反应腔室121。相邻的反应腔室121在圆周方向的端面处交错连通是指，相邻反应腔室121的连通通道交替设置在逆时针方向的端面和顺时针方向的端面，依次连通所有的反应腔室121，如第一个反应腔室和第二个反应腔室在顺时针方向的端面处连通，第二个反应腔室和第三反应腔室在逆时针方向的端面处连通，第三个反应腔室和第四反应腔室在顺时针方向的端面处连通，以此类推，形成相邻的反应腔室在圆周方向的端面处交错连通。
优选的，所述反应腔室121在圆周方向上为狭长结构，即反应腔室121在圆周方向的尺寸大于其在直径方向上的尺寸，以确保能在占据面积最少的情况下设置足够多的反应腔室121。
在一个实施例中，所述反应腔室121为U型腔室，更靠近旋转中心的反应腔室121嵌套在与其相邻的更远离旋转中心的反应腔室121的U型开口内。U型腔室的设置一方面可以减小反应腔室121所对应的圆周角，从而可以增加反应单元12的数量，另一方面，可以增大反应腔室121的反应容量，确保检测所需的反应空间足够。
继续参考图1，所述芯片本体1还包括分配单元11和多个反应单元12，所述分配单元11在所述芯片本体1的中心区域，所述反应单元12围绕所述分配单元11周向排布，每一所述反应单元12内包含以上所述的反应腔室121。通过在不同的反应单元12内预埋有相同或不同的反应试剂，待测样本可以并行在多个反应单元12中发生反应，完成整个检测过程，从而实现单样本多指标检测的目的。在一些具体实施例中，反应单元12的数量为2-64个。在另一些具体实施例中，反应单元12的数量为4-48个。
在一个实施例中，所述分配单元11与每一所述反应单元12通过虹吸阀111连接，所述虹吸阀111连通径向最远离旋转中心的反应腔室121。
继续参考图2，所述分配单元11包括依次连通的样品入口112、样品槽113、分配流道114和废液槽116，所述分配流道114呈螺旋状围绕所述旋转中心，所述分配流道114径向向外的圆周上排布有多个定量槽115，所述定量槽115与所述反应单元12一一对应，且通过所述虹吸阀111与径向最远离旋转中心的反应腔室121连通。在使用时，由样品入口112将待测样本引入样品槽113，芯片本体1在离心设备(图未示)的带动下旋转，待测样本在离心力的作用下沿着分配流道114流动，填充沿途的液体定量槽115，而过量的待测样本流至废液槽116，从而实现对待测样本体积定量。每一定量槽115与一个反应单元12相对应，确保检测样本量满足要求。
在一个实施例中，所述虹吸阀111包括通过毛细管道1111连接的第一孔1112和第二孔1113，所述第一孔1112连接所述定量槽115，所述第二孔1113连接所述径向最远离旋转中心的反应腔室121，所述毛细管道1111经过表面亲水改性处理。表面亲水改性处理是指使得毛细管道的表面水接触角小于90°，具体的，可以通过表面活性剂、硅烷化试剂、纳米材料溶液等试剂和/或等离子体处理、紫外光辐射等方式实现毛细管道的表面亲水改性处理。在通常情况下，毛细管道1111对待测样本如水溶液、血液样本、生物体液样本等不具有虹吸作用或具有较弱的虹吸作用，只有当经过亲水改性后，毛细管道1111才对待测样本具有较强的虹吸作用，能在几秒至几十秒内使待测样本充满毛细管道1111。在使用时，当定量槽115完成检测样本定量后，降低离心转速，使亲水改性的毛细管道1111对定量槽115内待测样本的毛细作用力大于离心力，从而启动虹吸，使待测样本填充满毛细管道1111。之后再提高离心转速，这时定量槽115内的待测样本将持续通过毛细管道1111流进反应腔室121。
进一步的，所述虹吸阀111与径向最远离旋转中心的反应腔室121通过第一流道122连通。由此，分配单元11和反应单元12通过第一流道122连为一体，允许分配单元11中的流体经过第一流道122流进反应单元12。
进一步的，所述分配单元11还包括排气管道117，所述排气管道117沿着所述分配流道114设置并与所述分配流道114有多个连通口，所述排气管道117设置有至少一个气孔1171，所述气孔1171与大气连通。由此，气孔1171可实现分配流道114与大气连通，确保待测样本在分配单元11内顺利流通。
继续参考图3至图5，所述芯片本体1包括：盖板101，所述样品入口112和所述气孔1171为开设在所述盖板101上的通孔；第一基板103，所述样品槽113、分配流道114、废液槽116、排气管道117和反应腔室121为开设在所述第一基板103上的凹槽结构；所述样品入口112与所述样品槽113对应连通，所述气孔1171与所述排气管道117对应连通。
进一步，所述芯片本体1还包括：第二基板102，所述第二基板102位于所述第一基板103和所述盖板101之间，所述虹吸阀111设置在所述第二基板102上，所述虹吸阀111包括通过毛细管道1111连接的第一孔1112和第二孔1113，所述第一孔1112、第二孔1113、样品入口112和气孔1171贯穿所述第二基板102，所述第一孔1112连接所述定量槽115，所述第二孔1113连接所述径向最远离旋转中心的反应腔室121。由此，第一孔1112和第二孔1113通过毛细管道1111连通，共同组成一组虹吸结构，即成为虹吸阀111，虹吸阀111的数量等于芯片本体1中设置的反应单元12的数量，并且二者一一对应。
优选的，毛细管道1111是形成于第二基板102上表面并具有一定深度的凹槽微结构。
在一个实施例中，所述芯片本体1包括自上而下设置的：
盖板101，所述样品入口112和所述气孔1171为开设在所述盖板上的通孔；
第二基板102，所述虹吸阀111设置在所述第二基板上，所述虹吸阀111的第一孔1112和第二孔1113、样品入口112和气孔1171贯穿所述第二基板；
第一基板103，所述样品槽113、分配流道114、废液槽116、排气管道117和反应腔室121为开设在所述第一基板103上的凹槽结构，所述样品入口112与所述样品槽113对应连通，所述气孔1171与所述排气管道117对应连通，所述第一孔1112连接所述定量槽115，所述第二孔1113连接所述径向最远离旋转中心的反应腔室121；
底板104，用于密封所述第一基板103。
其中，用于制备第一基板103和第二基板102的材料和制备方法可以参考现有技术中的材料和制备方法，本发明对此不做特别限定。在一个实施例中，第一基板103和第二基板102由塑料为原料、通过微纳加工技术制作而得，第一基板103和第二基板102利用热键合方式结合为一体。用于制备盖板101和底板104的材料可以是板材或薄膜，优选的，用于制备盖板101和底板104的材料具有抗潮气、气密性好的薄膜。例如，制备盖板101和底板104的材料可以互不干扰的选自铝箔膜、塑料薄膜、复合材料薄膜中的一种。在一个实施例中，制备盖板101的材料为塑料薄膜。在一个实施例中，制备底板104的材料为透明塑料薄膜。在一个实施例中，盖板101和底板104都是具有胶黏性粘接层的塑料薄膜，盖板101粘接在第二基板102的上表面，底板104粘接在第一基板103的下表面，达到密封的效果。
进一步的，芯片本体1具有中心孔10，通过中心孔10与离心设备连接，以为芯片本体1提供旋转动力。盖板101、第一基板103、第二基板102和底板104都具备中心孔10，且每一结构层的中心孔10对准。优选的，盖板101、第一基板103、第二基板102和底板104都具备定位结构14，各个结构层通过定位结构14相互对准，然后键合在一起，形成水密封的芯片本体1。
在一个实施例中，所述芯片本体1包括试剂存储槽123，所述试剂存储槽123用于预存试剂，所述试剂存储槽123和所述反应腔室121连通。进一步的，所述反应腔室121内预存有固体试剂，所述试剂存储槽123内预存有液体试剂。由此，可以将反应所需要的试剂均预先设置于芯片本体1中，即芯片本体1在生成完成时即包含了各种检测过程中需要参与反应的试剂，在使用时，只需要从样品入口112加入待测样本，就能自动完成整个检测反应，操作更方便、简单，更适合社区或家庭操作使用。
进一步的，所述试剂存储槽123比与其连通的反应腔室121径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室121和所述试剂存储槽123之间通过第二流道125连通，所述第二流道125上设置有相变阀124。具体的，在使用时，相变阀124先处于关闭状态，因此试剂存储槽123中的液体试剂不会流出进入反应腔室121内，只有当开启相变阀124时，试剂存储槽123中的液体试剂才会在离心力的作用下进入反应腔室121内。
在一个实施例中，相变阀124包括微阀结构和填充在微阀结构中的相变材料。相变阀124用于控制液体流动。用于制作相变阀124的相变材料在室温时呈固态或粘弹态状，可以水密封的堵塞，起到关闭阀门的作用，当升温至相变材料的熔点温度附近时，相变材料熔融，液体在离心力的作用下可以突破相变阀124，起到打开阀门的作用。
具体的，每一个试剂存储槽123与反应腔室121之间都设置有一个相变阀124，在使用过程中，可以根据需求按次序开启不同的相变阀124，以释放不同试剂存储槽123中的液体，达到更理想的液体控制效果。
在一些实施例中，相变材料可以是由蜡、塑料、金属等基底材料和/或炭黑、四氧化三铁、磁流体等掺杂材料中的一种、两种或多种材料所形成的组合材料。用于加热相变阀124的加热元件可以是电阻加热器、加热片等接触式的，也可以是激光器、热风枪、卤素灯等非接触式的。加热元件每次可以加热一个相变阀124，也可以加热多个相变阀124。
在一个实施例中，相变阀124中的相变材料是炭黑掺杂石蜡，加热元件是激光器。
具体的，所述试剂存储槽123和相变阀124设置在所述第一基板103上。
在一些实施例中，所述反应腔室121的个数为2-10个，以满足多步法检测分析的需求。
在一个实施例中，所述反应腔室121的个数为3个，分别为依次连接且逐渐靠近旋转中心的第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室。
进一步的，所述第一反应腔室的入口端用于引入待测样本，所述第一反应腔室的出口端与第二反应腔室的入口端连通，第二反应腔室的出口端与第三反应腔室的入口端连通。
所述第一反应腔室内含有包被第一抗体的磁性微粒和第二抗体，所述第二反应腔室含有清洗液，所述第三反应腔室内含有发光底物液，所述磁性微粒可以被转移并依次经过第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室。
在一个实施例中，所述芯片本体1上还开设有第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽，所述第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽分别与所述第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室对应连通，所述第一试剂存储槽内预存有第一液体，第二试剂存储槽内预存有第二液体，所述第三试剂存储槽内预存有第三液体，第一反应腔室内存有固体试剂，所述试剂存储槽123比与其连通的反应腔室121径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室121和所述试剂存储槽123之间设置有相变阀124。进一步的，所述第一液体为反应缓冲液，所述第二液体为洗涤缓冲液，所述第三液体为酶底物液，所述固体试剂包括霉亲和素修饰磁性微粒、生物素化第一抗体、碱性磷酸酶标记第二抗体。在使用时，待测样本在离心力作用下流入第一反应腔室，同时打开第一反应腔室与第一试剂存储槽间的相变阀124，第一液体流入第一反应腔室，启动离心混匀条件，使待测样本中待测抗原与第一反应腔室中的试剂发生反应；反应完成后，磁性微粒在磁场牵引力作用下从第一反应腔室转移到第二反应腔室，同时，打开第二反应腔室与第二试剂存储槽间的相变阀124，第二液体流入第二反应腔室，磁性微粒在此反应槽中完成清洗，除去杂物和未结合反应物；清洗完成后，磁性微粒在磁场牵引力作用下从第二反应腔室转移到第三反应腔室，同时，打开第三反应腔室与第三试剂存储槽间的相变阀124，第三液体流入第三反应腔室，在第三反应腔室，磁性微粒均匀分散在第三液体中，发生反应并产生光信号。光信号的强度与待测样本中抗原的含量成正比。因此，通过采集记录光信号即可测得待测样本中抗原的含量，从而保障检测结果的可靠性。
继续参考图1，所述芯片本体1上还包括质控单元13，所述质控单元13用于检验所述芯片本体1中的预埋试剂是否发生变质，以及可以对检测结果进行校准，保障检测结果的可靠性。所述质控单元13包括试剂入口和质检腔室，所述试剂入口用于引入液体质检试剂，所述质检腔室内预存有质检干燥试剂，所述液体质检试剂将所述质检干燥试剂反应后发生颜色变化或光信号，通过比较出厂前与其同批次生产产品的质检结果的信号强弱，可判断在运输和存储过程中的变质程度以及决定是否可以使用该样本分析装置继续检测待测样本。若试剂变质超出一定范围，如相对于出厂前的质检结果变化大于±5％，那将终止本次样本检测；若试剂变化小于±5％，本次样本检测可继续进行，并且检测仪器将根据出厂前的质检结果、和质检单元的质检结构的信号强度，生成一个校正因子，用于校准本次样本检测的结果。
进一步的，所述质控单元13位于相邻的反应单元12的空隙之间。所述质控单元13与所述反应单元12一同环绕所述分配单元11周向排布。为了更好的监测是否发生质变，所述质控单元13的数量可以设置为一个、两个或多个，且每一质控单元13单元内可以设置不同质检物质。
进一步的，所述质控单元13设置在所述第一基板103上。
在一个实施例中，所述质控单元13包括四个质检腔室，分别为第一质检腔室131、第二质检腔室132、第三质检腔室133和第四质检腔室134；第一质检腔室131和第三质检腔室133位于径向靠近旋转中心位置，第二质检腔室132和第四质检腔室134位于径向远离旋转中心位置。第一质检腔室131和第二质检腔室132、第二质检腔室132和第四质检腔室134、第三质检腔室133和第四质检腔室134之间均通过微流道连通，所述微流道上设置有微阀，优选的，所述微阀为相变阀124。进一步的，所述第一质检腔室131和第二质检腔室132具有试剂入口，所述试剂入口用于引入质检试剂和排出空气。第二质检腔室132内预埋有第一质检干燥试剂，第四质检腔室134内预埋有第二质检干燥试剂，第三质检腔室133内预埋有第一液体质检试剂，第一质检腔室131的试剂入口用于引入第二液体质检试剂。优选的，第一质检干燥试剂和第二质检干燥试剂各自分别独立的为含有不同酶含量或酶衍生物(如酶标记抗体)含量的干燥试剂；第一液体质检试剂和第二液体质检试剂为相同的酶底物液。
在开始质检时，开启第三质检腔室133和第四质检腔室134之间的相变阀124，并启动离心，第一液体质检试剂在离心力作用下进入第四质检腔室134，并开启离心混匀条件使第一液体质检试剂将第二质检干燥试剂复溶，发生反应从而产生颜色变化或光信号。参照同样的操作原理，从第一质检腔室131的试剂入口引入的第二液体质检试剂也将流入第二质检腔室132，并在第二质检腔室132中使第二液体质检试剂将第一质检干燥试剂复溶，发生反应从而产生颜色变化或光信号。通过分别检测第二质检腔室132与第四质检腔室134的信号，得到质检结果。
参考图6和图7，所述样本分析装置还包括磁力结构件2，用于提供磁力场以带动反应腔室121中的磁性微粒移动。所述磁力结构件2通过中心孔10与所述芯片本体1同中心轴安装在离心设备上，并且在离心设备带动下所述芯片本体1可相对于磁力结构件2做旋转运动，进一步的，所述磁力结构件2还可以相对所述芯片本体1进行靠近和远离运动。
在一个实施例中，所述磁力结构件2包括第一维运动结构21，所述第一维运动结构21具有第一维运动结构分支211，第一维运动结构21位于旋转中心的中心区域，第一维运动结构分支211环绕第一维运动结构21周向排布。所述第一维运动结构分支211的数量及位置与芯片本体1反应单元12的数量及位置相对应。每一个第一维运动结构分支211上装配着磁力结构件配件22，磁力结构件配件22包括第二维运动结构221和磁力件222，第二维运动结构221嵌套在第一维运动结构分支211上，并能在第一维运动结构分支211上进行滑移运动，磁力件222设置在第二维运动结构221上并朝向芯片本体1，磁力件222用于提供磁场并吸附反应腔室121中磁性微粒，优选的，磁力件222为永磁铁或电磁铁。由此，通过第一维运动结构分支211与反应单元12相对应，磁力结构件配件22相对于旋转中心作向心和远离圆心滑移运动，即可实现磁性微粒在不同反应腔室121之间进行转移。
在使用时，当需要将反应腔室121中的磁性微粒进行转移时，首先控制磁力结构件2靠近芯片本体1的表面，通过第二维运动结构221的径向向内或径向向外滑移运动和离心电机的旋转运动相配合，使得磁力件222相对于芯片本体1运动进行滑移，进而实现磁性微粒转移。这种利用径向运动和旋转运动相互配合的方式，可以实现同时对多个反应单元12中的磁性微粒进行转移，达到高效率的目的；可以降低样本分析装置的复杂性和成本。
在另外一些实施例中，首先停止离心电机运动，将磁力结构件2靠近或接触芯片本体1的表面。然后通过第二维运动结构221的径向向内或径向向外滑移运动和旋转运动相互配合的方式，进而实现磁性微粒转移。
在一个实施例中，设置磁力件222的滑动轨迹与第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室的位置相对应，当磁力结构件2靠近或接触芯片本体1的表面时，磁力件222吸附磁性微粒，控制磁力件222的滑动轨迹，使得第一反应腔室中的磁性微粒在磁力件222所提供的磁场牵引力作用下转移到第二反应腔室中，再从第二反应腔室转移到第三反应腔室中。
参考图7，所述样本分析装置还包括第一光源3，第一光源3还可以作为光学检测器，用于捕获芯片本体1中反应腔室121内产生的光信号。如在进行化学发光免疫检测时，当待测样本分析过程进行至磁性微粒均匀分散在第三反应腔室中的第三液体时，夹心免疫复合物会与第三液体反应，产生光信号。因此以第一光源3作为光学检测器，可以捕获相应的光信号，进而通过光电转换、数值计算等过程可以得出待测样本中抗原的含量。
第一光源3的数量为一个或多个，第一光源3与芯片本体1中反应腔室121的位置相对应。在一个实施例中，第一光源3安装于芯片本体1的上方，在另外一个实施例中，第一光源3安装于芯片本体1的下方。
继续参考图7，所述样本分析装置还包括第二光源4，第二光源4作为激发光源，为相变阀124开启提供热量，使得相变阀124通过非接触式开启方式，可以更灵活的控制相变阀124。第二光源4的数量为一个或多个，第二光源4与芯片本体1中相变阀124的位置相对应。在一个实施例中，第二光源4安装于芯片本体1的上方，在另外一个实施例中，第二光源4安装于芯片本体1的下方。进一步的，第二光源4可以通过配合分光光路使用，将第二光源4的光引导至待开启相变阀124处。在分析待测样本过程中，通过以激光作为第二光源4，控制相变阀124开启，由于激光光源体型小和对激光光源性能要求低，因此可以降低样本分析装置的复杂性和制造成本。
下面，以具体实施例说明本发明的小型多指标检测样本分析装置。
实施例1
如图1至图7所示，一种用于样本分析的样本分析装置，通过中心孔10连接离心装置，在芯片本体1上，由上而下的结构层包括盖板101、第二基板102、第一基板103和底板104。芯片本体1的第一基板103和第二基板102由塑料为原料、通过微纳加工技术制作而得。第一基板103和第二基板102通过定位结构14对准后，利用热键合方式结合为一体。盖板101和底板104都是具有胶黏性粘接层的塑料薄膜，它们分别粘接在第二基板102上表面和第一基板下表面，达到密封的效果。在一个芯片本体1中包含分配单元11和反应单元12。相对于芯片本体1的旋转中心，分配单元11位于径向向内的位置，反应单元12位于径向向外的位置。分配单元11和反应单元12通过第一流道122连为一体，允许分配单元11中的流体经过第一流道122流进反应单元12。
芯片本体1的盖板包括定位结构14、中心孔10、气孔1171和第一样本入口；第二基板包括定位结构14、气孔1171、样本入口、第一孔1112、第二孔1113和毛细管道1111；第一基板包括定位结构14、样品槽113、分配流道114、定量槽115、废液槽116、微阀结构、反应腔室121(第一反应腔室、第二反应腔室、第三反应腔室)、试剂存储槽123(第一试剂存储槽、第二试剂存储槽、第三试剂存储槽)，以及连接这些结构的微流道；底板包括定位结构14和中心孔10。其中，所述第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽分别与所述第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室对应连通。所述分配流道114呈螺旋状围绕所述旋转中心，所述分配流道114径向向外的圆周上排布有多个定量槽115，所述定量槽115与所述反应单元12一一对应，且通过所述虹吸阀111与所述反应单元12一一对应连通。所述虹吸阀111包括通过毛细管连接的第一孔1112和第二孔1113，所述第一孔1112连接所述定量槽115，所述第二孔1113连接反应单元12。所述排气管道117沿着所述分配流道114设置并与所述分配流道114有多个连通口，所述排气管道117末端设置有一个气孔1171。所述试剂存储槽123比与其连通的反应腔室121径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室121和所述试剂存储槽123之间设置有相变阀124。
在芯片本体1的生产过程中，使用亲水改性试剂改性毛细管道1111，使用炭黑掺杂石蜡填充于微阀结构制得相变阀124，分别在第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽内引入反应缓冲液、洗涤缓冲液和酶底物液。用于参与反应的固体试剂也在生产芯片本体1的过程中预埋在反应单元12的反应腔室121中。固体试剂包括链霉亲和素修饰磁性微粒、生物素化第一抗体、碱性磷酸酶标记第二抗体。
在使用时，通过样本入口向芯片引入待测样本。使用第二光源4加热第一试剂存储槽所对应的相变阀124，使得相变材料受热熔融。启动离心电机旋转芯片本体1，待测样本在离心力的作用下从样品槽113流进分配流道114，并在继续向前流动的过程中填充满定量槽115，而过量的待测样本流至废液槽116，从而实现对样本离散化为多份和定量。同时，第一试剂存储槽中的反应缓冲液突破相变阀124，释放到第一反应腔室。
降低离心转速，使亲水改性的毛细管道1111对定量样本的毛细作用力大于离心力，从而启动虹吸，并填充满毛细管道1111。使用第二光源4加热第二试剂存储槽所对应的相变阀124。随后提高离心转速，经过定量槽115定量的待测样本将通过第二孔1113和第一流道122流进反应单元12的第一反应腔室。同时，第二试剂存储槽中的洗涤缓冲液突破相变阀124，释放到第二反应腔室。
在离心混匀条件下，第一反应腔室中的固体试剂完全复溶、分散，开始反应，在磁性微粒表面上形成夹心免疫复合物(链霉亲和素修饰磁性微粒-生物素化第一抗体-抗原-碱性磷酸酶标记第二抗体)。在反应结束后，静止芯片本体1，使用磁力结构件2提供的磁场牵引磁性微粒从第一反应腔室转移到第二反应腔室。
使用第二光源4加热第三试剂存储槽所对应的相变阀124。提高离心转速，使第三试剂存储槽中的酶底物液突破相变阀124，释放到第三反应腔室。随后切换至离心混匀条件在第二反应腔室内清洗磁性微粒，除去杂物和未结合反应物。再次使用磁力结构件2提供的磁场牵引磁性微粒从第二反应腔室转移到第三反应腔室。在此，磁性微粒均匀分散在酶底物液中，发生反应，产生光信号。光信号的强度与待测样本中抗原的含量成正比。因此，通过第一光源3采集记录光信号即可测得待测样本中抗原的含量。
实施例2
本实施例的装置与操作方法与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，反应单元12的数量为五个，且不同反应单元12中预埋的试剂可用于检测与肺癌相关的肿瘤标志物，其中第一反应单元预埋有癌胚抗原(CEA)检测试剂，第二反应单元预埋有神经元特异性烯醇化酶(NSE)检测试剂，第三反应单元预埋有细胞角蛋白19片段(CYFRA21-1)检测试剂，第四反应单元预埋有鳞状上皮细胞癌抗原(SCC)检测试剂，第五反应单元预埋有胃泌素释放肽前体(ProGRP)检测试剂。
检测结果如图8至图12所示。从图中可以看出，上述五个检测指标的线性检测范围的线性拟合R2均大于0.99，且癌胚抗原(CEA)的检测浓度范围：0.04～1350ng/mL，神经元特异性烯醇化酶(NSE)的检测浓度范围：0.2～400ng/mL，细胞角蛋白19片段(CYFRA21-1)的检测浓度范围：0.2～600ng/mL，鳞状上皮细胞癌抗原(SCC)的检测浓度范围：0.08～80ng/mL，胃泌素释放肽前体(ProGRP)的检测浓度范围：4.88～5000pg/mL，可见最低检测浓度远低于医学决定水平，表明本发明的样本分析装置具有良好的分析性能和高的检测灵敏度。
实施例3
本实施例的装置与操作方法与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，芯片本体1中还包含质控单元13，相对于芯片本体1的旋转中心，分配单元11位于径向向内的位置，反应单元12和质控单元13位于径向向外的位置，并环绕所述分配单元11周向排布。
质控单元13包括四个质检腔室，分别为第一质检腔室131、第二质检腔室132、第三质检腔室133和第四质检腔室134；第一质检腔室131和第三质检腔室133位于径向靠近旋转中心位置，第二质检腔室132和第四质检腔室134位于径向远离旋转中心位置。第一质检腔室131和第二质检腔室132、第二质检腔室132和第四质检腔室134、第三质检腔室133和第四质检腔室134之间均通过微流道连通，所述微流道上设置有相变阀124。
在生产芯片本体1的过程中，第一质检室131和第三质检腔室133引入酶底物液，第二质检腔室132引入低浓度酶标记抗体干燥试剂，第四质检腔室134引入高浓度酶标记抗体干燥试剂。
参考实施例1的操作过程，使用时，向样品槽113引入待测样本，向第一质控腔室和第三质控腔室引入酶底物液。使用第二光源4加热开启第三质检腔室133与第四质检腔室134之间的相变阀124，启动离心电机驱动芯片本体1做离心运动，待测样本将在分配单元11完成样本离散化为多份和定量。质检单元的酶底物液分别流进第二质检腔室132与第四质检腔室134。在待测样本和第一液体转移到反应单元12的第一反应腔室后，启动离心混匀条件，使样本中待测抗原与第一反应腔室中的反应试剂反应。与此同时质检液体试剂1和质检液体试剂2分别与第二质检腔室132和第四质检腔室134中的质检干燥试剂1和质检干燥试剂2反应，产生光信号。在反应结束后，通过分别检测第二质检腔室132与第四质检腔室134的信号，并将它们的信号强弱分别与出厂前同批次生产产品的质检结果的信号强弱进行比较。，如相对于出厂前的质检结果变化大于±5％，那将终止本次样本检测；若试剂变化小于±5％，本次样本检测可继续进行，并且检测仪器将根据出厂前的质检结果、第二质检腔室132的信号强度、第四质检腔室134的信号强度，生成一个校正因子，用于校准本次样本检测的结果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，包括芯片本体，所述芯片本体具有旋转中心，所述芯片本体上开设有至少两个反应腔室，所述反应腔室沿着旋转中心径向向外排布，相邻的所述反应腔室连通，且更靠近旋转中心的反应腔室被包含在最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角内。
2.根据权利要求1所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述反应腔室为U型腔室，更靠近旋转中心的反应腔室嵌套在与其相邻的更远离旋转中心的反应腔室的U型开口内；相邻的所述反应腔室在圆周方向的端面处交错连通。
3.根据权利要求1所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述芯片本体还包括分配单元和多个反应单元，所述分配单元在所述芯片本体的中心区域，所述反应单元围绕所述分配单元周向排布，每一所述反应单元内包含所述反应腔室；
所述分配单元与每一所述反应单元通过虹吸阀连接，所述虹吸阀连通径向最远离旋转中心的反应腔室；
所述分配单元包括依次连通的样品入口、样品槽、分配流道和废液槽，所述分配流道呈螺旋状围绕所述旋转中心，所述分配流道径向向外的圆周上排布有多个定量槽，所述定量槽与所述反应单元一一对应，且通过所述虹吸阀与径向最远离旋转中心的反应腔室连通；
所述分配单元还包括排气管道，所述排气管道沿着所述分配流道设置并与所述分配流道有多个连通口，所述排气管道设置有至少一个气孔，所述气孔与大气连通。
4.根据权利要求3所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述芯片本体还包括：
盖板，所述样品入口和所述气孔为开设在所述盖板上的通孔；
第一基板，所述样品槽、分配流道、废液槽、排气管道和反应腔室为开设在所述第一基板上的凹槽结构；
所述样品入口与所述样品槽对应连通，所述气孔与所述排气管道对应连通；
第二基板，所述第二基板位于所述第一基板和所述盖板之间，所述虹吸阀设置在所述第二基板上，所述虹吸阀包括通过毛细管连接的第一孔和第二孔，所述第一孔、第二孔、样品入口和气孔贯穿所述第二基板，所述第一孔连接所述定量槽，所述第二孔连接径向最远离旋转中心的反应腔室。
5.根据权利要求1所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述反应腔室的数量为三个，分别为依次连接且逐渐靠近旋转中心的第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室，所述第一反应腔室的入口用于引入待测样本，所述第一反应腔室内含有包被第一抗体的磁性微粒和第二抗体，所述第二反应腔室含有清洗液，所述第三反应腔室内含有发光底物液，所述磁性微粒可以被转移并依次经过第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室。
6.根据权利要求5所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述芯片本体上还开设有第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽，所述第一试剂存储槽、第二试剂存储槽和第三试剂存储槽分别与所述第一反应腔室、第二反应腔室和第三反应腔室对应连通，所述第一试剂存储槽内预存有反应缓冲液，第二试剂存储槽内预存有洗涤缓冲液，所述第三试剂存储槽内预存有酶底物液，所述试剂存储槽比与其连通的反应腔室径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室和所述试剂存储槽之间设置有相变阀。
7.根据权利要求3所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述小型多指标检测样本分析装置还包括磁力结构件，所述磁力结构件用于将所述磁性微粒在不同的反应腔室间转移；所述磁力结构件包括：
第一维运动结构，所述第一维运动结构具有第一维运动结构分支，所述第一维运动结构位于所述旋转中心的中心区域，所述第一维运动结构分支环绕所述第一维运动结构周向排布，所述第一维运动结构分支的数量及位置与所述反应单元的数量及位置相对应；
磁力结构件配件，所述磁力结构件配件包括第二维运动结构和磁力件，所述第二维运动结构嵌套在所述第一维运动结构分支上，并能在所述第一维运动结构分支上进行滑移运动，所述磁力件设置在所述第二维运动结构上并朝向所述芯片本体，所述磁力件能吸附所述磁性微粒并带动其移动。
8.根据权利要求1所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述芯片本体还包括试剂存储槽，所述试剂存储槽用于预存试剂，所述试剂存储槽和所述反应腔室连通；所述试剂存储槽比与其连通的反应腔室径向更靠近所述旋转中心，所述反应腔室和所述试剂存储槽之间设置有相变阀。
9.根据权利要求8所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述小型多指标检测样本分析装置还包括：
第一光源，所述第一光源与反应腔室的位置相对应，用于采集反应的光学信号；
第二光源，所述第二光源作为激发光源，为所述相变阀开启提供热量。
10.根据权利要求1所述的小型多指标检测样本分析装置，其特征在于，所述芯片本体还包括至少一个质控单元，所述质控单元位于相邻的两个最远离旋转中心的反应腔室所对应的圆周角之间，所述质控单元包括至少四个腔室，其中第一质控腔室与第三质控腔室设有第二样本入口，第一质控腔室与第二质控腔室、第三质控腔室与第四质控腔室、第二质控腔室与第四质控腔室之间通过微流道连通，所述微流道中设置有相变阀。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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