CN113101988A - 一种纸基微流控流体分配机构、微流控纸基芯片和全自动微流控纸基芯片检测分析平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及快速检测芯片领域，具体涉及一种纸基微流控流体分配机构、微流控纸基芯片和全自动微流控纸基芯片检测分析平台，其基于微流控技术，试剂用量小、反应速度快，反应结果可快速得出，且操作简单，仅需滴加反应物等操作，而无需专业医疗相关培训，另外该芯片与检测平台无需外接流体动力源，依靠毛细作用力实现流体导流，并在微流控纸基芯片中实现高可靠性的微流控纸基流体控制，可高稳定性、低成本、高精度搭载分步复杂反应，使纸基微流控应用于更多、更复杂的场景。

Description

一种纸基微流控流体分配机构、微流控纸基芯片和全自动微 流控纸基芯片检测分析平台

技术领域

本发明涉及快速检测芯片领域，具体涉及一种纸基微流控流体分配机构、微流控纸基芯片和全自动微流控纸基芯片检测分析平台。

背景技术

纸是一种常见的多孔亲水材料，液体可通过毛细作用力在其中输运而无需泵等外动力源，通过喷蜡打印技术、激光切割等加工工艺可加工出具有特定图形的亲、疏水区域，从而得到微流控纸基芯片。其具有制造成本低、便携性好、使用简便、易回收处理、生物兼容性好等特点，已成为一种极具发展潜力的新兴分析技术。得益于以上特点，微流控纸基分析技术特别适合于非专业医护人员在条件不完善的环境下使用，具有广阔的应用前景。

目前，已产业应用的微流控纸基芯片大多采用单步分析反应，较少使用复杂但检测精度更高的多步反应，如酶联免疫吸附测定反应等。缺乏相应的微流控纸基芯片流体分配结构是上述问题的主要限制因素之一。在微型阀门领域，机械式阀门、记忆材料阀门、流道几何流体调节阀门、流体二极管阀门、可溶性流道阻隔都是常见的类型，它们均具有或稳定性低、或制备成本高、或每步反应间控制精度差等缺点，限制了它们的进一步应用。如记忆材料阀门，由于它是通过加热使材料发生形变使阀门响应的，因此其响应速度较慢；再如可溶性流道阻隔阀门和流道几何流体调节阀门，其控制精度并不能很好满足实际应用需求。此外，由于纸材料的荧光特性等限制，其本身会干扰显色反应的结果读取，且易受外界环境因素影响，稳定性较差，上述缺陷尤其体现在反应区部分。上述技术缺陷均显著制约着纸基微流控技术在市场上的广泛应用。而本发明技术的提出，旨在解决上述技术问题，满足纸基微流控芯片的市场需要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纸基微流控流体分配机构和具有该分配机构的微流控纸基芯片，以满足高稳定性、低制备成本、和每步反应间高控制精度的要求，以解决现有技术中提及的上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明的主要手段是提供一种纸基微流控流体分配机构，所述纸基微流控流体分配机构包括旋转体和设置于旋转体上的若干旋转体流道；所述旋转体包括第一亲水区和第一疏水区；所述第一亲水区形成为所述若干旋转体流道；所述第一疏水区形成为除旋转体流道外的其他区域；所述旋转体在旋转过程中至少部分区域与微流控纸基芯片流道相互重叠接触以形成重叠区域；所述微流控纸基芯片流道数量与旋转体流道数量相同，旋转体根据所述纸基芯片流道和旋转体流道数量配置相应数量的工作档位，使用前每条旋转体流道均与微流控纸基芯片流道呈非导流状态，而当旋转体旋转至任一工作档位时，该工作档位对应的所述纸基芯片流道与所述第一亲水区唯一对应的旋转体流道相互重叠接触以将上游纸基芯片流道内的流体导流至对应的旋转体流道并将该旋转体流道内的流体进一步导流至微流控纸基芯片的反应区，而工作档位外的其他纸基芯片流道和相应的旋转体流道则呈非导流状态。

进一步的，所述旋转体可平行或垂直安装于纸基芯片之上。

进一步的，所述纸基微流控流体分配机构的第一亲水区和第一疏水区通过喷腊打印、丝网印刷、光刻、喷墨打印、柔性版印刷、等离子处理、激光切割或湿法蚀刻技术加工制备。

本发明还提供了一种微流控纸基芯片，所述微流控纸基芯片包括：微流控纸基芯片本体和上述纸基微流控流体分配机构；所述微流控纸基芯片本体包括第二亲水区和第二疏水区，所述第二亲水区包括若干试剂储存区、若干纸基芯片流道、一个或多个反应区；其中，所述若干试剂储存区、若干纸基芯片流道通过上述纸基微流控流体分配机构连接所述一个或多个反应区。

可选择的，所述第二亲水区还包括一加液区，所述加液区通过若干纸基芯片流道与所述若干试剂储存区对应连接。

进一步的，所述第一亲水区和第二亲水区为同种材料或不同种材料，所述第一疏水区和第二疏水区为同种材料或不同种材料。

进一步的，所述一个或多个反应区下游连接一废液储存区。

进一步的，所述反应区包括反应区本体和纸基导流流道，所述反应区本体与纸基导流流道连接。

进一步的，所述反应区为PDMS与纸基复合材料反应区、玻璃反应区、或NC膜反应区。

进一步的，所述反应区本体的底面经纳米颗粒修饰处理。

另外，本发明进一步提供了一种全自动微流控纸基芯片检测分析平台，包括：平台支撑结构、微控制器、传感器组件、旋转体驱动器、以及上述微流控纸基芯片；所述微流控纸基芯片、传感器组件、微控制器和旋转体驱动器均固定安装于平台支撑结构；所述旋转体驱动器和所述传感器组件分别与微控制器电连接；所述旋转体驱动器与所述旋转体固定连接，所述微控制器驱动旋转体在旋转体驱动器的作用下按预设反应程序进行旋转，使所述若干旋转体流道按预设反应程序与对应的纸基芯片流道重叠接触，以将各试剂储存区内的流体依次引入反应区；所述传感器组件定位并量化反应结果，并将反应结果传输至所述微控制器。

进一步的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块能够点选和/或编辑预设反应程序并将反应结果进行显示与记录。

可选择的，还包括无线模块，所述无线模块将反应结果传输至其他终端设备或云端。

采用本发明的技术方案能够实现以下几点有益效果：

本发明提出了一种旋转式纸基微流控流体分配机构、具有该分配机构的微流控纸基芯片和同时具备上述机构的全自动微流控纸基芯片检测分析平台，其基于微流控技术，试剂用量小、反应速度快，反应结果可快速得出，且操作简单，仅需滴加反应物等操作，而无需专业医疗相关培训，另外该芯片与检测平台无需外接流体动力源，依靠毛细作用力实现流体导流，并在微流控纸基芯片中实现高可靠性的微流控纸基流体控制，可高稳定性、低成本、高精度搭载分步复杂反应，使纸基微流控应用于更多、更复杂的场景。

其中，旋转式纸基微流控流体分配机构可靠性高且易于精确控制，可提高检测结果速度。

其中，本发明所需的微流控纸基芯片本体与旋转式纸基微流控流体分配机构采用滤纸为基底、可经过喷蜡打印或激光切割加工而成，其制造成本低且加工速度快，适用于大规模生产。

其中，复合基材反应区摒弃了传统纸基反应区荧光特性的限制，大大提高了检测稳定性，该复合基材反应区可由软光刻技术加工而成，纸基导流流道可通过喷蜡打印技术加工而成，皆具有制造成本低、加工速度快，适用于大规模生产；另外所述反应区本体的底面经纳米颗粒修饰处理，通过修饰不同的纳米颗粒可为反应区赋予不同的特性，如亲水性的改变，或增强检测信号等。另外，本发明提出的平台可根据不同反应要求，设计具有不同流道结构的微流控纸基芯片即可并实现不同的反应检测，适用性广。本发明具有多路复用的特性，可同时进行多组检测，大大提高检测效率。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅使本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明微流控纸基芯片第一实施例的平面结构示意图；

附图2为本发明微流控纸基芯片第一实施例中纸基微流控流体分配机构的结构示意图；

附图3a为本发明微流控纸基芯片反应区三维结构示意图（最好体现nano修饰后的图片，可以在反应区本体上弄一些细密的点）；

附图3b为本发明微流控纸基芯片反应区本体三维结构示意图；

附图4为本发明微流控纸基芯片第二实施例的平面结构示意图；

附图5为本发明微流控纸基芯片第三实施例的平面结构示意图；

附图6a为本发明全自动微流控纸基芯片检测分析平台整体外观示意图；

附图6b为本发明全自动微流控纸基芯片检测分析平台整体的爆炸视图；

附图6c为本发明全自动微流控纸基芯片检测分析平台整体的内部结构示意图；

附图7a为本发明纸基微流控流体分配机构非工作状态示意图；

附图7b为本发明纸基微流控流体分配机构第一工作档位状态示意图；

附图7c为本发明纸基微流控流体分配机构第二工作档位状态示意图；

附图7d为本发明纸基微流控流体分配机构第三工作档位状态示意图；

附图7e为本发明纸基微流控流体分配机构第四工作档位状态示意图。

附图标记说明

1、微流控纸基芯片本体；2、纸基微流控流体分配机构；3、基材反应区；4、废液储存区；5、全自动微流控纸基芯片检测分析平台；11、试剂储存区；12、纸基芯片流道一；13、纸基芯片流道二；14、纸基芯片流道三；15、纸基芯片流道六；16、加液区；17、重叠区域；21、旋转体；22、旋转体流道一；23、旋转体流道二；24、旋转体流道三；25、旋转体流道四；31、反应区本体；32、入口纸基导流流道；33、出口纸基导流流道；34、反应区本体入口；35、纳米颗粒；36、反应区本体出口；51、平台支撑结构；52、微控制器；53、传感器组件；54、旋转体驱动器；55、人机交互模块；56、无线模块。

具体实施方式

下面将接合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

实施例1：

附图1所示为本发明微流控纸基芯片第一实施例的平面结构示意图；第一实施例的微流控纸基芯片包括：微流控纸基芯片本体1、纸基微流控流体分配机构2和基材反应区3；所述微流控纸基芯片本体1包括第二亲水区和第二疏水区，所述第二亲水区包括若干试剂储存区11、若干纸基芯片流道12,13,14,15、一个反应区16，所述若干试剂储存区11、若干纸基芯片流道12,13,14,15通过上述纸基微流控流体分配机构2连接所述基材反应区16。

附图2为本发明纸基微流控流体分配机构的结构示意图，所述纸基微流控流体分配机构2包括旋转体21和设置于旋转体21上的与所述若干纸基芯片流道12,13,14,15对应匹配的若干旋转体流道22,23,24,25，所述旋转体21优选为圆形旋转体，包括第一亲水区和第一疏水区；所述第一亲水区形成为所述旋转体流道22,23,24,25；所述第一疏水区形成为除旋转体流道22,23,24,25外的其他区域，为了保证液体能够跨过流体分配机构2跟纸芯片之间的空隙，防止液体导流过程中发生渗漏，所述圆形旋转体21的直径略大于若干纸基芯片流道12,13,14,15终端所围成的弧形区域的直径，以使圆形旋转体21与每个纸基芯片流道12,13,14,15终端边缘形成重叠区域17，从而当旋转体流道与对应的纸基芯片流道对接时，两者之间相互重叠接触，流道之间不存在间隙，流体可通过毛细作用力顺利的从纸基芯片流道导流至旋转体流道，从而降低了流体导流过程中发生渗漏的可能。应该理解的是虽然本实施例中选择的旋转体流道和纸基芯片流道数量均为四个，且旋转体的形状为圆形，但该数量与形状不应被理解为对权利要求保护范围的限制，本领域技术人员能够根据检测需要选择任意数量的纸基芯片流道和旋转体流道，并设计任意形状的旋转体。

如附图3a、3b所示，所述基材反应区3包括反应区本体31、入口纸基导流流道32、出口纸基导流流道33、反应区本体入口34和反应区本体出口36，所述反应区本体31优选通过纤维素胶粘剂与入口纸基导流流道32和出口纸基导流流道33固定连接，所述反应区本体31包括但不限于PDMS与纸基复合材料反应区、玻璃反应区、或NC膜反应区，但更优选为PDMS与纸基复合材料反应区，其具有透明性、生物相容性、柔韧性、高气体渗透性、生产成本低、生产速度快等极适用于微流控领域的特性，为了克服微流控PDMS芯片需要外动力源驱动液体流动及控制液体流向，从而增加使用成本及操作难度的不足，如附图3b所示，PDMS与纸基复合材料反应区的底面经纳米颗粒修饰处理，使其具有毛细作用；当微流控纸基芯片流道12,13,14,15中的流体流至基材反应区3附近时，将通过纸基导流流道32及纤维素胶粘剂中的毛细作用力推动流体至PDMS反应区本体入口34处，液体借由其自身惯性，从纸基导流流道进入PDMS反应区本体之中， PDMS反应区本体31的底面可经不同纳米颗粒修饰处理35以实现不同功能，如：亲水性和/或反应信号的改性，以金纳米颗粒为例，其本身具有良好的生物兼容性和光学性能，并且其本身可以通过包被更多的蛋白而实现信号的放大；当流体从反应区本体35推向PDMS反应区本体出口36后，PDMS反应区本体出口36处的流体将继续通过纤维素胶粘剂及出口纸基导流流道33中的毛细作用力排出PDMS反应区本体31进入废液储存区4。应该理解的是所述纳米颗粒可通过物理修饰（包括但不限于吸附法、表面沉积法）或化学修饰（包括但不限于偶联剂法、酯化反应法、表面接枝改性法、聚合物包覆改性法）修饰于反应区本体35的底面，且所述纳米颗粒包括但不限于重金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子，凡是能够起到改性修饰作用的纳米颗粒均包含在本发明的保护范围之内。

实施例2：

附图4所示为本发明微流控纸基芯片第二实施例的平面结构示意图，和第一实施例相比，第二实施例的改进点仅在于在微流控纸基芯片本体1的第二亲水区增设一加液区16，所述加液区16通过若干纸基芯片流道与所述若干试剂储存区11对应连接。通过在试剂储存区11的导流通道上游增设一加液区16可以提高对不同试剂储存区11加液的便利性，操作者不必再单独对每个试剂储存区11的加液动作进行分开操作，只需控制旋转体的旋转角度使旋转体流道与对应的纸基芯片流道对接，并对该加液区16实施加液动作即可，可大大降低检测过程中尤其是冲洗环节所消耗的时间，提高检测效率。

实施例3：

附图5所示为本发明微流控纸基芯片第三实施例的平面结构示意图，和第二实施例相比，第二实施例的改进点在于微流控纸基芯片本体1第二亲水区可根据检测组数的需要设置多组平行基材反应区3，为了便于说明，本实例设置三组平行基材反应区3，但应该理解的是上述数量仅是为了便于更加准确的描述实施例的结构，不应该限定为对权利要求保护范围的限制，上述三组平行基材反应区3通过一共同亲水导引流道连接所述纸基微流控流体分配机构2，以将同一试剂储存区11流出的流体平均分配至三组平行基材反应区3，该实施例具有多路复用的特性，可同时进行多组检测，大大提高了检测效率。

另外，应该理解的是纸基微流控流体分配机构2的设置角度不应局限于上述实施例1-3所示的水平放置，本领域技术人员也能够根据需要将纸基微流控流体分配机构2与微流控纸基芯片1之间设置为任何角度，包括垂直设置或倾斜设置，只要满足微流控流体分配机构2的旋转体在旋转过程中至少部分区域与纸基芯片流道相互重叠接触实现导流；且当旋转体旋转至任一工作档位时，该工作档位对应的所述纸基芯片流道与唯一对应的旋转体流道的第一亲水区相互重叠接触以将该纸基芯片流道内的流体导流至对应的旋转体流道，工作档位外的其他纸基芯片流道和相应的旋转体流道则呈非导流状态也包含在本发明的保护范围之内。

本发明还进一步提供了一种包括上述微流控纸基芯片的全自动微流控纸基芯片检测分析平台5，如附图6a-6c所示，所述检测分析平台5包括：平台支撑结构51、微控制器52、传感器组件53、旋转体驱动器54、人机交互模块55、无线模块56以及上述微流控纸基芯片；所述微流控纸基芯片、微控制器52、传感器组件53、旋转体驱动器54、人机交互模块55、无线模块56均固定安装于平台支撑结构51；所述旋转体驱动器54和所述传感器组件53分别与微控制器52电连接；所述旋转体驱动器54与所述旋转体21固定连接，所述微控制器52驱动旋转体21在旋转体驱动器54的作用下按预设程序进行旋转，使所述若干旋转体流道道22,23,24,25依次与对应的纸基芯片流道12,13,14,15重叠接触，以将试剂储存区11内的流体依次引入基材反应区3；所述传感器组件53能够定位并量化反应结果，并将反应结果传输至所述微控制器52；所述人机交互模块55能够点选和/或编辑反应程序，将反应结果进行显示与记录并进行平台个性化的设置；所述无线模块56将反应结果传输至其他终端设备或云端。本发明的传感器组件53包括但不限于RGB传感器、图像传感器、萤光传感器、磁传感器，任何能够起到检测作用的传感器组件均包含在本发明的保护范围内；本发明的人机交互模块55包括但不限于交互触摸屏、机械式按键、语音交互模块或手势体感模块，任何能够起到人机交互功能的模块组件均包含在本发明的保护范围内；本发明的旋转体驱动器54包括但不限于步进电机、电机齿轮传动组件、电机皮带轮传动组件，任何能够起到旋转驱动功能的驱动器组件均包含在本发明的保护范围内；本发明的无线模块46包括但不限于WIFI、6G、5G、4G、GPRS、蓝牙、射频、NFC、蜂窝移动通信，任何能够起到无线传输功能的模块组件均包含在本发明的保护范围内；另外，需要理解的是，人机交互模块55和无线模块56并非是本发明必需的功能化模块，其只是为提高本发明自动化与智能化程度而设置的优选功能化模块，不应视为对权利要求保护范围的限制；此外，为了提高检测分析平台的智能化程度与检测精度，本领域技术人员能够根据需要将任何常规的智能化组件整合于该检测平台之上，整合后的检测平台产品依旧落入本发明权利要求的保护范围之内。

为了更加清楚直观显示本发明微流控纸基芯片及全自动微流控纸基芯片检测分析平台的工作原理及工作流程，下文将通过包含实施例2的微流控纸基芯片的检测分析平台，以基于ELISA方法对Rabbit IgG抗原同时进行自动检测为例，对检测原理和流程进行阐释。

如附图4所示，一种通用式纸基微流控芯片本体及圆形旋转微阀，其中，纸基微流控芯片本体包含一个圆形缓冲液加液区17（直径为6 mm）、三个圆形试剂储存区11（直径为3mm）、一个圆形复合基材反应区3（直径为3 mm）、及纸基芯片流道12,13,14,15（宽度为2.8mm）、及重叠部分18（长度为2mm）；所述纸基微流控流体分配机构2的圆形旋转体21（直径30mm）包含四条旋转体流道22,23,24,25（宽度为2.8 mm）；如图5所示的复合基材反应区3包含一个PDMS反应区本体31（直径为3mm），一条入口纸基导流流道32和一条出口纸基导流流道33（两者的宽度为2.8mm），分别连接PDMS反应区本体入口34和反应区本体出口36。

（1）检测开始前，分别向三个圆形试剂储存区11滴加3μL封闭缓冲液（0.5%（v/v）Tween-20，10%（w/v）BSA）、3μL碱性磷酸酶（ALP）结合免疫球蛋白抗体（0.1mg/mL）和3μL 5-溴-4-氯-3-吲哚基磷酸盐和硝基蓝四唑底物（具体为：4.59 mM 5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸（BCIP）, 3.67 mM 氮蓝四唑（NBT）, 50 mM 氯化镁溶液（MgCl2）在1 M Tris缓冲液中，pH9.5）。而后放置于室温下等待十分钟使反应物干燥；接着向基材反应区3滴加3 μL兔IgG样品溶液，而后向缓冲液加液区17滴加250μL磷酸缓冲盐水（PBS）用作溶解稀释反应物及冲洗过量反应物的缓冲液，如附图7a所示，此时所述纸基微流控流体分配机构2处于非工作状态，所有的四条旋转体流道22,23,24,25均不与纸基芯片流道12,13,14,15对接导通。

（2）在样品溶液加入基材反应区3的三分钟后，检测开始，首先旋转体驱动器54驱动旋转体21旋转导通旋转体流道一22和纸基芯片流道一12以使纸基微流控流体分配机构2进入第一工作档位，如附图7b所示，在第一工作档位时，纸基芯片流道一12和旋转体流道一22重叠接触导通，所述PBS缓冲液由加液区17和纸基芯片流道一12通过旋转体流道一22和入口纸基导流流道32导流进入PDMS反应区本体31，而后PBS缓冲液借由反应区本体31上修饰的纳米颗粒35的毛细作用流向反应区本体出口36，再由出口纸基导流流道33排出PDMS反应区本体31，以冲洗反应区中的过量样品，在该第一工作档位，仅纸基芯片流道一12和旋转体流道一22处于导通开启状态，其余纸基芯片流道和旋转体流道均处于关闭状态。

（3）进一步地，旋转体驱动器54驱动旋转体21继续旋转导通旋转体流道二23和纸基芯片流道二13以使纸基微流控流体分配机构2进入第二工作档位，如附图7c所示，在第二工作档位时，纸基芯片流道二13和旋转体流道二23重叠接触导通，所述封闭缓冲液由试剂储存区11和纸基芯片流道二13通过旋转体流道二23和入口纸基导流流道32导流进入PDMS反应区本体31，孵育10分钟，而后借由反应区本体31上修饰的纳米颗粒35的毛细作用流向反应区本体出口36，再由出口纸基导流流道33排出PDMS反应区本体31，在该第二工作档位，仅纸基芯片流道二13和旋转体流道二23处于导通开启状态，其余纸基芯片流道和旋转体流道均处于关闭状态。

（4）而后，旋转体驱动器54驱动旋转体21旋转导通旋转体流道一22和纸基芯片流道一12以使纸基微流控流体分配机构2再次进入第一工作档位，使PBS缓冲液按上述第（2）步骤再次经由纸基微流控流体分配机构2进入PDMS反应区本体，以冲洗过量封闭缓冲液，同时保证其余流道处于关闭状态。

（5）进一步地，旋转体驱动器54驱动旋转体21再次旋转以导通旋转体流道三24和纸基芯片流道三14以使纸基微流控流体分配机构2进入第三工作档位，如附图7d所示，在第三工作档位时，纸基芯片流道三14和旋转体流道三24重叠接触导通，结合抗体由试剂储存区11和纸基芯片流道三14通过旋转体流道三24和入口纸基导流流道32导流进入PDMS反应区本体31，孵育1分钟令抗原抗体相互结合，而后借由反应区本体31上修饰的纳米颗粒35的毛细作用流向反应区本体出口36，再由出口纸基导流流道33排出PDMS反应区本体31，在该第三工作档位，仅纸基芯片流道三14和旋转体流道三24处于导通开启状态，其余纸基芯片流道和旋转体流道均处于关闭状态。

（6）而后，旋转体驱动器54驱动旋转体21旋转导通旋转体流道一22和纸基芯片流道一12以使纸基微流控流体分配机构2再次进入第一工作档位，使PBS缓冲液按上述第（2）、（4）步骤再次经由纸基微流控流体分配机构2进入PDMS反应区本体，以冲洗过量结合抗体，同时保证其余流道处于关闭状态。

（7）进一步地，旋转体驱动器54驱动旋转体21再次旋转以导通旋转体流道四25和纸基芯片流道四15以使纸基微流控流体分配机构2进入第四工作档位，如附图7e所示，在第四工作档位时，纸基芯片流道四15和旋转体流道四25重叠接触导通，BCIP/NBT底物由试剂储存区11和纸基芯片流道四15通过旋转体流道四25和入口纸基导流流道32导流进入PDMS反应区本体31，孵育30分钟进行显色反应，而后借由反应区本体31上修饰的纳米颗粒35的毛细作用流向反应区本体出口36，再由出口纸基导流流道33排出PDMS反应区本体31，在该第四工作档位，仅纸基芯片流道四15和旋转体流道四25处于导通开启状态，其余纸基芯片流道和旋转体流道均处于关闭状态。

（8）启动传感器组件53，优选采用图像传感器对该显色反应进行定位并量化读取结果，该结果被传输给微控制器52，通过人机交互模块55，优选采用交互触摸屏对检测结果进行显示，并通过无线模块46，优选采用蓝牙将结果传送给其他设备。

针对该实施例，因为旋转体流道一22和纸基芯片流道一12需要多次旋转对接以将PBS缓冲液导入冲洗，为了防止旋转体21反复回转过程中可能出现的流道污染情况，本领域技术人员也可根据反应步骤的需要在纸基微流控流体分配机构2和微流控纸基芯片本体1上对应增设多条PBS缓冲液流道，这样旋转体21在进行流体分配时只保持单向旋转，避免回转，从而避免可能出现的污染情况。

应该理解的是，上述表达的图形、说明，仅为本发明的几种较佳实施例而已，并非是对本发明的保护范围进行限制，对本领域技术人员而言，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应落入要求保护的本发明权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种纸基微流控流体分配机构，其特征在于：

所述纸基微流控流体分配机构包括旋转体和设置于旋转体上的若干旋转体流道；

所述旋转体包括第一亲水区和第一疏水区；

所述第一亲水区形成为所述若干旋转体流道；

所述第一疏水区形成为除旋转体流道外的其他区域；

所述旋转体在旋转过程中至少部分区域与微流控纸基芯片流道相互重叠接触以形成重叠区域；

所述微流控纸基芯片流道数量与旋转体流道数量相同，旋转体根据所述纸基芯片流道和旋转体流道数量配置相应数量的工作档位，使用前每条旋转体流道均与微流控纸基芯片流道呈非导流状态，而当旋转体旋转至任一工作档位时，该工作档位对应的所述纸基芯片流道与所述第一亲水区唯一对应的旋转体流道相互重叠接触以将上游纸基芯片流道内的流体导流至对应的旋转体流道并将该旋转体流道内的流体进一步导流至微流控纸基芯片的反应区，而工作档位外的其他纸基芯片流道和相应的旋转体流道则呈非导流状态。

2.根据权利要求1所述的纸基微流控流体分配机构，其特征在于：

所述旋转体可平行或垂直安装于纸基芯片之上。

3.根据权利要求1或2所述的纸基微流控流体分配机构，其特征在于：

所述纸基微流控流体分配机构的第一亲水区和第一疏水区通过喷腊打印、丝网印刷、光刻、喷墨打印、柔性版印刷、等离子处理、激光切割或湿法蚀刻技术加工制备。

4.一种微流控纸基芯片，其特征在于，所述微流控纸基芯片包括：

微流控纸基芯片本体；

和权利要求1-3任一项所述的纸基微流控流体分配机构；

所述微流控纸基芯片本体包括第二亲水区和第二疏水区；所述第二亲水区包括若干试剂储存区、若干纸基芯片流道、一个或多个反应区；其中，所述若干试剂储存区、若干纸基芯片流道通过权利要求1-3任一项所述的纸基微流控流体分配机构连接所述一个或多个反应区。

5.如权利要求4所述的微流控纸基芯片，其特征在于：所述第二亲水区还包括一加液区，所述加液区通过若干纸基芯片流道与所述若干试剂储存区对应连接。

6.如权利要求4所述的微流控纸基芯片，其特征在于：所述第一亲水区和第二亲水区为同种材料或不同种材料；所述第一疏水区和第二疏水区为同种材料或不同种材料。

7.如权利要求4所述的微流控纸基芯片，其特征在于：所述一个或多个反应区下游连接一废液储存区。

8.如权利要求4所述的微流控纸基芯片，其特征在于：所述反应区包括反应区本体和纸基导流流道，所述反应区本体与纸基导流流道连接。

9.如权利要求8所述的微流控纸基芯片，其特征在于：所述反应区为PDMS与纸基复合材料反应区、玻璃反应区、或NC膜反应区。

10.权利要求8或9所述的微流控纸基芯片，其特征在于：反应区本体的底面经纳米颗粒修饰处理。

11.一种全自动微流控纸基芯片检测分析平台，包括：

平台支撑结构；

微控制器；

传感器组件；

旋转体驱动器；

以及权利要求4-10任一项所述的微流控纸基芯片；

其特征在于：所述微流控纸基芯片、传感器组件、微控制器和旋转体驱动器均固定安装于平台支撑结构；所述旋转体驱动器和所述传感器组件分别与微控制器电连接；所述旋转体驱动器与所述旋转体固定连接，所述微控制器驱动旋转体在旋转体驱动器的作用下按预设反应程序进行旋转，使所述若干旋转体流道按预设反应程序与对应的纸基芯片流道重叠接触，以将各试剂储存区内的流体依次引入反应区；所述传感器组件定位并量化反应结果，并将反应结果传输至所述微控制器。

12.如权利要求11所述的微流控纸基芯片检测分析平台，其特征在于：还包括人机交互模块，所述人机交互模块能够点选和/或编辑预设反应程序并将反应结果进行显示与记录。

13.如权利要求11或12所述的微流控纸基芯片检测分析平台，其特征在于：还包括无线模块，所述无线模块将反应结果传输至其他终端设备或云端。

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