CN113176401B - 生物芯片的基片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物芯片的基片，该生物芯片的基片包括管路层、热熔线和密封膜；在管路层上设置有管道通路；所述管道通路内设置有热熔线；所述管路层底的第一面设置有密封膜，所述密封膜覆在所述管道通路上，与所述热熔线接触；对所述热熔线加热，使所述热熔线加热融化，使其与所述密封膜粘结，形成基片。本发明实施例提供的生物芯片的基片，制作简单，容易实现，且利用密封膜和热熔线在热量的作用下粘结，不但密封了管路层上除去管路通道的结构，而且不会影响管路通道的可流动性，大大提高了芯片制作的可操作性及降低了芯片的制作难度。

Description

生物芯片的基片

技术领域

本发明涉及芯片制作领域，尤其涉及一种生物芯片的基片。

背景技术

生物芯片技术是近年来生命科学领域发展起来的一项新技术，生物芯片的出现引起了国际上的广泛关注。常见的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、芯片实验室、细胞芯片、组织芯片、糖芯片及其他类型生物芯片等。生物芯片技术是将微加工技术、微电子技术和分子生物学相结合，在固相介质表面构建微型阵列结构的生物化学分析系统，通过将待测未知目标与芯片上已知探针“杂交”，通过空间分辨确定未知分子。

生物芯片已经成为目前生物技术中蓬勃发展的领域。在生物学研究、疾病诊断、环境监测等方面，生物芯片具有巨大的潜在应用前景。生物芯片的制作已经有多种方法。目前，使用最广泛，也是最简单的方法是机械点样法，把生物样品用加样器点加到基片上，并以矩阵的形式排列在基片上。点样法又可以分为两类，接触式和非接触式点样。

与传统的分析技术相比，生物芯片技术具有明显的优势。生物芯片上集成了成千上万密集排列的分子探针阵列，可以一次性对样品中多种不同物质进行检测和分析，具有高效率、高通量、高速度和并行检测优势，检测效率是传统检测手段的成千上万倍。生物芯片技术被认为是继20世纪大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。在实际应用方面，生物芯片技术广泛应用于基因测序、疾病诊断和治疗、药物筛选、法鉴定、检验检疫、环境检测等许多领域。但是现有的生物芯片技术也存在一些亟待解决的问题，包括技术复杂成本高，重复性差，检测灵敏度低等缺点。

发明内容

为此，本发明提供一种生物芯片的基片，可以简单易于制作，降低制作难度，节约成本。

为实现上述目的，本发明提供一种生物芯片的基片，包括：管路层、热熔线和密封膜；

在管路层上设置有管道通路；

所述管道通路内设置有热熔线；

所述管路层的第一面设置有密封膜，所述密封膜覆在所述管道通路上，与所述热熔线接触；

对所述热熔线加热，使所述热熔线加热融化，使其与所述密封膜粘结，形成基片；

所述管路层包括第一方形板、第二方形板和弧形板，所述第二方形板设置在所述第一方形板和所述弧形板之间，所述第一方形板上设置有进液口、缓冲仓、纯化仓，以及连接进液口、纯化仓以及缓冲仓的管路，所述弧形板上设置有扩增仓；

所述第一方形板和第二方形板的角为圆弧过渡角；所述第一缓冲仓的容积小于第二缓冲仓，所述第一缓冲仓和所述第二缓冲仓均为方形，所述第一缓冲仓与所述第二缓冲仓内均设置有吸水海绵，所述纯化仓为扁圆形，所述纯化仓内设置有磁珠；所述扩增仓为弯月形，所述扩增仓内设置有冻干球；

在所述管路层侧部设置有限位架，在所述限位架的内侧设置有第一卡槽和第二卡槽，以实现管路层与设置在其上的加样层相对位置切换和固定；

在所述管路层上还设置有第二应变片，所述第二应变片分别设置在所述第一卡槽和所述第二卡槽内；在所述第一卡槽内横向取M个位置，所述第二应变片检测所述M个位置处的应力，记为第一应力函数F(f1，f2……fm),所述第二卡槽内选取的位置和所述第一卡槽内的位置一一对应，所述第二卡槽的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’),根据所述第一应力函数和所述第二应力函数判断所述加样层的位置。

进一步地，在所述加样层与所述第一卡槽连接时，首先比较f1和fm，得到第一正差值，若所述第一正差值高于第一预设差值f0，则重新调整所述加样层；若所述第一正差值低于第一预设差值f0，则进行后续操作；

在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较f1’和fm’，得到第二正差值，若所述第二正差值高于第二预设差值f0’，则重新调整所述加样层；若所述第二正差值低于第二预设差值f0’，则进行后续操作。

进一步地，在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层和所述第一卡槽连接时产生的函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，若小于，则继续操作，若不小于，则确定对应的某组应力差值的绝对值的对应位置，以确定加样层或管路层的损坏。

进一步地，在所述加样层下侧还设置有垫片，所述管路层设置在所述垫片的下侧；

其中，

所述加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品依次经过核酸提取、纯化、扩增反应；

在运输或存储时，所述加样层与所述第一卡槽连接；

在使用时，将所述垫片抽出，向下按压所述加样层，使得所述加样层与所述第二卡槽连接，同时，刺针设置在管路层上的立柱上，用以刺破设置在所述加样层内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应；

当所述加样层与所述管路层压合后，设置在所述加样层底部的第一应变片检测所述加样层和所述管路层之间的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合过程中受力的均匀性。

进一步地，在所述加样层和所述管路层还设置卡扣结构，在加样层的一侧设置有第一卡扣，第一卡扣的下侧伸出端伸出所述加样层的底端，在将加样层和管路层配合安装在一起后，通过第一卡扣卡接在管路层的侧面上，以防止加样层和管路层分离。

进一步地，在所述管路层的第二面上设置有滑槽，滑槽通过滑轨配合连接，以实现管路层与其上层设置的垫片的滑动连接，所述滑槽设置在所述限位架的内侧。

进一步地，对所述热熔线加热的方式为超声波键合、热压键合或激光键合。

进一步地，所述热熔线为焊线，所述管路层上设置有两个第一单阀，用以控制所述管路层上管路内试剂的流动；

在所述管路层上还设置有一个双阀，用以控制管路的同时连通或同时封闭，所述双阀通过管路与扩增仓连通。

进一步地，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在加样仓的端部设置有试剂出口，在试剂出口与加样仓之间设置有密封结构，用以进行密封；

在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂向试剂出口流出或抽回；在所述活塞的活塞杆端部设置有密封圈，用以进行密封。

进一步地，所述活塞杆上还设置有螺帽，通过与螺帽螺纹连接，在螺帽的外侧套设有一导向套，管壁内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套进行定位及固定，在导向套的两端外侧还设置有卡环，用以卡住相应的导向套；在所述导向套的外侧还设置有护套，用以对活塞杆、螺帽、以及导向套进行保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明实施例提供的生物芯片的基片，制作简单，容易实现，且利用密封膜和热熔线在热量的作用下粘结，不但密封了管路层上除去管路通道的结构，而且不会影响管路通道的可流动性，大大提高了芯片制作的可操作性及降低了芯片的制作难度。

进一步地，在本发明实施例中，所述扩增仓设置在管路层的边缘，并且，扩增仓为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装，且分区合理，管路路线设计合理。

进一步地，第一缓冲仓和第二缓冲仓内的吸水海绵可以吸收注入的多余的废液，缓解管路通道内的流体压力，有助于核酸检测实验的进行，纯化仓内的磁珠便于吸附核酸物质，并起到了固定磁珠在纯化仓内的目的，冻干球内含有反应所需试剂，使得无需额外加入试剂进行反应，使得实验过程更为简便，提高核酸扩增的实验效果。

进一步地，采用超声波、热压以及激光作为热源都可以实现上述目的，手段丰富，用户可以根据实际情况进行选择，增加选择的灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的生物芯片的基片结构示意图；

图2为本发明实施例提供的生物芯片的基片结构剖面示意图；

图3为本发明实施例中的检测芯片的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例中的加样层的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2所示，本发明实施例提供的生物芯片的基片包括：管路层101、热熔线30和密封膜104；在管路层101上设置有管道通路20，所述管道通路20的纵向深度和所述管路层101的厚度不同，管道通路20的纵向深度为所述管路层101厚度的1/4；所述管道通路20内设置有热熔线30；所述管路层的第一面设置有密封膜104，所述密封膜104覆在所述管道通路20上，与所述热熔线30接触；对所述热熔线30加热，使所述热熔线30加热融化，使其与所述密封膜104粘结，形成基片。

具体而言，管路层101为管路层，其上设置有多个管道通路20，在实际实验过程中，只需要一块管路层101，然后按照实验需要，如进行提取、纯化和扩增，设计对应的管道通路20，管道通路20的纵向深度与所述管路层101的厚度不同，使得在进行试剂液注入时，试剂液沿着管道通路20进行流动，且管路层101作为保护试剂液的屏障，使得试剂液在管道通路20内流动，限制其流动范围。所述管道通路20内设置有热熔线30；所述管路层的第一面设置有密封膜104，所述密封膜104覆在所述管道通路20上，与所述热熔线30接触；对所述热熔线30加热，使所述热熔线30加热融化，使其与所述密封膜104粘结，形成基片。

本发明实施例提供的生物芯片的基片，制作简单，容易实现，且利用密封膜104和热熔线30在热量的作用下粘结，不但密封了管路层101上除去管路通道的结构，而且不会影响管路通道的可流动性，大大提高了芯片制作的可操作性及降低了芯片的制作难度。

具体而言，所述管路层101包括第一方形板、第二方形板和弧形板，所述第二方形板设置在所述第一方形板和所述弧形板之间，所述第一方形板上设置有进液口、缓冲仓50、纯化仓，以及连接进液口、纯化仓以及缓冲仓50的管路，所述第二方形板上设置有双阀，所述弧形板上设置有扩增仓60；所述密封膜104的形状与所述管路层101的形状相同。

在本发明实施例中，所述扩增仓60设置在管路层101的边缘，并且，扩增仓60为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装，且分区合理，管路路线设计合理。

具体而言，为了使得本发明实施例提供的生物芯片的基片在实验工作者在使用中不被刮伤，所述第一方形板和第二方形板的角为圆弧过渡角，便于实验人员移动该管路层。

具体而言，所述第一缓冲仓的容积小于第二缓冲仓，所述第一缓冲仓和所述第二缓冲仓均为方形，所述第一缓冲仓与所述第二缓冲仓内均设置有吸水海绵，所述纯化仓为扁圆形，所述纯化仓内设置有磁珠；所述扩增仓60为弯月形，所述扩增仓60内设置有冻干球。

本发明实施例提供的生物芯片的基片，结构简单，易于实现。第一缓冲仓50和第二缓冲仓50内的吸水海绵可以吸收注入的多余的废液，缓解管路通道内的流体压力，有助于核酸检测实验的进行，纯化仓内的磁珠便于吸附核酸物质，并起到了固定磁珠在纯化仓内的目的，冻干球内含有反应所需试剂，使得无需额外加入试剂进行反应，使得实验过程更为简便，提高核酸扩增的实验效果。

本发明实施例中第一缓冲仓50也可称作废液仓，仓内有高吸水性海绵，主要作用是，第一试剂口内的裂解液注入后，在裂解液仓内，会有少量液体残留在仓内，第一试剂口作为一个配合的从动仓，要配合其他试剂进入纯化仓，这过程中第一试剂口连接的活塞结构会有抽吸运动，为避免少量溢出的废液混进整个液路系统，所以设置了第一缓冲仓50，用以吸收少量废液，还设置有第二缓冲仓50，第二缓冲仓50内设置有海绵，用以加强保护扩增仓60。

具体而言，在所述管路层101侧部设置有限位架106，在所述限位架106的内侧设置有卡槽80，所述卡槽80通过与卡条相互配合连接，以实现管路层与设置在其上的加样层相对位置切换和固定。

具体而言，当不进行反应时，则热熔线的温度较低，无法融化热熔线，当加样层在特定位置，需要进行反应时，则加热热熔线实现密封，本发明实施例通过第一应力函数和第二应力函数判断所述加样层的位置，并根据判断的位置结果决定对热熔线加热的温度，使得在实现热熔线加热温度的有效调节，使得进行扩增反应需要密封时就可以加热热熔线，实现对反应过程的有效控制。

本实施例的加样层与管路层通过卡条与设置在管路层侧部的限位架106活动连接，相应的，在限位架106的内侧设置有第一卡槽107和第二卡槽，第一卡槽107通过卡条相互配合，以实现加样层和管路层的相对位置切换和固定。相对位置的切换就是指加样层和管路层的相对距离的改变，加样层由第一卡槽107切换为第二卡槽的过程，使得加样层和管路层之间的距离变近了，抽掉垫片后，加样层和管路层连通，具体而言，垫片的主要作用是保护加样层和管路层不连通，使用时再将垫片抽出，其中，密封膜粘贴在管路层的下侧，以实现密封。组装后的加样层、垫片、管路层和密封膜构成一个完全封闭的整体，样品内的病毒不会泄漏。

具体而言，在所述管路层的第二面上设置有滑槽，滑槽通过滑轨配合连接，以实现管路层与其上层设置的垫片的滑动连接，所述滑槽设置在所述限位架106的内侧。本发明实施例的垫片的下侧还设置有滑轨，相应的，在管路层的上侧面设置有滑槽，滑轨通过与滑槽配合连接，以实现垫片与管路层的滑动连接。本实施例的滑槽设置在管路层上的限位架106的内侧。

具体而言，对所述热熔线30加热的方式为超声波键合、热压键合或激光键合。在使用时，需要将密封膜104与热熔线30粘合，具体可以采用超声波键合，也可以是热压键合或是激光键合，采用超声波、热压以及激光作为热源都可以实现上述目的，手段丰富，用户可以根据实际情况进行选择，增加选择的灵活性。

具体而言，所述热熔线30为焊线。采用焊线作为热熔线30，材料易得，经济实惠，且可以达到相应的实验目的，经济环保。

请参阅图3所示，其为本发明实施例的用于核酸检测的芯片装置的爆炸结构示意图，本实施例的用于核酸检测的芯片装置包括设置在最上端的加样层3、设置在加样层3下侧的垫片2、设置在垫片2下侧的管路层101，以及设置在最下侧的密封膜104，其中，所述加样层3上侧设置有加样孔302，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增发生反应。其中，本实施例的加样层3与管路层101通过卡条304与设置在管路层101侧部的限位架106活动连接，相应的，在限位架106的内侧设置有第一卡槽107，第一卡槽107通过卡条304相互配合连接，以实现加样层3和管路层101的相对位置切换和固定。相对位置的切换就是指加样层3和管路层101的相对距离的改变，加样层3由第一卡槽107切换为第二卡槽的过程，使得加样层3和管路层101之间的距离变近了，抽掉垫片2后，加样层3和管路层101连通，具体而言，垫片2的主要作用是保护加样层3和管路层101不连通，使用时再将垫片抽出，其中，密封膜104粘贴在管路层101的下侧，以实现密封。组装后的加样层3、垫片2、管路层101和密封膜104构成一个完全封闭的整体，样品内的病毒不会泄漏。继续参阅图3所示，本实施例的第一卡槽107的下侧的限位架106侧面上还设置有第二卡槽，第二卡槽位于第一卡槽107的下侧，在运输或存储时，加样层3与第一卡槽107连接，在使用进行试剂反应时，将垫片3抽出，向下按压加样层3，使得加样层3和第二卡槽连接，与此同时，设置在管路层101上的刺针刺破设置在加样层3内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应，刺针设置在管路层101上，实际应用过程中，管路层101上设置有立柱，刺针设置在立柱的圆心处，立柱的上端面为椭圆形，且立柱的端面的倾斜的，便于其上的刺针和试剂管的尾端进行配合，顺利刺破试剂管，实现试剂的加注。本发明实施例提供的用于核酸检测的芯片装置，通过设置了第一卡槽107和第二卡槽，使得加样层3和管路层101可以在抽取垫片2后进行按压产生相对位置的变化，同时刺针刺破加样层3内的试剂，实现加样，使得样品和试剂进行一系列反应，本发明的芯片装置结构简单，方便实现混合试剂，提高测试精度。

为了对加样层3的实时状态进行监测，在第一卡槽107和第二卡槽内设置有第二应变片(图中未示出)，该第二应变片用于测试第一卡槽107或第二卡槽和加样层3连接时各处的应力变化。在实际应用过程中，在第一卡槽107内横向取M个点，其中M个点为间隔设置的，通过检测这M个点的应力变化判断加样层3的状态，在存储或是运输时，加样层3和第一卡槽107连接，第一卡槽107内的第一应力函数为F(f1，f2……fm)，其中f1，f2……fm表示各个点的受力情况，由于加样层3受力均匀，则各处的受力情况大致相同；而此时在第二卡槽内的对应位置处也进行应力检测，由于第二卡槽没有和加样层3连接，因此第二卡槽内的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)，其中，f1’,f2’,……fm’均为0；而当加样层3和第二卡槽连接时，第一卡槽内的第一应力函数F(f1，f2……fm)中的f1，f2……fm则均为0，因此可以根据第一应力函数和所述第二应力函数来判断加样层3当前的位置，进而解决了在实验人员中途离开，无法继续完成后续实验，便于其他实验人员根据前一实验人员的实验进度继续完成后续实验。

具体而言，根据所述加样层的位置控制对所述热熔线加热的温度，热熔线融化后就可以将密封膜实现密封，为后续的实验做准备，而加样层由第一位置到达第二位置的过程也是为开始实验做准备，因此本发明实施例将加样层的位置和热熔线加热的温度建立关联，使得当热熔线融化结束后，密封膜实现密封时加样层就置于第二位置，开始实验，减少调试时间，提高实验效率。

具体而言，热熔线的加热温度是根据热源的实际温度来确定的，而本发明实施例中的热源的实际温度都是可控的，实现对加热温度的可调节，便于根据加样层的实际位置对实际温度进行控制，以实现对实验进程的控制，提高实验效率。

更进一步地，当第二应力函数中各个位置处的应力值均为0时，即加样层3和第一卡槽107连接时，得到第一应力函数F(f1，f2……fm)，比较第一应力函数中第一位置的应力值f1和第M位置的应力值fm，得到第一正差值，若该第一正差值低于第一预设差值，就表示加样层3在第一卡槽107内受力均匀，则可以进行后续的抽出垫片2进行按压等相关操作；若该第一正差值高于第一预设差值，便是第一位置的应力值和第M位置的应力值相差较大，可能是加样层3的卡条304或是限位架106上的第一卡槽107上有残缺或是存在杂质等，需进行检查调整加样层3，以使第一正差值低于第一预设差值。在第一正差值低于第一预设差值后则进行出后垫片2，按压加样层3，使得加样层3在外力的作用下进入第二卡槽内，在加样层3和第二卡槽连接时，得到第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，比较第二卡槽内的第一位置的应力值f1’和第M位置的应力值fm’，得到第二正差值，若该第二正差值低于第二预设差值f0’，则表示加样层3被按压至第二卡槽后，受力均匀，无论是卡条304还是第二卡槽，均无明显异常。若该第二正差值高于第二预设差值f0’，则需要对加样层3进行调整，具体可以参考上述对第一卡槽107内应力值异常时的调整，在此不再赘述。

在实际应用过程中，可以选择第一位置和第M位置的应力应差值，还可以对其他任意两个点的位置进行正差值的比较，以对第一卡槽101和第二卡槽内的各点位置进行分析和检查，进而保证检测结果的准确性。

通过在加样层3和第一卡槽107连接时，检测第一应力函数中第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第一卡槽107内状态的检查和判定，以保证其在第一卡槽107内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态；相应的，在加样层3和第二卡槽连接时，检测第二应力函数中的第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第二卡槽内状态的检查和判定，以保证其在第二卡槽内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态。在实际应用过程中，加样层3由第一卡槽107内按压至第二卡槽内的过程中，经历了物理按压，这个过程中容易出现对芯片装置的各结构部件的磨损，因此需要对第一卡槽107、第二卡槽以及卡条304等相关部件进行检查，以保证样品和试剂混合反应结果的准确性。

进一步地，在所述加样层3与所述第二卡槽连接时，获取第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，然后比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层3和所述第一卡槽107连接时所产生的第一应力函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，即分别判断|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|和预设的标准误差F0的大小，若|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|均小于F0，表示各处的应力差值在误差范围内，表示加样层3由第一卡槽107到达第二卡槽的过程中并没有出现误差或是明显的差异，可以进行后续的加入试剂进行反应的相关操作，但是在实际比较过程中，若|f1’-f1|大于标准误差F0，则需要对第一位置处的加样层3的卡条或是管路层的卡槽进行检测，其他第二位置至第M位置处的比较方法都类似，若发现某一位置处应力差值的绝对值大于标准误差F0，则需查找数据异常的原因，直到排除相关异常，重新进行检测。

在实际应用过程中，为了根据各个位置处应力值判定芯片装置是否存在异常，还可以进行粗略的估计，例如获取M个位置处的应力差值的绝对值，假如在M个位置中有一半以上位置处的应力差值的绝对值小于标准差值F0，即表示在M个位置中，大部分位置处的受力均匀，此时可以进行后续操作；当然用户还可以根据实际需要，将判断标准选择为M/2个位置或4M/5个位置或是其他位置点个数，在此不再一一列举。

在实际应用过程中，可能因为按压力度不均匀，使得加样层3的一部分按到了第二卡槽，还有一部分留在了第一卡槽内或是由于按压导致加样层3倾斜，此时检测第二卡槽内的f1’和fm’，首末两个位置的应力必然相差很大，不在预设差值范围内，此时就需要重新调整加样层3的位置。在实际应用中，可以检测M个点中任意两个点的应力差值，以保证加样层3的位置准确平稳。另外还可以检测在第一卡槽107内的第一位置的应力值和第二卡槽的第一位置的应力值，当加样层3受力不均匀时，f1和f1’也会有轻微的差别，可以理解的是，除了检测第一位置的应力差值，还可以检测其他M-1个位置处的应力差值，在此不再一一说明。本实施例中通过第二应变片提供了多种方式检测加样层3在芯片装置中受力均匀性，进而保证后续核酸检测的精确性。

在实际应用过程中，引起第一卡槽107和第二卡槽内的第二应变片的应力值细微变化的可能因素有加样层3的磨损、倾斜、外界的杂质、第二应变片的磨损等因素，需要根据第一应力函数和第二应力函数的数据进行检查，确保加样层3和管路层101平稳对接，以保证后续的流体进入预定的注液口和预定的管路，在加样层与管路层对接后，通过第一应变片接收到的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合后受力的均匀性，防止由于局部应力过大对加样层或管路层造成应力疲劳，降低加样层或管路层的使用寿命。

具体而言，通过设置第二应变片，使得在压合过程中，可以对压合过程中的平稳进行评定，以便于确定压合过程中的不稳定因素，而在卡合后，通过第一应变片，通过第一应变片的应力变化，使得在实验过程中，加入样品以及进行提取纯化扩增反应过程中，对二者的卡合情况进行实时监测，防止在反应过程中由于应力变化导致密封性的问题，影响实验进度，通过设置第一应变片的应力变化，可以及时发现异常情况，及时调整。而加样层和管路层的密封情况会影响扩增反应的效率，因此设置第一应变片是十分必要的。

继续参阅图3所示，本发明实施例的垫片2的下侧还设置有滑轨202，相应的，在管路层101的上侧面设置有滑槽108，滑轨202通过与滑槽108配合连接，以实现垫片2与管路层101的滑动连接。本实施例的滑槽108设置在管路层101上的限位架106的内侧。所述垫片2的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨202设置在最外侧凸起的底面上。

继续参阅图3所示，本实施例的加样孔302上设置有加样孔盖303，用以进行密封。在加样层3和管路层101还设置卡扣结构，在加样层3的一侧设置有第一卡扣301，第一卡扣301的下侧伸出端伸出所述加样层3的底端，在将加样层3和管路层101配合安装在一起后，通过第一卡扣301卡接在管路层101的侧面上，以防止加样层3和管路层101分离。

继续参阅图3所示，本实施例的管路层101上设置有两个第一单阀102，用以在反应过程中对管路层101内的液体进行截至或流动的控制；在管路层101上还设置有双阀103，用以截断管路内流体的道路或是允许流体通过，双阀103通过管路与扩增仓连通，双阀103用于控制扩增仓的两端同时关闭或者同时开启，以使得其内部形成一密闭的空腔。在图3中，所述垫片2的两侧还设置有把手201，方便对用于核酸检测的芯片装置进行提取。在本发明实施例中，所述扩增仓设置在管路层101的边缘，并且，扩增仓为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装。

继续参阅图3所示，本实施例的管路层101上设置有一排刺针105，加样层3和垫片2卡合在一起后，作用把手201使垫片2沿着滑槽108滑动，当滑动到无法前进时，抽出垫片2，此时加样层3由第一卡槽107内被按压至第二卡槽内，如此刺针105可以刺破加样层3内的试剂管，进而将刺针105与加样层3内的试剂连通，试剂中标记的荧光序列与对应位置的核酸刺针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。在所述刺针105的外侧还设置有一挡板，其在加样层3与管路层101配合时，起到阻挡及定位作用。

具体而言，在本发明实施例中，在加样状态时，可参考图3，所述加样层3内设置有若干组试剂管，所述加样层3通过其上的卡条304与第一卡槽107卡接，在初始安装状态时，加样层3自上而下与管路层101配合，通过垫片2将刺针与试剂管内的试剂隔离，防止在运输过程中的振动造成刺针与试剂混合，保护加样层和管路层不连通，避免刺破。在需要进行试验时，将垫片2沿滑槽108向外抽出，垫片2沿滑槽108向外抽出后，向下按压加样层3，使得加样层3上的卡条304与第二卡槽卡接，此时，设置在管路层101上的刺针105与加样层3的试剂混合，将试剂引入管路层101内进行试验。

具体而言，本发明通过设置垫片结构，使得用于核酸检测的芯片装置能够在储存试剂，运输过程中，完好保存，在使用时，只需将垫片抽出并向下按压加样层，即能够将试剂引入管路层中。

参阅图4所示，其为本发明实施例的加样层的结构示意图；在本实施例的加样孔302的下方为加样仓，加样仓能够连接一装载试剂或样品的试剂管，在加样仓的下部设置有试剂出口312，在试剂出口312与加样仓之间设置有密封结构313，用以进行密封，在需要进行试剂加入的时候，刺针105会刺破313，以使试剂沿着试剂口312进入流体管路内。在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁305，在管壁305内部设置有活塞308，活塞308向加样仓移动，推动其内的试剂向试剂出口312流出；当然在需要进行抽回试剂的时候，活塞308也可以向外抽出试剂或是其他废液，在所述活塞308的活塞杆端部设置有密封圈311，用以进行密封。

继续参阅图4所示，本实施例的活塞杆上还设置有螺帽307，通过与螺帽307螺纹连接，实现相对旋转运动，相应的，在活塞杆的一端设置有输出结构，如气缸，油缸，也可通过转动输出结构连接活塞杆，如电机、丝杠，此时，活塞杆做旋转运动，只需能够推动试剂向试剂出口流出即可。相应的，在螺帽307的外侧套设有一导向套306，管壁305内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套306进行定位及固定；在导向套306的两端外侧还设置有卡环314，用以卡住相应的导向套306。在导向套306的外侧还设置有护套309，用以对活塞杆、螺帽307、以及导向套306进行保护。在对管路层101进行试剂注射时，通过活塞向加样仓移动，增加其内的压力，以推动试剂向试剂出口312流动，实现注入试剂。本发明实施例设置若干组试剂管，在本实施例中，设置五组试剂管，根据实验需要依次向管路层施加不同或相同的试剂，能够大大提高使用效率。

继续参阅图3所示，在加样层3下方设置第二卡扣310，第二卡扣310设置在与第一卡扣301相对的一侧面上，来防止加样层3滑动。

可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。

结合本发明实施例中提供的用于核酸检测的芯片装置中的管路层101以及加样层3的具体结构及管路设置做进一步详细说明。

本领域技术人员可以理解的是，在管路层上设置的管路结构在加样层没有和管路层连接时，上述管路结构是无法进行相关核酸检测试验的，因此需要在管路层和加样层接触时，方可进行核酸的提取纯化和扩增反应。

具体而言，管路层包括第一进样口、第一试剂口、第二试剂口、第三试剂口、第四试剂口、纯化仓和扩增仓，第一进样口和第一试剂口通过第一管路连接，第一管路上设置有第一单阀，纯化仓包括入口和出口，所述第一进样口和所述入口通过第二管路连接，所述第一试剂口和所述出口通过第三管路连接，所述第二试剂口、所述第三试剂口和所述第四试剂口均与所述入口通过第四管路连接；所述扩增仓的第一端设置有双阀的第一部，所述扩增仓的第二端设置有双阀的第二部，所述双阀的第一部通过第五管路和另一单阀连接，所述另一单阀通过第六管路和所述出口连接，第一双阀和第二双阀的作用方式为同时开启同时关闭。

下面对其具体的工作过程做进一步介绍，第一进样口、第一试剂口、第二试剂口、第三试剂口、第四试剂口、纯化仓和PCR扩增仓，第一进样口和第一试剂口通过第一管路连接，第一管路上设置有第二单阀，纯化仓包括入口和出口，所述第一进样口和所述入口通过第二管路连接，所述第一试剂口和所述出口依次通过第七管路、第一缓冲仓、第一单阀和第三管路连接，所述第二试剂口、所述第三试剂口和所述第四试剂口均与所述入口通过第四管路连接；所述PCR扩增仓的第一端连接双阀的第一部，所述PCR扩增仓的第二端连接双阀的第二部，双阀的第二部通过第八管路和纯化仓的出口连接，所述双阀的第一部经过第二缓冲仓、缓冲仓管路、第一缓冲仓连接至第一试剂口，双阀的第一部和双阀的第二部的作用方式为同时关闭或同时开启。

具体地，本发明实施例提供的纯化扩增装置还包括第一缓冲仓，该第一缓冲仓也可称作废液仓，仓内有高吸水性海绵，主要作用是，第一试剂口内的裂解液注入后，在裂解液仓内，会有少量液体残留在仓内，第一试剂口作为一个配合的从动仓，要配合其他试剂进入纯化仓，这过程中第一试剂口连接的活塞结构会有抽吸运动，为避免少量溢出的废液混进整个液路系统，所以设置了第一缓冲仓，用以吸收少量废液，所述第一缓冲仓的一端通过第七管路和所述第一试剂口连接，所述第一缓冲仓的另一端连接到第五管路上，形成三通管路，所述三通管路和所述PCR扩增仓之间还设置有第二缓冲仓，第二缓冲仓内设置有海绵，用以加强保护PCR扩增仓，所述双阀的第二部通过第八管路和所述出口连接，所述第一管路上设置有第二单阀，所述第二单阀的一端通过第九管路和所述第一进样口连接，所述第二单阀的另一端通过第十管路和所述第一试剂口连接。

在进行扩增反应时，首先通过向所述第一进样口注入样品，样品可以是血液或是拭子等，以及向所述第一试剂口注入第一试剂，第一试剂为裂解液，打开第二单阀将样品与第一试剂经过所述第一管路混合后，得到第一生成物，所述第一生成物包括液体，所述液体通过第二管路进入所述纯化仓内，纯化仓内置磁珠，样品经过裂解液分解之后，核酸物质和蛋白质分离，纯化仓是进行核酸提取和纯化的反应仓，提取就是从核酸物质和蛋白质的混合物提取核酸物质，纯化就是将提取出来的核酸物质进行清洗，然后关闭第二单阀，打开第一单阀，向所述第二试剂口注入第二试剂，第二试剂为清洗液，所述第二试剂经过所述第四管路进入所述纯化仓内，并与所述液体反应，得到第二生成物，向第三试剂口注入第三试剂，第三试剂为清洗液，所述第三试剂经过所述第四管路进入所述纯化仓内，并与第二生成物反应，得到第三生成物，向第四试剂口注入第四试剂，第四试剂为洗脱液，就是使核酸物质从磁珠上脱离，所述第四试剂经过所述第四管路进入所述纯化仓内，并与第三生成物反应，得到第四生成物，将所述第四生成物经过所述第六管路、所述第一单阀和所述第五管路引入所述PCR扩增仓内，以进行扩增反应。

向第一样品口加入样品，关闭第一单阀、双阀的第一部和双阀的第二部，打开第二单阀，然后向第一试剂口推入第一试剂，样品可以是血液，鼻咽拭子，样品沿着第九管路，第一试剂沿着第十管路，在第一管路内混合，为了使得样品和第一试剂混合的更为充分，在实际应用过程中，可以在第一试剂口及第一样品口处增加推吸装置，具体可以是活塞结构，加快在第九管路和第十管路内的样品或试剂的微流，充分混合反应，在第一管路内得到第一生成物，第一生成物充满第一管路。

关闭第二单阀，双阀的第一部和双阀的第二部，打开第一单阀。此时第一生成物被分别留在第九管路和第十管路内，第一生成物中包括液体和气体，液体由第一进样口通过第二管路进入纯化仓，液体充满纯化仓并溢出在第六管路内，同时在第二缓冲仓的缓冲作用下，第一生成物的气体通过第七管路、第一单阀进入第六管路，液体和气体在第六管路内汇合。然后加入第二试剂时，在第二试剂口推入第二试剂，第二实际沿着第四管路从入口进入纯化仓，为了使第二试剂进入已被液体充满的纯化仓，纯化仓内设置有磁珠，在超声波的作用下将纯化仓内的磁珠打散，使得纯化仓内的液体中的核酸和磁珠充分接触吸附，在第二试剂推入的同时，第一试剂口处应进行吸入操作，将第一生成物吸入第一试剂口，以使第二试剂顺利进入纯化仓，第二试剂和第一生成物反应后得到第二生成物，第二生成物充满纯化仓。在生成第二生成物的同时还会产生一些废液，可以将废液排出至第一试剂口和/或第一加样口，可选的，将废液通过排出至第一试剂口，或是将废液由排出至第一进样口。

在所述第三试剂和所述第二生成物混合时，第二试剂和第三试剂对纯化仓内的液体进行清洗，实现对核酸的提取纯化，所述第三试剂口经过第四管路推入所述第三试剂时，所述第二试剂口吸入部分所述第二生成物，然后所述第二试剂口推入第二生成物时，所述第三试剂口吸入所述第三试剂，最后将反应的废液吸入所述第二试剂口和/或第一试剂口和/或第一样品口；在所述第四试剂和所述第三生成物混合时，所述第四试剂口推入所述第四试剂时，所述第三试剂口吸入部分所述第三生成物，然后所述第三试剂口推入第三生成物时，所述第四试剂口吸入所述第四试剂，第四试剂为洗脱液，此时所述纯化仓被第三试剂和第三反应物反应后的第四生成物填满，关闭第一单阀和第二单阀，打开双阀的第一部和双阀的第二部，所述第四生成物沿着所述第八管路由所述出口填满所述PCR扩增仓，进而关闭所述双阀的第一部和双阀的第二部。与本发明上一实施例相比，第四生成物是由第八管路引入PCR扩增仓内，相比由第六管路和第五管路引入PCR扩增仓相比，第八管路在反应过程中没有被其他液体或气体污染，是干净的，可以保证进入PCR扩增仓内物质的纯净度。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物芯片的基片，其特征在于，包括：管路层、热熔线和密封膜；

在管路层上设置有管道通路；

所述管道通路内设置有热熔线；

所述管路层的第一面设置有密封膜，所述密封膜覆在所述管道通路上，与所述热熔线接触；

对所述热熔线加热，使所述热熔线加热融化，使其与所述密封膜粘结，形成基片；

所述管路层包括第一方形板、第二方形板和弧形板，所述第二方形板设置在所述第一方形板和所述弧形板之间，所述第一方形板上设置有进液口、缓冲仓、纯化仓，以及连接进液口、纯化仓以及缓冲仓的管路，所述弧形板上设置有扩增仓；

所述第一方形板和第二方形板的角为圆弧过渡角；第一缓冲仓的容积小于第二缓冲仓，所述第一缓冲仓和所述第二缓冲仓均为方形，所述第一缓冲仓与所述第二缓冲仓内均设置有吸水海绵，所述纯化仓为扁圆形，所述纯化仓内设置有磁珠；所述扩增仓为弯月形，所述扩增仓内设置有冻干球；

在所述管路层侧部设置有限位架，在所述限位架的内侧设置有第一卡槽和第二卡槽，以实现管路层与设置在其上的加样层相对位置切换和固定；

在所述管路层上还设置有第二应变片，所述第二应变片分别设置在所述第一卡槽和所述第二卡槽内；在所述第一卡槽内横向取M个位置，所述第二应变片检测所述M个位置处的应力，记为第一应力函数F(f1，f2……fm),所述第二卡槽内选取的位置和所述第一卡槽内的位置一一对应，所述第二卡槽的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’),根据所述第一应力函数和所述第二应力函数判断所述加样层的位置；

在所述加样层与所述第一卡槽连接时，首先比较f1和fm，得到第一正差值，若所述第一正差值高于第一预设差值f0，则重新调整所述加样层；若所述第一正差值低于第一预设差值f0，则进行后续操作；

在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较f1’和fm’，得到第二正差值，若所述第二正差值高于第二预设差值f0’，则重新调整所述加样层；若所述第二正差值低于第二预设差值f0’，则进行后续操作；

在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层和所述第一卡槽连接时产生的函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，若小于，则继续操作，若不小于，则确定对应的某组应力差值的绝对值的对应位置，以确定加样层或管路层的损坏；

在所述加样层下侧还设置有垫片，所述管路层设置在所述垫片的下侧；

其中，

所述加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品依次经过核酸提取、纯化、扩增反应；

在运输或存储时，所述加样层与所述第一卡槽连接；

在使用时，将所述垫片抽出，向下按压所述加样层，使得所述加样层与所述第二卡槽连接，同时，刺针设置在管路层上的立柱上，用以刺破设置在所述加样层内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应；

当所述加样层与所述管路层压合后，设置在所述加样层底部的第一应变片检测所述加样层和所述管路层之间的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合过程中受力的均匀性。

2.根据权利要求1所述的生物芯片的基片，其特征在于，在所述加样层和所述管路层还设置卡扣结构，在加样层的一侧设置有第一卡扣，第一卡扣的下侧伸出端伸出所述加样层的底端，在将加样层和管路层配合安装在一起后，通过第一卡扣卡接在管路层的侧面上，以防止加样层和管路层分离。

3.根据权利要求2所述的生物芯片的基片，其特征在于，在所述管路层的第二面上设置有滑槽，滑槽通过滑轨配合连接，以实现管路层与其上层设置的垫片的滑动连接，所述滑槽设置在所述限位架的内侧。

4.根据权利要求1所述的生物芯片的基片，其特征在于，对所述热熔线加热的方式为超声波键合、热压键合或激光键合。

5.根据权利要求1所述的生物芯片的基片，其特征在于，所述热熔线为焊线，所述管路层上设置有两个第一单阀，用以控制所述管路层上管路内试剂的流动；

在所述管路层上还设置有一个双阀，用以控制管路的同时连通或同时封闭，所述双阀通过管路与扩增仓连通。

6.根据权利要求5所述的生物芯片的基片，其特征在于，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在加样仓的端部设置有试剂出口，在试剂出口与加样仓之间设置有密封结构，用以进行密封；

在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂向试剂出口流出或抽回；在所述活塞的活塞杆端部设置有密封圈，用以进行密封。

7.根据权利要求6所述的生物芯片的基片，其特征在于，所述活塞杆上还设置有螺帽，通过与螺帽螺纹连接，在螺帽的外侧套设有一导向套，管壁内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套进行定位及固定，在导向套的两端外侧还设置有卡环，用以卡住相应的导向套；在所述导向套的外侧还设置有护套，用以对活塞杆、螺帽、以及导向套进行保护。

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