CN113385244A - 一种主动式微流控芯片及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种主动式微流控芯片及其应用方法，包括上层基板和下层基板；上层基板和下层基板均包括动力区、废液存储区、催化反应区和加注区；动力区、废液存储区、催化反应区和加注区自左往右依次分布于上层基板上和下层基板上。简洁的双层结构，配合微流控控制装置实现双向微流控；结构简单，尺寸小，适合量产；样本及反应物流道相互独立，反应液A加注流道和样本加注流道存在交汇设计，反应液流过可有效清洗汇流管道区，降低污染几率；采用曲管设计，配合双向微流控设计，利于样本与反应物的充分混合，利于温控，提高反应效率和检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及体外诊断领域，尤其涉及一种主动式微流控芯片及其应用方法。
背景技术
微流控芯片技术作为一种新型的分析平台，具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛研究和应用，例如细胞生物学、分析化学、环境监测与保护、司法鉴定、药物合成筛选、材料学和组织工程学等领域。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
根据操纵液体流动的原理与实现方法不同，微流控又分被动式和主动式两种。其中被动式主要依靠毛细管等方式达到液体单向层析，但因需要控制的液体的物理/化学特性的多样性，导致液体的流速无法统一。主动式微流控则采用气压、静电、压电叠层、电磁、热泡等多种动力方式，则可有效的避免此类问题。
现有的主动式微流控芯片，如中国专利号CN110026257公布的一种微流控芯片，至少包括一个微流控单元，微流控单元包括样品腔、预混腔、标记腔及检测腔，其中，样品腔设有稀释池及与稀释池连通的样品池，稀释池用于承装稀释液，样品池用于承装样品；预混腔与样品池连通，预混腔用于混合样品与稀释液；标记腔与预混腔能够连通，标记腔设有标记抗体；检测腔与标记腔连通，检测腔包埋有捕获抗体。
但类似于以上的微流控芯片，普遍存在结构复杂，尺寸较大，生产工艺烦琐，不利于量产等问题。
发明内容
本发明提出了一种主动式微流控芯片，解决了现有的主动式微流控芯片存在结构复杂，尺寸较大，生产工艺烦琐，不利于量产等问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种主动式微流控芯片，包括上层基板和下层基板。
所述上层基板和下层基板均包括动力区、废液存储区、催化反应区和加注区；动力区、废液存储区、催化反应区和加注区自左往右依次分布于上层基板上和下层基板上。
所述上层基板上设置一双向控流孔、样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔。
所述双向控流孔位于动力区，样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔均位于加注区。
所述双向控流孔、样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔分别为圆台形通孔一、圆台形通孔二、圆台形通孔三、圆台形通孔四和圆台形通孔五。
所述下层基板上设置长方形凹槽一，长方形凹槽一下底面上设置一长方形凹槽二和两个隔离墙。
所述隔离墙位于下层基板的动力区，长方形凹槽二位于下层基板的废液存储区。
所述下层基板上设置反应沟道和温控导槽。
所述反应沟道为“S”形沟槽，“S”形沟槽由若干个平行凹槽和若干个“C”形槽首尾相连构成。
所述温控导槽位于下层基板的下底面上，且温控导槽位于“S”形沟槽下方。
所述温控导槽和反应沟道均位于下层基板的催化反应区。
所述下层基板上设置样本加注装置、清洗液加注装置、酶联耦合物加注装置和酶促催化剂加注装置。
所述样本加注装置包括样本加注槽、样本暂存槽、“卜”形连接槽和输液槽一。
所述样本加注槽为“L”形沟槽一，“L”形沟槽一的一端位于圆台形通孔二的下方，“L”形沟槽一另一端位于样本暂存槽的侧壁上。
所述“卜”形连接槽的一端口设置于样本暂存槽前侧壁，“卜”形连接槽的左侧端口通过坡道槽和输液槽一设置于反应沟道的右侧壁上。
所述清洗液加注装置包括反应液A加注槽、清洗液暂存槽和“J” 形连接槽。
所述反应液A加注槽的一端设置于清洗液暂存槽的侧壁上，反应液A加注槽另一端位于圆台形通孔三的正下方。
所述清洗液暂存槽由长方形凹槽三、“U”形连接沟道、长方形凹槽四、“S”形连接沟道和长方形凹槽四依次串联构成，清洗液暂存槽整体呈“L”形；清洗液暂存槽另一端通过“J” 形连接槽设置于“卜”形连接槽右侧的端口上。
所述酶联耦合物加注装置包括反应液B加注槽、酶联耦合物暂存槽和输液槽二。
所述反应液B加注槽为“L”形沟槽二，“L”形沟槽二的一端位于圆台形通孔四的下方，“L”形沟槽二另一端位于酶联耦合物暂存槽的侧壁上。
所述酶联耦合物暂存槽的左侧壁上通过坡道槽和输液槽二设置于反应沟道的右侧壁上。
所述酶促催化剂加注装置包括反应液C加注槽、酶促催化剂加注暂存槽和输液槽三。
所述反应液C加注槽为“L”形沟槽三，“L”形沟槽三的一端位于圆台形通孔五的下方，“L”形沟槽三另一端位于酶促催化剂暂存槽的侧壁上。
所述酶促催化剂暂存槽的左侧壁上通过坡道槽和输液槽三设置于反应沟道的右侧壁上。
作为优选，在上层基板和下层基板的侧壁上增设波浪形防滑纹。
作为优选，在上层基板和下层基板的侧壁上增设竖槽，竖槽内设置软胶。
相对于现有技术的有益效果：
本发明中，通过上层基板和下层基板上包括的动力区、废液存储区、催化反应区和加注区的一体化设置：
其一，实现了简洁的双层结构，配合微流控控制装置实现双向微流控；结构简单，尺寸小，适合量产。
其二，本发明的微流控芯片样本及反应物流道相互独立，反应液A加注流道和样本加注流道存在交汇设计；反应液A流过可有效清洗汇流管道区，降低污染几率。
其三，本发明的微流控芯片的输液槽一、输液槽二和输液槽三上均设置坡道槽，利用斜坡引流作用，显著减少液体残余现象。
其四，本发明的反应区采用曲管设计，配合双向微流控设计，利于样本与反应物的充分混合，利于温控，提高反应效率和检测精度。
附图说明
图1为本发明上层基板俯视结构示意图；
图2为本发明上层基板正视结构示意图；
图3为本发明下层基板俯视结构示意图；
图4为本发明下层基板正视结构示意图。
图中： 101. 双向控流孔、102. 样本加注孔、103. 反应液A加注孔、104. 反应液B加注孔、105. 反应液C加注孔、201. 长方形凹槽一、202. 长方形凹槽二、203. 隔离墙、204. 反应沟道、205.温控导槽、206. 样本加注槽、207. 反应液A加注槽、208. 反应液B加注槽、209. 反应液C加注槽、210.坡道槽。
具体实施方式
下面将结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。
实施例1，参照附图1-4，一种主动式微流控芯片，包括上层基板和下层基板。
所述上层基板和下层基板均包括动力区、废液存储区、催化反应区和加注区；动力区、废液存储区、催化反应区和加注区自左往右依次分布于上层基板上和下层基板上。
所述上层基板上设置一双向控流孔101、样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105。
所述双向控流孔101位于动力区，样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105均位于加注区。
所述双向控流孔101、样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105分别为圆台形通孔一、圆台形通孔二、圆台形通孔三、圆台形通孔四和圆台形通孔五。
所述下层基板上设置长方形凹槽一201，长方形凹槽一201下底面上设置一长方形凹槽二202和两个隔离墙203。
所述隔离墙203位于下层基板的动力区，长方形凹槽二202位于下层基板的废液存储区。
所述下层基板上设置反应沟道204和温控导槽205。
所述反应沟道204为“S”形沟槽，“S”形沟槽由若干个平行凹槽和若干个“C”形槽首尾相连构成。
所述温控导槽205位于下层基板的下底面上，且温控导槽205位于“S”形沟槽下方。
所述温控导槽205和反应沟道204均位于下层基板的催化反应区。
所述下层基板上设置样本加注装置、清洗液加注装置、酶联耦合物加注装置和酶促催化剂加注装置。
所述样本加注装置包括样本加注槽206、样本暂存槽、“卜”形连接槽和输液槽一。
所述样本加注槽206为“L”形沟槽一，“L”形沟槽一的一端位于圆台形通孔二的下方，“L”形沟槽一另一端位于样本暂存槽的侧壁上。
所述“卜”形连接槽的一端口设置于样本暂存槽前侧壁，“卜”形连接槽的左侧端口通过坡道槽210和输液槽一设置于反应沟道204的右侧壁上。
所述清洗液加注装置包括反应液A加注槽207、清洗液暂存槽和“J” 形连接槽。
所述反应液A加注槽207的一端设置于清洗液暂存槽的侧壁上，反应液A加注槽207另一端位于圆台形通孔三的正下方。
所述清洗液暂存槽由长方形凹槽三、“U”形连接沟道、长方形凹槽四、“S”形连接沟道和长方形凹槽四依次串联构成，清洗液暂存槽整体呈“L”形；清洗液暂存槽另一端通过“J” 形连接槽设置于“卜”形连接槽右侧的端口上。
所述酶联耦合物加注装置包括反应液B加注槽208、酶联耦合物暂存槽和输液槽二。
所述反应液B加注槽208为“L”形沟槽二，“L”形沟槽二的一端位于圆台形通孔四的下方，“L”形沟槽二另一端位于酶联耦合物暂存槽的侧壁上。
所述酶联耦合物暂存槽的左侧壁上通过坡道槽210和输液槽二设置于反应沟道204的右侧壁上。
所述酶促催化剂加注装置包括反应液C加注槽209、酶促催化剂加注暂存槽和输液槽三。
所述反应液C加注槽209为“L”形沟槽三，“L”形沟槽三的一端位于圆台形通孔五的下方，“L”形沟槽三另一端位于酶促催化剂暂存槽的侧壁上。
所述酶促催化剂暂存槽的左侧壁上通过坡道槽210和输液槽三设置于反应沟道204的右侧壁上。
工作原理及使用方法：
双向控流孔101与样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105的加注孔，均通过芯片内部流道连通，并与大气连通。
当在双向控流孔101处通过外力产生负压时，同时使得样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105中任意一处与大气连通，则对应的储液槽内的液体受大气驱动，单向往废液槽（即长方形凹槽二202）方向流动。
反之，当在双向控流孔101处通过外力产生正压时，同时使样本加注孔102、反应液A加注孔103、反应液B加注孔104和反应液C加注孔105任意一处与大气连通，则液体流向变为单向由废液槽（即长方形凹槽二202）流向储液槽。
基于上述两种运动下，通过控制双向控流孔101处的压强，可以控制流道内的液体实现双向流动。
通过控制双向控流孔101处的正、负压强产生的速度及时间，可以精确控制液体在流道内的流动速度及距离。
引流：坡道槽210的存在，用于液体在低处爬升到高处时，提供一个引流的作用，同时显著减少液体残留现象。
清洗：“卜”形连接槽的设计，可以使反应液A彻底清洗样品加注后的残留，从而显著减少污染几率，确保检测效果。
反应：反应区采用曲管设计，配合双向微流控设计，利于样本与反应物的充分混合，盖背面设置有加热槽，用于将反应区加热到37℃，提供酶促反应最佳温度，提高反应效率和检测精度。
实施例2，在实施例1的基础上，在上层基板和下层基板的侧壁上增设波浪形防滑纹，优化夹持效果。
实施例3，在实施例1的基础上，在上层基板和下层基板的侧壁上增设竖槽，竖槽内设置软胶，方便操作员快速区分废盒。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未涉及部分均采用现有技术得以实现。
Claims (10)
1.一种主动式微流控芯片，其特征在于：
包括上层基板和下层基板；
所述上层基板和下层基板均包括动力区、废液存储区、催化反应区和加注区；
所述下层基板上设置样本加注装置、清洗液加注装置、酶联耦合物加注装置和酶促催化剂加注装置；
所述样本加注装置包括样本加注槽、样本暂存槽、“卜”形连接槽和输液槽一；
所述样本加注槽一端位于圆台形通孔二的下方，另一端位于样本暂存槽的侧壁上；
所述“卜”形连接槽的一端口设置于样本暂存槽前侧壁，“卜”形连接槽的左侧端口通过输液槽一设置于反应沟道的右侧壁上；
所述清洗液加注装置包括反应液A加注槽、清洗液暂存槽和“J” 形连接槽；
所述反应液A加注槽的一端设置于清洗液暂存槽的侧壁上，反应液A加注槽另一端位于圆台形通孔三的正下方；
清洗液暂存槽另一端通过“J” 形连接槽设置于“卜”形连接槽右侧的端口上；
所述酶联耦合物加注装置包括反应液B加注槽、酶联耦合物暂存槽和输液槽二；
所述反应液B加注槽一端位于圆台形通孔四的下方，另一端位于酶联耦合物暂存槽的侧壁上；
所述酶联耦合物暂存槽的左侧壁上通过输液槽二设置于反应沟道的右侧壁上；
所述酶促催化剂加注装置包括反应液C加注槽、酶促催化剂加注暂存槽和输液槽三；
所述反应液C加注槽一端位于圆台形通孔五的下方，另一端位于酶促催化剂暂存槽的侧壁上；
所述酶促催化剂暂存槽的左侧壁上通过输液槽三设置于反应沟道的右侧壁上。
2.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
所述双向控流孔、样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔分别为圆台形通孔一、圆台形通孔二、圆台形通孔三、圆台形通孔四和圆台形通孔五。
3.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
所述上层基板上设置双向控流孔、样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔；
所述双向控流孔位于动力区，样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔均位于加注区。
4.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
所述下层基板上设置长方形凹槽一，长方形凹槽一下底面上设置长方形凹槽二和隔离墙；
所述隔离墙位于下层基板的动力区，长方形凹槽二位于下层基板的废液存储区；
所述下层基板上设置反应沟道和温控导槽；
所述温控导槽位于下层基板的下底面上，且温控导槽位于反应沟道下方；
所述温控导槽和反应沟道均位于下层基板的催化反应区。
5.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
所述输液槽一、输液槽二和输液槽三上设置坡道槽。
6.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
在上层基板和下层基板的侧壁上增设波浪形防滑纹。
7.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
在上层基板和下层基板的侧壁上增设竖槽，竖槽内设置软胶。
8.根据权利要求1所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：所述样本加注槽为“L”形沟槽一；所述清洗液暂存槽由长方形凹槽三、“U”形连接沟道、长方形凹槽四、“S”形连接沟道和长方形凹槽四依次串联构成，清洗液暂存槽整体呈“L”形；
所述反应液B加注槽为“L”形沟槽二；
所述反应液C加注槽为“L”形沟槽三。
9.根据权利要求4所述一种主动式微流控芯片，其特征在于：
所述反应沟道为“S”形沟槽，“S”形沟槽由若干个平行凹槽和若干个“C”形槽首尾相连构成；
温控导槽位于“S”形沟槽下方。
10.如权利要求1所述一种主动式微流控芯片的应用方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一，将本发明加载到相适配的酶联反应体外检测设备上；检测本发明中所述的双向控流孔、样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔，均通过芯片内部流道和连接槽连通；
步骤二，控制加注和流道清洗，相适配的酶联反应体外检测设备在双向控流孔处通过外力产生负压，同时使得样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔中任意一处与大气连通，则对应的储液槽内的液体受大气驱动，液体通过坡道槽后单向往废液槽方向流动；
反之，相适配的酶联反应体外检测设备在双向控流孔处通过外力产生正压，同时使样本加注孔、反应液A加注孔、反应液B加注孔和反应液C加注孔任意一处与大气连通，则液体流向变为单向由废液槽流向储液槽；
基于上述两种运动下，相适配的酶联反应体外检测设备通过控制双向控流孔处的压强，可以控制流道内的液体实现双向流动；
通过控制双向控流孔处的正、负压强产生的速度及时间，可以精确控制液体在流道内的流动速度及距离；
清洗，相适配的酶联反应体外检测设备在上述操作开始或结束后，进行反应液A由储液槽单向往废液槽方向流动，“卜”形连接槽的设计，使反应液A彻底清洗样品加注后流道内的液体残留；
步骤三，相适配的酶联反应体外检测设备进行酶联反应，反应区采用曲管设计，利于样本与反应物的充分混合，适配的酶联反应体外检测设备的加热模块通过加热槽对反应区加热。
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