CN113441198B - 一种微流控芯片制备方法 - Google Patents

Abstract

本方案公开了一种微流控芯片制备方法，包括：在基体上对样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道一次成型，其中样品腔和洗涤腔通过微通道连通，检测腔和洗涤腔通过微通道连通；在样品腔中填充裂解液和磁珠混合液，在洗涤腔中填充洗涤液，在检测腔中填充检测物；在微通道中装载封堵物；在样品腔中加注有机相液体，并且在洗涤腔和检测腔中加注有机相液体，使得有机相液体浸润各个微通道；通过顶盖封盖样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，并且顶盖上开设有与样品腔位置相对的加注口。制备工艺简单，成品稳定可靠，预装载检测试剂在微流控芯片内，并且能够长期保存及长时间运输，对运输环境的要求大大降低。

Description

一种微流控芯片制备方法

技术领域

本申请涉及核酸检测技术领域，更具体地，涉及一种微流控芯片制备方法。

背景技术

POC分子诊断作为一种不依赖专业实验室及人员的精准体外诊断技术具有广阔的应用前景。其核心在于对核酸样本进行样品裂解、核酸分离-富集-纯化-扩增、核酸检测等操作流程的集成化和自动化，现有一种POC分子诊断平台以微流控芯片为主要分析载体，在微流控芯片中以腔室间流体流动的形式，串联完成各个操作步骤。凭借微尺度下流体特性，以及对芯片上检测通道的大规模集成可以大幅降低试剂和样品的消耗，加快反应速率，易于实现高通量分析，利于分析系统的微型化和自动化。

现有微流控芯片在使用前或分析过程中通常需要通过手动或管路泵阀连接进行试剂或样品的加注和驱动，涉及较复杂繁琐的准备过程或外围操作控制，不利于减小样品分析时间和设备复杂度。而且，为满足上述操作控制需求，往往需要采用较复杂的芯片结构设计和多步加工装配工序，不利于降低芯片加工难度和制造成本。

发明内容

本申请实施例提供一种能够实现加工工艺简单的微流控芯片制备方法。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种微流控芯片制备方法，采用了如下所述的技术方案：

一种微流控芯片制备方法，该方法包括：

步骤一、将基体成型出样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道成型，样品腔和洗涤腔通过所述微通道连通，检测腔和洗涤腔通过所述微通道连通；

步骤二、向样品腔中加注裂解液和磁珠混合液，洗涤腔中加注洗涤液，检测腔中加注检测物和洗脱液；

步骤三、在微通道中装载封堵物，封闭样品腔和洗涤腔，洗涤腔和检测腔，

步骤四、向样品腔中加注有机相液体，在使用状态下，与样品腔相邻的微通道同样被样品腔中的有机相液充满，使磁珠混合液中的磁珠通过有机相液体进入微通道，向洗涤腔和检测腔中加注有机相液体，使得有机相液体浸润各个微通道；样品腔加注有机相液体包括，向所述样品腔中加注有机相液体，使所述有机相液体在裂解液上方形成有机相液体层；

步骤五、通过顶盖封闭样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，并且顶盖上开设有与样品腔位置相对的加注口。

所述步骤一中，所述样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，通过模压的方式一体成型。

所述步骤一中，对微通道的成型还包括，在微通道内成型浅池结构，用以装载封堵物，封堵物设置为石蜡。

所述步骤五中，还包括：在顶盖上安装密封盖，密封盖封闭加注口。

所述步骤二中，加注检测物包括：

将引物、探针、扩增试剂的脱水颗粒中的一种或多种，放入检测腔，使用石蜡封装，在石蜡封装完成后，向检测腔中加注洗脱液。

所述检测物固定于检测腔底部，使用石蜡封闭隔离检测物与洗脱液。

所述步骤四中，样品腔加注有机相液体后，有机相层达到微通道的高度，有机相液体与微通道连通。

所述步骤四中，样品腔加注有机相液体后，当使用时，样品腔加注待测样品时，有机相层达到微通道的高度，有机相液体层与微通道连通。

所述步骤一中，所述样品腔的底部成型为倒锥型体，所述裂解液充满所述倒锥型体，磁珠混合液加注于所述倒锥型体内。

所述步骤一中，所述洗涤腔的底部成型出倒锥型体，所述洗涤液加注充满所述倒锥型体。

相比于现有技术方法，本发明提供的技术方法具有以下有益效果：

芯片加工工艺简单，生产成本较低；

芯片使用过程中无需管路泵阀连接以进行流体驱动控制，而是依据各步骤涉及温度的固有特点逐步开通连接通道和释放反应试剂，并结合磁力操作达成相应目的，所需外围操作机构少，有利于芯片分析设备的简化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种微流控芯片制备方法的流程图；

图2为本申请一种微流控芯片的结构示意图；

图3为本申请一种微流控芯片的立体图。

附图标记：

1——样品腔、11——密封帽、2——洗涤腔、3——检测腔、4——微通道、41——浅池结构、5——基座、6——顶盖。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种微流控芯片制备方法，该方法包括：

步骤一、将基体成型出样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道成型，样品腔和洗涤腔通过所述微通道连通，检测腔和洗涤腔通过所述微通道连通；

步骤二、向样品腔中加注裂解液和磁珠混合液，洗涤腔中加注洗涤液，检测腔中加注检测物和洗脱液；

步骤三、在微通道中装载封堵物，封闭样品腔和洗涤腔，洗涤腔和检测腔，

步骤四、向样品腔中加注有机相液体，使磁珠混合液中的磁珠通过有机相液体进入微通道，向洗涤腔和检测腔中加注有机相液体，使得有机相液体浸润各个微通道；

步骤五、通过顶盖封闭样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，并且顶盖上开设有与样品腔位置相对的加注口。

具体的，根据选定的基体材质，采用模压、压铸、等方式进行成型，形成通过微通道相互连通的样品腔、洗涤腔和检测腔。

在基体上对样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道成型，其中微通道连通样品腔、洗涤腔和检测腔，微流控芯片的主要结构一次性在基体上成型。

裂解液、磁珠混合液、洗涤液、洗脱液和扩增液均存在于水相液体中，重量相对于有机相溶液通常更重，首先填充各个腔体重的水相溶液和可选择的固体药剂，以填充各个腔体的底部。

在微通道空置的的时候，装载封堵物，以封堵相邻的腔体，防止在运输过程中各个腔体之间液体的串扰。

其中裂解液用于实现对待测样品的裂解，将核酸与杂质分离而提取出来。洗涤液用于实现对待测样品的清洗，使得待测样品在洗涤液中纯化。检测物实现对提取出的纯净核酸进行纯化扩增和相应检测。

制成后的微流控芯片在使用时通过上料口在样品腔加注核酸样本，之后通过外部磁场控制样品腔中的磁珠带动核酸样本进入有机相层，并且克服微通道中有机相形成的表面张力，在样品腔、洗涤腔和检测腔之间移动，以实现核酸的样品裂解、核酸分离、扩增、检测等操作。

在各个腔体的水相溶液上加载有机相液体，有机相液体形成的通道在腔体靠上的位置，所以微通道是在基体的上部成型，以满足有机相液体在各个腔体连通，其中洗涤腔和检测腔中的有机相加注到满载，之后有机相液体会浸润相邻的微通道，之后对洗涤腔和检测腔遗留出的空间继续补足有机相液，直到洗涤腔和检测腔相邻的微通道被有机相液体完全填充，并且洗涤腔和检测腔中的有机相液体加注到满载。

样品腔因为要为待测样品留有空间，所以有机相液加注之后没有完全填满样品腔，但是在使用状态下，与样品腔相邻的微通道同样被样品腔中的有机相液充满，如此有机相液体在各个腔体中形成的有机相层之间能够构成完整的通路。

在水相液体和有机相液体加注完成之后，通过顶盖封盖样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道形成完整的密闭结构，在顶盖与样品腔相对的位置上开设有加注口，用于后续加注待测样品。加注口能够通过一次性的覆膜等形式封闭，防止在运输过程中外泄，在使用过程中除去或者刺穿，之后向样品腔中实施待测样品的加注。

成型的样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道中加注水相液，并且在水相液上方加注有机相液，使得三个腔室之间的有机相层通过微通道连通，形成了三个腔室之间形成联通，但是三个腔室之间的水相液体无法相互流通的环境；并通过外部磁场驱动磁珠在腔体之间传送核酸推进核酸检测流程，形成了对微流控芯片的非接触式的使用。因而在制备过程当中，无需设置顶盖与基体之间的连接结构；因为有机相液在后添加，微通道设置在基体靠上的位置，能够通过压铸等方式挤压形成成顶部半开放的形状，并且通过顶盖封盖形成完整通道结构，制备工艺简单。

再者，一些预装试剂的即用型微流控芯片也存在着储运条件苛刻的问题。而本申请提供的技术方案，分析所需试剂依据各种成分性质以及操作时序的不同，分别采用液态或固态方式封装于芯片内部，使用前仅需加注待测样品一步操作，极大地方便用户使用；样品分析过程中所有步骤均在封闭芯片的内部完成，全程非接触式操作且芯片用后即弃，最大程度避免了可能的污染风险。同时对微流控芯片存储云鼠的条件也更为宽松。

所述步骤一中，所述样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，通过模压的方式一体成型。

具体的，因为样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道在基体上都是半开放的结构，完全能够通过冲压、挤出等工艺，通过挤压的形式成型，相较于铸造，工艺成本更低，制备效率更高，该方案有利于提升微流控芯片的生产效率。

所述步骤一中，对微通道的成型还包括，在微通道内成型浅池结构，用以装载封堵物，封堵物设置为石蜡。

具体在成型过程当中，在微通道上开设浅池结构，之后在浅池结构中加入熔融状态的石蜡，冷却后填满整个浅池结构，加盖顶盖后，在完成的微通道中形成封堵，微通道的两端在封堵下无法连通，在使用过程中通过对浅池结构中的石蜡加热，融化石蜡，使得微通道贯通，通过对石蜡进行加热调整为与有机相相容的液体，提升磁珠在微通道内的通过性能，该方案制造的微流控芯片在使用过程中，能够实现对装载的封堵的无接触操作，因而省去了对封堵的物理机械结构，制造出来的微通道芯片防漏，可靠性更好。优选的，浅池结构和检测腔中同时设置有石蜡，而浅池中的石蜡首先加热融化，而检测腔中石蜡的融化在浅池中预设的石蜡之后进行，将浅池结构中的石蜡设置为低熔点石蜡，将检测腔中的石蜡设置为中等熔点石蜡以防止检测腔中的石蜡因误操作而提前被融化。该方案简化了微流控芯片的制备工艺，提升了微流控芯片的生产效率。

所述步骤五中，还包括：在顶盖上安装密封盖，密封盖封闭加注口。

密封盖对加注口实现密封，防泄漏，降低制成后微流控芯片的运输难度。

所述步骤二中，加注检测物包括：

将引物、探针、扩增试剂的脱水颗粒中的一种或多种，放入检测腔，使用石蜡封装，在石蜡封装完成后，向检测腔中加注洗脱液。

所述检测物固定于检测腔底部，使用石蜡封闭隔离检测物与洗脱液。

洗脱液用于将清洗之后的待测样品与转运待测样品的磁珠进行分离，引物探针和扩增试剂用于标记和扩增待测样品。使用过程当中，通过外部磁场驱动磁珠带动待测样品进入检测腔，之后通过洗脱液切断待测样品和磁珠之间的磁吸附连接，之后通过外部磁场驱动磁珠，使得磁珠离开检测腔。之后对检测腔中的石蜡进行加热，使得石蜡融化，扩增试剂在洗脱液中溶解，引物探针及扩增试剂与洗脱液中的待测样品接触实现富集和扩增的工艺流程。

通过石蜡将引物探针以及扩增试剂的脱水微粒隔绝于洗脱液，首先在洗脱液中进行磁珠与核酸样本的分离，之后融化石蜡使得核酸样本与引物探针及扩增试剂接触，如此通过检测腔一个腔体即可实现洗脱和扩增两步操作，减少腔体的设置，该方案简化了微流控芯片的制备过程，该方案提升微流控芯片的生产效率。

所述步骤四中，样品腔加注有机相液体包括，向所述样品腔中加注有机相液体，使所述有机相液体在裂解液上方形成有机相液体层，有机相液体与微通道连通。

具体的，在向样品腔中加注有机相液体后，有机相层达到微通道的高度，实现对微通道的浸润，该方案有利于微通道尽早被有机相液体填充，防止污染物进入堵塞微通道，该方案良品率高。

所述步骤四中，样品腔加注有机相液体包括，向所述样品腔中加注有机相液体，使所述有机相液体在裂解液上方形成有机相液体层，当使用时，样品腔加注待测样品时，有机相液体层与微通道连通。

具体的，在样品腔中加注有机相液体之后，有机相层的高度没有达到微通道的高度，在加注待测样品之后，待测样品密度较有机相密度大，沉入有机相层下方，将有机相层抬起，使得有机相层提升到与微通道相对的高度，并将有机相液体冲入微通道中，该方案有利于样品腔上部预留更多的空间以容置待测样品，在待测样品体积一定的前提下，能够压缩样品腔的厚度，该方案能够节省基体、裂解液、有机相液体等物料。

所述步骤一中，所述样品腔的底部成型为倒锥型体，所述裂解液充满所述倒锥型体，磁珠混合液加注于所述倒锥型体内。

具体的，样品腔中预存了裂解液和磁珠，在运输状态时留存有较大空余空间，在使用状态时，向样品腔中通入带有待测样品的溶液，并且通过样品腔中留存的空间贮存，包含待测样品的溶液的体积较大，在设计样品腔时，通常将样品腔设置为狭长状腔体使得腔体的深度较小，防止腔体深度过大造成外部磁场无法对腔体底部的磁珠产生足够的磁吸力，影响对磁珠的控制效率，此时通过在样品腔底部设置锥形体，其中锥形体包括斜面，能够显著提升样品腔的表面积，并且便于待测样品在斜面上分散驻留。在使用过程当中，待测样品在锥形体的斜面上散布，磁珠在斜面上滚动并与待测样品充分接触混合产生于待测样品之间的磁吸附，由此磁珠与待测样品的结合更为迅速和充分，该方案节省了微流控芯片制备过程中的物料消耗。

所述步骤一中，所述洗涤腔的底部成型出倒锥型体，所述洗涤液加注充满所述倒锥型体。

具体的，在洗涤状态下，通过施加外部磁场，驱动磁珠带动待测样品向洗涤腔的顶部移动，或者通过撤除外部磁场使得磁珠在重力的驱动下向洗涤腔的底部移动，如此往复，实现对待测样品的清洗以及与杂质的分离，在此过程当中，液流在设置为圆柱体的洗涤腔上部区域顺利形成，而设置为锥形体的洗涤腔底部能够将磁珠集中，有利于外界磁场的驱动下，带动所有磁珠向洗涤腔的顶部运动，该方案生产出的微流控芯片能够在更小的空间内实现洗涤工艺，该方案节省了微流控芯片制备过程中的物料消耗。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片制备方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、将基体成型出样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，样品腔和洗涤腔通过所述微通道连通，检测腔和洗涤腔通过所述微通道连通；

步骤二、向样品腔中加注裂解液和磁珠混合液，洗涤腔中加注洗涤液，检测腔中加注检测物和洗脱液；

步骤三、在微通道中装载封堵物，封闭样品腔和洗涤腔，洗涤腔和检测腔，

步骤四、向样品腔中加注有机相液体，在使用状态下，与样品腔相邻的微通道同样被样品腔中的有机相液充满，使磁珠混合液中的磁珠通过有机相液体进入微通道，向洗涤腔和检测腔中加注有机相液体，使得有机相液体浸润各个微通道；样品腔加注有机相液体包括，向所述样品腔中加注有机相液体，使所述有机相液体在裂解液上方形成有机相液体层；

步骤五、通过顶盖封闭样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，并且顶盖上开设有与样品腔位置相对的加注口。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述样品腔、洗涤腔、检测腔和微通道，通过模压的方式一体成型。

3.根据权利要求2所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤一中，对微通道的成型还包括，在微通道内成型浅池结构，用以装载封堵物，封堵物设置为石蜡。

4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤五中，还包括：在顶盖上安装密封盖，密封盖封闭加注口。

5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤二中，加注检测物包括：

将引物、探针、扩增试剂的脱水颗粒中的一种或多种，放入检测腔，使用石蜡封装，在石蜡封装完成后，向检测腔中加注洗脱液。

6.根据权利要求5所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述检测物固定于检测腔底部，使用石蜡封闭隔离检测物与洗脱液。

7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤四中，样品腔加注有机相液体后，有机相层达到微通道的高度，有机相液体与微通道连通。

8.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤四中，样品腔加注有机相液体后，当使用时，样品腔加注待测样品时，有机相层达到微通道的高度，有机相液体层与微通道连通。

9.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述样品腔的底部成型为倒锥型体，所述裂解液充满所述倒锥型体，磁珠混合液加注于所述倒锥型体内。

10.根据权利要求1所述的一种微流控芯片制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述洗涤腔的底部成型出倒锥型体，所述洗涤液加注充满所述倒锥型体。

Images