CN113877645A - 微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
一种微流控芯片,其混匀腔设有至少一个凸起的混匀件，当样本和稀释液分别从样本定量腔和稀释液定量腔流入混匀腔后，该混匀件对样本和稀释液形成阻挡，并将液流分割，打破样本和稀释液的层流现象，使流层间的接触面积增大，利于流层的扩散。
Description
技术领域
本申请涉及微流控领域，具体涉及一种实现微流控技术的微流控芯片。
背景技术
即时检测(POCT)作为体外诊断领域的一个细分，凭借其仪器小型化、检测快速化、操作简单化的特点，在临床检验、个人健康管理、疾病预防与监测等领域得到广泛的应用。
生化即时检测主要采用离心微流控技术，微流控芯片上集成了样本腔、稀释液腔、样本定量腔、稀释液定量腔、样本混匀腔、比色腔、质控腔、废液腔以及液路微流道；通过微流控芯片在生化分析仪内部特定的离心运动，实现样本定量、稀释液定量、样本混匀、样本注入、样本检测等生化检测的全流程操作。
微流控芯片上设计有多个比色腔，通过预封装不同种类的冻干试剂球，可以实现多指标检测。检测过程中，进入各个比色腔的稀释样本的浓度必须准确、一致，稀释样本由定量后的样本和稀释液在混匀腔中充分混匀获得。
样本和稀释液定量通过微流控芯片上的样本定量腔和稀释液定量腔实现，定量完成后，均通过微流控芯片上的虹吸微流道注入混匀腔内。现有微流控芯片的虹吸微流道宽度在0.1mm左右，样本、稀释液在注入混匀腔时均呈现层流特性，样本、稀释液的混匀主要依靠不同流层间的扩散，混匀速度与两流层的接触面积有关，混匀时间会非常久。现有的离心微流孔生化分析仪采用反复加减速转动微流控芯片的方式，使得混匀腔内的液流发生震荡，进而形成湍流。该方法虽然较流层间的自由扩散的混匀速度有改善，但为了保证充分混匀，微流控芯片同样需要反复转动较长的时间，影响检验的快速性。
发明内容
本申请提供一种新的微流控芯片，以展示一种能够提高混匀速度的结构。
基于上述目的，本申请一种实施例中提供一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体具有样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔和比色腔，所述样本定量腔和稀释液定量腔分别与混匀腔连通，以使所述样本定量腔内的样本和所述稀释液定量腔内的稀释液能够流入所述混匀腔内进行混匀，所述混匀腔设有至少一个凸起的混匀件，以对液流形成分割作用，所述混匀腔与比色腔连通，以使所述混匀腔内的混合液能够流入所述比色腔内。
一种实施例中，所述芯片主体具有用于与驱动装置配合的安装部，以使所述芯片主体能够在所述驱动装置驱动下转动；所述混匀件具有至少一个与液流接触并分割液流的分割部。
一种实施例中，所述分割部朝着所述混匀件的正转或反转方向设置。
一种实施例中，所述分割部正对所述混匀件的正转或反转方向设置。
一种实施例中，所述混匀件具有至少两个所述分割部，其中至少一个分割部朝着所述混匀件的正转方向设置，至少一个混匀件朝着所述分割部的反转方向设置。
一种实施例中，至少有两个分割部相互背离设置。
一种实施例中，所述分割部具有外窄内宽形状的横截面。
一种实施例中，所述分割部为向外凸出的尖突形状。
一种实施例中，所述混匀件的横截面为棱形。
一种实施例中，所述混匀件具有支座和旋转体，所述支座固定设置，所述旋转体转动连接于所述支座上，所述旋转体具有凹凸起伏的外壁。
一种实施例中，所述旋转体为叶轮，所述叶轮的转动轴线垂直于所述混匀腔的底壁。
一种实施例中，所述混匀腔呈弧形延伸，所述弧形所对应的圆心与所述芯片主体的转动中心重合。
一种实施例中，所述混匀件沿所述弧形的不同径向排列为多组。
一种实施例中，所述混匀件沿所述弧形的周向不同位置排列为多组。
一种实施例中，所述混匀件错落设置于所述混匀腔内。
一种实施例中，所述混匀件设置于所述混匀腔的底壁上。
一种实施例中，所述芯片主体包括底盘和封盖件，所述底盘具有样本定量槽、稀释液定量槽、混匀槽和比色槽，所述封盖件封盖在所述样本定量槽、稀释液定量槽、混匀槽和比色槽上，以形成对应的样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔和比色腔。
依据上述实施例的微流控芯片,其混匀腔设有至少一个凸起的混匀件，当样本和稀释液分别从样本定量腔和稀释液定量腔流入混匀腔后，该混匀件对样本和稀释液形成阻挡，并将液流分割，打破样本和稀释液的层流现象，使流层间的接触面积增大，利于流层的扩散。
附图说明
图1为本申请一种实施例中微流控芯片上部分槽体以及混匀件的结构；
图2为图1所示结构混匀腔部分的局部放大图；
图3为本申请另一种实施例中微流控芯片上部分槽体以及混匀件的结构；
图4为本申请另一种实施例中微流控芯片上部分槽体以及混匀件的结构；
图5为图4所示结构a部分的局部放大图；
图6为本申请一种实施例中分割部的朝向与混匀件转动方向的角度示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
本实施例提供一种微流控芯片，其可应用于生化即时检测。例如可以为一种离心式微流控芯片，其通过控制该微流控芯片进行正反转的离心运动，能利用极小量的样本实现各种生化指标的检测，例如生化检测、凝血检测、免疫检测等等。
请参考图1-4，该微流控芯片包括芯片主体1。通常芯片主体1包括底盘100和封盖件，图中仅示出了底盘100，底盘100和封盖可成上下结构，封盖覆盖在底盘100上。例如，封盖可利用压敏胶或者超声焊的方式覆盖一层薄膜或者薄板。当然，该结构仅是芯片主体1的一种示例，该芯片主体1还可采用其他可行的结构，封盖也不限于薄膜或薄板这种结构。
芯片主体1具有样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔、比色腔以及其他相关腔体结构，例如，底盘100具有样本定量槽101、稀释液定量槽102、混匀槽103和比色槽104，当封盖件封盖在样本定量槽101、稀释液定量槽102、混匀槽103和比色槽104上时，形成对应的样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔和比色腔。
该样本定量腔和稀释液定量腔分别与混匀腔连通，以使样本定量腔内的样本和稀释液定量腔内的稀释液能够流入混匀腔内进行混匀。混匀腔与比色腔连通，以使混匀腔内的混合液能够流入比色腔内。如各腔之间可通过微流道105连通。
其中，混匀腔设有至少一个凸起的混匀件200，以对液流形成分割作用。当样本400和稀释液300分别从样本定量腔和稀释液定量腔流入混匀腔后，该混匀件200对样本400和稀释液300形成阻挡，并将液流分割，打破样本400和稀释液300的层流现象，使流层间的接触面积增大，利于流层的扩散。
设置混匀件200的目的在于，在混匀腔内形成一个能够打散和分隔层流的结构，因此，该混匀件200可设置在混匀腔的各个腔壁或其他部位上，以在混匀腔内形成凸起结构。例如，请参考图1-5，一种实施例中，混匀件200设置于混匀腔的底壁上。该混匀件200可被固定在底壁上，也可以与底壁为一体成型的结构，例如由底壁向上凸起而形成。此外，该混匀件200也可从混匀腔的侧腔壁，甚至从顶壁(如封盖)凸起一体成型或连接。
该混匀件200与混匀腔的腔壁之间留出间隙，以供样本400和稀释液300流动。当混匀件200为多个时，混匀件200之间也可留出间隙，以供样本400和稀释液300流动，尤其是便于排出混匀后的稀释样本溶液。
进一步地，当微流控芯片运动时，更可以加剧混匀件200与液流之间的作用，层流被反复分割、打散，样本400和稀释液300可以被充分的震荡、混匀，进一步提高混匀效果
例如，一种实施例中，该芯片主体1具有用于与驱动装置配合的安装部，以使芯片主体1能够在驱动装置驱动下转动。该安装部为该芯片主体1与驱动装置实现装配的部位，例如，在图1-4中，该芯片主体1具有一个装配孔106，以与生化分析仪或其他分析仪器的驱动装置连接，此外，该安装部也可以为卡扣结构、螺接结构等固定结构，甚至某些实施例中，该安装部也可以是芯片主体1的本身或局部区域，分析仪器通过一些固定结构对芯片主体1进行固定，无需在芯片主体1上设置相应的固定结构。当芯片主体1与驱动装置连接后，可在驱动装置的驱动下进行运动，例如在离心式微流控技术中，驱动装置控制微流控芯片自转，形成离心运动，通过该离心运动来实现液流的流动以及混匀。当然，某些其他实施例中，微流控芯片也可能被驱动而进行其他方式的运动，并不限于自转，如直线往复等运动。
在离心式微流控技术中，当混匀件200与离心运动相结合时，微流控芯片正转(俯视状态下顺时针)和反转(俯视状态下逆时针)交替进行，在反复加减速的转动，层流被反复分割、打散；同时，芯片转动引起的混匀腔内液流震荡，形成湍流；在复合的作用下，样本400和稀释液300流层间的扩散速度显著提升。
请参考图2，该混匀件200具有至少一个与液流接触并分割液流的分割部201，该分割部201可被设置为任意可行的形状和结构，只要能够分割和打散样本400和稀释液300之间形成的层流，都可或多或少起到促进样本400和稀释液300混匀的目的。
分割部201的朝向也可一定程度影响对层流的打散和分割作用，例如，一些实施例中，在该混匀件200随整个微流控芯片正转或反转时，该分割部201朝着混匀件200的正转或反转方向设置，从而在液流随着微流控芯片转动时，混匀件200更容易将液流打散和分割开，促进样本400和稀释液300的混匀。这里所说的分割部201朝着与混匀件200的正转或反转方向设置，是指分割部201的朝向与混匀件200正转或反转方向形成小于90°的夹角(包括0°)，请参考图6，该角度是指分割部201的朝向B1与从分割部201所在位置向与混匀件200转动方向A相反方向所作的切线B2之间的角度C。
如图1-3中，该分割部201正对混匀件200的正转或反转方向设置，此时，即如图6所示，B1和B2重合，角度C为0°。此时，分割部201能够更直接的接触和分割液流。
在微流控芯片交替进行正转和反转时，请参考图1-4，该混匀件200具有至少两个分割部201，其中至少一个分割部201朝着混匀件200的正转方向设置，至少一个混匀件200朝着分割部201的反转方向设置。即，在微流控芯片正转和反转时，均可保证有至少一个分割部201能够与液流之间形成更好的分割角度，提高混匀效果。该两个不同方向的分割部201之间可以但不限于完全相反设置(呈180°)。
如图2所示，一种实施例中，该混匀件200上至少有两个分割部201相互背离设置，即形成朝向完全相反(呈180°)的排布方式。
进一步地，为了更好的对液流进行分割，一种实施例中，该分割部201具有外窄内宽形状的横截面。该外窄部分能够更容易地对液流分流，使被分割后的液流顺着分割部201外壁向后方宽部流动。该所说的外窄内宽形状的横截面包括但不限于梯形、三角形、圆弧形以及外窄内宽的异形等。该横截面是指平行于图1和3所示平面的截面。基于这些横截面的形状，该分割部201可以为但不限于圆锥形、锥台形、棱锥形、球面形、棱柱形以及各种异形体等。该外窄内宽的形状不仅更容易分割液流，也有利于混匀完成后稀释样本溶液的排出，起到引流的作用，尽量避免稀释样本溶液在分割部201上汇聚而无法排出。
一种实施例中，进一步可将该分割部201设计为向外凸出的尖突形状，该尖突形状的外端尖突部更易插入液流之中，从而更容易使液流分割开。同时，该尖突形状很少形成死角，液流难以在分割部201表面停留，更利于混匀完成后稀释样本溶液的排出。
例如，在图2所示实施例中，该混匀件200的横截面为棱形。该混匀件200具有两个完全相背离设置的分割部201，每个分割部201具有三角形的横截面，从而在微流控芯片正转和反转过程中，都能够很好的对液流产生分割作用，打破层流现象，形成湍流，促进样本400和稀释液300的混匀。
请参考图4和5，在另一种实施例中，该混匀件200具有支座210和旋转体220。支座210固定设置，具体可固定设置在混匀腔的各个腔壁上，图中为设置在混匀腔的底壁上。该旋转体220转动连接于支座210上，例如该支座210可以为轴状体或具有一个支撑轴，该旋转体220套设在支座210上。旋转体220与支座210之间可在轴向上进行定位，以防止旋转体220旋转时从支座210上端掉落，也可以通过微流控芯片的封盖从上方挡住旋转体220，以防止其从支座210上掉落。
旋转体220具有凹凸起伏的外壁。当微流控芯片运动时，混匀腔内的样本400和稀释液300也会运动，在液流的冲击下，该旋转体220能够转动，从而附加对液流产生反向搅拌作用，该搅拌作用同样可以打散层流、产生湍流，进而加速混匀。
请参考图3和4，一种实施例中，该旋转体220为叶轮，旋转体220的转动轴线垂直于混匀腔的底壁。此外，该旋转体220的转动轴线也可以与底壁或其他安装腔壁呈非垂直的角度设置。
进一步地，微流控芯片通常为圆盘状，因此请参考图1-4，一些实施例中，该混匀腔呈弧形延伸，该弧形所对应的圆心与芯片主体1的转动中心重合。当然，某些实施例中，该混匀腔也可以为除弧形以外的其他形状。
该混匀件200可为一个或多个。当混匀件200为多个时，如图4所示，该混匀件200可沿弧形的不同径向排列为多组，每组具有一个或以上的混匀件200。或者，混匀件200沿弧形的周向不同位置排列为多组，每组具有一个或以上的混匀件200。再或者如图2所示，该混匀件200既沿弧形的不同径向排列为多组，又沿弧形的周向不同位置排列为多组。此外，请参考图1，一种实施例中，该混匀件200也可错落设置于混匀腔内。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (14)
1.一种微流控芯片,其特征在于，包括芯片主体，所述芯片主体具有样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔和比色腔，所述样本定量腔和稀释液定量腔分别与混匀腔连通，以使所述样本定量腔内的样本和所述稀释液定量腔内的稀释液能够流入所述混匀腔内进行混匀，所述混匀腔设有至少一个凸起的混匀件，以对液流形成分割作用，所述混匀腔与比色腔连通，以使所述混匀腔内的混合液能够流入所述比色腔内。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体具有用于与驱动装置配合的安装部，以使所述芯片主体能够在所述驱动装置驱动下转动；所述混匀件具有至少一个与液流接触并分割液流的分割部。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述分割部朝着所述混匀件的正转或反转方向设置。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述分割部正对所述混匀件的正转或反转方向设置。
5.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述混匀件具有至少两个所述分割部，其中至少一个分割部朝着所述混匀件的正转方向设置，至少一个混匀件朝着所述分割部的反转方向设置。
6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，至少有两个分割部相互背离设置。
7.如权利要求2-6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述分割部具有外窄内宽形状的横截面。
8.如权利要求2-6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述分割部为向外凸出的尖突形状。
9.如权利要求2-6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述混匀件的横截面为棱形。
10.如权利要求2-6任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述混匀件具有支座和旋转体，所述支座固定设置，所述旋转体转动连接于所述支座上，所述旋转体具有凹凸起伏的外壁。
11.如权利要求10所述的微流控芯片，其特征在于，所述旋转体为叶轮，所述叶轮的转动轴线垂直于所述混匀腔的底壁。
12.如权利要求1-11任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述混匀腔呈弧形延伸，所述弧形所对应的圆心与所述芯片主体的转动中心重合，其中：
所述混匀件沿所述弧形的不同径向排列为多组；
或，所述混匀件沿所述弧形的周向不同位置排列为多组；
或，所述混匀件错落设置于所述混匀腔内。
13.如权利要求1-12任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述混匀件设置于所述混匀腔的底壁上。
14.如权利要求1-13任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体包括底盘和封盖件，所述底盘具有样本定量槽、稀释液定量槽、混匀槽和比色槽，所述封盖件封盖在所述样本定量槽、稀释液定量槽、混匀槽和比色槽上，以形成对应的样本定量腔、稀释液定量腔、混匀腔和比色腔。
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