CN113893891B - 一种实现物料保存的微流控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现物料保存的微流控装置，包括微流控芯片本体以及容纳瓶体，微流控芯片本体内构造有微流控管道，容纳瓶体处于瓶套内，容纳瓶体的轴向第一端及第二端分别连接有第一密封组件及第二密封组件以形成容纳瓶体的内部密封容纳空间，微流控芯片本体上设有具有针口的针体，针口与微流控管道连通，容纳瓶体能够在轴向力的作用下沿瓶套的轴向直线运动以使针体由第一密封状态转换为流通状态，第二密封组件能够在轴向力的作用下靠近第一密封组件以使物料释放。本发明，容纳瓶体与微流控芯片集成于一体，容纳瓶体内的物料能够实现密封保存与释放，微流控装置的自动化与集成化程度高。

Description

一种实现物料保存的微流控装置

技术领域

本发明属于生物实验用耗材技术领域，具体涉及一种实现物料保存的微流控装置。

背景技术

随着医疗技术的发展与世界范围内的大规模传染病的爆发，对医学检验技术提出了新的要求，希望能够实现快速、便捷、精确的检测。分子诊断作为体外诊断的重要分支，在这个过程中发挥了重要的优势，分子诊断可实现对样本中的蛋白、核酸、糖类等生物分子实现精确的判别，并解读出其中的信息。而核酸作为一切物种的遗传信息，对其进行核酸扩增并完成检测，并进一步实现物种或者类型的判别，可以实现疾病的早期与预防控制。

目前，核酸检测技术主要有聚合酶链反应(PCR)、核酸等温扩增、DNA分子杂交技术等。核酸检测是精准医疗重要的一部分，其在肿瘤的筛查、遗传病的检测、产前诊断以及传染病的控制等多个方面发挥着重要的作用。由于传统实验的核酸诊断一般为了避免污染，都需要多个房间进行分隔缓冲，同时还需要专业的操作人员与专业的仪器，大大限制了核酸检测的推广，尤其是针对偏远的地区，其资源匮乏。微流控技术的出现，使得核酸检测的所有步骤向集成化、自动化的方向发展。虽然微流控技术将反应以管道或者腔室的形式分隔开，其操作流体也可以通过各种阀门和压力实现流体的转移、混匀等操作。但目前限制微流控芯片的发展主要瓶颈在于试剂的保存。具体来说，需要保证试剂的密封从而做到防潮；需要实现不同体积试剂的保存；需要实现固体或者液体形式的保存；需要实现挥发或者生物活性的物质保存。虽然，目前有很多体外诊断公司推出的微流控产品都实现了试剂的保存，但大多数的产品还是将试剂以额外的包装或者其他密封方式保存，在使用的时候还是依次在将试剂加入芯片内，或者是提前将试剂放入一个开放的芯片内实现短期的保存。这样给芯片的操作或者保存带来了极大的不方便，同时也有可能带来污染等问题，同时，有些公司为了实现试剂的长期保存，对保存的环境与条件非常苛刻。以上的诸多问题限制了基于微流控的分子诊断芯片的进一步发展，也很难实现“样本入-结果出”的过程，同时，也还是依赖相关实验室进行，只是较之前操作简单，减少了一部分人工操作，而要想实现更大规模的推广，使得分子诊断设备能够深入基层，其中重要的一项技术就是如何解决把试剂集成在微流控芯片内部，在使用过程中无需人为操作，做到自动化与集成化。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种实现物料保存的微流控装置，容纳瓶体与微流控芯片集成于一体，容纳瓶体内的物料能够实现密封保存与释放，微流控装置的自动化与集成化程度高。

为了解决上述问题，本发明提供一种实现物料保存的微流控装置，包括微流控芯片本体以及用于容纳物料的容纳瓶体，所述微流控芯片本体内构造有微流控管道，所述微流控芯片本体上具有瓶套，所述容纳瓶体处于所述瓶套内，所述容纳瓶体的轴向第一端及第二端分别连接有第一密封组件及第二密封组件以形成所述容纳瓶体的内部密封容纳空间，所述微流控芯片本体上设有具有针口的针体，所述针口与所述微流控管道连通，且所述针体具有所述针口处于所述第一密封组件内的第一密封状态、所述针口处于所述内部密封容纳空间内的流通状态，所述容纳瓶体能够在轴向力的作用下沿所述瓶套的轴向直线运动以使所述针体由第一密封状态转换为流通状态，所述第二密封组件能够在所述轴向力的作用下靠近所述第一密封组件以使所述物料释放。

优选地，所述针体还具有所述针口处于所述第二密封组件内的第二密封状态，所述第二密封组件还能够在所述轴向力的作用下使所述针体由流通状态切换为第二密封状态。

优选地，所述第一密封组件包括第一胶塞、保护罩盖，所述针体处于所述第一密封状态时，所述针口处于所述第一胶塞内；所述第二密封组件包括第二胶塞以及处于所述第二胶塞背离所述第一胶塞一侧的硬质垫片，所述针体处于所述第二密封状态时，所述针口处于所述第二胶塞内。

优选地，所述第一端为缩口结构，所述第一胶塞为第一凸字胶塞，所述第一凸字胶塞的凸字凸出部嵌装于所述缩口结构内。

优选地，所述第二胶塞为第二凸字胶塞，所述第二凸字胶塞的凸字凸出部的形状能够与所述缩口结构的形状相匹配，以将所述内部密封容纳空间内的物料经由所述针口完全释放排出。

优选地，所述第二胶塞的外圆周壁上设置有密封凸环。

优选地，所述容纳瓶体的第二端的内圆周壁上具有朝向所述容纳瓶体的径向内侧凸起的第一止挡环，所述第一止挡环的环体内圆直径小于所述第二胶塞的外圆直径。

优选地，所述瓶套远离所述微流控芯片本体的一端具有沿其径向向内凸起的第二止挡环；和/或，所述针口处于所述针体的圆周侧壁上。

优选地，所述瓶套靠近所述微流控芯片本体的一端在所述容纳瓶体被置于所述瓶套内后再与所述微流控芯片本体卡扣或者超声键合连接。

优选地，所述容纳瓶体以及对应的所述瓶套具有至少两个，至少两个所述容纳瓶体之间能够通过所述微流控管道形成连通。

本发明提供的一种实现物料保存的微流控装置，所述容纳瓶体以及所述第二密封组件能够在所述轴向力的作用下靠近所述针体运动，并能够在运动过程中，所述针体由第一密封状态切换为流通状态，从而将所述物料由所述内部密封容纳空间释放至所述微流控管道中，并经由所述微流控管道进入所述反应腔内，从而实现了微流控芯片与所述容纳瓶体之间的集成化设计，同时提高了微流控装置的自动化程度，极大程度地便利微流控装置的操作及保存，有效降低实验过程中的样本污染几率。

附图说明

图1为本发明实施例的实现物料保存的微流控装置的局部结构示意图，图中示出了针体处于第一密封状态下的情形；

图2为图1中的局部放大示意图；

图3为图1中的针体的一种结构示意图；

图4为图1中的针体的另一种结构示意图；

图5为图1中的针体的再一种结构示意图；

图6示出了本发明实施例的微流控装置中的容纳瓶体受轴向力作用后的状态变化，其中(a)为针体处于第一密封状态，(b)及(c)为针体处于流通状态，(d)为针体处于第二密封状态，此过程实现了容纳瓶体内的物料在轴向力作用下释放流出并最终再次密封；

图7示出了微流控装置内具有两个容纳瓶体的情况下，两个容纳瓶体皆处于第一密封状态的情形；

图8为图7中的A容纳瓶体受轴向力后，对应的针体处于流通状态，其内的物料被释放至反应腔内；

图9示出了A容纳瓶体中的物料完全释放至反应腔内，且A容纳瓶体对应的针体处于第二密封状态；

图10为图7中的B容纳瓶体受轴向力后，对应的针体处于流通状态，其内的物料被释放至反应腔内；

图11示出了A容纳瓶体中的物料完全释放至反应腔内，且A容纳瓶体对应的针体处于第二密封状态。

附图标记表示为：

1、微流控芯片本体；11、微流控管道；2、容纳瓶体；21、第一止挡环；3、瓶套；31、第二止挡环；4、针体；41、针口；51、第一胶塞；52、保护罩盖；61、第二胶塞；611、密封凸环；62、硬质垫片；100、反应腔。

具体实施方式

结合参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供一种实现物料保存的微流控装置，包括微流控芯片本体1、反应腔100以及用于容纳物料(例如反应液、样本等)的容纳瓶体2，所述微流控芯片本体1内构造有微流控管道11，所述微流控芯片本体1上具有瓶套3，所述容纳瓶体2处于所述瓶套3内，所述容纳瓶体2的轴向第一端及第二端分别连接有第一密封组件及第二密封组件以形成所述容纳瓶体2的内部密封容纳空间，所述微流控芯片本体1上设有具有针口41的针体4，所述针口41与所述微流控管道11连通，且所述针体4具有所述针口41处于所述第一密封组件内的第一密封状态、所述针口41处于所述内部密封容纳空间内的流通状态，所述容纳瓶体2能够在轴向力的作用下沿所述瓶套3的轴向直线运动以使所述针体4由第一密封状态转换为流通状态，所述第二密封组件能够在所述轴向力的作用下靠近所述第一密封组件以使所述物料释放，可以理解的是，所述轴向力为沿着所述容纳瓶体2的轴向施加的力，其可以通过其他的施力机构甚至是人工施力。该技术方案中，所述容纳瓶体2以及所述第二密封组件能够在所述轴向力的作用下靠近所述针体4运动，并能够在运动过程中，所述针体4由第一密封状态切换为流通状态，从而将所述物料由所述内部密封容纳空间释放至所述微流控管道11中，并经由所述微流控管道11进入所述反应腔100内，从而实现了微流控芯片与所述容纳瓶体2之间的集成化设计，同时提高了微流控装置的自动化程度，极大程度地便利微流控装置的操作及保存，有效降低实验过程中的样本污染几率；此外，整个芯片和试剂是一体化的，避免了人手动操作，可以实现即插即用，而该设计也可以提供一个开放的平台，可以适用于不同的生化试剂，其试剂瓶只需预先组装在瓶套内即可，可以按不同需求定制化预装不同的试剂，大大缩短了后期开发其他类似产品的周期。。

需要说明的是，所述瓶套3能够对所述容纳瓶体2的径向位移形成约束，而不会限制所述容纳瓶体2的轴向位移。

在一些实施方式中，所述针体4还具有所述针口41处于所述第二密封组件内的第二密封状态，所述第二密封组件还能够在所述轴向力的作用下最终使所述针体4由流通状态切换为第二密封状态，具体的，在所述容纳瓶体2内的物料被释放完毕后，能够使所述针体4处于第二密封状态，也即实现所述针口41的再次密闭，能够适应所述微流控装置具有多个容纳瓶体2，且内部的物料的释放具备一定的顺序的情况，防止其他的容纳瓶体中的物料被释放进入已经释放完毕的容纳瓶体中而未进入或者仅部分进入所述反应腔100内。

所述第一密封组件以及第二密封组件的具体结构形式是多样的，但需要说明的是，所述第一密封组件由于不存在发生位移的需求，其可以采用固定密封的方式具体实现，具体例如，所述第一密封组件包括第一胶塞51、保护罩盖52，所述保护罩盖52例如可以为铝质盖体(具体材质的选择应以所述针体4能够顺畅扎破为原则)，此时所述针体4处于所述第一密封状态时，所述针口41处于所述第一胶塞51内。所述第二密封组件包括第二胶塞61以及处于所述第二胶塞61背离所述第一胶塞51一侧的硬质垫片62，所述针体4处于所述第二密封状态时，所述针口41处于所述第二胶塞61内，所述硬质垫片62应具备一定的刚度，其自身形变应较小以保证所述轴向力的有效传递。

在一些实施方式中，所述第一端为缩口结构，所述第一胶塞51为第一凸字胶塞，所述第一凸字胶塞的凸字凸出部嵌装于所述缩口结构内，从而实现了所述第一凸字胶塞通过自身的结构实现在所述容纳瓶体2的轴向上的定位，与此相适应的，所述第二胶塞61为第二凸字胶塞，所述第二凸字胶塞的凸字凸出部的形状能够与所述缩口结构的形状相匹配，以将所述内部密封容纳空间内的物料经由所述针口41完全释放排出，提高物料的利用率。

为了有效防止物料的泄露，优选地，所述第二胶塞61的外圆周壁上设置有密封凸环611，所述密封凸环611沿着所述第二胶塞61的轴向可以间隔设置多个。

在一些实施方式中，所述容纳瓶体2的第二端的内圆周壁上具有朝向所述容纳瓶体2的径向内侧凸起的第一止挡环21，所述第一止挡环21的环体内圆直径小于所述第二胶塞61的外圆直径，以能够防止所述第二胶塞61从所述第二端脱出所述容纳瓶体2，有效防止物料泄漏。所述瓶套3远离所述微流控芯片本体1的一端具有沿其径向向内凸起的第二止挡环31，能够将所述容纳瓶体2以及与之组装各个部件限制于所述瓶套3内，防止其脱出。

所述瓶套3靠近所述微流控芯片本体1的一端在所述容纳瓶体2被置于所述瓶套3内后再与所述微流控芯片本体1卡扣或者超声键合连接。

所述针口41可以开设在所述针体4的顶端，而优选地，所述针口41处于所述针体4的圆周侧壁上，具体如图3至图5所示出，如此，在所述针体4处于第一密封状态以及第二密封状态时，其如果受到微流控管道11内物料的反推压力时，会挤压胶塞的侧壁，不会产生向上的力，进而弹起胶塞，使其发生泄漏，也即，能够有效防止物料反推时胶塞弹起，从而保证针口41的密封效果，有效防止物料泄漏。

在一些实施方式中，所述容纳瓶体2以及对应的所述瓶套3具有至少两个，至少两个所述容纳瓶体2之间能够通过所述微流控管道11形成连通。

以下结合图7至图11对同时具备两个容纳瓶体A及B的情况下的物料释放的操作方式进行阐述。

(1)将装有反应液1的瓶体A和反应液2的瓶体B装入瓶套内，此时，分别对应的两个针体4的针口41正好皆插入第一胶塞51内，实现了对针头(也即针体4的针口41，下同)的密封，如图7所示；

(2)向下推动瓶体A的第二胶塞61，针头刺破瓶体A的第一胶塞51，将反应液1释放，经过微流控管道11，打入反应腔100，如图8所示；

(3)继续向下推动瓶体A的第二胶塞61，针头扎入第二胶塞61，实现针头密封，如图9所示；

(4)向下推动瓶体B的第二胶塞61，针头刺破瓶体B的第一胶塞51，将反应液2释放，经过微流控管道11，打入反应腔100，如图10所示；

(5)继续向下推动瓶体B的第二胶塞61，针头扎入第二胶塞61，实现针头密封，如图11所示。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种实现物料保存的微流控装置，其特征在于，包括微流控芯片本体（1）以及用于容纳物料的容纳瓶体（2），所述微流控芯片本体（1）内构造有微流控管道（11），所述微流控芯片本体（1）上具有瓶套（3），所述容纳瓶体（2）处于所述瓶套（3）内，所述容纳瓶体（2）的轴向第一端及第二端分别连接有第一密封组件及第二密封组件以形成所述容纳瓶体（2）的内部密封容纳空间，所述微流控芯片本体（1）上设有具有针口（41）的针体（4），所述针口（41）与所述微流控管道（11）连通，且所述针体（4）具有所述针口（41）处于所述第一密封组件内的第一密封状态、所述针口（41）处于所述内部密封容纳空间内的流通状态，所述容纳瓶体（2）能够在轴向力的作用下沿所述瓶套（3）的轴向直线运动以使所述针体（4）由第一密封状态转换为流通状态，所述第二密封组件能够在所述轴向力的作用下靠近所述第一密封组件以使所述物料释放；

所述针体（4）还具有所述针口（41）处于所述第二密封组件内的第二密封状态；

所述第一密封组件包括第一胶塞（51）、保护罩盖（52），所述针体（4）处于所述第一密封状态时，所述针口（41）处于所述第一胶塞（51）内；所述第二密封组件包括第二胶塞（61）以及处于所述第二胶塞（61）背离所述第一胶塞（51）一侧的硬质垫片（62），所述针体（4）处于所述第二密封状态时，所述针口（41）处于所述第二胶塞（61）内。

2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第二密封组件还能够在所述轴向力的作用下使所述针体（4）由流通状态切换为第二密封状态。

3.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一端为缩口结构，所述第一胶塞（51）为第一凸字胶塞，所述第一凸字胶塞的凸字凸出部嵌装于所述缩口结构内。

4.根据权利要求3所述的微流控装置，其特征在于，所述第二胶塞（61）为第二凸字胶塞，所述第二凸字胶塞的凸字凸出部的形状能够与所述缩口结构的形状相匹配，以将所述内部密封容纳空间内的物料经由所述针口（41）完全释放排出。

5.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第二胶塞（61）的外圆周壁上设置有密封凸环（611）。

6.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述容纳瓶体（2）的第二端的内圆周壁上具有朝向所述容纳瓶体（2）的径向内侧凸起的第一止挡环（21），所述第一止挡环（21）的环体内圆直径小于所述第二胶塞（61）的外圆直径。

7.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述瓶套（3）远离所述微流控芯片本体（1）的一端具有沿其径向向内凸起的第二止挡环（31）；和/或，所述针口（41）处于所述针体（4）的圆周侧壁上。

8.根据权利要求7所述的微流控装置，其特征在于，所述瓶套（3）靠近所述微流控芯片本体（1）的一端在所述容纳瓶体（2）被置于所述瓶套（3）内后再与所述微流控芯片本体（1）卡扣或者超声键合连接。

9.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述容纳瓶体（2）以及对应的所述瓶套（3）具有至少两个，至少两个所述容纳瓶体（2）之间能够通过所述微流控管道（11）形成连通。

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