CN114018835A - 微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，包括：用于微量全血分离的血浆分离模块；用于对血浆分离模块分离出血浆进行取样和分配的血浆提取及分配模块；用于接收血浆提取及分配模块的血浆样本的接收容器；所述血浆分离模块包括用于微量全血采集的采集容器、用于接收所述采集容器的全血样品并进行过滤的滤膜、用于支撑滤膜的膜支撑座和罩设在滤膜上方用于防止滤膜污染和血浆蒸发的保护盖。本发明利用采集容器直接自吸定量全血，无需专业人员，就可完成从微量全血采集、血浆分离、定量提取、定量稀释、定量分配、原位反应及光学检测全套自动化过程，具有全血耗量少、精准定量和自动化程度高的优势。

Description

微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法

技术领域

本发明涉及的领域为微流控分析领域，具体是涉及一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法。

背景技术

血液中诸多生化指标能够间接反应人体的健康状况，无疑成为了体外临床诊断中最重要，且被使用最广泛的分析样本。然而，血液中含有的大量血红细胞会对光学检测造成干扰。因此，对绝大多数血液样本分析之前，必须移除血细胞，分离出血浆再进行检测，血浆分离成为了临床分析前不可或缺的环节。

传统的血浆分离主要局限在医院临检室，利用体积庞大的离心机对毫升级批量血液样本进行统一分离，样本消耗大，血液采集及血浆分离需要专业人员在特定的环境下完成。

常规的微流控方法(离心微流控、超声波分离、电磁分离、毛细分离、重力分离、惯性分离、介电泳分离、分叉效应等)也暴露出了诸多不足，如：分离设备微结构复杂、可靠性较差、重复利用率低、批量生产困难。

商业化滤膜的出现，凭借成本低、易采购、易批量制作、易集成等优势，助力了微流控技术的发展。目前，基于商业化滤膜的血浆分离基本都是采用垂直过滤方法，(Biomedical Microdevices,2006,8(1):73-79；Biomicrofluidics,2012,6(1):77-406；International Journal of Nanomedicine,2012,7:5019-5028；Talanta,2018,183:55-60；Analytical Chemistry,2013,85(21):10463-10470；Lab Chip,2016,16(3):553-560；Analytical Chemistry,2018，90(22)：13393-13399；Microelectronic Engineering,2018,187-188:78-83)，虽然能完成血浆分离。但是，垂直过滤易造成溶血，此外，上述方法也存下一些共同的问题。第一：全血样本量较大，不适合现场快速检测；第二：无法定量，分离出的血浆依然存留于装置中，不能定量量取和分配血浆；第三：全血进样和血浆提取都需人工介入，血浆分离与下游检测严重脱节，无法实现生化自动一体化检测；第四：血浆分离器件制作较复杂，一次性使用成本较高，批量生产且重复使用较困难。因此，怎样在现场缺乏非专业人员条件下，定量采集微量全血，实现快速自动血浆分离及定量检测是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，该装置结合了商业化滤膜和微流控技术的优势，采用微量液滴顺序操控(Sequential OperationDroplet Array,SODA)策略，构建了微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，可用于现场微量全血/血浆提取及定量分配，如在床旁、社区医院和家庭中。

本发明还公开了一种微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法，可以快速实现全血血浆的分离和定量分配。

本发明还公开了一种利用上述装置建立了血浆多指标定量生化分析的方法，该方法结合微流控芯片和液滴阵列技术优势，采用微量液滴顺序操控策略，构建了一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法，适用于现场(如在床旁、社区医院、家庭)开展生化、免疫、核酸等多指标生化分析。

本发明的具体技术方案如下：

一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，包括：

用于微量全血分离的血浆分离模块；

用于对血浆分离模块分离出血浆进行取样和分配的血浆提取及分配模块；

用于接收血浆提取及分配模块的血浆样本的接收容器；

所述血浆分离模块包括用于微量全血采集的采集容器、用于接收所述采集容器的全血样品并进行过滤的滤膜、用于支撑滤膜的膜支撑座和罩设在滤膜上方用于防止滤膜污染和血浆蒸发的保护盖。

作为优选，所述血浆提取及分配模块包括：

进行血浆取样和分配的微探针；

为微探针进行血浆取样和分配提双向供动力源的双向驱动装置；

所述滤膜末端为分离的血浆分离区域；所述的保护盖上设有与滤膜的血浆分离区域对正的血浆提取通孔。

实际使用时，微探针插入所述血浆提取通孔中，完成对血浆样品的提取。

本发明中，所述的微量全血可以来自于静脉采血或者指尖采血，微量全血体积约为5～1000μL，作为优选，通常采用指尖血采集20～50μL全血，因为，指尖采血无需专业有资质的医护人员，且采血量较少，只需要20～50μL全血就可以实现目标检测，更适合于现场快速、简便的微量全血样本分析。

本发明中，所述的采集容器的几何结构为立方体、圆柱体或者任意一种可以采集全血的容器。制造材料为高分子聚合物、玻璃、石英、硅、金属、无机或有机材料，以及经压制的纤维材料。采集容器开口最大尺寸在5μm～5mm之间，采集容器与水平方向呈0°～90°固定。作为优选，所述的采集容器通常选用开口尺寸0.5mm～3mm的半透明或透明的表面亲水材料，这样利于采集容器产生较强的毛细作用力自吸微量全血，同时，方便肉眼实时观察微量全血在采集器中的填充状况，准确定量。

作为优选，所述采集容器的采样容积体积为5～1000μL；作为进一步优选，所述采集容器的采样容积体积为20～50μL。

作为进一步优选，以采集容器出液口法线所在的方向为基准，所述采集容器倾斜5～70度设置。

作为优选，所述采集容器为倾斜设置的U型微型槽结构，槽口为采集口，槽底设有出液口。

作为优选，采集容器与水平方向呈15°～60°，因为如果角度过于平坦，采集容器两端全血液面差小，重力辅助加速进样效果较差，如果角度过于陡峭，则采集容器两端全血液面高，重力辅助加速进样的速度过快，来不及判断撤离微量全血与采集容器开口接触，全血采集定量不准确。

本发明中，所述的滤膜为常规的滤血膜，膜厚度范围1μm～5mm之间，前端与采集容器的出液口对接，接收采集容器的微量全血。滤膜的几何形状为矩形、圆形、扇形、S型、锯齿型、方型或者其他不规则图形，作为优选，通常选用长宽比较大的几何图形，因为较大的长宽比可以为血浆从全血中分离出来提供足够的路程。所述的滤膜的前端与所述的采集容器的尾端粘贴在一起，粘贴物质采用固体胶、双面胶或者液体胶，作为优选，一般采用双面胶或者固体胶，因为液体胶如果处理不当，可能会过度湿润滤膜前端，影响全血在滤膜上的流动特性。

作为优选，所述的膜支撑座支撑表面的形貌为圆柱体微柱阵列、立方体微柱阵列、垂直于血浆流动方向沟槽阵列、微坑阵列或者任意多边形柱体微阵列。一方面，膜支撑座为滤膜的水平固定提供可靠的刚性支撑，另一方面，设计的膜支撑座表面阵列形貌，可以有效消除滤膜与底部支撑平面在水平方向上形成的微缝隙毛细作用力，因为这种微缝隙产生的作用力可能会干扰血浆在滤膜水平方向上的流动特性。

本发明中，所述的保护盖盖在膜的正上方，保护盖与滤膜没有直接接触，保护盖的几何结构为空心半立方体、空心半圆柱体或者空心半多边柱体，保护盖的制备材料采用高分子聚合物、玻璃、石英、硅、金属、无机或有机材料，以及经压制的纤维材料，作为优选，一般选择半透明或者透明的不透气材料，这样便于观察全血在滤膜中的分离状况以及防止蒸发的血浆穿透过保护盖，也防止外界的潮湿的空气湿润滤膜。作为优选，所述保护盖为透明材质。

本发明中，所述的保护盖尾部设计有一条安全距离线，安全距离线与滤膜前端的距离需要通过实验条件测试及优化而设定，目的是保证在血浆的提取过程中，滤膜前方的血细胞始终也超越不过安全距离线，避免血细胞干扰血浆提取，造成血浆不纯。安全距离线下游有一个血浆提取通孔，所述的血浆提取通孔与安全距离线之间的距离需要通过实验得到，作为优选，一般选择在滤膜上能提取最多血浆量的位点，其垂直方向上对应的保护盖上的位置作为血浆提取通孔。安全距离线的设置不仅在血浆提取通孔优化阶段作为参考，又可以在实际提取血浆时进行辅助判断，如果出现红细胞意外超出安全距离线的情况，可以停止取样。血浆提取通孔的几何形状为圆形、三角形、矩形或者其他任意多边形，血浆通孔直径为100μm～10mm，方便微探针顺畅垂直插入。此外，保护盖一侧或者两侧设计有狭窄的导向凸起，所述的导向凸起的形状为矩形、圆柱形、三角形或者任意多边形，凸起槽的材料与保护盖为同种材料，与膜支撑座一侧或者两侧的导向槽相互匹配，为了使得保护盖每次准确无误地在同一个位置上盖上滤膜，也为了保证保护盖上的安全距离线和血浆提取通孔准确地对应在滤膜上的位置。即作为优选，所述一侧或者两侧设有导向槽，所述保护盖一侧或者两侧设有与所述导向槽配合的导向凸起。作为进一步优选，所述膜支撑座表面设有微阵列结构，所述膜支撑座内设有用于安装定位所述滤膜的容纳槽，槽内壁设有所述的导向槽；所述保护盖为倒置的槽板结构，所述导向凸起设置在槽板侧壁。安装时，保护盖侧壁插入到膜支撑座内，并与容纳槽侧壁密封对接。通过导向槽和导向凸起限定两者的相对位置。

作为优选，所述的双向驱动装置为自动微型注射泵或者移液器，所述的双向驱动装置与所述的微探针可以通过通用型或者非通用型接口连接。

本发明中，所述的微探针为具有刚性的通用型探针(如：10μL、200μL、1000μL移液器枪头)或者非通用型探针(如：玻璃毛细管、石英毛细管、空心金属圆棒)的一种或者组合，作为优选，针对微量全血，一般选择透明的具有通用型接口的微探针，可以选择10μL移液器枪头通用型微探针或者10μL移液器枪头连接透明的玻璃毛细管，微探针的内径为50μm～8mm，通用型微探针易得，不仅降低设计成本而且兼容性更好。微探针内单次能容纳的液体体积为1μL～100μL，所述的微探针尾部与所述的双向驱动装置密封连接，密封连接的方式有永久胶水密封连接、与双向驱动装置制作成一体、或者旋转连接，或者挤压密封连接(压接)，作为优选，选择微探针与双向驱动装置压接方式进行密封安装，因为压接的方式操作简单，便于实现自动化操作。所述的双向驱动装置可以为手动注射器、移液器、自动注射泵，既要能提供正向驱动力，又要能提供反向驱动力，作为优选，选择自制的微型自动注射泵，方便微型化和自动化。所述的双向驱动装置单次可实现驱动的液体体积为1μL～100μL。所述的双向驱动装置和微探针组成的血浆提取及分配模块始终与滤膜垂直。

作为优选，所述的微探针垂直插入至血浆提取通孔中与所述的滤膜发生挤压，挤压量为1为与～5mm。

本发明中，所述的血浆样本接收容器可以单独设计也可以与血浆分离模块集成设计在一起，作为优选，接收容器与血浆分离模块集成在一起，提高装置的集成度。接收容器的材料为所述的接收容器制备材料为透明材料，如：高分子聚物、玻璃、石英、硅、金属、无机或有机材料，以及经压制的纤维材料，作为优选，一般选择高透光的材料，如高分子聚合物中的PMMA或者玻璃材料。所述的接收容器中含有样本准备池和多指标检测池阵列，样本准备池和多指标检测池阵列的几何结构为立方体或者圆柱体，横截面形状为矩形或者圆形。样本准备池的容纳体积为100μL～2000μL，所述的样本准备池中预存储定量稀释液100μL～1000μL，所述的多指标检测池阵列有1～100个。所述的样本准备池中预储存定量稀释液和检测池阵列的中预储存定量检测试剂。作为优选，最多选择35个指标进行检测，多指标检测池阵列中每一个检测池里预存储定量检测试剂为5μL～50μL。

作为具体优选，所述接收容器包括设有一个或多个功能样品孔的上层芯片；以及顶面为光学平面用于封装所述功能样品孔的芯片基板。将上层芯片和芯片基板组合后，形成整体的接收容器结构，此时所述一个或多个功能样品孔底部被密封，并形成光学平面的孔底，作为上述的样本准备池和多指标检测池阵列使用。

作为具有优选，所述上层芯片和所述膜支撑座为集成一体的板状结构，同时在该板状结构上设有用于倾斜固定所述采集容器的斜台阶面。通过设计斜面台阶的角度，使得采集容器与水平方向呈0°～90°固定。

作为优选，所述芯片基板对应于功能样品孔的部分为透明材料。作为进一步优选，所述芯片基板为透明材质。

一种微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法，采用上述任一项技术方案所述的装置，包括如下步骤：

(a)将微量全血接触采集容器，当全血填充满采集容器时，立即撤离接触，完成全血样本采集；

(b)采集容器中的全血流向下游的滤膜，滤膜末端出现分离出的血浆，完成血浆预分离；

(c)利用血浆提取及分配模块吸取滤膜末端的血浆样品，并将该样品分配至对应的接收容器进行对应的操作。

作为进一步优选的方案，一种微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法，具体包括如下步骤：

(a)将微量全血(比如静脉采集或者指尖采集的微量全血)接触采集容器，当全血填充满采集容器时，立即撤离接触，完成全血样本采集；

(b)采集容器中的全血流向下游的滤膜，滤膜末端出现分离出的血浆，完成血浆预分离；

(c)微探针平移定位至血浆提取通孔正上方，垂直插入血浆提取通孔中，与滤膜中的血浆分离区域发生挤压，挤压量1μm～5mm；

(d)双向驱动装置为微探针提供负压，当该负压大于滤膜内毛细作用力和重力对血浆的作用后，血浆被吸取进入微探针内；因当吸取血浆量达到或超过预设的血浆吸取量后，利用双向驱动装置的反向驱动为微探针快速提供正压以平衡探针内残余负压，防止微探针内残留的负压在探针撤离过程中将空气吸入微探针内，造成后续难以进行定量的液体操作。微探针内压力平衡后，或其内部压力略大于外部大气压力后，将微探针从滤膜中撤离；

(e)将含血浆的微探针转移对准相应的接收容器，利用双向驱动装置为微探针提供正压以将微探针内的血浆按需定量转移到接收容器内，进行后续的操作。例如，将内含血浆的微探针转移对准样本接收容器中的样本准备池，利用双向驱动装置为微探针提供正压将预设体积的微探针内的血浆定量转移到样本准备池内，与一定体积的稀释液混合，完成血浆样品的定量稀释。稀释后利用微探针定量吸取稀释样本溶液再分别转移至多指标检测池阵列完成后续的多指标检测。

在步骤(b)中，采集容器中的全血流向下游的滤膜，在滤膜的尺寸效应和毛细作用力下，分离停止，滤膜末端出现分离出的血浆，完成血浆预分离；

在步骤(c)中，将微探针平移定位至血浆提取通孔正上方，垂直插入内径为100μm～10mm血浆提取通孔中，与滤膜(6)中的血浆分离区域发生挤压，挤压量1μm～5mm；

一种利用血浆多指标定量生化分析的方法，利用上述所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法完成样品在接收容器的预处理和生化反应，然后利用光学检测仪器对生化反应结果进行检测。

本发明的优点主要在于：

(1)可以实现现场微量指尖血样本分析，全血样本量可低至20μL～50μL，操作简单、微创无害；

(2)无需对微量全血抗凝进行处理，可直接在现场采血进行生化、免疫或者核酸快速检测；

(3)采用商业化滤血膜作为血浆预分离载体，模块化嵌入血浆分离及定量分配装置中，重复血浆分离只需更换一次性滤血膜，其它装置无需改变和重复制造，节约了重复使用的时间，大大降低了一次性使用成本，有利于批量生产；

(4)结合滤膜的侧向流特点，采用本实验组的微量液滴的顺序操作策略，发展了一种基于滤血膜侧向流直接血浆提取和定量分配及分析的独特方法，方向简单有效，解决了滤血膜用于血浆定量提取和分配的难题，第一次成功把商业化滤血膜用于定量生化分析领域；

(5)在现场无需专业人员操作下，只需一步接触操作，就可以实现从全血自动采集、血浆分离、血浆定量量取、定量稀释及定量分配、原位反应及检测全链条自动生化分析，操作简单，自动化程度高。

综上所述，本发明利用采集容器直接自吸20μL～50μL全血，在微探针的灵活和精准的操作下直接从滤膜中定量提取分离出的血浆并完成后续的定量分配和分析，无需专业人员条件下，只要一步操作，就可完成从微量全血采集、血浆分离、定量提取、定量稀释、定量分配、原位反应及光学检测全套自动化过程，具有全血耗量少、精准定量和自动化程度高的优势。

附图说明

图1是实施例1中采用的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其装置的系统总图，该系统包含用于微量全血的血浆分离模块；用于对分离出血浆的血浆提取及分配模块；用于血浆样本的接收容器。

图2是图1所示微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的局部分解图，其中微量全血分离模块和样本接收容器集成在一起。

图3是图1所示微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的局部接收容器、表面微柱阵列膜支撑座和斜面台阶的组合图。

图4是图1所示微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的血浆提取和定量分配模块的结构示意图。

图5是图4所示血浆提取和定量分配模块的分解图。

图6是图1所示微量全血预处理和血浆自动定量分配装置采用第一种微探针的结构示意图。

图7是实施例2中采用的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其装置的系统总图，该系统包含用于微量全血的血浆分离模块；用于对分离出血浆的血浆提取及分配模块；用于血浆样本的接收容器。

图8是图7所示的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的局部分解图，该装置中把微量全血分离模块和样本接收容器的集成在一起。

图9是图7所示的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置局部接收容器、表面微沟槽阵列膜支撑座和斜面台阶的组装图。

图10是图7所示的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的血浆提取和定量分配模块的结构示意图。

图11是图10所示血浆提取和定量分配模块的分解图。

图12是实施例1和实施例2中采用的样本采集容器和滤膜连接图。

图13是实施例1和实施例2中采用的样本采集容器的放大结构示意图。

图14是实施例1和实施例2中中国采用的保护盖的放大结构示意图。

图15是实施例1中接收容器中预存储有定量稀释液和多指标检测试剂。

图16是实施例1中的血浆样本定量稀释操作图。

图17是实施例1中葡萄糖样本溶液定量分配图。

图18是实施例1中胆固醇样本溶液定量分配图。

图19是实施例1中葡萄糖指标吸光度检测图。

图20是实施例1中胆固醇指标吸光度检测图。

图21是实施例2中血浆样本定量稀释操作图。

图22是实施例2中总蛋白样本溶液定量分配图。

图23是实施例2中总蛋白指标吸光度检测图。

图24是本发明中一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的样品采集、分离和提取原理图。

图25是系统整体原理流程图。

图中：1-血浆分离模块,2-血浆提取及分离模块,3-接收容器(微孔阵列芯片)，4-全血定量采集槽，5-斜面台阶，6-滤膜，7-膜支撑座，8-保护盖，9-血浆提取安全距离线，10-血浆提取通孔，11-导向凸起，12-导向槽，13-上层芯片，14-芯片基板，15-血浆定量稀释池，16-多指标检测池阵列，17-双向驱动装置，18-微探针，19-10μL移液器枪头，20-平头玻璃毛细管，21-预存储葡萄糖检测试剂，22-预存储胆固醇检测试剂，23-总蛋白预存储试剂，24-预存储定量稀释液，25-血浆定量稀释液，26-葡萄糖反应检测液，27-胆固醇反应检测液，28-总蛋白反应检测液，29-发射光纤，30-接收光纤，31-指尖血，32-红细胞，33-提取的血浆。

具体实施方式

下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。整个系统的原理流程图请参见图25。

实施例1(血浆葡萄糖和胆固醇指标检测)

一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法，参见图1～图3，图1～图3为一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的结构示意图，该装置主要由三大模块组成，分别是血浆分离模块1、血浆提取及分配模块2和接收容器3，其中接收容器3被设计成2层微阵列芯片，微阵列芯片材料选用PMMA。

血浆分离模块1和接收容器3为集成一体的结构，该集成结构的分解图见图2，其中，血浆分离模块1主要由采集容器(形状为鸭嘴式全血定量采集槽4)(见图2)、矩形条滤膜6(可采用市售的滤血膜)和防污染、潮湿及防血浆蒸发的保护盖8(见图2)组成。微阵列芯片包括上层芯片13和芯片基板14，其中上层芯片上设有斜台阶面5以及膜支撑座7，膜支撑座7为容纳槽结构，槽底全部或者中前部为微柱阵列结构，正对血浆提取通孔10的部分为平面结构(见图3)。

槽壁上设有与保护盖8配合的导向槽12。本实施例中，鸭嘴式全血定量采集槽4具有U型的微腔室，整体为U型微型槽结构，鸭嘴式全血定量采集槽4腔室底部具有过液孔。鸭嘴式全血定量采集槽4与水平面呈30°倾斜固定在斜台阶面5上，鸭嘴式全血定量采集槽4的微腔室的容积约30μL，用于定量采集一滴血(30μL)(当然根据需要也可以调整为20～50μL)。矩形条滤膜6长宽分别为22.5mm×4.0mm，水平的定在立方体微柱阵列膜支撑座7上，矩形条滤膜6前端与鸭嘴式全血定量采集槽4尾端通过双面胶紧密粘贴在一起(也可以采用其他固定方式实现两者的相互固定)，当微量指尖血31直接接触鸭嘴式全血定量采集槽4的开口处(参见图24和图25)，开口最大尺寸为1mm，在毛细作用力下，当全血即将填满鸭嘴式全血定量采集槽4时，立即撤离指尖，此时已定量采集30μL全血，采集的全血在重力和毛细作用力共同作用下经过鸭嘴式全血定量采集槽4底部的过液孔流至矩形条滤血膜6的中，血细胞32由于矩形条滤膜6内部微孔隙的尺寸效应被截留，而血浆33在膜微孔隙毛细作用力下在水平方向上流动，最终在矩形条滤膜6末端形成一条明显的血细胞和血浆分离界限。矩形条滤膜6正上方设有保护盖8(见图2)，主要用于防止矩形条滤血膜6暴露在空气中被污染、潮湿以及防止膜中分离的血浆在空气中蒸发，保护盖8为倒置的槽板结构，两侧的侧板竖直插入到支撑座7的容纳槽内，并与容纳槽侧壁密封对接；同时在其侧板外壁设有与支撑座7上导向槽配合的导向凸起11，实现对两者的安装引导和限位，避免错位安装。保护盖8前侧设有用于避让采集槽4的避让口。保护盖8尾部设计了一条血浆提取安全距离线9和血浆提取通孔10(见图2)，安全距离线9的具体位置是在多次优化实验之后确定，保证其在血浆提取过程中，血细胞不会越过造成对纯洁血浆的污染，血浆提取通孔10在矩形条滤血膜6尾部正上方，正下方对应滤血膜上的点正是实验优化后的血浆提取点，也就是说血浆提取点的具体位置也是通过多次优化即可确定。

血浆提取及分配模块2由双向驱动装置17以及微探针18组成。

当全血在矩形条滤血膜6分离完成后，由微控制器控制微探针18(见图6，此案例中微探针18由通用型10μL枪头和平头玻璃毛细管密封连接而成，也可以采用其他结构)定位至血浆提取通孔10的正上方，自动垂直插入，直到玻璃毛细管微探针18的底端与矩形条滤血膜6垂直接触，并按照实验优化的挤压量挤压致使矩形条滤膜6接触点区域发生挤压变形，使得吸附在对应区域中的血浆脱离滤血膜并在接触点汇聚，通过控制双向驱动装置17(见图5，此案例中双向驱动装置17采用微型注射泵)提供的负压驱动，把矩形条滤血膜6尾部分离并储存在矩形条膜6内部的血浆吸取至玻璃毛细管微探针18内，直至血浆提取完成，然后双向驱动装置17快速提供正压驱动，平衡掉玻璃毛细管微探针18内的残余负压，以避免微探针18撤离滤膜时，探针内残余的负压将外界空气吸入产生气泡，将探针内提取的血浆打散，进一步保证取样的定量化。与此同时利用x-y-z三维平移机构(或者称作三维平移台)控制血浆提取及分配模块(见图4)中的玻璃毛细管微探针18底端与矩形条滤血膜6脱离，此时提取的血浆保留在玻璃毛细管微探针18内部，完成血浆快速提取。

微阵列芯片中上层芯片一侧还设有准备池15和检测池阵列16。芯片基板为接收容器基板，作为微孔阵列芯片封接板，实现对准备池15和检测池阵列16的密封。芯片基板顶面为光学平面结构，在完成对样本准备池15、多指标检测池阵列16封装的同时，也为其提供光学平面结构，以方便实现后续直接进行光学检测。

以葡萄糖检测为例：

参见图15为预存储稀释液和检测试剂的接收容器3(此案例中设计成微阵列生化分析)。接收容器3中含有1个样本准备池15，预存储了120μL的PBS稀释液24，另外含有3个直径约为3mm的多指标检测池阵列16，分别对应3个生化分析指标。多指标检测池阵列16中的第一个微孔中预存储16μL的葡萄糖检测试剂21，第二个微孔中预存储16μL的胆固醇检测试剂22。

在完成血浆提取后，通过x-y-z三维平移机构把玻璃毛细管微探针18转移定位至样本准备池15正上方，插入并通过双向驱动装置17(微型注射泵)正压驱动玻璃毛细管微探针18，定量分配出5μL血浆至120μL预存储定量稀释液24中，稀释至25倍。双向驱动装置17(微型注射泵)往返正-负-正压驱动一轮，确保血浆稀释均匀。

完成血浆样本的定量稀释前处理步骤，得到血浆定量稀释液25，参见图16血浆定量稀释图。而后，玻璃毛细管微探针18再次插入样本准备池15中，定量量取20μL血浆定量稀释液25，通过x-y-z三维平移机构依次转移定位至多指标检测池阵列16中第一个葡萄糖检测微孔中和第二个胆固醇检测微孔中，用半接触点样方式，分别分配出8μL血浆定量稀释液25，依次与16μL预存储葡萄糖检测试剂和16μL预存储胆固醇检测试剂混合(参见图17和18)，按照样本和试剂反应之比1:2，分别得到葡萄糖反应溶液26和胆固醇反应溶液27，在37℃下分别反应10min(葡萄糖反应溶液26)和5min(胆固醇反应溶液27)，通过x-y-z三维平移台转移至光学检测端，发射光线29连续发射200nm～1000nm的复合光源，接收光纤分别在葡萄糖反应溶液26和胆固醇反应溶液27正下方检测波长505nm(参见图19)和波长505nm(参见图20)的完成吸光度检测。

实施例2(总蛋白指标检测)

图7～图9是另外一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置的结构示意图。

本实施例中，区别在于支撑座7的容纳槽槽底为沟槽阵列结构。另外，样本准备池15、多指标检测池阵列16的结构稍有不同。同样在血浆提取通孔10正对的区域为平面结构，以方便取样。

利用该装置同样可以进行实施例中所述的葡萄糖和胆固醇检测实验，步骤参考实施例1，此处省略。同时以总蛋白检测为例，对该装置的应用做进一步说明：

同样参见图15为预存储稀释液和检测试剂的接收容器3(此案例中设计成微阵列生化分析)。接收容器3中含有1个样本准备池15，预存储了120μL的PBS稀释液24，另外含有3个开口宽度约为3mm的多指标检测池阵列16，分别对应3多个生化分析指标。在实施例1的基础上，多指标检测池阵列16中的第三个微孔中预存储16μL总蛋白检测试剂23。

在完成血浆提取后，通过x-y-z三维平移机构把玻璃毛细管微探针18转移定位至样本准备池15正上方，插入并通过双向驱动装置17(微型注射泵)正压驱动玻璃毛细管微探针18，定量分配出5μL血浆至120μL预存储定量稀释液24中，稀释至25倍。双向驱动装置17(微型注射泵)往返正-负-正压驱动一轮，确保血浆稀释均匀，

完成血浆样本的定量稀释前处理步骤，参见图21血浆定量稀释图。而后，玻璃毛细管微探针18再次插入样本准备池15中，定量量取10μL血浆定量稀释液25，通过x-y-z三维平移机构依次转移定位至多指标检测池阵列16中第三个总蛋白检测微孔中，用半接触点样方式，分配出8μL血浆定量稀释液25，与16μL预存储的总蛋白检测试剂混合(参见图22)，按照样本和试剂反应之比1:2，在37℃下反应10min，得到总蛋白反应溶液28，通过x-y-z三维平移台转移至光学检测端，发射光线29连续发射200nm～1000nm的复合光源，接收光纤在总蛋白反应溶液28正下方检测波长546nm(参见图23)的完成吸光度检测。

Claims (10)

1.一种微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，包括：

用于微量全血分离的血浆分离模块；

用于对血浆分离模块分离出血浆进行取样和分配的血浆提取及分配模块；

用于接收血浆提取及分配模块的血浆样本的接收容器；

所述血浆分离模块包括用于微量全血采集的采集容器、用于接收所述采集容器的全血样品并进行过滤的滤膜、用于支撑滤膜的膜支撑座和罩设在滤膜上方用于防止滤膜污染和血浆蒸发的保护盖。

2.根据权利要求1所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述血浆提取及分配模块包括：

进行血浆取样和分配的微探针；

为微探针进行血浆取样和分配提双向供动力源的双向驱动装置；

所述滤膜末端为分离的血浆分离区域；所述的保护盖上设有与滤膜的血浆分离区域对正的血浆提取通孔。

3.根据权利要求1所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述采集容器的容积体积为5～1000μL；以采集容器出液口法线所在的方向为基准，所述采集容器倾斜5～70度设置。

4.根据权利要求1或3所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述采集容器为倾斜设置的U型微型槽结构，槽口为采集口，槽底设有出液口。

5.根据权利要求1所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述滤膜为滤血膜，厚度为1μm～5mm，前端与采集容器的出液口对接，接收采集容器的微量全血。

6.根据权利要求1所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述的膜支撑座支撑表面的形貌为圆柱体微柱阵列、立方体微柱阵列、垂直于血浆流动方向沟槽阵列、微坑阵列或者任意多边形柱体微阵列。

7.根据权利要求1所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述接收容器包括设有一个或多个功能样品孔的上层芯片；以及顶面为光学平面用于封装所述功能样品孔的芯片基板。

8.根据权利要求7所述的微量全血预处理和血浆自动定量分配装置，其特征在于，所述上层芯片和所述膜支撑座为集成一体的板状结构，同时在该板状结构上设有用于倾斜固定所述采集容器的斜台阶面；所述芯片基板对应于功能样品孔的部分为透明材料。

9.一种微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置，包括如下步骤：

(a)将微量全血接触采集容器，当全血填充满采集容器时，立即撤离接触，完成全血样本采集；

(b)采集容器中的全血流向下游的滤膜，滤膜末端出现分离出的血浆，完成血浆预分离；

(c)利用血浆提取及分配模块吸取滤膜末端的血浆样品，并将该样品分配至对应的接收容器进行对应的操作；

可选择的，利用上述方法完成样品在接收容器的预处理和生化反应，然后利用光学检测仪器对生化反应结果进行检测。

10.一种微量全血预处理和血浆自动定量分配的方法，其特征在于，采用权利要求2所示的装置，具体包括如下步骤：

(a)将微量全血接触采集容器，当全血填充满采集容器时，立即撤离接触，完成全血样本采集；

(b)采集容器中的全血流向下游的滤膜，滤膜末端出现分离出的血浆，完成血浆预分离；

(c)微探针平移定位至血浆提取通孔正上方，垂直插入血浆提取通孔中，与滤膜中的血浆分离区域发生挤压，挤压量1μm～5mm；

(d)双向驱动装置为微探针先提供负压吸取血浆，当达到或超过预设的血浆吸取量后，利用双向驱动装置的反向驱动为微探针快速提供正压以平衡探针内残余负压；当微探针内达到压力平衡后或其内部压力略大于外部大气压力后，将微探针从滤膜中撤离；

(e)将含血浆的微探针转移对准相应的接收容器，利用双向驱动装置为微探针提供正压以将微探针内的血浆按需定量转移到接收容器内，进行后续的操作；

可选择的，利用上述方法完成样品在接收容器的预处理和生化反应，然后利用光学检测仪器对生化反应结果进行检测。

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