CN114100712A - 一种微流控芯片的孔注液装置、及其注液方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于微流控芯片的孔注液装置、及其注液方法和用途，所述孔注液装置包括由下至上依次层叠的微流控芯片基板、导电盖子和注液壳体，所述注液壳体包括注油腔、样本定量腔和并列设置的至少一个注液腔，每个所述注液腔内均设置有连接注液导管的注液柱，所述注液壳体上开设有至少一个排气孔，所述注油腔内设置有注油柱，所述注油柱连接进油导管，所述注油腔和注液腔表面均对应设置有尖刺部件。在本发明中，对试剂进行提前预埋，结合孔注液装置，进行自动化注液操作，实现微流控芯片的全自动化应用，从而使得操作人员无需再手动依次注入所需试剂、样本和油，解放了操作人员的双手，可靠性高，便携的同时注液效率高，适合推广。

Description

一种微流控芯片的孔注液装置、及其注液方法和用途
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种微流控芯片的孔注液装置、及其注液方法和用途。
背景技术
微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块具有微尺度结构的芯片上，该芯片采用电润湿技术原理，通过电势调控固、液表面能，并利用表面能的不平衡状态驱动液体产生移动，从而达到对微液体的精确操控。能够将生物、化学、医学等领域中常常需要的操作过程，如采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成于一块数字微流控芯片上，较传统操控手段而言，该技术能够实现更少的样品消耗，同时具有高灵敏度、高精确度、高通量、高集成度等优势，能够用较低的成本快速实现生化反应的全流程自动一体化，且全流程反应中全封闭无交叉污染，可一键操作，大大解放操作人员的双手。
在微流控芯片的注液过程中，通常需要操作人员使用移液枪吸取一定量的液体样本，对准进样口，将液体完全注入反应腔内，但使用移液枪注样增加了使用成本，且对操作人员的操作精准度有较高的要求。
CN209406357U公开了一种方便注液的微流控芯片，包括基板及盖板，基板上设有多个微流通道，基板及盖板键合形成整体，微流通道位于基板及盖板之间，还包括导接管，盖板上设有至少一个导接孔，导接孔与微流通道连通，导接管的一端可拆卸地连接于导接孔内。
CN107988070A公开了一种微量细胞电转微流控芯片、电转分选仪及应用，微量细胞电转分选仪包括电转单元、显示屏、外箱体、电源单元、微控制单元和主传感器，电转单元中包括所述芯片。显示屏用于向微控制单元发送指令，接收微控制单元和主传感器反馈的信息并显示；微控制单元用于接收显示屏发送的指令，并对电转单元和电源单元进行控制；电转单元用于完成细胞转染过程；主传感器用于接收电转单元反馈的信息，并发送给显示屏和微控制单元。微量细胞电转微流控芯片包括进样口、出样口、负压孔道、正压孔道和主通道，出样口后设置96孔板。该发明能够保证转染过程中主通道内的转染状态相同，保证了转染的效率，通过96孔板保证了细胞品质，便于后期的细胞培养。
CN108148752A公开了一种基于微流控芯片的集成化药物筛选与染色方法，所述微流控芯片构成如下：上层为液路控制层，下层为气路控制层，底面为空白玻璃底板。基于微流控芯片的集成化药物筛选与染色方法的步骤依次如下：芯片预处理；细胞的接种与培养；药物刺激；荧光染色。所有液路层入口均由一个气路层的阀单独控制，可同时进行不同种类细胞培养、不同药物刺激以及不同抗体染色。该发明利用微流控芯片中的微流体与微型阀技术实现了在微流控芯片上的药物筛选与荧光染色，为细胞培养、细胞原位荧光染色以及药物筛选研究提供全新的技术平台，操作简便、细胞与试剂用量少、高度集成化、应用范围广泛。
传统技术采用全手动操作的反应盘，如96孔板、384孔板；或带有注射泵的连续式微流体器件、微滴微流体等，在实际应用中局限性大，全手动式操作耗时耗力，精确度低易出错。微流体器件、微滴微流体的操作极大地依赖于注射泵且成本较高。此外，传统技术的进样方式通常都需要借助移液枪或外置机械泵，制造成本高、操作流程复杂、重复性高、使用环境局限，且液体进样过程步骤繁琐，容易造成浪费和误操作。因此，亟需设计开发一种适用于微流控芯片的孔注液装置和方法，满足实际生产生活的需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于微流控芯片的孔注液装置、及其注液方法和用途，在本发明中，对试剂进行提前预埋，结合孔注液装置，进行自动化注液操作，实现微流控芯片的全自动化应用，从而使得操作人员无需再手动依次注入所需试剂、样本和油，解放了操作人员的双手，可靠性高，便携的同时注液效率高，适合推广。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于微流控芯片的孔注液装置，所述孔注液装置包括由下至上依次层叠的微流控芯片基板、导电盖子和注液壳体，所述微流控芯片基板上设置有注液导管、排气导管和进油导管，所述注液壳体包括注油腔、样本定量腔和并列设置的至少一个注液腔，所述注油腔、样本定量腔和注液腔上分别设置有油泡罩、样本定量塞和试剂泡罩，每个所述注液腔内均设置有连接注液导管的注液柱，每个所述注液导管汇总形成注液通道，所述注液壳体上开设有至少一个排气孔，所述的排气孔连接排气导管，所述注油腔内设置有注油柱，所述注油柱连接所述进油导管，所述注油腔和注液腔表面均对应设置有尖刺部件。
在本发明中，对试剂进行提前预埋，结合孔注液装置，进行自动化注液操作，实现微流控芯片的全自动化应用，从而使得操作人员无需再手动依次注入所需试剂、样本和油，解放了操作人员的双手，可靠性高，便携的同时注液效率高，适合推广。
本发明提供的孔注液装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在孔注液装置中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微流控芯片基板和导电盖子采用间隙胶连接，所述间隙胶环向设置于微流控芯片基板和导电盖子之间，所述微流控芯片基板、导电盖子和间隙胶之间形成封闭环形空腔。
作为本发明一种优选的技术方案，所述导电盖子为透明导电盖子。
优选地，所述导电盖子的材质为玻璃，进一步优选为IT0玻璃。
作为本发明一种优选的技术方案，所述导电盖子上开设有通孔，所述通孔设置于所述封闭环形空腔内，所述通孔包括进液孔、进样孔、进油孔和排气孔，所述进液孔、进油孔和排气孔分别和所述注液导管、进油导管和排气导管对准装配。
需要说明的是，本发明对通孔的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，通孔在本发明中的作用是为样品、试剂、油的注入留有入口，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的通孔均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对通孔的尺寸、形状和材质进行适应性调整。
作为本发明一种优选的技术方案，所述通孔设置于距离导电盖子边缘0.5～1mm处，需要说明的是此处距离边缘的距离作为安全距离，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述导电盖子通过胶水粘结注液壳体，所述注液壳体的边缘通过胶水粘结所述微流控芯片基板的边缘形成密封。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微流控芯片基板包括底板，所述底板上设置有微电极阵列，所述微电极阵列上方依次层叠设置有介电层和疏水层。
作为本发明一种优选的技术方案，所述孔注液装置中注液导管伸出所述通孔。
优选地，所述注液导管伸出所述通孔的距离为0.3～0.5mm，例如可以是0.3mm、0.33mm、0.35mm、0.4mm、0.43mm、0.5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述注液通道包括进液端和出液端，所述出液端设置有缺口，所述缺口用于导流。
优选地，所述的注液通道有斜度。
优选地，所述注液通道的斜度为5～10°，例如可以是5°、6°、7°、8°、9°、10°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中的注液通道通常具有一定斜度，方向朝向电极，且注液通道可以是直孔、斜孔、螺旋孔或装配至注液柱的管状配件等，通道的形状不限于圆形，能使注液柱上方与芯片间隙腔贯通即可，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
优选地，所述试剂泡罩和油泡罩内均设置有铝箔。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的孔注液装置的注液方法，所述注液方法包括：
注液时，注液柱不断进入试剂泡罩内，试剂泡罩内的液体受到挤压，试剂泡罩在下压过程中和注液柱形成密封并被尖刺部件刺破，通过注液通道流入微流控芯片的封闭环形空腔，调整微电极阵列的电压，从而使流入封闭环形空腔的液体到达指定位置；
注油时，注油柱不断进入油泡罩内，油泡罩内的液体受到挤压，油泡罩在下压过程中和注油柱形成密封并被尖刺部件刺破，通过进油孔流入微流控芯片的封闭环形空腔，调整微电极阵列的电压，从而使流入封闭环形空腔的油到达指定位置。
第三方面，本发明提供了一种第一方面所述的孔注液装置的用途，所述孔注液装置用于数字微流控芯片领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，对试剂进行提前预埋，结合孔注液装置，避免了手动注液、注油的操作，可靠性更高，注液通道的斜孔设计配合透明导电盖子上的通孔，确保了液体成功稳定的注入，可同时注入多份液体试剂或样本，效率更高，具有良好的扩展性、便捷性，为数字微流控芯片的全自动化提供了基础的可行性，从而使得操作人员无需再手动依次注入所需试剂、样本和油，解放了操作人员的双手。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的微流控芯片的孔注液装置的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的注液壳体的正面俯视图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的注液壳体的背面俯视图；
图4为本发明一个具体实施方式提供的注液壳体的结构示意图；
图5为本发明一个具体实施方式提供的装配导电盖子后的注液壳体结构示意图；
图6为本发明一个具体实施方式提供的孔注液装置的间隙胶和胶水粘结位置示意图；
图7为本发明一个具体实施方式提供的微流控芯片的结构示意图；
其中，1-微流控芯片基板；2-导电盖子；3-注液壳体；4-样本定量塞；5-油泡罩；6-试剂泡罩；7-排气孔；8-注油腔；9-样本定量腔；10-注液柱；11-注液腔；12-进油导管；13-注液通道；14-注液导管；15-排气导管；16-封闭环形空腔；17-间隙胶；18-进油孔；19-进液孔；20-进样孔；21-微电极阵列；22-疏水层；23-介电层；24-胶水。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种用于微流控芯片的孔注液装置，具体如图1至图7所示，所述孔注液装置包括由下至上依次层叠的微流控芯片基板1、导电盖子2和注液壳体3，微流控芯片基板1上设置有注液导管14、排气导管15和进油导管12，注液壳体3包括注油腔8、样本定量腔9和并列设置的至少一个注液腔11，注油腔8、样本定量腔9和注液腔11上分别设置有油泡罩5、样本定量塞4和试剂泡罩6，每个注液腔11内均设置有连接注液导管14的注液柱10，每个注液导管14汇总形成注液通道13，注液壳体3上开设有至少一个排气孔7，进一步地，排气孔7连接排气导管15，注油腔8内设置有注油柱，注油柱连接进油导管12，注油腔8和注液腔11表面均对应设置有尖刺部件。
在本发明中，对试剂进行提前预埋，结合孔注液装置，进行自动化注液操作，实现微流控芯片的全自动化应用，从而使得操作人员无需再手动依次注入所需试剂、样本和油，解放了操作人员的双手，可靠性高，便携的同时注液效率高，适合推广。
本发明提供的孔注液装置主要用于数字微流控芯片，检测所需的试剂及其他物质(相关液体、固体、或固液混合液等)预先定量封存于试剂包内，并将试剂包提前预埋在孔注液装置中，与数字微流控芯片一体封存，在注样过程中无需用户手动操作，能够有效防止人为操作失误带来的不便与失效浪费等。
微流控芯片基板1和导电盖子2采用间隙胶17连接，间隙胶17环向设置于微流控芯片基板1和导电盖子2之间，进一步地，微流控芯片基板1、导电盖子2和间隙胶17之间形成封闭环形空腔16。
导电盖子2为透明导电盖子2，进一步地，导电盖子2的材质为玻璃，更进一步地为IT0玻璃，导电盖子2上开设有通孔，通孔设置于封闭环形空腔16内，通孔包括进液孔19、进样孔20、进油孔18和排气孔7，进液孔19、进油孔18和排气孔7分别和注液导管14、进油导管12和排气导管15对准装配。本发明对通孔的尺寸、形状和材质等结构特征不作具体要求和特殊限定，通孔在本发明中的作用是为样品、试剂、油的注入留有入口，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的通孔均可用于本发明中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对通孔的尺寸、形状和材质进行适应性调整。
通孔设置于距离导电盖子2边缘0.5～1mm处，需要说明的是此处距离边缘的距离作为安全距离。导电盖子2通过胶水24粘结注液壳体3，注液壳体3的边缘通过胶水24粘结微流控芯片基板1的边缘形成密封。试剂泡罩6和油泡罩5内均设置有铝箔。
微流控芯片基板1包括底板，底板上设置有微电极阵列21，微电极阵列21上方依次层叠设置有介电层23和疏水层22，孔注液装置中注液导管14伸出通孔，注液导管14伸出通孔的距离为0.3～0.5mm，注液通道13包括进液端和出液端，出液端设置有缺口，缺口用于导流，注液通道13有斜度，进一步地，注液通道13的斜度为5～10°，本发明中的注液通道13通常具有一定斜度，方向朝向电极，且注液通道13可以是直孔、斜孔、螺旋孔或装配至注液柱10的管状配件等，通道的形状不限于圆形，能使注液柱10上方与芯片间隙腔贯通即可，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种孔注液装置的注液方法，所述注液方法包括：
注液时，注液柱10不断进入试剂泡罩6内，试剂泡罩6内的液体受到挤压，试剂泡罩6在下压过程中和注液柱10形成密封并被尖刺部件刺破，通过注液通道13流入微流控芯片的封闭环形空腔16，调整微电极阵列21的电压，从而使流入封闭环形空腔16的液体到达指定位置；
注油时，注油柱不断进入油泡罩5内，油泡罩5内的液体受到挤压，油泡罩5在下压过程中和注油柱形成密封并被尖刺部件刺破，通过进油孔18流入微流控芯片的封闭环形空腔16，调整微电极阵列21的电压，从而使流入封闭环形空腔16的油到达指定位置。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于微流控芯片的孔注液装置，其特征在于，所述孔注液装置包括由下至上依次层叠的微流控芯片基板、导电盖子和注液壳体，所述微流控芯片基板上设置有注液导管、排气导管和进油导管；
所述注液壳体包括注油腔、样本定量腔和并列设置的至少一个注液腔，所述注油腔、样本定量腔和注液腔上分别设置有油泡罩、样本定量塞和试剂泡罩，每个所述注液腔内均设置有连接注液导管的注液柱，每个所述注液导管汇总形成注液通道；
所述注液壳体上开设有至少一个排气孔，所述的排气孔连接排气导管，所述注油腔内设置有注油柱，所述注油柱连接所述进油导管，所述注油腔和注液腔表面均对应设置有尖刺部件。
2.根据权利要求1所述的孔注液装置，其特征在于，所述微流控芯片基板和导电盖子采用间隙胶连接，所述间隙胶环向设置于微流控芯片基板和导电盖子之间，所述微流控芯片基板、导电盖子和间隙胶之间形成封闭环形空腔。
3.根据权利要求1或2所述的孔注液装置，其特征在于，所述导电盖子为透明导电盖子；
优选地，所述导电盖子的材质为玻璃，进一步优选为IT0玻璃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的孔注液装置，其特征在于，所述导电盖子上开设有通孔，所述通孔设置于所述封闭环形空腔内，所述通孔包括进液孔、进样孔、进油孔和排气孔，所述进液孔、进油孔和排气孔分别和所述注液导管、进油导管和排气导管对准装配。
5.根据权利要求4所述的孔注液装置，其特征在于，所述通孔设置于距离导电盖子边缘0.5～1mm处。
6.根据权利要求1-5任一项所述的孔注液装置，其特征在于，所述导电盖子通过胶水粘结注液壳体，所述注液壳体的边缘通过胶水粘结所述微流控芯片基板的边缘形成密封。
7.根据权利要求1-6任一项所述的孔注液装置，其特征在于，所述微流控芯片基板包括底板，所述底板上设置有微电极阵列，所述微电极阵列上方依次层叠设置有介电层和疏水层。
8.根据权利要求1-7任一项所述的孔注液装置，其特征在于，所述孔注液装置中注液导管伸出所述通孔；
优选地，所述注液导管伸出所述通孔的距离为0.3～0.5mm；
优选地，所述注液通道包括进液端和出液端，所述出液端设置有缺口，所述缺口用于导流；
优选地，所述的注液通道有斜度；
优选地，所述注液通道的斜度为5～10°；
优选地，所述试剂泡罩和油泡罩内均设置有铝箔。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的孔注液装置的注液方法，其特征在于，所述注液方法包括：
注液时，注液柱不断进入试剂泡罩内，试剂泡罩内的液体受到挤压，试剂泡罩在下压过程中和注液柱形成密封并被尖刺部件刺破，通过注液通道流入微流控芯片的封闭环形空腔，调整微电极阵列的电压，从而使流入封闭环形空腔的液体到达指定位置；
注油时，注油柱不断进入油泡罩内，油泡罩内的液体受到挤压，油泡罩在下压过程中和注油柱形成密封并被尖刺部件刺破，通过进油孔流入微流控芯片的封闭环形空腔，调整微电极阵列的电压，从而使流入封闭环形空腔的油到达指定位置。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述的孔注液装置的用途，其特征在于，所述孔注液装置用于数字微流控芯片领域。
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