CN114160223A - 微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流控芯片，包括芯片本体，芯片本体包括芯片上部及芯片底部，芯片上部上构造有第一腔室、第二腔室，芯片底部上构造有第一反应腔及第二反应腔，第一腔室内装设有第一推杆组件，第二腔室内设有泄压组件，当施加朝向芯片底部一侧的力于第一推杆组件上时，第一腔室内的流体能够进入第一反应腔内并经由第二腔室进入第二反应腔内，泄压组件包括疏水透气垫片，以能够在第二反应腔的流体充满后，流体中的气体和/或液体能够从泄压组件进入泄压组件远离芯片底部一侧的第二腔室内。本发明，能够使传输流体中的气体被排出，从而有效防止流体内的气泡产生，从而有效提高反应检测质量，保证检测结果的精准。

Description

微流控芯片

技术领域

本发明属于微流控芯片设计技术领域，具体涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控(microfluidics)是一种控制微小体积流体从而实现各种微尺度物理、化学及生物过程的技术。微流控可以将很多实验室中进行的反应集成到微流控芯片上，因此在很多场景下被称为芯片上的实验室。在一些特定情况下所处理的流体的体积也可以更大或更小。微流控芯片中通常具有一个或多个的流体通道。在外部压力、密度、重力、表面张力、毛细作用、机械作用等不同作用机理的作用下，流体可以在微流控芯片的流道内进行传输。

微流控芯片上可以实现各种不同机理的生物化学反应，进行分子、细胞以及组织层面的分析和研究。例如，可以在微流控芯片上通过聚合酶链反应(polymerasechainreaction，PCR)实现对特定核酸序列的扩增和检测；再如，可以在微流控芯片上通过酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)对特定的蛋白进行检测。微流控芯片也可以进行细胞培养从而研究细胞对不同生物化学物质的反应。其中微流控芯片上的流体可以是液体，也可以是气体。目前的大多数传输方式装置复杂、成本高昂、流体实现困难，对于外置的自动化设备也同样地提高了成本与制造难度。在微流控芯片的流体传输的过程中，在一些情况下液体流体会产生气泡、充不满腔室等流体的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微流控芯片，能够使传输流体中的气体被排出，从而有效防止所述流体内的气泡产生，从而有效提高反应检测质量，保证检测结果的精准。

为了解决上述问题，本发明提供一种微流控芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括芯片上部及芯片底部，所述芯片上部上构造有第一腔室、第二腔室，所述芯片底部上构造有第一反应腔及第二反应腔，所述第一腔室内装设有第一推杆组件，所述第二腔室内设有泄压组件，当施加朝向所述芯片底部一侧的力于所述第一推杆组件上时，所述第一腔室内的流体能够进入所述第一反应腔内并经由所述第二腔室进入所述第二反应腔内，所述泄压组件包括疏水透气垫片，以能够在所述第二反应腔的流体充满后，所述流体中的气体和/或液体能够从所述泄压组件进入所述泄压组件远离所述芯片底部一侧的所述第二腔室内。

在一些实施方式中，所述泄压组件包括泄压胶塞，所述泄压胶塞为中空筒状结构，所述疏水透气垫片为填充于所述中空筒状结构内的圆柱形。

在一些实施方式中，所述芯片上部与所述芯片底部之间设有弹性膜，所述弹性膜上构造有第一单向阀、第二单向阀及第一流通孔，所述第一流通孔的位置与所述第一腔室对应，所述第一单向阀以及所述第二单向阀的位置同时与所述第二腔室对应，所述第一单向阀仅允许流体从所述第一反应腔向所述第二腔室的单向流动，所述第二单向阀仅允许流体从所述第二腔室向所述第二反应腔的单向流动。

在一些实施方式中，所述第一流通孔内设有疏水膜。

在一些实施方式中，所述芯片上部上还构造有加样腔，所述弹性膜上还构造有第三单向阀，所述第三单向阀仅允许流体从所述加样腔向所述第一反应腔的单向流动。

在一些实施方式中，所述芯片上部上还构造有第三腔室，所述第三腔室内装设有第二推杆组件，当施加朝向所述芯片底部一侧的力于所述第二推杆组件上时，所述第三腔室内的流体能够进入所述第二反应腔内。

在一些实施方式中，所述芯片上部上还构造有第四腔室，所述弹性膜上还构造有第四单向阀，所述第四单向阀的位置同时与所述第四腔室对应，且所述第四单向阀仅允许流体从所述第二反应腔向所述第四腔室的单向流动；和/或，所述弹性膜上还构造有第二流通孔，所述第二流通孔设有疏水膜。

在一些实施方式中，所述芯片上部上还构造有第五腔室，所述弹性膜上还构造有第五单向阀、第六单向阀，所述芯片底部上还构造有连通腔，所述第五单向阀的位置与所述第四腔室对应，所述第六单向阀的位置与所述第五腔室对应，所述第五单向阀仅允许流体从所述第四腔室向所述连通腔的单向流动，所述第六单向阀仅允许流体从所述连通腔向所述第五腔室的单向流动。

在一些实施方式中，所述第一推杆组件和/或第二推杆组件包括推杆以及处于所述推杆的末端的推杆胶塞，所述推杆胶塞的外圆周壁与相应的腔室之间接触密封。

在一些实施方式中，所述推杆胶塞的内侧嵌装有硬质垫片。

本发明提供的一种微流控芯片，通过在所述第一反应腔与所述第二反应腔之间的第二腔室内设置具有所述疏水透气垫片的泄压组件，能够使传输流体中的气体被排出，从而有效防止所述流体内的气泡产生，从而有效提高反应检测质量，保证检测结果的精准。

附图说明

图1为本发明实施例的微流控芯片的结构分解示意图；

图2为图1中的泄压组件的剖面图；

图3为图1中的弹性膜的立体结构示意图；

图4为图1中的芯片底部的立体结构示意图；

图5为图1中的第一推杆组件或者第二推杆组件的结构分解图；

图6示出了第一推杆组件下压时流体(样本及试剂混合流体)由第一反应腔向第二腔室传输的状态图，此时第一单向阀尚未被开启；

图7示出了第一推杆组件下压时流体(样本及试剂混合流体)由第一反应腔向第二腔室传输的状态图，此时第一单向阀已被开启，第二单向阀尚未被开启，在这一过程中，流体内的气体由泄压组件的疏水透气垫片排出至第二腔室远离芯片底部的一侧；

图8示出了第一推杆组件下压时流体(样本及试剂混合流体)由第一反应腔向第二腔室、第二反应腔传输的状态图，此时第一单向阀、第二单向阀皆被开启；

图9示出了第一推杆组件下压时流体(样本及试剂混合流体)由第一反应腔向第二腔室、第二反应腔传输的状态图，此时第一单向阀、第二单向阀皆被开启，且第二反应腔已被流体充满，流体压力增大进而由泄压组件的疏水透气垫片排出至第二腔室远离芯片底部的一侧，实现第二反应腔的定量；

图10示出了第一推杆组件下压时流体(样本及试剂混合流体)由第一反应腔向第二腔室、第二反应腔传输完毕的状态图。

附图标记表示为：

11、芯片上部；111、第一腔室；112、第二腔室；113、加样腔；1131、密封塞；114、第三腔室；115、第四腔室；116、第五腔室；12、芯片底部；121、第一反应腔；122、第二反应腔；123、连通腔；21、第一推杆组件；22、第二推杆组件；23、推杆；24、推杆胶塞；25、硬质垫片；3、弹性膜；31、第一单向阀；32、第二单向阀；33、第一流通孔；34、第三单向阀；35、第四单向阀；36、第五单向阀；37、第六单向阀；38、第二流通孔；4、泄压组件；41、疏水透气垫片；42、泄压胶塞。

具体实施方式

结合参见图1至图10所示，根据本发明的实施例，提供一种微流控芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括芯片上部11及芯片底部12，所述芯片上部11上构造有第一腔室111、第二腔室112，所述芯片底部12上构造有第一反应腔121及第二反应腔122，所述第一腔室111内装设有第一推杆组件21，所述第二腔室112内设有泄压组件4，当施加朝向所述芯片底部12一侧的力于所述第一推杆组件21上时，所述第一腔室111内的流体能够进入所述第一反应腔121内并经由所述第二腔室112进入所述第二反应腔122内，所述泄压组件4包括疏水透气垫片41，以能够在所述第二反应腔122的流体充满后，所述流体中的气体和/或液体能够从所述泄压组件4进入所述泄压组件4远离所述芯片底部12一侧的所述第二腔室112内。该技术方案中，通过在所述第一反应腔121与所述第二反应腔122之间的第二腔室112内设置具有所述疏水透气垫片41的泄压组件，能够使传输流体中的气体被排出，从而有效防止所述流体内的气泡产生，从而有效提高反应检测质量，保证检测结果的精准。需要说明的是，所述疏水透气垫片41在流体的压力增大至一定数值后，其疏水作用将被破坏，此时流体(液体)将通过所述疏水透气垫片41，从而实现液体流体的泄压，如图9及图10所示出的状态。

所述泄压组件4包括泄压胶塞42，所述泄压胶塞42为中空筒状结构，所述疏水透气垫片41为填充于所述中空筒状结构内的圆柱形，所述泄压胶塞42具有较大的变形能力，能够与所述第二腔室112的内腔壁紧密贴合，防止下方的流体从两者之间渗漏。

在一些实施方式中，所述芯片上部11与所述芯片底部12之间设有弹性膜3，所述弹性膜3上构造有第一单向阀31、第二单向阀32及第一流通孔33，所述第一流通孔33的位置与所述第一腔室111对应，所述第一单向阀31以及所述第二单向阀32的位置同时与所述第二腔室112对应，所述第一单向阀31仅允许流体从所述第一反应腔121向所述第二腔室112的单向流动，所述第二单向阀32仅允许流体从所述第二腔室112向所述第二反应腔122的单向流动，通过设置所述第一单向阀31及第二单向阀32，能够对所述第一反应腔121内的流体被可控地传输至所述第二反应腔122内，传输过程中不发生回流，保证流体的传输效果。需要说明的，所述疏水透气垫片41的透水开启压力应大于所述弹性膜3上的单向阀的开启压力，以保证所述疏水透气垫片41的疏水透气效果。

在一些实施方式中，所述芯片上部11上还构造有加样腔113，用于检测样本的加入，其腔口上在加样完毕后将被密封塞1131密封，而需要说明的是，所述密封塞1131具有伸入所述加样腔113内的凸起密封柱，其延伸长度足够大以能够利用密封的过程将其内的样本推注入所述第一反应腔121内，所述弹性膜3上还构造有第三单向阀34，所述第三单向阀34仅允许流体从所述加样腔113向所述第一反应腔121的单向流动，此时所述密封塞1131的密封下推作用能够将所述第三单向阀34打开，从而实现样本在加样后密封过程中进入第一反应腔121内，无需单独设置相应的加样推注或者抽注结构，结构简单、紧凑。

所述芯片上部11上还构造有第三腔室114，所述第三腔室114内装设有第二推杆组件22，当施加朝向所述芯片底部12一侧的力于所述第二推杆组件22上时，所述第三腔室114内的流体能够进入所述第二反应腔122内，进一步的，所述芯片上部11上还构造有第四腔室115，所述弹性膜3上还构造有第四单向阀35，所述第四单向阀35的位置同时与所述第四腔室115对应，且所述第四单向阀35仅允许流体从所述第二反应腔122向所述第四腔室115的单向流动，更进一步的，所述芯片上部11上还构造有第五腔室116，所述弹性膜3上还构造有第五单向阀36、第六单向阀37，所述芯片底部12上还构造有连通腔123，所述第五单向阀36的位置与所述第四腔室115对应，所述第六单向阀37的位置与所述第五腔室116对应，所述第五单向阀36仅允许流体从所述第四腔室115向所述连通腔123的单向流动，所述第六单向阀37仅允许流体从所述连通腔123向所述第五腔室116的单向流动。如此，所述芯片本体上具有更多的腔室，能够提供足够多的存储空间，对样本存储、反应试剂存储、反应后样本废液存储回收等形成集成，它们与所述第一反应腔121、第二反应腔122、连通腔123进行配合，从而实现整个生物样本检测过程的全流程。值得一提的是，该技术方案中，仅需要三步下压操作，便可实现“样本入，结果出”，具体的，第一步是加样完毕后采用所述密封塞1131的密封下压过程，实现样本进入所述第一反应腔121内，第二步则是下压第一推杆组件21，实现第一腔室111内的试剂进入所述第一反应腔121，并实现流体由第一反应腔121向第二反应腔122内转移，这一过程中在所述泄压组件4的作用下能够实现传输的无气泡与定量传输效果；第三步则是下压第二推杆组件22，实现第三腔室114内的试剂进入所述第二反应腔122，并能够进入第四腔室115，最终进入第五腔室116。

所述弹性膜3上还构造有第二流通孔38，所述第一流通孔33及第二流通孔38内皆设有疏水膜。

在一些实施方式中，所述第一推杆组件21和/或第二推杆组件22包括推杆23以及处于所述推杆23的末端(具有卡槽)的推杆胶塞24，所述推杆胶塞24的外圆周壁与相应的腔室之间接触密封，起到密封作用。所述推杆胶塞24的内侧最好嵌装有硬质垫片25，使所述推杆胶塞24受到压力时受力均匀，实现可与自动化仪器配合的自动化操作。

以下结合图6至图10对本发明的技术方案进一步进行阐述。

本发明技术方案的微流控芯片可以实现对多种生物试剂的保存与传输，在生物反应过程中需要将多种生物物质依次加入反应管内以实现不同的处理和反应，在这里给出一种常见的液体依次传输的实施方式，将第一反应腔121的反应液传输到到第二反应腔122，该结构根据需求可以实现更多的反应液的传输，原理类似，具体实施方式为：

(1)将反应液装在第一反应腔121中，此时，因为反应液充满了第一反应腔121，反应液是定量的。芯片上部11与芯片底部12键合，实现了对腔室的密封，如图6所示；

(2)向下推动第一推杆组件21，随其下压，反应液会打开第一单向阀31，之后来到泄压组件4处，如图7所示；

(3)继续向下推动第一推杆组件21，反应液会打开第二单向阀32，传输到第二反应腔122，如图8所示；

(4)继续推动第一推杆组件21，反应液将第二反应腔122充满，此时泄压组件4到达所承受液体压力临界值，多余的反应液透过疏水透气垫片41，释放到疏水透气垫片41远离芯片底部12的一侧，如图9所示；

(5)继续向下推动第一推杆组件21，第一推杆组件21推到底部，多余的压力与反应液完全释放到疏水透气垫片41远离芯片底部12的一侧，如图10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 (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括芯片本体，所述芯片本体包括芯片上部(11)及芯片底部(12)，所述芯片上部(11)上构造有第一腔室(111)、第二腔室(112)，所述芯片底部(12)上构造有第一反应腔(121)及第二反应腔(122)，所述第一腔室(111)内装设有第一推杆组件(21)，所述第二腔室(112)内设有泄压组件(4)，当施加朝向所述芯片底部(12)一侧的力于所述第一推杆组件(21)上时，所述第一腔室(111)内的流体能够进入所述第一反应腔(121)内并经由所述第二腔室(112)进入所述第二反应腔(122)内，所述泄压组件(4)包括疏水透气垫片(41)，以能够在所述第二反应腔(122)的流体充满后，所述流体中的气体和/或液体能够从所述泄压组件(4)进入所述泄压组件(4)远离所述芯片底部(12)一侧的所述第二腔室(112)内。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述泄压组件(4)包括泄压胶塞(42)，所述泄压胶塞(42)为中空筒状结构，所述疏水透气垫片(41)为填充于所述中空筒状结构内的圆柱形。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片上部(11)与所述芯片底部(12)之间设有弹性膜(3)，所述弹性膜(3)上构造有第一单向阀(31)、第二单向阀(32)及第一流通孔(33)，所述第一流通孔(33)的位置与所述第一腔室(111)对应，所述第一单向阀(31)以及所述第二单向阀(32)的位置同时与所述第二腔室(112)对应，所述第一单向阀(31)仅允许流体从所述第一反应腔(121)向所述第二腔室(112)的单向流动，所述第二单向阀(32)仅允许流体从所述第二腔室(112)向所述第二反应腔(122)的单向流动。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流通孔(33)内设有疏水膜。

5.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片上部(11)上还构造有加样腔(113)，所述弹性膜(3)上还构造有第三单向阀(34)，所述第三单向阀(34)仅允许流体从所述加样腔(113)向所述第一反应腔(121)的单向流动。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片上部(11)上还构造有第三腔室(114)，所述第三腔室(114)内装设有第二推杆组件(22)，当施加朝向所述芯片底部(12)一侧的力于所述第二推杆组件(22)上时，所述第三腔室(114)内的流体能够进入所述第二反应腔(122)内。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片上部(11)上还构造有第四腔室(115)，所述弹性膜(3)上还构造有第四单向阀(35)，所述第四单向阀(35)的位置同时与所述第四腔室(115)对应，且所述第四单向阀(35)仅允许流体从所述第二反应腔(122)向所述第四腔室(115)的单向流动；和/或，所述弹性膜(3)上还构造有第二流通孔(38)，所述第二流通孔(38)设有疏水膜。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片上部(11)上还构造有第五腔室(116)，所述弹性膜(3)上还构造有第五单向阀(36)、第六单向阀(37)，所述芯片底部(12)上还构造有连通腔(123)，所述第五单向阀(36)的位置与所述第四腔室(115)对应，所述第六单向阀(37)的位置与所述第五腔室(116)对应，所述第五单向阀(36)仅允许流体从所述第四腔室(115)向所述连通腔(123)的单向流动，所述第六单向阀(37)仅允许流体从所述连通腔(123)向所述第五腔室(116)的单向流动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一推杆组件(21)和/或第二推杆组件(22)包括推杆(23)以及处于所述推杆(23)的末端的推杆胶塞(24)，所述推杆胶塞(24)的外圆周壁与相应的腔室之间接触密封。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，所述推杆胶塞(24)的内侧嵌装有硬质垫片(25)。

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