CN114280314B - 一种化学发光免疫分析的微流控芯片、分析系统及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学发光免疫分析的微流控芯片，属于体外诊断技术领域，由芯片基板、吸水棉及密封盖板组成，设置有加样混匀洗脱区、毛细微阀控制区及废液回收区，在加样混匀洗脱区设计有至少3个封闭气泡区，将毛细微阀控制区设计成毛细微阀结构。本发明还提供一种化学发光免疫分析的分析系统，包括自动移液模组、温控模组、芯片水平移动模组、超声混匀模组、自动洗脱模组、底物加注模组、发光检测模组和微流控芯片，还原了目前实验室大型化学发光分析仪的前处理、反应及检测的操作步骤。本发明还提供了一种化学发光免疫分析的分析方法，采用一步分离法或两步分离法，操作简单，检测速度快，检测灵敏度高，微流控芯片成本低，容易实现自动化。

Description

一种化学发光免疫分析的微流控芯片、分析系统及分析方法

技术领域

本发明属于体外诊断技术领域，涉及一种化学发光免疫分析的微流控芯片、分析系统及分析方法。

背景技术

在免疫诊断领域，当前的主要免疫学技术包括：1）胶体金法；2）酶联免疫法（ELISA）；3）化学发光方法。其中，胶体金技术是利用胶体金颗粒或胶乳颗粒作为标记示踪物，以夹心法为检测原理，硝酸纤维素膜作为载体，当样本中存在抗原时，抗原能够结合胶体金或胶乳标记的抗体，层析至检测带时被抗体固定在检测带上，检测带上有T线显示，是一种肉眼可视化快速检测技术，但是检测灵敏度较低，只能进行定性判断，无法定量检测。酶联免疫技术与胶体金技术类似，示踪物为辣根过氧化物酶，灵敏度较胶体金要高，但是操作繁琐，对操作者的要求较高，目前已经逐渐被自动化、快速的方法取代。化学发光检测技术目前已经成为了免疫诊断的主流技术平台，成为是推动体外诊断行业发展的一大动力，其中以磁微粒为代表的化学发光检测技术在灵敏度、单样本测试时间、检测范围以及仪器自动化方面均有较大的优势。但是存在仪器体积庞大，仪器成本高、自动化水平和操作要求高等不足，主要是适用于医院检验科等多大样本量的检测场景，比较难实现现场快速即时检测。

微流控芯片（Microfluidic Chips）通过采用微细加工技术，将微通道网络结构及其他功能元件集成在数平方厘米的基片上，通过微通道中的流体进行控制，以实现进样、稀释、混合、反应、分离、检测等多种功能的分析系统，具有微型化、集成化、分析速度快、试剂消耗少等显著优点。但是目前基于微流控芯片技术的化学发光免疫检测方法中，反应物的快速有效孵育混匀和高效简便洗脱至关重要，其直接影响到检测时间的缩短和检测灵敏度的提高。目前主流的孵育混匀技术主要分为被动混合（例如交错的人字形混合器）和主动混合方式。主动混合方式包括机械接触式混合方式，电渗混合方式，超声混合方式等。而在洗脱未结合的样本过程中目前主要包括：1）采用主动驱动（例如机械力、离心力、电渗力等）液体流动并配合微阀开关（例如机械阀门、气动阀门等）来达到洗脱效果的，缺点是仪器成本高，动作复杂，微阀开关不方便与芯片进行集成；2）自驱动式（例如毛细力）的流体控制配合被动阀门（例如疏水界面），缺点是流体控制不稳定，无法实现持续多次洗脱过程。

发明内容

有鉴于此，针对目前微流控芯片在化学发光免疫检测过程中存在的问题，本发明提供一种化学发光免疫分析的微流控芯片、分析系统及分析方法，基于超声气泡的混匀方式，通过设置芯片中气泡的位置和结构，设置超声的驱动频率和芯片结构提高样本混匀效率和速度，同时提出一种基于按压式毛细微阀的结构，并配合自动移液模组多次液体添加的方式实现在芯片上的稳定、低成本洗脱过程。

为实现上述目的，本发明提供一种化学发光免疫分析的微流控芯片，包括芯片基板、吸水棉和密封盖板；

所述芯片基板包括加样混匀洗脱区、毛细微阀控制区和废液回收区；所述加样混匀洗脱区包括加样口、底孔和若干封闭气泡区；

所述底孔、若干封闭气泡区、毛细微阀控制区和废液回收区均设置在所述芯片基板的背面，所述加样口设置于所述芯片基板的正面，所述加样口为中空圆柱形状，并采用倒角至下端的结构使其下端的尺寸与所述底孔的尺寸相同；

所述底孔与每个封闭气泡区之间均设有流道，所述底孔与所述废液回收区之间也设有流道，并通过所述毛细微阀控制区控制液体是否流入所述废液回收区；所述毛细微阀控制区为按压式的毛细微阀，采用流道突扩处结构，液体在此处形成毛细壁垒而停顿下来；按压微阀的突扩位置时，液体通过突扩点进入所述废液回收区，抬起微阀的突扩位置时，膜片恢复液体停止进入所述废液回收区；

所述吸水棉与所述废液回收区的形状尺寸匹配，所述吸水棉置于所述废液回收区内，所述芯片基板与所述密封盖板键合密封。

优选地， 流道突扩处结构中，流道的突扩比为1:5-1:10，突扩角度大于120°。

优选地，所述芯片基板的材质为黑色不透光的高分子材料，用于减少外界杂散光对化学发光检测的影响；

所述吸水棉的材质为多孔质均匀的材料，能控制吸水的速度，保证匀速的吸水效果，减少洗脱过程的磁珠损失率和洗脱液的残留量；

所述密封盖板采用可以形变的透光薄膜，在外界压力作用下，可以发生弹性变形，当外界压力释放后，薄膜的形变又可以恢复。

优选地，封闭气泡区的数量不少于3个，采用矩形结构，或圆形结构，或倒三角形结构，或其他突扩结构；

当采用矩形结构时，矩形的长宽比为3:1-5:1。

优选地，所述加样口的内径为3-5mm，所述加样口采用倒角30°-45°至下端的结构，所述底孔的直经为1-3mm。

本发明还提供一种化学发光免疫分析的分析系统，包括如上所述的微流控芯片，还包括自动移液模组、温控模组、芯片水平移动模组、超声混匀模组、自动洗脱模组、底物加注模组、发光检测模组；

所述温控模组为密封的腔体，所述超声混匀模组、自动洗脱模组、发光检测模组、芯片水平移动模组和微流控芯片均置于腔体内，所述自动移液模组和底物加注模组位于腔体外；所述温控模组用于将所述微流控芯片周围的环境温度维持在温度为37±0.3℃；

所述芯片水平移动模组用于实现所述微流控芯片的水平运动，驱动所述微流控芯片运动到6个状态位置，分别是芯片放入取出位、加样位、超声混匀位、自动洗脱位、底物加注位和发光检测位；

所述自动移液模组用于往所述加样口中加入定量的样本、包被的磁珠缓冲液、标记的抗体缓冲液和洗脱液；所述底物加注模组用于往所述加样口中加入定量的发光底物；

所述超声混匀模组包括超声发生器和超声控制器，用于产生一定强度和一定频率的超声波，进而对封闭气泡区和底孔内的液体进行超声气泡混匀；其中，所述超声发生器距离所述微流控芯片的底部小于1mm；

所述自动洗脱模组由强磁铁、按压头和垂直运动机构组成；所述强磁铁用于磁分离洗脱过程中吸住磁珠，防止磁珠丢失；所述按压头用于按压毛细微阀的突扩位置，实现洗脱液进入所述废液回收区；洗脱工作时，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁和按压头垂直运动到接触所述微流控芯片的指定位置，此时，所述磁铁位于所述加样口的正下方，所述按压头接触毛细微阀的突扩位置；洗脱完成后，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁和按压头脱离所述微流控芯片的指定位置；

所述发光检测模组包括PMT检测器，用于检测化学发光强度。

优选地，所述芯片水平移动模组包括托架，所述托架用于放置所述微流控芯片，所述芯片水平移动模组采用丝杆电机或同步带驱动所述托架和微流控芯片整体进行水平运动；

在所述托架上设置还设有芯片的定位和压紧装置，使所述微流控芯片定位到某个状态位置并压紧固定。

优选地，所述自动移液模组包括采样针，以及驱动所述采样针运动的采样针运动装置，所述采样针运动装置用于实现所述采样针上下和水平运动，或者上下和旋转运动；

控制所述自动移液模组往所述加样口加入样本的加样量为10-20μL。

本发明还提供一种采用如上所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，采用一步分离法，包括以下步骤：

S11：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S12：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S13：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入标记的抗体；

S14：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S15：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S16：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S17：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到底物加注位，通过所述底物加注模组往所述加样口中添加发光底物；

S18：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到发光检测位，通过所述发光检测模组对所述加样口进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。

本发明提供另一种采用如上所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，采用二步分离法，包括以下步骤：

S21：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S22：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S23：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S24：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S25：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入标记的抗体；

S26：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S27: 所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S28：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S29：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到底物加注位，通过所述底物加注模组往所述加样口中添加发光底物;

S30：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到发光检测位，通过所述发光检测模组对所述加样口进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。

本发明采用上述技术方案的优点是：

1）本发明的化学发光免疫检测微流控芯片，由芯片基板、吸水棉及密封盖板组成，设置有加样混匀洗脱区、毛细微阀控制区及废液回收区，可以在芯片上实现样本添加、孵育、超声气泡混匀，多次自动洗脱和发光检测等功能；

在加样混匀洗脱区设计有3个或多个封闭气泡区，在超声混匀模组的激发下，可以显著提高混匀效率和混匀质量，可以实现样本快速混匀，缩短反应时间，提高检测效率；

将毛细微阀控制区设计成毛细微阀结构，只需要按压芯片的毛细微阀的触发点即可控制洗脱液的运动，其方法具有操作简单，控制方便，可以自动控制液体的洗脱过程，并且可以实现多次重复的洗脱，减少非特异性吸附对测试结果的影响，从而提高检测的灵敏度；

通过在废液回收区域加载多孔质吸水棉，可以调节吸液能力和吸液速度，减少磁珠的丢失量和残留液量。

2）本发明的化学发光免疫分析的分析系统，包括还包括自动移液模组、温控模组、芯片水平移动模组、超声混匀模组、自动洗脱模组、底物加注模组、发光检测模组和上述微流控芯片，尽可能的还原了目前实验室大型化学发光分析仪的前处理、反应及检测的所有操作步骤，可以显著提高目前化学发光POCT仪器的检测灵敏度。

3）本发明的化学发光免疫分析的分析方法，采用上述分析系统进行分析，可以采用一步分离法或两步分离法，操作简单，检测速度快，检测灵敏度高，微流控芯片成本低，容易实现自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的化学发光免疫分析的微流控芯片的结构示意图；

图2为图1中芯片基板的正面结构示意图；

图3为图1中芯片基板的背面结构示意图；

图4为芯片基板中封闭气泡区的结构示意图，图中为圆形结构和矩形结构示意图；

图5为图1中芯片基板的剖视图；

图6为本发明的化学发光免疫分析的分析系统的结构示意图；

附图标记说明：1-芯片基板；2-吸水棉；3-密封盖板；12-毛细微阀控制区；13-废液回收区；111-加样口；112-底孔；113-若干封闭气泡区；100-微流控芯片；200-还包括自动移液模组；210-采样针；220-采样针运动装置；300-温控模组；400-芯片水平移动模组；410-托架；500-超声混匀模组；600-自动洗脱模组；610-强磁铁；620-按压头；700-底物加注模组；800-发光检测模组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种化学发光免疫分析的微流控芯片，如图1-4所示，包括芯片基板1、吸水棉2和密封盖板3；

所述芯片基板包括加样混匀洗脱区11、毛细微阀控制区12和废液回收区13；所述加样混匀洗脱区11包括加样口111、底孔112和若干封闭气泡区113；

所述底孔112、若干封闭气泡区113、毛细微阀控制区12和废液回收区13均设置在所述芯片基板1的背面，所述加样口111设置于所述芯片基板1的正面，所述加样口111为中空圆柱形状，并采用倒角至下端的结构使其下端的尺寸与所述底孔112的尺寸相同；

所述底孔112与每个封闭气泡区113之间均设有流道，所述底孔112与所述废液回收区13之间也设有流道，并通过所述毛细微阀控制区12控制液体是否流入所述废液回收区；所述毛细微阀控制区12为按压式的毛细微阀12，采用流道突扩处结构，液体在此处形成毛细壁垒而停顿下来；按压微阀12的突扩位置时，液体通过突扩点进入所述废液回收区，抬起微阀12的突扩位置时，膜片恢复液体停止进入所述废液回收区；

所述吸水棉2与所述废液回收区13的形状尺寸匹配，所述吸水棉2置于所述废液回收区13内，所述芯片基板1与所述密封盖板3键合密封。

优选地，毛细微阀12的流道突扩处结构中，流道的突扩比为1:5-1:10，突扩角度大于120°。

本发明提出微流控芯片设计一个突扩微流道结构，可形成一个毛细壁垒，使得反应液或者洗脱液会在此突扩断面停顿下来，当按压芯片的突扩触发点时，会减少液体在此的表面垂直方向曲率半径，从而增大了拉普拉斯压力，而使得液体突破突扩流道区域的屏障而进入废液回收区域，当不按压芯片的触发点时，液体会停止进入废液回收区域。

优选地，所述芯片基板1的材质为黑色不透光的高分子材料，例如PC或者PP材料，用于减少外界杂散光对化学发光检测的影响；

所述吸水棉2的材质为多孔质均匀的材料，优选为陶瓷或聚氨酯等多孔质材料，能控制吸水的速度，保证匀速的吸水效果，减少洗脱过程的磁珠损失率和洗脱液的残留量；

所述密封盖板3采用可以形变的透光薄膜，在外界压力作用下，可以发生弹性变形，当外界压力释放后，薄膜的形变又可以恢复。同时要求薄膜具有很好的透光性能，背景噪声低，优选PDMS材料，且厚度小于1mm。密封盖板3通过等离子方法、超声波、热压、化学处理等方式与芯片基板1键合密封。

优选地，封闭气泡区113的数量不少于3个，如图4所示，采用矩形结构，或圆形结构，或倒三角形结构，或其他突扩结构；采用突扩结构时可以防止液体在超声作用下部分液体进入到死区中；

当采用矩形结构时，矩形的长宽比优选为3:1-5:1。

优选地，所述加样口111的内径优选为3-5mm，所述加样口111采用倒角30°-45°至下端的结构，倒角结构如图5所示，所述底孔112的直经优选为1-3mm。

本发明还提供一种化学发光免疫分析的分析系统，如图6所示，包括如上所述的微流控芯片100，还包括自动移液模组200、温控模组300、芯片水平移动模组400、超声混匀模组500、自动洗脱模组600、底物加注模组700、发光检测模组800；

所述温控模组300为密封的腔体，所述超声混匀模组500、自动洗脱模组600、发光检测模组800、芯片水平移动模组400和微流控芯片100均置于腔体内，所述自动移液模组200和底物加注模组700位于腔体外；所述温控模组300用于将所述微流控芯片100周围的环境温度维持在温度为37±0.3℃；

所述芯片水平移动模组400用于实现所述微流控芯片100的水平运动，驱动所述微流控芯片100运动到6个状态位置，分别是芯片放入取出位、加样位、超声混匀位、自动洗脱位、底物加注位和发光检测位；

所述自动移液模组200用于往所述加样口中加入定量的样本、包被的磁珠缓冲液、标记的抗体缓冲液和洗脱液；所述底物加注模组700用于往所述加样口中加入定量的发光底物；

所述超声混匀模组500包括超声发生器和超声控制器，用于产生一定强度和一定频率的超声波，进而对封闭气泡区113和底孔112内的液体进行超声气泡混匀；其中，所述超声发生器距离所述微流控芯片的底部小于1mm；

所述自动洗脱模组600由强磁铁610、按压头620和垂直运动机构组成；所述强磁铁610用于磁分离洗脱过程中吸住磁珠，防止磁珠丢失；所述按压头620用于按压毛细微阀12的突扩位置，实现洗脱液进入所述废液回收区；洗脱工作时，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁610和按压头620垂直运动到接触所述微流控芯片100的指定位置，此时，所述磁铁610位于所述加样口111的正下方，所述按压头620接触毛细微阀12的突扩位置；洗脱完成后，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁610和按压头620脱离所述微流控芯片100的指定位置；

所述发光检测模组800包括PMT检测器，用于检测化学发光强度。

优选地，所述芯片水平移动模组400包括托架410，所述托架410用于放置所述微流控芯片100，所述芯片水平移动模组400采用丝杆电机或同步带驱动所述托架410和微流控芯片100整体进行水平运动；

在所述托架410上设置还设有芯片的定位和压紧装置，使所述微流控芯片100定位到某个状态位置并压紧固定。

优选地，所述自动移液模组200包括采样针210，以及驱动所述采样针运动的采样针运动装置220，所述采样针运动装置220用于实现所述采样针210上下和水平运动，或者上下和旋转运动；

控制所述自动移液模组200往所述加样口111加入样本的加样量为10-20μL。

本发明还提供一种采用如上所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，采用一步分离法，包括以下步骤：

S11：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S12：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S13：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入标记的抗体；

S14：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组500进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S15：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位，所述强磁铁610吸住所述加样口111磁珠，所述按压头620按压毛细微阀12的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区13中，从而完成洗脱过程；

S16：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S17：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到底物加注位，通过所述底物加注模组700往所述加样口111中添加发光底物；

S18：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到发光检测位，通过所述发光检测模组800对所述加样口111进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。

本发明提供另一种采用如上所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，采用二步分离法，包括以下步骤：

S21：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S22：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组500进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S23：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位，所述强磁铁610吸住所述加样口111磁珠，所述按压头620按压毛细微阀12的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区13中，从而完成洗脱过程；

S24：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S25：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中加入标记的抗体；

S26：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S27: 所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位，所述强磁铁610吸住所述加样口111磁珠，所述按压头620按压毛细微阀12的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区13中，从而完成洗脱过程；

S28：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到加样位，通过所述自动移液模组200往所述加样口111中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S29：所述芯片水平移动模组400驱动所述微流控芯片100运动到底物加注位，通过所述底物加注模组700往所述加样口111中添加发光底物，

S30：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到发光检测位，通过所述发光检测模组800对所述加样口111进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。

本发明采用上述技术方案的优点是：

1）本发明的化学发光免疫检测微流控芯片，由芯片基板、吸水棉及密封盖板组成，设置有加样混匀洗脱区、毛细微阀控制区及废液回收区，可以在芯片上实现样本添加、孵育、超声气泡混匀，多次自动洗脱和发光检测等功能；

在加样混匀洗脱区设计有3个或多个封闭气泡区，在超声混匀模组的激发下，可以显著提高混匀效率和混匀质量，可以实现样本快速混匀，缩短反应时间，提高检测效率；

将毛细微阀控制区设计成毛细微阀结构，只需要按压芯片的毛细微阀的触发点即可控制洗脱液的运动，其方法具有操作简单，控制方便，可以自动控制液体的洗脱过程，并且可以实现多次重复的洗脱，减少非特异性吸附对测试结果的影响，从而提高检测的灵敏度；

通过在废液回收区域加载多孔质吸水棉，可以调节吸液能力和吸液速度，减少磁珠的丢失量和残留液量。

2）本发明的化学发光免疫分析的分析系统，包括还包括自动移液模组、温控模组、芯片水平移动模组、超声混匀模组、自动洗脱模组、底物加注模组、发光检测模组和上述微流控芯片，尽可能的还原了目前实验室大型化学发光分析仪的前处理、反应及检测的所有操作步骤，可以显著提高目前化学发光POCT仪器的检测灵敏度。

3）本发明的化学发光免疫分析的分析方法，采用上述分析系统进行分析，可以采用一步分离法或两步分离法，操作简单，检测速度快，检测灵敏度高，微流控芯片成本低，容易实现自动化。

以上所述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。

Claims (9)

1.一种化学发光免疫分析的微流控芯片，其特征在于，包括芯片基板、吸水棉和密封盖板；

所述芯片基板包括加样混匀洗脱区、毛细微阀控制区和废液回收区；所述加样混匀洗脱区包括加样口、底孔和若干封闭气泡区；

所述底孔、若干封闭气泡区、毛细微阀控制区和废液回收区均设置在所述芯片基板的背面，所述加样口设置于所述芯片基板的正面，所述加样口为中空圆柱形状，并采用倒角至下端的结构使其下端的尺寸与所述底孔的尺寸相同；

所述底孔与每个封闭气泡区之间均设有流道，所述底孔与所述废液回收区之间也设有流道，并通过所述毛细微阀控制区控制液体是否流入所述废液回收区；所述毛细微阀控制区为按压式的毛细微阀，采用流道突扩处结构，液体在此处形成毛细壁垒而停顿下来；按压微阀的突扩位置时，液体通过突扩点进入所述废液回收区，抬起微阀的突扩位置时，膜片恢复液体停止进入所述废液回收区；

所述吸水棉与所述废液回收区的形状尺寸匹配，所述吸水棉置于所述废液回收区内，所述芯片基板与所述密封盖板键合密封；

流道突扩处结构中，流道的突扩比为1:5-1:10，突扩角度大于120°。

2.根据权利要求1所述的化学发光免疫分析的微流控芯片，其特征在于，所述芯片基板的材质为黑色不透光的高分子材料，用于减少外界杂散光对化学发光检测的影响；

所述吸水棉的材质为多孔质均匀的材料，能控制吸水的速度，保证匀速的吸水效果，减少洗脱过程的磁珠损失率和洗脱液的残留量；

所述密封盖板采用可以形变的透光薄膜，在外界压力作用下，可以发生弹性变形，当外界压力释放后，薄膜的形变又可以恢复。

3.根据权利要求1所述的化学发光免疫分析的微流控芯片，其特征在于，封闭气泡区的数量不少于3个，采用矩形结构，或圆形结构，或倒三角形结构；

当采用矩形结构时，矩形的长宽比为3:1-5:1。

4.根据权利要求1所述的化学发光免疫分析的微流控芯片，其特征在于，所述加样口的内径为3-5mm，所述加样口采用倒角30°-45°至下端的结构，所述底孔的直经为1-3mm。

5.一种化学发光免疫分析的分析系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的微流控芯片，还包括自动移液模组、温控模组、芯片水平移动模组、超声混匀模组、自动洗脱模组、底物加注模组、发光检测模组；

所述温控模组为密封的腔体，所述超声混匀模组、自动洗脱模组、发光检测模组、芯片水平移动模组和微流控芯片均置于腔体内，所述自动移液模组和底物加注模组位于腔体外；所述温控模组用于将所述微流控芯片周围的环境温度维持在温度为37±0.3℃；

所述芯片水平移动模组用于实现所述微流控芯片的水平运动，驱动所述微流控芯片运动到6个状态位置，分别是芯片放入取出位、加样位、超声混匀位、自动洗脱位、底物加注位和发光检测位；

所述自动移液模组用于往所述加样口中加入定量的样本、包被的磁珠缓冲液、标记的抗体缓冲液和洗脱液；所述底物加注模组用于往所述加样口中加入定量的发光底物；

所述超声混匀模组包括超声发生器和超声控制器，用于产生一定强度和一定频率的超声波，进而对封闭气泡区和所述底孔内的液体进行超声气泡混匀；其中，所述超声发生器距离所述微流控芯片的底部小于1mm；

所述自动洗脱模组由强磁铁、按压头和垂直运动机构组成；所述强磁铁用于磁分离洗脱过程中吸住磁珠，防止磁珠丢失；所述按压头用于按压毛细微阀的突扩位置，实现洗脱液进入所述废液回收区；洗脱工作时，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁和按压头垂直运动到接触所述微流控芯片的指定位置，此时，所述磁铁位于所述加样口的正下方，所述按压头接触毛细微阀的突扩位置；洗脱完成后，所述垂直运动机构用于驱动所述强磁铁和按压头脱离所述微流控芯片的指定位置；

所述发光检测模组包括PMT检测器，用于检测化学发光强度。

6.根据权利要求5所述的分析系统，其特征在于，所述芯片水平移动模组包括托架，所述托架用于放置所述微流控芯片，所述芯片水平移动模组采用丝杆电机或同步带驱动所述托架和微流控芯片整体进行水平运动；

在所述托架上设置还设有芯片的定位和压紧装置，使所述微流控芯片定位到某个状态位置并压紧固定。

7.根据权利要求5所述的分析系统，其特征在于，所述自动移液模组包括采样针，以及驱动所述采样针运动的采样针运动装置，所述采样针运动装置用于实现所述采样针上下和水平运动，或者上下和旋转运动；

控制所述自动移液模组往所述加样口加入样本的加样量为10-20μL。

8.一种采用如权利要求5-7任意一项所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，其特征在于，采用一步分离法，包括以下步骤：

S11：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S12：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S13：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入标记的抗体；

S14：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S15：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S16：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S17：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到底物加注位，通过所述底物加注模组往所述加样口中添加发光底物；

S18：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到发光检测位，通过所述发光检测模组对所述加样口进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。

9.一种采用如权利要求5-7任意一项所述的分析系统进行化学发光免疫分析的分析方法，其特征在于，采用二步分离法，包括以下步骤：

S21：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入包被抗体的磁珠缓冲液和待检测的抗原样本；

S22：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S23：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S24：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S25：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中加入标记的抗体；

S26：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到超声混匀位，通过所述超声混匀模组进行超声气泡混匀，混匀时间为10-20s；

S27: 所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位，所述强磁铁吸住所述加样口磁珠，所述按压头按压毛细微阀的突扩位置，液体突破突扩区域，进入所述废液回收区中，从而完成洗脱过程；

S28：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到加样位，通过所述自动移液模组往所述加样口中添加洗脱液，所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到自动洗脱位完成洗脱过程，重复上述加洗脱液和洗脱过程，重复2-3次；

S29：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到底物加注位，通过所述底物加注模组往所述加样口中添加发光底物；

S30：所述芯片水平移动模组驱动所述微流控芯片运动到发光检测位，通过所述发光检测模组对所述加样口进行发光强度检测，从而完成化学发光免疫检测过程。