CN114405566B - 一种冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法 - Google Patents

一种冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法，所述冻干球预埋结构包括冻干泡罩和注样座，所述注样座内设置有注样腔；所述注样腔内设置有注液柱，所述注液柱内开设有冻干球放置腔，所述冻干球放置腔内设置有冻干球；所述冻干泡罩嵌入所述注样腔内，所述冻干泡罩内设置注入有稀释液的稀释液槽，所述稀释液槽与所述注液柱匹配嵌套，所述稀释液槽内注入稀释液后采用封装膜封装；所述冻干泡罩压入所述注样腔内，所述注液柱刺破封装膜，稀释液进入所述冻干球放置腔溶解冻干球。本发明实现了数字微流控芯片的常温运输，节约了运输成本，提高了芯片试剂预埋的稳定性和可靠性。

Description

一种冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法。
背景技术
qPCR、LAMP以及免疫发光等检测方法被广泛应用于生物、医学等领域中，用于判断样本是否携带有遗传疾病相关的基因、诊断传染病、检测基因复制以及亲子鉴定等。在传统的检测设备中，通常需要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。使用移液枪注样，增加了使用成本，且对其有较强的依赖性。
数字微流控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。数字微流控芯片主要组成包括透明导电盖子(例如ITO玻璃)、表面包含疏水层和介电层的电极阵列等，透明导电盖子和电极阵列之间具有用于液滴移动的间隙腔。数字微流控芯片能够将生物、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、检测等集成于一体，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。
CN214716735U公开了一种试剂预埋与注样装置及包括其的数字微流控芯片，通过将检测试剂进行密封存储，再将其预埋在芯片上，使用时，进样结构与设备下压芯片装置，实现自动化注样。但是上述方法只适用于液体试剂，在PCR反应过程中，扩增所需试剂如：引物(上、下游引物)、Taq酶、dNTPs、Mg2+、缓冲液等液体试剂的运输需要在-20℃的条件下储存，以保证试剂性能，如果将扩增试剂以液体形式封装预埋在数字微流控芯片中，会增加数字微流控芯片的运输难度，造成数字微流控芯片成本高、品质难管控的局面。
传统技术采用全手动操作的反应盘(如96孔板和384孔板)，或带有注射泵的连续式微流体器件、微滴微流体等，反应盘的可拓展性差，通常固定为96孔或384孔，反应一旦启动无法在中途新增反应组；且需要全手动式操作，耗时耗力；微流体器件、微滴微流体的操作极大地依赖于注射泵，成本较高；直接预埋液态的扩增试剂，运输条件要求高、成本高、品质难管控。
因此，如何提供一种可以应用于数字微流控芯片的试剂预埋与注样装置及方法，成为亟待解决的问题。
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冻干球预埋结构、数字微流控芯片及预埋注液方法，通过对扩增所需的试剂进行冻干处理，再进行封装、预埋，采用预埋结构在使用时溶解，利用数字微流控芯片的独特性与优势性，从而实现芯片使用时的自动化注样。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种冻干球预埋结构，所述冻干球预埋结构包括冻干泡罩和注样座，所述注样座内设置有注样腔；所述注样腔内设置有注液柱，所述注液柱内开设有冻干球放置腔，所述冻干球放置腔内设置有冻干球；所述冻干泡罩嵌入所述注样腔内，所述冻干泡罩内设置注入有稀释液的稀释液槽，所述稀释液槽与所述注液柱匹配嵌套，所述稀释液槽内注入稀释液后采用封装膜封装；所述冻干泡罩压入所述注样腔内，所述注液柱刺破封装膜，稀释液进入所述冻干球放置腔溶解冻干球。
本发明中先将冻干球预埋至冻干球放置腔内，在冻干球放置腔内嵌入设置注入有稀释液的冻干泡罩，完成对冻干球的预埋，需要使用注液时，将冻干泡罩按下，利用注液柱刺破封装膜，将稀释液与冻干球接触溶解，溶解后进入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用，实现了数字微流控芯片的常温运输，节约了运输成本，提高了芯片试剂预埋的稳定性和可靠性。
需要说明的是，本发明对稀释液槽与注液柱的结构不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据设计要求合理设置，保证稀释液槽和注液柱相互匹配嵌套即可，避免形成空隙使稀释液漏出。
需要说明的是，本发明对注液柱的位置不做具体要求和特殊限定，例如，注液柱位于注样腔的中心位置。此外，本发明中冻干球的尺寸可根据设计合理选择，例如冻干球的直径为2～4mm。
作为本发明的一个优选技术方案，所述稀释液槽内设置与冻干球放置腔匹配嵌套的密封凸起，所述冻干泡罩压入所述注样腔后，所述密封凸起压入所述冻干球放置腔内。
本发明通过设置密封凸起，在冻干泡罩压入过程中，密封凸起填充至冻干球放置腔内形成公母配合关系，从而液体被挤压后只能流向冻干球位置并压入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用。
需要说明的是，本发明对密封凸起和冻干球放置腔的结构不做具体要求和特殊限定，本领域技术人员可根据设计要求合理设置，保证密封凸起嵌入充满冻干球放置腔，进一步地避免稀释液以及冻干球溶解液流出。
作为本发明的一个优选技术方案，所述冻干球放置腔内设置有冻干球座，所述冻干球放置于冻干球座上。
在本发明一个实施例中，冻干球座与注样座呈一体式结构，或将冻干球座设置于注样座上，例如粘合或可拆卸设置于注样座上。
作为本发明的一个优选技术方案，所述冻干泡罩与注样座接触的壁面设置有定位导向结构。
本发明通过设置定位导向结构，从而增加预埋过程和注液过程中冻干泡罩与注样座的结合紧密性。
优选地，所述定位导向结构包括分别设置于冻干泡罩与注样座的导向槽和导向滑轨。
需要说明的是，本发明对导向槽和导向滑轨的设置位置不做具体要求和特殊限定，导向槽和导向滑轨配合使用达到限位导向作用即可，例如，导向槽设置于冻干泡罩的外壁，导向滑轨设置于注样座的内壁；或，导向槽设置于注样座的内壁，导向滑轨设置于冻干泡罩的外壁。
优选地，所述冻干泡罩的外壁沿压入方向呈尺寸渐缩结构。
本发明通过将冻干泡罩的外壁设计成尺寸渐缩结构，在压入过程中，冻干泡罩的外观尺寸变大，压至注样腔内发生过盈配合紧固，避免压入后冻干泡罩弹出的问题发生。
作为本发明的一个优选技术方案，所述冻干泡罩和注样座上设置有排气结构。
优选地，所述排气结构包括设置于注样腔内壁的排气通道。
优选地，所述排气结构包括设置于所述冻干泡罩上的排气孔。
优选地，所述排气结构包括开设于冻干泡罩边缘的排气缺口。
第二方面，本发明提供了一种数字微流控芯片，所述数字微流控芯片上设置有至少一个第一方面所述的冻干球预埋结构，所述冻干球放置腔接入所述数字微流控芯片的间隙腔内。
作为本发明的一个优选技术方案，所述数字微流控芯片包括设置有电极阵列的基板，所述基板上设置有介电层和透明导电层，所述介电层和透明导电层之间形成间隙腔。
优选地，所述介电层和透明导电层的结合边缘设置有间隙胶，所述介电层和透明导电层通过间隙胶间隔形成间隙腔。
优选地，所述介电层靠近间隙腔的一侧表面设置有疏水层。
优选地，所述透明导电层靠近间隙腔的一侧表面设置有疏水层。
作为本发明的一个优选技术方案，至少两个所述冻干球预埋结构分别独立接入所述数字微流控芯片的间隙腔内。
优选地，所述冻干球预埋结构在所述数字微流控芯片的边缘呈线性阵列排布。
作为本发明的一个优选技术方案，所述冻干球放置腔通过注液管接入所述数字微流控芯片的间隙腔。
需要说明的是，本发明对注液管的结构不做具体要求和特殊限定，例如，注液管呈直管、弯管或螺旋管等，注液管的截面包括但不限于圆形和矩形，能够使冻干球放置腔与间隙腔连通即可。
优选地，所述注液管倾斜设置。
第三方面，本发明提供了一种第二方面所述数字微流控芯片的冻干球预埋注液方法，所述预埋注液方法包括：
将冻干球放置于所述冻干球放置腔内，向所述冻干泡罩的稀释液槽内注入稀释液并利用封装膜封装，将所述冻干泡罩嵌入冻干球放置腔内，完成冻干球预埋；
注液时压下所述冻干泡罩，所述注液柱刺破封装膜，稀释液进入冻干球放置腔溶解冻干球，溶解后液体进入数字微流控芯片的间隙腔内，完成注液。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中先将冻干球预埋至冻干球放置腔内，在冻干球放置腔内嵌入设置注入有稀释液的冻干泡罩，完成对冻干球的预埋，需要使用注液时，将冻干泡罩按下，利用注液柱刺破封装膜，将稀释液与冻干球接触溶解，溶解后进入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用，实现了数字微流控芯片的常温运输，节约了运输成本，提高了芯片试剂预埋的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的冻干球预埋结构的拆解示意图；
图2为本发明一个具体实施方式中提供的冻干泡罩的结构示意图；
图3为本发明一个具体实施方式中提供的一种排气结构的示意图；
图4为本发明一个具体实施方式中提供的又一种排气结构的示意图；
图5为本发明一个具体实施方式中提供的数字微流控芯片的一种外观结构示意图；
图6为本发明一个具体实施方式中提供的数字微流控芯片的又一种外观结构示意图；
图7为本发明一个具体实施方式中提供的数字微流控芯片的截面结构示意图；
图8为本发明一个具体实施方式中提供的数字微流控芯片的间隙腔的结构示意图；
图9为本发明一个具体实施方式中提供的数字微流控芯片的电极位置示意图；
图10为本发明一个具体实施方式中提供的预埋注液流程示意图，其中箭头方向代表的是压力方向。
其中，1-注样座；2-冻干泡罩；3-注液柱；4-冻干球座；5-冻干球；6-注液管；7-稀释液槽；8-密封凸起；9-导向滑轨；10-排气通道；11-排气孔；12-数字微流控芯片；13-冻干球预埋结构；14-间隙腔；15-基板；16-电极阵列；17-介电层；18-透明导电层；19-疏水层；20-间隙胶。
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。
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。
下面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，本发明提供了一种冻干球预埋结构，如图1所示，所述冻干球预埋结构包括冻干泡罩2和注样座1，注样座1内设置有注样腔；注样腔内设置有注液柱3，注液柱3内开设有冻干球放置腔，冻干球放置腔内设置有冻干球5；冻干泡罩2嵌入注样腔内，冻干泡罩2内设置注入有稀释液的稀释液槽7，稀释液槽7与注液柱3匹配嵌套，稀释液槽7内注入稀释液后采用封装膜封装；冻干泡罩2压入注样腔内，注液柱3刺破封装膜，稀释液进入冻干球放置腔溶解冻干球5。
本发明中先将冻干球5预埋至冻干球放置腔内，在冻干球放置腔内嵌入设置注入有稀释液的冻干泡罩2，完成对冻干球5的预埋，需要使用注液时，将冻干泡罩2按下，利用注液柱3刺破封装膜，将稀释液与冻干球5接触溶解，溶解后进入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用，实现了数字微流控芯片的常温运输，节约了运输成本，提高了芯片试剂预埋的稳定性和可靠性。
可选地，本发明实施例对稀释液槽7与注液柱3的结构不做具体限定，保证稀释液槽7和注液柱3相互匹配嵌套即可，避免形成空隙使稀释液漏出，例如均为圆柱状。进一步地，本发明实施例对注液柱3的位置不做具体要求和特殊限定，例如，注液柱3位于注样腔的中心位置，冻干球5的直径为2～4mm。
具体地，如图2所示，稀释液槽7内设置与冻干球放置腔匹配嵌套的密封凸起8，冻干泡罩2压入注样腔后，密封凸起8压入冻干球放置腔内。本发明通过设置密封凸起8，在冻干泡罩2压入过程中，密封凸起8填充至冻干球放置腔内形成公母配合关系，从而液体被挤压后只能流向冻干球5位置并压入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用。密封凸起8嵌入充满冻干球放置腔，进一步地避免稀释液以及冻干球5溶解液流出。
具体地，冻干球放置腔内设置有冻干球座4，冻干球5放置于冻干球座4上。可选地，冻干球座4与注样座1呈一体式结构，或将冻干球座4设置于注样座1上，例如粘合或可拆卸设置于注样座1上。
具体地，冻干泡罩2与注样座1接触的壁面设置有定位导向结构。进一步地，定位导向结构包括分别设置于冻干泡罩2与注样座1的导向槽和导向滑轨，可选地，导向槽设置于冻干泡罩的外壁，再如图2所示，导向滑轨9设置于注样座1的内壁；或，导向槽设置于注样座的内壁，导向滑轨设置于冻干泡罩的外壁。本发明通过设置定位导向结构，从而增加预埋过程和注液过程中冻干泡罩2与注样座1的结合紧密性。
具体地，冻干泡罩2的外壁沿压入方向呈尺寸渐缩结构。本发明通过将冻干泡罩2的外壁设计成尺寸渐缩结构，在压入过程中，冻干泡罩2的外观尺寸变大，压至注样腔内发生过盈配合紧固，避免压入后冻干泡罩2弹出的问题发生。
具体地，冻干泡罩2和注样座1上设置有排气结构。可选地，如图3所示，排气结构包括设置于注样腔内壁的排气通道10；或如图4所示，排气结构包括设置于所述冻干泡罩2上的排气孔11；或排气结构包括开设于冻干泡罩2边缘的排气缺口。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种数字微流控芯片12，如图5、图6和图7所示，所述数字微流控芯片12上设置有至少一个本发明任一实施例所述的冻干球预埋结构13，所述冻干球放置腔接入所述数字微流控芯片12的间隙腔内。
如图8所示，数字微流控芯片12包括设置有电极阵列16的基板15，基板上的电极排布情况如图9所示，基板15上设置有介电层17和透明导电层18，介电层17和透明导电层18之间形成间隙腔14。进一步地，介电层17和透明导电层18的结合边缘设置有间隙胶20，介电层17和透明导电层18通过间隙胶20间隔形成间隙腔14。更进一步地，介电层17靠近间隙腔14的一侧表面设置有疏水层19。透明导电层18靠近间隙腔14的一侧表面设置有疏水层19。
具体地，至少两个冻干球预埋结构13分别独立接入数字微流控芯片12的间隙腔14内。再如图6所示，冻干球预埋结构13在数字微流控芯片12的边缘呈线性阵列排布。
具体地，冻干球放置腔通过注液管6接入数字微流控芯片12的间隙腔14，进一步地，注液管6倾斜设置。可选地，注液管6呈直管、弯管或螺旋管等，注液管6的截面包括但不限于圆形和矩形，能够使冻干球放置腔与间隙腔14连通即可。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种本发明任一实施例提供的数字微流控芯片12进行冻干球5预埋注液方法，如图10所示，所述预埋注液方法包括：
将冻干球5放置于所述冻干球放置腔内，向所述冻干泡罩2的稀释液槽内注入稀释液并利用封装膜封装，将所述冻干泡罩2嵌入冻干球放置腔内，完成冻干球5预埋；
注液时压下所述冻干泡罩2，所述注液柱3刺破封装膜，稀释液进入冻干球放置腔溶解冻干球5，溶解后液体由注液管6进入数字微流控芯片12的间隙腔14内，完成注液。
通过一个具体实施方式，本发明中先将冻干球5预埋至冻干球放置腔内，在冻干球放置腔内嵌入设置注入有稀释液的冻干泡罩2，完成对冻干球5的预埋，需要使用注液时，将冻干泡罩2按下，利用注液柱3刺破封装膜，将稀释液与冻干球5接触溶解，溶解后进入数字微流控芯片的间隙腔内进行使用，实现了数字微流控芯片的常温运输，节约了运输成本，提高了芯片试剂预埋的稳定性和可靠性。
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 (19)

1.一种冻干球预埋结构，其特征在于，所述冻干球预埋结构包括冻干泡罩和注样座，所述注样座内设置有注样腔；所述注样腔内设置有注液柱，所述注液柱内开设有冻干球放置腔，所述冻干球放置腔内设置有冻干球；所述冻干泡罩嵌入所述注样腔内，所述冻干泡罩内设置注入有稀释液的稀释液槽，所述稀释液槽与所述注液柱匹配嵌套，所述稀释液槽内注入稀释液后采用封装膜封装；所述稀释液槽内设置与冻干球放置腔匹配嵌套的密封凸起，所述冻干泡罩压入所述注样腔后，所述密封凸起压入所述冻干球放置腔内，所述注液柱刺破封装膜，稀释液进入所述冻干球放置腔溶解冻干球。
2.根据权利要求1所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述冻干球放置腔内设置有冻干球座，所述冻干球放置于冻干球座上。
3.根据权利要求1或2所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述冻干泡罩与注样座接触的壁面设置有定位导向结构。
4.根据权利要求3所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述定位导向结构包括分别设置于冻干泡罩与注样座的导向槽和导向滑轨。
5.根据权利要求1所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述冻干泡罩的外壁沿压入方向呈尺寸渐缩结构。
6.根据权利要求1所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述冻干泡罩和注样座上设置有排气结构。
7.根据权利要求6所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述排气结构包括设置于注样腔内壁的排气通道。
8.根据权利要求6所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述排气结构包括设置于所述冻干泡罩上的排气孔。
9.根据权利要求6所述的冻干球预埋结构，其特征在于，所述排气结构包括开设于冻干泡罩边缘的排气缺口。
10.一种数字微流控芯片，其特征在于，所述数字微流控芯片上设置有至少一个权利要求1-9任一项所述的冻干球预埋结构，所述冻干球放置腔接入所述数字微流控芯片的间隙腔内。
11.根据权利要求10所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述数字微流控芯片包括设置有电极阵列的基板，所述基板上设置有介电层和透明导电层，所述介电层和透明导电层之间形成间隙腔。
12.根据权利要求11所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述介电层和透明导电层的结合边缘设置有间隙胶，所述介电层和透明导电层通过间隙胶间隔形成间隙腔。
13.根据权利要求12所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述介电层靠近间隙腔的一侧表面设置有疏水层。
14.根据权利要求12所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述透明导电层靠近间隙腔的一侧表面设置有疏水层。
15.根据权利要求12所述的数字微流控芯片，其特征在于，至少两个所述冻干球预埋结构分别独立接入所述数字微流控芯片的间隙腔内。
16.根据权利要求10所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述冻干球预埋结构在所述数字微流控芯片的边缘呈线性阵列排布。
17.根据权利要求12所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述冻干球放置腔通过注液管接入所述数字微流控芯片的间隙腔。
18.根据权利要求17所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述注液管倾斜设置。
19.一种权利要求10-18任一项所述数字微流控芯片的冻干球预埋注液方法，其特征在于，所述预埋注液方法包括：将冻干球放置于所述冻干球放置腔内，向所述冻干泡罩的稀释液槽内注入稀释液并利用封装膜封装，将所述冻干泡罩嵌入冻干球放置腔内，完成冻干球预埋；注液时压下所述冻干泡罩，所述注液柱刺破封装膜，稀释液进入冻干球放置腔溶解冻干球，溶解后液体进入数字微流控芯片的间隙腔内，完成注液。
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