CN114471753A - 一种用于暗场并行检测的微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微流控领域，具体涉及一种可用于暗场并行检测的微流控芯片。本发明公开了一种用于暗场并行检测的微流控芯片，其包括在玻璃基底上固定或键合微流道结构，待测样液和特异性探针经由四路独立检测通路分别流入四个观察腔室，其中导流微阵列结构可将微流均匀分布于观察腔室中。流出观察腔室的样液经废液出口与导管流出微流控芯片，并进行收集或处理。为方便通入样液、探针与收集废液，在微流控结构入口和废液出口处设有垫片，导管从垫片插入与微流控芯片连接。本发明可实现在同一视场下对溶液环境中多种目标的并行检测，通过并行检测的设计最大程度利用暗场视野，匹配暗场显微镜的观测极限，进而提高检测效率。

Description

一种用于暗场并行检测的微流控芯片
技术领域
本发明涉及微流控领域，具体涉及一种可用于并行检测的微流控芯片。
背景技术
微流控技术是指使用至少在一个维度上为微米量级的微流道结构对微量流体进行操作的技术。而微流控系统，也称为片上实验室，能在单一器件或芯片上将微电子科学、材料科学和生物工程等科学进行交叉，从而实现取样、处理、分离、数据分析等操作或功能。微流控系统因具有试剂消耗低、反应时间短、成本低、设计通用性强、可与其他小型化设备并行操作和集成等优点，在近20年受到广泛研究。此外，贵金属纳米粒子具有局域表面等离子共振(LSPR)效应，其在特定波长位置可产生强烈能量吸收与散射。在暗场环境下，可利用LSPR效应，通过修饰特有异性功能基团的探针实现对靶粒子的高灵敏度检测。
本发明为一种用于暗场生物传感系统的微流控芯片，实现在同一视场下对溶液环境中多种目标的并行检测，即在同一个暗场视野中进行观察与分析。通过并行检测的设计最大程度利用暗场视野，匹配暗场显微镜的观测极限，进而提高检测效率。
发明内容
本发明的目的在于提高暗场传感系统的检测效率，提供一种支持多路并行检测的微流控芯片。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于暗场并行检测的微流控芯片，其包括在玻璃基底上固定或键合微流道结构，待测样液和特异性探针经由四路独立检测通路分别流入四个观察腔室，其中导流微阵列结构可将微流均匀分布于观察腔室中。流出观察腔室的样液经废液出口与导管流出微流控芯片，并进行收集或处理。为方便通入样液、探针与收集废液，在微流控结构入口和废液出口处设有垫片，导管从垫片插入与微流控芯片连接。
其中，所述微流道结构通过玻璃基底与微流道盖片构成，微流道盖片与衬底接触一面按照暗场并行检测需求设有凹槽，与玻璃基底紧密贴附形成微流道结构。
其中，所述微流道结构主要由入口、流阻平衡段、观察腔室、导流微阵列结构、废液出口无部分组成。
其中，所述入口由一个上游入口和四个下游入口构成，从上游入口流入的样液经两个二叉口平均分为四路，汇入并行检测通路，下游入口直接与四路并行检测通道相连。
其中，内侧两路通道设有流阻平衡段，其宽度略小于其他微通道部分宽度，以平衡内外侧在流道转角处通路长度不同带来流阻差异。
其中，所述四个正方形观察腔室按照田字型紧密排列，腔室靠近田字中心的角落作为暗场检测的观察区域。
其中，所述导流微阵列由等距分布于观察腔室中的5-10个底面为矩形的微柱组成。
其中，所述废液出口有两个，对称分布于观察腔室两侧，每一个出口分别与四个观察腔室一侧的两个腔室连接。
其中，微流道盖片与垫片的材质为塑料、玻璃或聚二甲基硅氧烷PDMS。
其中，所述微流道结构中微通道的宽度均为100-500μm、高度均为20-50μm，所述盖片厚度均在500-2000μm，所述垫片厚度均在0.5-1cm。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，微流控芯片由塑料、玻璃或聚合物通过键合等方式连接构成，整体密闭，一方面可以避免环境因素对传感系统的影响，另一方面也适用于有害样品的检测。此外微流控芯片具有试剂消耗低、反应时间短、成本低等优点，可一次性使用后丢弃避免样品间的交叉污染。
2、本发明可实现在同一暗场视野下对溶液环境中多种目标的并行检测，通过并行检测的设计最大程度利用暗场视野，匹配暗场显微镜的观测极限，进而提高检测效率。
3.本发明中，设有四个独立的下游入口和一个与四路都相连的上游入口，支持多种检测需求，既可实现对一种样液中多种目标粒子的检测，也可实现多种样液中一种或多种粒子的检测。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明微流道结构图；
图4为本发明观察腔室部分结构图；
图5位本发明出入口部分截面图。
图中标记：1、玻璃基底；2、微流道盖片；3、上游入口；4、下游入口；5、流阻匹配段；6、观察腔室；7、废液出口；8、垫片；9、导流微阵列
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下内容对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-5，一种用于暗场并行检测的微流控芯片，玻璃基底1上固定或键合有微流道结构，其通过玻璃基底1与微流道盖片2构成。待测样液和特异性探针可根据具体检测需求从上游入口3和下游入口4通入微流控芯片，后经四路独立检测通路分别流入四个观察腔室6，其中设有导流微阵列结构9。为平衡内外侧通路流阻差异，内侧两路通道设有流阻平衡段5。与四路并行检测通道相连的观察腔室6按照田字型紧密排列。导流微阵列结构9由一组长度不同、底面为矩形的微柱组成。在观察腔室6两侧对称分布有两个废液出口7，每一个出口分别与观察腔室6一侧的两个腔室连接。在上游入口3、下游入口4和废液出口7处设有垫片8，导管从垫片插入与微流控芯片相连。
通过采用上述技术方案：
从上游入口3流入的样液经两个二叉口平均分为四路汇入并行检测通路，下游入口4直接与四路并行检测通道相连，入口处均设有垫片8，便于与导管连接通过注射器或注射泵通入样液或特异性探针。流入观察腔室6的微流经导流微阵列结构9会均匀的分布于观察腔室6，腔室靠近田字中心的角落作为暗场检测的观察区域。样液从观察腔室6流出后，经废液出口7流出微流控结构。在废液出口7处，从垫片8插入的导管将废液导出微流控芯片进行收集或处理。
在一种实施例中，该发明可用于在暗场条件下一种样液中至多四种目标粒子浓度的检测。利用注射泵或注射器分别从下游入口4通入用于检测目标粒子的特异性探针，使探针固定在观察腔室6区域玻璃基底1上。持续一段时间后从上游入口3通入纯水除去微通道中未固定的探针，再从上游入口3通入待测样液，使其中的目标粒子与观察腔室6中的探针充分反应。该过程中，暗场显微镜视场对准四个观察腔室6交界中心，使一个视野中包含四个腔室，通过暗场传感系统进行目标粒子浓度的检测。
在一种实施例中，该发明可用于在暗场条件下至多四种样液中一种目标粒子浓度的检测。利用注射泵或注射器从上游入口3通入用于检测目标粒子的特异性探针，使探针固定在观察腔室6区域玻璃基底1上。持续一段时间后从上游入口3通入纯水除去微通道中未固定的探针，再从下游入口4通入待测样液，使其中的目标粒子与观察腔室6中的探针充分反应。该过程中，暗场显微镜视场对准四个观察腔室6交界中心，使一个视野中包含四个腔室，通过暗场传感系统进行目标粒子浓度的检测。
在一种实施例中，可去掉上游入口3或不对上游入口3进行打孔，此时四个并行检测通路完全独立，可实现多种样液中多种目标粒子浓度的检测。具体操作与第一、第二个实施例近似。
在一种实施例中，可向1-2个并行检测通路中通入浓度已知的目标粒子标准溶液，作为待测样液的对照，可通过相应算法对暗场图像进行处理以增加检测准确性。具体操作与第一、第二个实施例近似。
在上述实施例中，具体操作需根据样液和待检测目标粒子种类进行调整。此外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)

1.一种用于暗场并行检测的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片底部由玻璃基底构成微流控芯片的衬底；所述玻璃基底上设有特殊微流道；所述微流道结构在入口与出口处连接有出入口垫片，垫片与导管相连。
2.根据权利要求1所述的玻璃基底结构，其特征在于：所述基底由厚度小于1mm的透明玻璃定制；其大小略大于所述的微流道结构。
3.根据权利要求1所述的微流道结构，其特征在于：所述微流道结构由玻璃基底与微流道盖片构成，所述微流道盖片与衬底接触一面按照暗场并行检测需求设有凹槽，与玻璃基底紧密贴附形成微流道结构；所述微流道盖片材质可为塑料、玻璃或某些聚合物(如聚二甲基硅氧烷PDMS等)；为减小材质对暗场信号的影响，微流道盖片厚度应尽量小(1-2mm)；所述微流道结构主要包括入口、流阻平衡段、观察腔室、导流微阵列、废液出口五部分组成；四条独立通路流经流阻平衡段进入四个独立的观察腔室；观察腔室中设有导流微阵列结构可使样液在观察腔室中均匀分布；样液从观察腔室中流出后从废液出口流出。
4.根据权利要求3所述的入口，其特征在于：入口由一个上游入口和四个下游入口构成，分别打孔；可根据实际需要从上游入口和下游入口通入待测样液或特异性探针；从上游入口通入所述微流控芯片的微流先后通过两个二叉口，形成四路独立的检测通路；下游入口有四个，相互独立并分别与四路检测通道相连。
5.根据权利要求3所述的流阻平衡段，其特征在于：此段微流道的宽度略小于其他微流道部分的宽度，通过收缩宽度平衡由于内外侧流道在拐角处长度不同带来的流阻差异，实现流入所述观察腔室的样液具有相同的通量；只有靠内侧的两个通路设有该平衡段。
6.根据权利要求3所述的观察腔室，其特征在于：四路并行检测通路分别与四个正方形观察腔室相连；四个腔室以田字型紧密排列；四个腔室靠近田字中心的角落作为暗场检测的观察区域；观察腔室两侧对称分布有两个废液出口，每一个出口分别与四个观察腔室一侧的两个腔室连接；为充分利用暗场视野，腔室之间的间隔应该尽量小。
7.根据权利要求3所述的导流微阵列结构，其特征在于：阵列由若干个底面为矩形的微柱组成；每个矩形的长各自不同，微柱在观察腔室中等距分布。
8.根据权利要求1所述的出入口垫片，其特征在于：材质可为塑料、玻璃或某些聚合物(如聚二甲基硅氧烷PDMS等)；为方便微流控芯片与导管相连，垫片厚度在0.5-1cm；垫片同样进行打孔，孔径略大于微流道入口、废液出口孔径，且垫片与微流道结构打孔位置精准对齐。
9.所述导管一端与垫片相连，入口处导管另一端可以与注射泵或注射器相连，废液出口处导管将废液通入容器进行收集和处理。
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