CN115074233B - 生化反应芯片和生化反应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生化反应芯片和生化反应设备，生化反应芯片包括至少一个生化反应单元；生化反应单元包括：裂解腔、均与裂解腔连通的加样口和排气口、连通腔、一级反应腔、第一流体控制阀、混合腔、第二流体控制阀、分配腔、至少两个二级反应腔；裂解腔、连通腔、一级反应腔、第一流体控制阀、混合腔、第二流体控制阀、分配腔和二级反应腔依次连通，混合腔通过连通腔和裂解腔连通。上述生化反应芯片通过将两级扩增反应串联，在实现了多靶标检测的同时提高了检测灵敏度；同时，通过将多余裂解产物作为二级扩增反应的配制液来使用，避免了配制液的单独加入以及控释，简化了生化反应芯片的结构，有利于芯片的小型化。

Description

生化反应芯片和生化反应设备
技术领域
本发明涉及生化反应技术领域，更具体地说，涉及一种生化反应芯片和生化反应设备。
背景技术
微流控芯片由其小型化、集成化、高通量、低能耗、分析快速等特性，被广泛应用于生物、医学、环保、食品安全和新药研究等领域。
目前，为了进行多靶标同时检测，需要将同一份样本分配到检测不同靶标的反应腔中，这就会导致单个反应腔中待测分子数减少，导致检测灵敏度降低。
因此，如何在多靶标检测的同时提高检测灵敏度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种生化反应芯片，在多靶标检测的同时提高检测灵敏度。本发明的另一目的是提供一种包括上述生化反应芯片的生化反应设备。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生化反应芯片，包括至少一个生化反应单元；
其中，所述生化反应单元包括：加样口、排气口、裂解腔、连通腔、一级反应腔、第一流体控制阀、混合腔、第二流体控制阀、分配腔、以及至少两个沿生化反应芯片旋转方向依次分布的二级反应腔；
所述加样口和所述排气口均与所述裂解腔连通；
所述裂解腔、所述一级反应腔、所述混合腔、所述分配腔和所述二级反应腔自所述生化反应单元的近心端向所述生化反应单元的远心端依次分布，所述裂解腔、所述连通腔、所述一级反应腔、所述第一流体控制阀、所述混合腔、所述第二流体控制阀、所述分配腔和所述二级反应腔依次连通，且所述混合腔通过所述连通腔和所述裂解腔连通；
所述连通腔和所述裂解腔的连接口、所述连通腔和所述一级反应腔的连接口、所述连通腔和所述混合腔的连接口自所述生化反应单元的近心端向所述生化反应单元的远心端依次分布。
可选地，所述连通腔和所述裂解腔的连接口、所述连通腔和所述一级反应腔的连接口沿离心方向依次分布；
所述连通腔和所述一级反应腔的连接口、所述连通腔和所述混合腔的连接口沿所述生化反应芯片的旋转方向依次分布。
可选地，所述连通腔和所述裂解腔的连接位置位于所述裂解腔的远心端；
和/或，所述连通腔和所述一级反应腔的连接位置位于所述一级反应腔的近心端；
和/或，所述连通腔和所述混合腔的连接位置位于所述混合腔的近心端。
可选地，所述加样口和所述排气口均设置于所述裂解腔的顶部。
可选地，所述连通腔为能够供气液交换流动的腔体，所述第二流体控制阀为能够供气液交换流动的通道。
可选地，所述第二流体控制阀为毛细通道，且所述第二流体控制阀自所述生化反应单元的近心端向所述生化反应单元的远心端延伸。
可选地，所述第一流体控制阀为定量控释阀以使所述一级反应腔内的流体按照第一设定量流入所述混合腔；
和/或，第二流体控制阀为定量控释阀以使所述混合池内的流体按照第二设定流量进入所述分配腔；
和/或，所述分配腔包括分配池和与所述分配池连通的称量池；所述生化反应单元还包括第三流体控制阀；其中，所述分配池沿所述生化反应芯片的旋转方向依次延伸，每个所述二级反应腔对应一个所述称量池；所述分配池通过所述第二流体控制阀和所述混合腔连通，所述称量池通过所述第三流体控制阀和所述二级反应腔连通。
可选地，所述称量池的称量近心段的厚度小于所述称量池的称量远心段的厚度；
和/或，所述称量池的宽度自所述称量池的远心端至所述称量池的近心端逐渐减小。
可选地，所述第一流体控制阀为虹吸阀，所述第二流体控制阀为毛细通道；
或者，所述第一流体控制阀和所述第二流体控制阀中至少一者为弹性可变形通道，所述弹性可变形通道包括：通道主体以及设置于所述通道主体内的凸出部，所述凸出部能够封闭所述通道主体，且所述凸出部能够在预设压力作用下变形以打开所述通道主体。
可选地，所述第三流体控制阀为弹性可变形通道，所述弹性可变形通道包括：通道主体以及设置于所述通道主体内壁的凸出部，所述凸出部能够封闭所述通道主体，且所述凸出部能够在预设压力作用下变形以打开所述通道主体。
基于上述提供的生化反应芯片，本发明还提供了一种生化反应设备，该生化反应设备包括：生化反应芯片，以及驱动所述生化反应芯片旋转的离心装置；其中，所述生化反应芯片为上述任一项所述的生化反应芯片。
本实施例提供的生化反应芯片，通过至少两个二级反应腔可实现多靶标检测；通过一级反应腔和二级反应腔串联实现了两次扩增反应，有效提高了检测灵敏度；而且，通过将多余的裂解产物作为二级扩增反应的配制液来使用，对一级扩增产物重新配制，增加了参与二级扩增反应的有效分子个数，进一步提高了检测灵敏度；同时，避免了配制液的单独加入以及控释，即无需在生化反应芯片中设置配制液的单独加入结构以及控释结构，简化了生化反应芯片的结构，有利于芯片的小型化。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的生化反应芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的生化反应芯片在加样完成后的样本分布示意图；
图3为本发明实施例提供的生化反应芯片以第二转速旋转时裂解腔内的流体进入一级反应腔的示意图；
图4为本发明实施例提供的生化反应芯片以第二转速旋转时裂解腔内的流体进入混合腔的示意图；
图5为本发明实施例提供的生化反应芯片以第二转速旋转时裂解腔内的流体进入混合腔的另一示意图；
图6为本发明实施例提供的生化反应芯片以第四转速旋转时一级反应腔内的流体进入混合腔的示意图；
图7为本发明实施例提供的生化反应芯片以第六转速旋转时混合腔内的流体进入称量池的示意图；
图8为本发明实施例提供的生化反应芯片以第六转速旋转时混合腔内的流体进入称量池的另一示意图；
图9为本发明实施例提供的生化反应芯片以第七转速旋转时称量池内的流体进入二级反应腔的示意图；
图10为本发明实施例提供的生化反应芯片中加样口的一种结构示意图；
图11为本发明实施例提供的生化反应芯片中加样口的另一种结构示意图；
图12为本发明实施例提供的生化反应芯片中称量池的一种结构示意图；
图13为本发明实施例提供的生化反应芯片中称量池的另一种结构示意图；
图14为本发明实施例提供的生化反应芯片中称量池的另一种结构示意图；
图15为本发明实施例提供的生化反应芯片中弹性可变形通道处于闭合状态且流体在上游腔的示意图；
图16为本发明实施例提供的生化反应芯片中弹性可变形通道处于打开状态的示意图；
图17为本发明实施例提供的生化反应芯片中弹性可变形通道处于闭合状态且流体处于下游腔的结构示意图；
图18为本发明实施例提供的生化反应设备的结构示意图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图18所示，生化反应芯片100设置在离心装置的旋转平台200上，在离心装置的作用下旋转；生化反应单元可为一个，也可为两个以上。若生化反应单元为两个以上，则任意两个生化反应单元沿旋转方向依次分布。
本实施例提供的生化反应芯片包括至少一个生化反应单元。具体地，如图1所示，生化反应芯片100包括基体113和设置于基体113的生化反应单元。
可以理解的是，上述生化反应芯片100绕某一中心线旋转，生化反应芯片100中，靠近该中心线的一端可称为近心端，远离该中心线的一端可称为远心端。
如图1所示，上述生化反应单元包括：加样口101、排气口103、裂解腔102、连通腔105、一级反应腔104、第一流体控制阀106、混合腔107、第二流体控制阀108、分配池109、称量池110、第三流体控制阀111以及至少两个沿生化反应芯片100旋转方向依次分布的二级反应腔112。
上述加样口101用于将样本加入裂解腔102内，上述排气口103用于在加样本时将裂解腔102内多余的气体排出，以保持生化反应芯片100内部的气压平衡。待加完样本后，需要将上述加样口101和排气口103密封。
上述生化反应芯片100中，仅设置加样口101和排气口103，加样完成后，密封加样口101和排气口103，实现了检测过程全封闭，非常适合基层医疗机构开展大规模应用，用户只需通过加样口101将原始样本加入生化反应芯片100中，随即将生化反应芯片100放入离心装置中，生化反应设备即可自动执行检测流程，并对检测结果进行自动判读。
上述加样口101和排气口103均与裂解腔102连通。为了便于加样和排气，上述加样口101和排气口103均设置于裂解腔102的顶部。
为了便于加样操作，一方面，可选择，上述加样口101位于裂解腔102的近心端，排气口103位于裂解腔102的远心端。
另一方面，还可选择加样口101和排气口103沿生化反应芯片100的旋转方向依次分布。
在实际应用中，也可选择加样口101和排气口103的分布可同时满足上述两个方面。
上述加样口101和排气口103通常为直孔，以便于加样。上述加样口101和排气口103可为圆孔、方孔或其他形状的孔，根据实际需要选择。
待加完样本后，上述加样口101和排气口103需要密封。具体地，通过基体113表面贴膜的方式进行密封，也可以通过设置柱塞的方式进行密封，还可以通过填充液态胶并进行固化的方式进行密封，根据实际需要选择密封方式，本实施例对此不做限定。
为了便于密封，优先选择上述加样口101为圆孔。相应的，上述排气口103也为圆孔。
上述加样口101的大小可沿其深度方向发生变化、也可不发生变化。例如，若加样口101为圆孔，该加样口101可为等径结构，也可为非等径结构。
在一具体实施方式中，如图10和图11所示，上述加样口101为沉孔。可以理解的是，在沉孔的轴向上，沉孔的大端高于沉孔的小端。即沉孔的大端远离裂解腔102，沉孔的小端靠近裂解腔102。
具体地，上述沉孔包括连通的大孔段101a和小孔段101b，大孔段101a远离小孔段101b的一端为大端，小孔段101b远离大孔段101a的一端为小端。
上述大孔段101a的大小可沿其深度方向发生变化、也可不发生变化，上述小孔段101b的大小可沿其深度方向发生变化、也可不发生变化。如图10所示，大孔段101a的大小以及小孔段101b的大小均沿沉孔的深度方向不发生变化，即大孔段101a和小孔段101b均为等横截面结构。该横截面垂直于沉孔的深度方向。
可选地，上述小孔段101b的大小沿沉孔的深度方向发生变化。具体地，如图11所示，上述小孔段101b自靠近大孔段101a的一端至远离大孔段101a的一端渐缩。
上述加样口101采用上述沉孔结构后，加样时，由于小孔段101b自靠近大孔段101a的一端至远离大孔段101a的一端渐缩，则能够保证小孔段101b能够与移液器紧密配合，防止加样时样本溢出；由于大孔段101a的存在，避免了加样时移液器的枪头外侧挂壁样本暴露在芯片上表面，从而避免了影响加样口101的密封。
上述生化反应单元中，称量池110和分配池109连通，分配池109沿生化反应芯片100的旋转方向依次延伸，每个二级反应腔112对应一个称量池110；分配池109通过第二流体控制阀108和混合腔107连通，称量池110通过第三流体控制阀111和二级反应腔112连通。
上述分配池109和称量池110可概括为分配腔，分配腔包括分配池109和称量池110，即分配腔包括两个腔体，一个为分配池109、另一个为称量池110。在实际应用中，也可选择分配腔仅为一个腔体。
上述结构中，流体自分配腔通过第三流体控制阀111进入二级反应腔112所需的转速大于流体自混合腔107进入分配腔所需的转速。
上述生化反应单元中，也可不设置第三流体控制阀111，此时，分配腔仅包括分配池109，分配腔不包括称量池110，这样，分配池109和二级反应腔112直接通过通道连接，这样，在同一转速下，流体依次经过分配池109和二级反应腔112。
上述生化反应单元中，裂解腔102、一级反应腔104、混合腔107、分配池109、称量池110和二级反应腔112自生化反应单元的近心端向生化反应单元的远心端依次分布，裂解腔102、连通腔105、一级反应腔104、第一流体控制阀106、混合腔107、第二流体控制阀108、分配池109、称量池110、第三流体控制阀111和二级反应腔112依次连通，且混合腔107通过连通腔105和裂解腔102连通。
需要说明的是，通过控制生化反应芯片的转速来控制流体在生化反应芯片100内的流动。具体地，通过调节生化反应芯片100的转速即可实现生化反应芯片100内的流体自裂解腔102依次流经连通腔105、一级反应腔104、第一流体控制阀106、混合腔107、第二流体控制阀108、分配池109、称量池110、第三流体控制阀111和二级反应腔112、以及流体自裂解腔102依次流经连通腔105和混合腔107。
上述生化反应单元中，连通腔105和裂解腔102的连接口、连通腔105和一级反应腔104的连接口、连通腔105和混合腔107的连接口自生化反应单元的近心端向生化反应单元的远心端依次分布。
三个上述连接口（连通腔105和裂解腔102的连接口、连通腔105和一级反应腔104的连接口、连通腔105和混合腔107的连接口）中，可选择至少两个连接口沿离心方向依次分布、和/或至少两个连接口沿旋转方向依次分布，根据实际需要选择。
如图1所示，为了便于裂解产物先进入一级反应腔104后进入混合腔107内，上述连通腔105和裂解腔102的连接口、连通腔105和一级反应腔104的连接口沿离心方向依次分布，连通腔105和一级反应腔104的连接口、连通腔105和混合腔107的连接口沿生化反应芯片100的旋转方向依次分布。
需要说明的是，离心方向是指生化反应芯片100的远心端的旋转轨迹的某个径向。
上述生化反应芯片100以设定转速旋转过程中，裂解腔102内裂解后的样本通过连通腔105先进入一级反应腔104内，待一级反应腔104充满后，裂解腔102内裂解后的样本通过连通腔105再进入混合腔107内，混合腔107内的样本作为配制液备用。一级反应腔104内扩增后的样本在离心作用下进入混合腔107内，配制液和定量后的一级扩增反应产物混合，完成对一级扩增产物重新配制。
上述裂解腔102内预存有裂解试剂，以保证样本在裂解腔102内完成裂解。为了加快裂解，离心装置的旋转平台200在与裂解腔102对应的位置布置有加热膜，加热膜对裂解腔102内的流体加热，以加速裂解。在实际应用中，可以在裂解腔102中预置钢珠、磁珠、或磁棒；同时，旋转平台200在与裂解腔102对应的位置布置有永磁铁，当生化反应芯片100低速旋转时，裂解腔102中的钢珠、磁珠、或磁棒被旋转平台200上的永磁铁来回吸引，可以将裂解试剂与样本充分搅拌混匀。在实际应用中，也可以在裂解腔102中预置玻璃珠或氧化锆珠，实现对样本的机械研磨，以加速裂解以及提高裂解效果。
上述裂解腔102和连通腔105的连接口位于裂解腔102的远心端，即连通腔105和裂解腔102的连接位置位于裂解腔102的远心端，这样，完成裂解后的流体能够全部转移至下游。在实际应用中，也可选择其他设置方式，并不局限于上述实施方式。
在实际应用中，也可在裂解腔102内设置其他部件，以满足需求，本实施例对此不做限定。
上述一级反应腔104通过连通腔105与裂解腔102相连。一级反应腔104中预存有一级扩增反应试剂，使得样本在一级反应腔104内进行一级扩增反应。可选地，在一级反应腔104中预置钢珠、磁珠、或磁棒；同时，旋转平台200在与一级反应腔104对应的位置布置有永磁铁，当生化反应芯片100低速旋转时，一级反应腔104中的钢珠、磁珠、或磁棒在永磁铁的作用下来回运动，可以对一级反应腔104中的试剂和样本充分搅拌混匀。
为了便于裂解腔102的裂解产物优先进入一级反应腔104内以及便于控制参加一级反应的裂解产物量，上述连通腔105和一级反应腔104的连接位置位于一级反应腔104的近心端。此时，一级反应腔104可被填满。
在实际应用中，也可选择连通腔105和一级反应腔104的连接位置位于一级反应腔104的近心端和远心端之间，此时，一级反应腔104不会被填满。
上述第一流体控制阀106的类型，根据实际需要选择，例如，第一流体控制阀106为虹吸阀、弹性可变形通道115、或机械阀等。为了便于设置，可选择第一流体控制阀106为毛细通道，该毛细通道的入口与一级反应腔104相连，该毛细通道的出口与混合腔107相连。
为了便于控制反应，上述第一流体控制阀106为定量控释阀以使一级反应腔104内的流体按照第一设定量流入混合腔107内。
具体地，上述第一流体控制阀106的入口与一级反应腔104的某个特定位置相连，以实现设定体积（第一设定量）的流体进入混合腔107。具体地，第一流体控制阀106的入口与一级反应腔104的连接位置位于一级反应腔104的近心端和远心端之间、或第一流体控制阀106的入口与一级反应腔104的连接位置位于一级反应腔104的远心端。当一级反应完成后，再次启动离心，一级反应腔104的近心端至第一流体控制阀106的入口这段固定体积的流体进入混合腔107内，从而实现定量控释。
需要说明的是，通过调整第一流体控制阀106的入口与一级反应腔104的连接位置，可调整流入混合腔107内的流体体积，从而能够间接调整配制液和一级反应液的比例，以达到二级扩增最佳的反应条件。
上述混合腔107分别与连通腔105和第一流体控制阀106相连。当一级扩增反应完成后，一级反应腔104内定量的流体（一级扩增产物）进入混匀腔107中并与提前进入混匀腔107中的配制液进行混匀，实现一级扩增产物的重新配制，相当于增加了参与二级扩增反应的有效分子个数，进一步提高了二级扩增反应的灵敏度。
在实际应用中，可选择混合腔107中预存有二级生化反应的所有通用试剂（包括二级扩增反应试剂）。在实际应用中，还可选择混合腔107中预存有钢珠、磁珠、或磁棒。相应的，旋转平台200在与混合腔107对应的位置布置有永磁铁，当生化反应芯片100低速旋转时，混合腔107中的钢珠、磁珠、或磁棒可以对其中流体进行搅拌混匀。
为了便于裂解产物进入混合腔107内，上述连通腔105和混合腔107的连接位置位于混合腔107的近心端。当然，也可选择连通腔105和混合腔107的连接位置位于混合腔107的近心端和远心端之间，并不局限于上述实施方式。
上述第二流体控制阀108的类型，根据实际需要选择，例如，第二流体控制阀108为毛细通道、弹性可变形通道115、或机械阀等。为了便于设置，上述第二流体控制阀108为毛细通道，该毛细通道的入口与混合腔107相连，毛细通道的出口与分配池109相连。
为了便于控制反应，上述第二流体控制阀108为定量控释阀以使混合腔107内的流体按照第二设定量进入分配腔。
具体地，上述第二流体控制阀108的入口与混合腔107的某个特定位置相连，以实现设定体积（第二设定量）的流体进入分配腔。具体地，第二流体控制阀108的入口与混合腔107的连接位置位于混合腔107的近心端和远心端之间、或者第二流体控制阀108的入口与混合腔107的连接位置位于混合腔107的远心端。当一级反应完成后，再次启动离心，混合腔107的近心端至第二流体控制阀108的入口这段固定体积的流体进入分配腔。
需要说明的是，通过调整第二流体控制阀108的入口与混合腔107的连接位置，可调整流入分配腔内的流体体积，从而能够间接调整参与二级扩增反应的流体量。
为了提高控流效果，上述毛细通道的整个内壁或内壁的局部位置进行亲和型表面处理或者疏离型表面处理，这样，处理后的表面更有利于该流体在表面张力的作用下在毛细通道内流动或者阻断。
若第二流体控制阀108为毛细通道，可选择毛细通道的入口自生化反应单元的近心端至生化反应单元的远心端向毛细通道的出口延伸。
上述分配腔中，为了提高称量准确度，上述称量池110的称量近心段110a的厚度小于称量池110的称量远心段的厚度。对于称量近心段110a的具体厚度、以及称量远心段的具体厚度根据实际需要选择，本实施例对此不做限定。
如图12和图14所示，填充有斜线的部分即为称量近心段110a。
在实际应用中，也可通过其他方式来提高称量准确度。具体地，如图13和图14所示，称量池110的宽度自称量池110的远心端至称量池110的近心端逐渐减小。对于称量池110的具体宽度，根据实际需要选择，本实施例对此不做限定。
需要说明的是，若称量池110的称量近心段110a的厚度小于称量池110的远心段的厚度，称量池110的宽度自称量池110的远心端至称量池110的近心端逐渐减小，则称量近心段110a位于称量池110较窄的一端。
上述二级反应腔112至少为两个，可在旋转方向上等间距分布。上述二级反应腔112预先包埋有与反应相关的特定试剂，该试剂形态可以但不限于软膏类、干粉类、颗粒状或者薄膜状。
上述生化反应芯片100的使用方法为：
1）通过加样口101向裂解腔102中加入样本（该样本可为混有假病毒的咽拭子），加样过程中生化反应单元中的气体通过排气口103排出，加样完成后将加样口101和排气口103密封，如图2所示；
2）将生化反应芯片100设置在离心装置上，具体地，将生化反应芯片100固定在离心装置的旋转平台200上，旋转平台200旋转从而带动生化反应芯片100旋转；生化反应芯片100以第一转速旋转以实现裂解腔102内的样本与预存裂解试剂的混匀，同时，离心装置的加热膜对裂解腔102进行加热，样本在裂解腔102中释放病毒核酸；
3）提高生化反应芯片100的转速至第二转速，裂解腔102内完成裂解的样本在离心力作用下通过连通腔105进入一级反应腔104，如图3所示；当一级反应腔104充满后，多余样本通过连通腔105进入混合腔107内作为配制液备用，如图4和图5所示；降低生化反应芯片100的转速至第三转速，进入一级反应腔104中的样本将提前预存在一级反应腔104中的一级扩增反应试剂（例如，RAA试剂）进行溶解并混匀，同时，离心装置的加热膜对一级反应腔104加热至设定温度（例如，37℃）以进行一级扩增反应；
4）当一级扩增反应完成后，提高生化反应芯片100的转速至第四转速，一级扩增反应产物通过第一流体控制阀106进入混合腔107，如图6所示；降低生化反应芯片100的转速至第五转速，一级扩增反应产物与提前预存在混合腔107的配制液、二级反应试剂进行混匀；再次提高生化反应芯片100的转速至第六转速，将混匀后的流体通过第二流体控制阀108进入分配池109，再从分配池109进入称量池110，如图7和图8所示；
5）再次提高生化反应芯片100的转速至第七转速，称量池110内的流体进入二级反应腔112，如图9所示，进入二级反应腔112内的流体在二级反应腔112内发生二级扩增反应。
需要说明的是，离心装置包括旋转电机和旋转平台200，旋转电机驱动旋转平台200旋转，从而带动旋转平台200上的生化反应芯片100旋转，旋转平台200在相应位置布置有加热膜和永磁铁。RAA是指重组酶介导链替换核酸扩增，RAA试剂是指重组酶介导链替换核酸扩增技术所需的试剂。
本文中所指的流体，是指生化反应芯片100内所有能够流动的物质，例如样本、裂解后的样本、稀释液和裂解后的样本的混合物、以及一级扩增反应产物等。
上述第一转速、第三转速、第五转速均为低转速，上述第一转速小于第二转速、第三转速小于第四转速、第五转速均小于第六转速，第二转速、第六转速和第七转速依次增大，第四转速、第六转速和第七转速依次增大。其中，第四转速大于、等于或小于第二转速。本实施例方式对第二转速和第四转速的相对大小不做限定。
本实施例提供的生化反应芯片，通过至少两个二级反应腔112可实现多靶标检测；通过一级反应腔104和二级反应腔112串联实现了两次扩增反应，有效提高了检测灵敏度；而且，通过将多余的裂解产物作为二级扩增反应的配制液来使用，对一级扩增产物重新配制，增加了参与二级扩增反应的有效分子个数，进一步提高了检测灵敏度；同时，避免了配制液的单独加入以及控释，即无需在生化反应芯片中设置配制液的单独加入结构以及控释结构，简化了生化反应芯片100的结构，有利于芯片的小型化。
上述实施例提供的生化反应芯片中，可单独设置气路，也可不单独设置气路。为了简化结构，降低成本，优先选择生化反应芯片100不单独设置气路。具体地，连通腔105为能够供气液交换流动的腔体，第二流体控制阀108为能够供气液交互流动的通道。此情况下，优先选择第一流体控制阀106为虹吸阀。
对于上述第二流体控制阀108的类型，根据实际需要选择。为了便于流体控制，可选择上述第二流体控制阀108为毛细通道，且第二流体控制阀108自生化反应单元的近心端向生化反应单元的远心端延伸。
具体地，裂解腔102内的裂解产物通过连通腔105进入一级反应腔104的过程中，一级反应腔104内的气体会通过连通腔105进入裂解腔102内；裂解腔102内的裂解产物通过连通腔105进入混合腔107的过程中，混合腔107内的气体会通过连通腔105进入裂解腔102内；一级反应腔104内的流体进入混合腔107内的过程中，混合腔107内的气体会通过连通腔105进入一级反应腔104内；混合腔107内的流体通过第二流体控制阀108进入分配池109和称量池110的过程中，分配池109和称量池110内的气体会通过第二流体控制阀108进入混合腔107内。
需要说明的是，若上述生化反应芯片100包括上述第三流体控制阀111，可选择上述第三流体控制阀111为能够供气液交互流动的通道，且第三流体控制阀111自生化反应单元的近心端向生化反应单元的远心端延伸。这样，称量池110内的流体通过第三流体控制阀111进入二级反应腔112的过程中，二级反应腔112内的气体会通过第三流体控制阀111完成交换，进入称量池110内。
上述生化反应芯片100中，上述连通腔105具有两重作用。其中，一个作用为：裂解腔102中流体在离心力作用下通过连通腔105先进入一级反应腔104，当一级反应腔104填充满之后，多余流体则通过连通腔105进入混合腔107中，作为二级扩增反应的配制液备用；另一个作用为：一级扩增产物通过第一流体控制阀106进入混合腔107的过程中，连通腔105作为气路通道进行气液交换，以实现生化反应芯片内部的压力平衡。
上述生化反应芯片100中，对于第一流体控制阀106、第二流体控制阀108以及第三流体控制阀111的类型，除了前文所描述的类型之外，还可为弹性可变形通道115。
具体地，上述第一流体控制阀106、第二流体控制阀108和第三流体控制阀111中至少一者为弹性可变形通道115。如图15-17所示，该弹性可变形通道115包括：通道主体1151以及设置于通道主体1151内壁的凸出部1152，该凸出部1152能够封闭通道主体1151，且凸出部1152能够在预设压力作用下变形以打开通道主体1151。
上述凸出部1152的具体形状，根据实际需要选择，本实施例对此不做限定。
上述凸出部1152可为一个或两个以上，若上述凸出部1152为一个，则凸出部1152与通道主体1151的内壁抵接以封闭通道主体1151，凸出部1152与通道主体1151的内壁不抵接以打开通道主体1151；若上述凸出部1152为两个以上，可选择凸出部1152与通道主体1151的内壁抵接以封闭通道主体1151且凸出部1152与通道主体1151的内壁不抵接以打开通道主体1151，也可选择所有的凸出部1152相互抵接以封闭通道主体1151且所有的凸出部1152不相互抵接以打开通道主体1151。
上述弹性可变形通道115连接上游腔116和下游腔114，当流体在转动过程中产生的离心力达到上述预设压力时，通道主体1151打开，即弹性可变形通道115打开，弹性可变形通道115连通上游腔116和下游腔114，上游腔116内的流体能够转移至下游腔114。当上游腔116中的流体全部转移至下游腔114后，该弹性可变形通道115在弹性复位作用下关闭，即弹性可变形通道115处于闭合状态。
上述弹性可变形通道115的具体结构工作过程如图15-17所示：
如图15所示，在上游腔116内具有流体时，由于弹性可变形通道115在初始位置时，凸出部1152抵接贴合以封闭通道主体1151，使得弹性可变形通道115处于闭合状态，上游腔116内的流体无法向下游腔114内流动；
如图16所示，生化反应芯片100在旋转过程中，上游腔116内的流体的离心力达到弹性可变形通道115导通时的预设压力时，上游腔116内的流体则会挤压凸出部1152，使其向外收缩，发生变形，此时通道主体1151打开，即弹性可变形通道115处于打开状态，上游腔116内的流体则通过弹性可变形通道115流至下游腔114内流动；
如图17所示，当上游腔116内的流体在离心力作用下完全流入下游腔114后，则由于没有液体的挤压作用，导致凸出部1152在弹性复位作用下复位，即凸出部1152抵接贴合以封闭通道主体1151，即弹性可变形通道115在弹性复位作用下闭合，恢复至初始状态（闭合状态）。闭合状态下的弹性可变形通道115能够防止下游腔114中的液体向上游腔116回流，因此，保证了下游腔114中反应过程的密封性，同时避免了上游腔116被污染的问题。
在具体实施方式中，上述涉及到的弹性可变形通道115可为自由状态时侧壁向内突出并贴合的橡胶或者硅胶通道。
在实际应用中，若上述第一流体控制阀106为弹性可变形通道115，则上游腔116为一级反应腔104，下游腔114为混合腔107；若上述第二流体控制阀108为弹性可变形通道115，则上游腔116为混合腔107，下游腔114为分配池109；若第三流体控制阀111为弹性可变形通道115，则上游腔116为称量池110，下游腔114为二级反应腔112。
对于上述生化反应芯片100的类型，根据实际需要选择，例如根据检测的目标分类。可选地，上述生化反应芯片100为新型冠状病毒检测芯片。当然，也可选择上述生化反应芯片100对其他病毒进行检测，本实施例对此不做限定。
上述实施例提供的生化反应芯片，将多步反应操作集成于在一个生化反应芯片100上，且所有的生物试剂都预存在生化反应芯片100上，用户只需一步加样操作，生化反应设备即可按照预先设置好的流程完成检测，做到了样本进、结果出；整个生化反应芯片100的结构设计简单小巧、方便制造，成本降低显著，为批量化生产提供了可能；生化反应芯片100所需驱动力单一，外接系统简单。
基于上述实施例提供的生化反应芯片，本实施例还提供了一种生化反应设备，该生化反应设备包括：生化反应芯片100，以及驱动生化反应芯片100旋转的离心装置；其中，生化反应芯片100为上述实施例所述的生化反应芯片。
上述离心装置的具体结构，可参考前文的描述，此处不再赘述。
由于上述实施例提供的生化反应芯片具有上述技术效果，上述生化反应设备包括上述生化反应芯片100，则上述生化反应设备也具有相应的技术效果，本文不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种生化反应芯片，其特征在于，所述生化反应芯片为新型冠状病毒检测芯片，所述生化反应芯片包括至少一个生化反应单元；
其中，所述生化反应单元包括：加样口、排气口、裂解腔、连通腔、一级反应腔、第一流体控制阀、混合腔、第二流体控制阀、分配腔、以及至少两个沿生化反应芯片旋转方向依次分布的二级反应腔；
所述加样口和所述排气口均与所述裂解腔连通；
所述排气口用于在加样本时将所述裂解腔内多余的气体排出；待加完样本后，所述加样口和排气口被密封；
所述裂解腔、所述一级反应腔、所述混合腔、所述分配腔和所述二级反应腔自所述生化反应单元的近心端向所述生化反应单元的远心端依次分布，所述裂解腔、所述连通腔、所述一级反应腔、所述第一流体控制阀、所述混合腔、所述第二流体控制阀、所述分配腔和所述二级反应腔依次连通，且所述混合腔通过所述连通腔和所述裂解腔连通；
所述连通腔和所述裂解腔的连接口、所述连通腔和所述一级反应腔的连接口、所述连通腔和所述混合腔的连接口自所述生化反应单元的近心端向所述生化反应单元的远心端依次分布；
所述裂解腔内裂解后的样本通过所述连通腔先进入所述一级反应腔内，待所述一级反应腔充满后，所述裂解腔内裂解后的样本通过所述连通腔再进入所述混合腔内，所述混合腔内的样本作为配制液备用，配制液用于对一级扩增产物重新配制；
所述混合腔用于供配制液、二级扩增反应试剂和定量后的一级扩增反应产物混合；
所述分配腔包括分配池和与所述分配池连通的称量池；所述生化反应单元还包括第三流体控制阀；其中，所述分配池沿所述生化反应芯片的旋转方向依次延伸，每个所述二级反应腔对应一个所述称量池；所述分配池通过所述第二流体控制阀和所述混合腔连通，所述称量池通过所述第三流体控制阀和所述二级反应腔连通；
所述连通腔为能够供气液交换流动、以及能够供气体单独流动的腔体，所述连通腔为具有一定宽度的倒“L”形腔体，其中连通腔横部上侧与裂解腔远心端连通，连通腔横部下侧与一级反应腔近心端连通，所述连通腔竖部底端与混合腔连通，所述裂解腔相对于混合腔绕着旋转轴线周向偏置以设置所述连通腔竖部，所述第二流体控制阀为能够供气液交换流动的通道，所述第三流体控制阀为能够供气液交互流动的通道；
所述第一流体控制阀、所述第二流体控制阀和所述第三流体控制阀中至少一者为弹性可变形通道，所述弹性可变形通道包括：通道主体以及设置于所述通道主体内壁的凸出部，所述凸出部能够封闭所述通道主体，且所述凸出部能够在预设压力作用下变形以打开所述通道主体；
所述弹性可变形通道连接上游腔和下游腔；
在所述上游腔内具有流体时，由于所述弹性可变形通道在初始位置时，所述凸出部抵接贴合以封闭所述通道主体，使得所述弹性可变形通道处于闭合状态；当所述上游腔内的流体在转动过程中产生的离心力达到预设压力时，所述弹性可变形通道连通所述上游腔和所述下游腔，所述上游腔内的流体能够转移至所述下游腔；当所述上游腔中的流体全部转移至所述下游腔后，所述弹性可变形通道处于闭合状态；
所述称量池的宽度自所述称量池的远心端至所述称量池的近心端逐渐减小；
所述加样口为沉孔，所述沉孔包括连通的大孔段和小孔段，所述大孔段远离所述小孔段的一端为大端，所述小孔段远离所述大孔段的一端为小端，所述沉孔的大端远离所述裂解腔，所述沉孔的小端靠近所述裂解腔；所述小孔段自靠近所述大孔段的一端至远离所述大孔段的一端渐缩；
所述一级反应腔中预存有一级扩增反应试剂，使得样本在所述一级反应腔内进行一级扩增反应；
生化反应芯片的使用方法为：
1)通过所述加样口向所述裂解腔中加入样本，加样过程中所述生化反应单元中的气体通过所述排气口排出，加样完成后将所述加样口和所述排气口密封；
2)将生化反应芯片设置在离心装置上，具体地，将所述生化反应芯片固定在所述离心装置的旋转平台上，所述旋转平台旋转从而带动所述生化反应芯片旋转；所述生化反应芯片以第一转速旋转以实现所述裂解腔内的样本与预存裂解试剂的混匀，同时，所述离心装置的加热膜对所述裂解腔进行加热，样本在所述裂解腔中裂解；
3)提高所述生化反应芯片的转速至第二转速，所述裂解腔内完成裂解的样本在离心力作用下通过所述连通腔进入所述一级反应腔；当所述一级反应腔充满后，多余样本通过所述连通腔进入所述混合腔内作为配制液备用；降低所述生化反应芯片的转速至第三转速，进入所述一级反应腔中的样本将提前预存在所述一级反应腔中的一级扩增反应试剂进行溶解并混匀，同时，所述离心装置的加热膜对所述一级反应腔加热至设定温度以进行一级扩增反应；
4)当一级扩增反应完成后，提高所述生化反应芯片的转速至第四转速，一级扩增反应产物通过所述第一流体控制阀进入所述混合腔；降低所述生化反应芯片的转速至第五转速，一级扩增反应产物与提前预存在所述混合腔的配制液、二级反应试剂进行混匀；再次提高所述生化反应芯片的转速至第六转速，将混匀后的流体通过所述第二流体控制阀进入所述分配池，再从所述分配池进入所述称量池；
5)再次提高所述生化反应芯片的转速至第七转速，所述称量池内的流体进入所述二级反应腔，进入所述二级反应腔内的流体在所述二级反应腔内发生二级扩增反应；
所述第一转速小于所述第二转速、所述第三转速小于所述第四转速、所述第五转速均小于所述第六转速，所述第二转速、所述第六转速和所述第七转速依次增大，所述第四转速、所述第六转速和所述第七转速依次增大；
所述称量池的称量近心段的厚度小于所述称量池的称量远心段的厚度；
所述第一流体控制阀为定量控释阀以使所述一级反应腔内的流体按照第一设定量流入所述混合腔。
2.根据权利要求1所述的生化反应芯片，其特征在于，
所述连通腔和所述裂解腔的连接口、所述连通腔和所述一级反应腔的连接口沿离心方向依次分布；
所述连通腔和所述一级反应腔的连接口、所述连通腔和所述混合腔的连接口沿所述生化反应芯片的旋转方向依次分布。
3.根据权利要求1所述的生化反应芯片，其特征在于，
所述连通腔和所述裂解腔的连接位置位于所述裂解腔的远心端；
和/或，所述连通腔和所述一级反应腔的连接位置位于所述一级反应腔的近心端；
和/或，所述连通腔和所述混合腔的连接位置位于所述混合腔的近心端。
4.根据权利要求1所述的生化反应芯片，其特征在于，所述加样口和所述排气口均设置于所述裂解腔的顶部。
5.根据权利要求1所述的生化反应芯片，其特征在于，
第二流体控制阀为定量控释阀以使所述混合腔内的流体按照第二设定量进入所述分配腔。
6.一种生化反应设备，包括：生化反应芯片，以及驱动所述生化反应芯片旋转的离心装置；其特征在于，所述生化反应芯片为如权利要求1-5中任一项所述的生化反应芯片。
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