CN115646560A - 微流控芯片试剂注液装置及注液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控芯片试剂注液装置，包括：具有至少一个定量密封仓的储液部，定量密封仓的仓体顶部设置有柔性承压膜，底部设置有硬质导流柱，出液口设置有封膜；进液部，包括设置在微流控芯片上的过流柱和储液池，过流柱的内腔与硬质导流柱的外径相适配，两者的接触面上设置有用于连通过流柱内腔与外部环境的导气通道，过流柱上还设置有与封膜相对的刺破件；其中，硬质导流柱下压时具有使所述刺破件将封膜刺破的第一插装位置。其结构简单，成本低廉，使用方便，能够精确定量注液，避免生物危害。本发明同时公开了一种微流控芯片试剂注液方法。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片进样技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片试剂注液装置及注液方法。
背景技术
微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上的技术。首先向微流控芯片进行注液，通过压力驱动、电润湿、离心驱动或毛细力等方式，驱动并精确操控液体在微流控芯片内的运动，从而实现进样、分离、反应和检测等常规操作。该技术具有消耗试剂量小、灵敏度高、集成度和检测精确度高等优点，获得了越来越广泛的应用。当前微流控芯片注液多采用移液器、泵和导管、囊泡等方式进行，移液器注液存在生物危害，对操作人员的操作精准度和使用环境有较高的要求，而且鉴于移液枪的价格，该注液方式成本较高；采用泵和导管配合注液需要额外增加泵阀管路，其结构复杂，成本高，且在反应结束后，导管内往往残余较多试剂，造成试剂的浪费；囊泡注液需要对囊泡进行按压，由于囊泡的形变量不可控，且容易引入气泡，使得注液精确度偏低。
发明内容
为了解决现有微流控芯片进样存在的成本高、精度低、容易产生气泡、存在生物危害性等问题，本发明提供一种结构简单、使用方便的微流控芯片试剂注液装置，同时提供一种基于上述注液装置的注液方法，具体可采取如下技术方案：
本发明所述的微流控芯片试剂注液装置，包括
储液部，包括至少一个定量密封仓，所述定量密封仓的仓体顶部设置有柔性承压膜，底部设置有硬质导流柱，所述硬质导流柱的底部设置有出液口，所述出液口设置有封膜；
进液部，包括设置在微流控芯片上的过流柱和储液池，所述过流柱的内腔与硬质导流柱的外径相适配，过流柱和硬质导流柱的接触面上设置有用于连通过流柱内腔与外部环境的导气通道，过流柱上还设置有与所述封膜相对的刺破件；
其中，硬质导流柱下压时具有使所述刺破件将封膜刺破的第一插装位置。
为了形成密封，防止生物危害，硬质导流柱下压时还具有使导气通道与外部环境相互隔断的第二插装位置，或者将储液部和进液部连接在一起，即在定量密封仓外侧设置有与微控流芯片相连的密封罩。
上述进液部可以设置成以下两种形式：
所述定量密封仓的仓体和硬质导流柱一体化设置在第一主板上，所述柔性承压膜为通过第一盖板密封设置在定量密封仓仓体顶部开口处的平面膜。改变定量密封仓内的压力时，可通过按压平面膜的方式实现，操作方便。
或者，所述硬质导流柱设置在第二主板上，所述柔性承压膜为通过第二盖板密封设置在硬质导流柱顶部开口处的球面膜，所述球面膜的内腔构成所述定量密封仓的仓体，球面膜的外部设置有与所述第二盖板相连的负压密封罩，所述第二主板和第二盖板上设置有用于改变所述负压密封罩内腔压力的调节件。
上述调节件可以为开设在第二主板和第二盖板上的气孔8，气孔8底部设置密封膜，相应地，在第二主板上设置穿刺件，改变定量密封仓内的压力时，只需向下按压第二盖板，即可使穿刺件刺破密封膜，使负压密封罩与大气环境相连通，从而实现定量密封仓内压力的改变。
优选地，所述导气通道为开设在过流柱或硬质导流柱上的竖向凹槽。
优选地，所述刺破件设置在过流柱的内腔中。
优选地，所述硬质导流柱的外侧设置有套接筒，所述套接筒的内径与过流柱的外径相适配。可以使过流柱和硬质导流柱的装配更加稳固。
优选地，所述封膜的边缘向外延伸与套接筒相连。
优选地，所述刺破件设置在过流柱的顶部或外侧。
此时，所述导气通道为U形凹槽，其由硬质导流柱外壁向套接筒内壁延伸，且所述U形凹槽的末端与套接筒的底部平齐。
本发明所述的微流控芯片试剂注液方法，包括如下步骤：
第一步，将储液部放置在进液部上方，使硬质导流柱与过流柱逐一对应，将硬质导流柱插装在过流柱内腔中，向下按压储液部，当硬质导流柱到达第一插装位置时，刺破件将封膜刺破，实现定量密封仓仓体与过流柱内腔的连通；
第二步，向柔性承压膜施压，在此过程中，定量密封仓内的液体被挤压，经过流柱进入到储液池中，而过流柱内多余的空气通过导气通道排至外部环境外，避免储液池内产生气泡；
第三步，继续向下按压储液部，直至硬质导流柱到达第二插装位置，完成定量密封仓和微流控芯片的密封操作。
本发明提供的微流控芯片试剂注液装置，结构简单，成本低廉，使用方便，其采用能够精确储液的定量密封仓，并通过柔性承压膜密封实现预封装，避免试剂暴露导致的生物危害；注液过程中，通过向柔性承压膜密封施加微压，能够减小注液压力，控制注液速度，实现精准注液；再次，在过流柱和硬质导流柱的接触面上设置能够连通过流柱内腔与外部环境的导气通道，可以避免注液时微流控芯片内产生气泡的不良现象，从而保证微流控芯片检测的准确性。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图。
图2是图1中单个定量密封仓的装配结构示意图。
图3是实施例2中单个定量密封仓的装配结构示意图。
图4是实施例4的结构示意图。
图5是图4中单个定量密封仓的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：
本发明所述的微流控芯片试剂注液装置，由储液部和进液部构成。如图1、2所示，储液部包括多个定量密封仓，每个定量密封仓均由仓体11、柔性承压膜12和硬质导流柱13构成，其中，仓体11和硬质导流柱13一体化设置在第一主板2上，构成长颈漏斗状。根据注液量要求，仓体11可大可小，可设计成半球形、倒锥形等多种形状，其顶面开口处通过柔性承压膜12密封，底部则通过在硬质导流柱13的出液口设置封膜进行密封。上述柔性承压膜12为平面膜，其通过双色塑、机械力或其他键合方式与第一盖板3实现结合，安装时，将第一盖板3与第一主板2进行键合即可。需要改变定量密封仓内的压力时，可通过按压平面膜的方式实现，操作方便。
进液部包括设置在微流控芯片4上的过流柱5和储液池6。其中，过流柱5的内腔与硬质导流柱13的外径相适配，且过流柱5的内腔中设置有用于破坏硬质导流柱13底部封膜的刺破件，当过流柱5与硬质导流柱13进行装配时，硬质导流柱13下压到第一插装位置时，刺破件将封膜刺破，导通定量密封仓和过流柱5内腔。为了及时将过流柱5内的气体导出，平衡定量密封仓和微流控芯片4内的气体压力，避免进样过程中，微流控芯片4中产生气体，在过流柱5和硬质导流柱13的接触面上设置有用于连通过流柱5内腔与外部环境的导气通道7。导气通道7通常为竖向凹槽，可以开设在过流柱5的内表面上，也可以开设在硬质导流柱13的外表面上。
基于上述微流控芯片试剂注液装置，本发明所述的微流控芯片试剂注液方法，包括如下步骤：
第一步，将第一主板2放置在微流控芯片4上方，使每个定量密封仓与微流控芯片4上的过流柱5逐一对应，将定量密封仓下部的硬质导流柱13插装在对应的过流柱5内腔中，向下按压第一主板2，当硬质导流13柱到达第一插装位置时，刺破件将定量密封仓底部的封膜刺破，实现定量密封仓与过流柱5内腔的连通；
第二步，轻轻按压柔性承压膜12，柔性承压膜12克服弹性，使得定量密封仓内的液体被挤压，经过流柱5进入到储液池6中，在微流控芯片4内油相的作用下，液体迅速流动到微流控芯片4的下底面，等待微流控芯片4的下一步操作；在此过程中，过流柱5内多余的空气通过导气通道7排至外部环境外，避免储液池6内产生气泡；
第三步，继续向下按压第一主板2，直至硬质导流柱13到达第二插装位置，使定量密封仓的仓体紧紧压合到过流柱5上，导气通道7发生闭塞，实现微流控芯片4的密封，避免外界环境对检测的影响和避免生物危害的产生。
实施例2：
如图3所示，本发明所述的微流控芯片试剂注液装置，基于实施例1进行优化。其在硬质导流柱13的外侧还设置有一体化的套接筒14，该套接筒14的内径与过流柱5的外径相适配。可以使过流柱5和硬质导流柱14的装配更加稳固。此时，导气通道7采用U形凹槽，每一导气通道7均由硬质导流柱13的外壁向套接筒14内壁延伸，且其末端与套接筒14的底部平齐。定量密封仓的底部封膜不仅用于密封硬质导流柱13的出液口，而且边缘还可向外延伸至套接筒14处，相应地，刺破件设置在过流柱5的顶部或外侧。
该微流控芯片试剂注液装置的注液方法同实施例1。
实施例3：
本发明所述的微流控芯片试剂注液装置，基于实施例1进行优化。其在第一主板2的周缘向下延伸设置有与微流控芯片4相连的密封罩，用于阻隔注液部件和外部环境，避免发生生物危害。上述密封罩可以代替硬质导流柱13插装在过流柱5内下压到达第二插装位置时所营造的密封环境。
实施例4：
如图4、5所示，本发明所述的微流控芯片试剂注液装置，由储液部和进液部构成。储液部包括多个由柔性承压膜12和硬质导流柱13构成的定量密封仓，其中，硬质导流柱13设置在第二主板15上，硬质导流柱13底部的出液口设置封膜；柔性承压膜为通过双色塑、机械力或其他键合方式与第二盖板16相结合的球面膜，第二盖板16和第二主板15密封键合，每个球面膜对应罩接在一个硬质导流柱13的顶面开口处，使球面膜的内腔构成定量密封仓的仓体11；此外，在第二盖板16的外侧还设置有负压密封罩17，其在定量密封仓内充满液体时处于负压状态。为了实现液体加注，在第二主板15和第二盖板16上还设置有用于改变负压密封罩17内腔压力的调节件。通常情况下，调节件采用开设在第二主板15和第二盖板16上的气孔8，气孔8底部设置密封膜，相应地，在第二主板16上设置穿刺件9，需要改变定量密封仓内的压力时，只需向下按压第二盖板16，使穿刺件9刺破密封膜，此时，负压密封罩17与大气环境相连通，定量密封仓内的压力由此获得改变，实现自动注液。本实施例中其余部分的结构同实施例2。
基于上述微流控芯片试剂注液装置，本发明所述的微流控芯片试剂注液方法，包括如下步骤：
第一步，将第二主板15放置在微流控芯片4上方，使每个定量密封仓与微流控芯片4上的过流柱5逐一对应，将定量密封仓下部的硬质导流柱13插装在对应的过流柱5内腔中，向下按压第二主板15，当硬质导流13柱到达第一插装位置时，刺破件将定量密封仓底部的封膜刺破，实现定量密封仓与过流柱5内腔的连通，此时，负压密封罩17仍处于负压状态；
第二步，继续向下按压第二主板15，穿刺件9刺破第二主板气孔8底部的密封膜，此时，负压密封罩17与大气环境相连通，定量密封仓内由负压转为正压，柔性承压膜12克服弹性，使得定量密封仓内的液体被挤压，经过流柱5进入到储液池6中，在微流控芯片4内油相的作用下，液体迅速流动到微流控芯片4的下底面，等待微流控芯片4的下一步操作；在此过程中，过流柱5内多余的空气通过导气通道7排至外部环境外，避免储液池6内产生气泡；
第三步，继续向下按压第二主板15，直至硬质导流柱13到达第二插装位置，使定量密封仓的仓体紧紧压合到过流柱5上，导气通道7发生闭塞，实现微流控芯片4的密封，避免外界环境对检测的影响和避免生物危害的产生。
需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是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。
Claims (10)
1.一种微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：包括
储液部，包括至少一个定量密封仓，所述定量密封仓的仓体顶部设置有柔性承压膜，底部设置有硬质导流柱，所述硬质导流柱的底部设置有出液口，所述出液口设置有封膜；
进液部，包括设置在微流控芯片上的过流柱和储液池，所述过流柱的内腔与硬质导流柱的外径相适配，过流柱和硬质导流柱的接触面上设置有用于连通过流柱内腔与外部环境的导气通道，过流柱上还设置有与所述封膜相对的刺破件；
其中，硬质导流柱下压时具有使所述刺破件将封膜刺破的第一插装位置。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：硬质导流柱下压时还具有使导气通道与外部环境相互隔断的第二插装位置，或者定量密封仓外侧设置有与微控流芯片相连的密封罩。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述定量密封仓的仓体和硬质导流柱一体化设置在第一主板上，所述柔性承压膜为通过第一盖板密封设置在定量密封仓仓体顶部开口处的平面膜。
4.根据权利要求2所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述硬质导流柱设置在第二主板上，所述柔性承压膜为通过第二盖板密封设置在硬质导流柱顶部开口处的球面膜，所述球面膜的内腔构成所述定量密封仓的仓体，球面膜的外部设置有与所述第二盖板相连的负压密封罩，所述第二主板和第二盖板上设置有用于改变所述负压密封罩内腔压力的调节件。
5.根据权利要求2所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述导气通道为开设在过流柱或硬质导流柱上的竖向凹槽，所述刺破件设置在过流柱的内腔中。
6.根据权利要求1-5任一所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述硬质导流柱的外侧设置有套接筒，所述套接筒的内径与过流柱的外径相适配。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述封膜的边缘向外延伸与套接筒相连。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述刺破件设置在过流柱的顶部或外侧。
9.根据权利要求6所述的微流控芯片试剂注液装置，其特征在于：所述导气通道为 U形凹槽，其由硬质导流柱外壁向套接筒内壁延伸，且所述U形凹槽的末端与套接筒的底部平齐。
10.根据权利要求2所述的微流控芯片试剂注液方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将储液部放置在进液部上方，使硬质导流柱与过流柱逐一对应，将硬质导流柱插装在过流柱内腔中，向下按压储液部，当硬质导流柱到达第一插装位置时，刺破件将封膜刺破，实现定量密封仓仓体与过流柱内腔的连通；
第二步，向柔性承压膜施压，在此过程中，定量密封仓内的液体被挤压，经过流柱进入到储液池中，而过流柱内多余的空气通过导气通道排至外部环境外，避免储液池内产生气泡；
第三步，继续向下按压储液部，直至硬质导流柱到达第二插装位置，完成定量密封仓和微流控芯片的密封操作。
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