CN115895869A - 一种盘式分子诊断检测的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是指一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，包括：盘式基体和转阀；盘式基体包括位于中心位置的活塞腔，以及环绕活塞腔的样本腔，以及多个试剂管腔；样本腔，以及多个试剂管腔的外侧设置样本缓冲腔；转阀包括第一转阀液体流道、第二转阀液体流道和转阀排气流道，转阀中心开设转阀中心孔，第一转阀液体流道连通转阀中心孔，转阀中心孔连通活塞腔；第一转阀液体流道位于第二转阀液体流道上侧，转阀底部设置转阀滤膜，第二转阀液体流道通过转阀滤膜连通所述转阀中心孔。本发明通过对转阀和活塞的驱动，实现采样、核酸的提取、扩增和荧光检测的全流程自动化检测。

Description

一种盘式分子诊断检测的微流控芯片

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是指一种盘式分子诊断检测的微流控芯片。

背景技术

分子诊断是体外诊断的重要分支。PCR(聚合酶链式反应)技术是分子诊断技术中心应用最为广泛的技术之一。PCR技术包含复杂的处理流程，包括试剂制备、核酸提取、核酸扩增、结果分析等。传统PCR存在如下缺点：(1)实验室场地要求高，为避免样本污染，样本制备、试剂制备、核酸提取、核酸扩增四个环节必须严格分区，四个分区内的气压逐渐降低，实验室内人流和物流路线也需要严格遵守规定；(2)人员操作要求高，分子诊断检测人员需具备一定的专业技能，需持证上岗；(3)成本高，分子诊断流程涉及多种专用设备，成本昂贵。

微流控技术指使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控技术可将检测过程集中在厘米至微米级的芯片上，使整个检测实现微型化和自动化，从而大大降低检测过程对场地、人员和设备的要求，实现“样本进、结果出”的一步法检测。

PCR检测对场地、人员、设备有很高的要求，微流控技术有可以有效实现检测的集成化和自动化，因此，微流控技术成为分子诊断领域一条很有前景的技术路线。

美国专利US8673238B2公开了Cephe i d公司的GeneXpert分子诊断试剂盒和专门对该试剂盒进行全自动分析的测试仪器，是一个典型分子诊断微流控产品，该专利公开了试剂盒内部分为多个腔室，中间的腔室设计一个可以上下移动的活塞。通过试剂盒底部的一个旋转阀，可将中间的活塞腔室分别与四周的试剂腔室联通，从而实现试剂的流动控制。在试剂盒后部设计有一个反应管，提取好的核酸和PCR试剂的混合液打入反应管，实现核酸扩增。但是该试剂盒结构复杂，有多个密封环节，尤其是旋转阀，需要实现运动密封，对生产工艺有很高的要求。

美国专利US8940526B2公开了BioF i re公司的Fi lmArray微流控芯片，该专利对同一个血液样品进行一次测试便可以检测24种病原体，该专利具体公开了芯片分为上面的储液管部分和下面的反应层部分。储液管部分预置冻干试剂，芯片使用时再加入溶解液复融，且样本需要预处理后向微流控芯片加入样本溶液。反应层部分采用柔性袋实现细胞裂解区、核酸纯化区、扩增区的分区设计，液体在不同区之间流动是通过设备内的气囊挤压实现。该微流控芯片材料成本低，但加工难度较大。另外该专利柔性膜难以实现精确定位，且气囊挤压存在死角，因此芯片内部试剂无法精确控制，会存在死角，试剂总用量较大。

发明内容

为了解决现有技术中微流控芯片试剂用量大，难以实现多个靶标同时检测的技术问题，本发明的一个实施例提供了一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，所述微流控芯片包括：盘式基体和转阀；

所述盘式基体包括位于中心位置的活塞腔，以及环绕所述活塞腔的样本腔，以及多个试剂管腔；所述样本腔，以及多个所述试剂管腔的外侧设置样本缓冲腔；

所述转阀包括第一转阀液体流道、第二转阀液体流道和转阀排气流道，所述转阀中心开设转阀中心孔，所述第一转阀液体流道连通所述转阀中心孔，所述转阀中心孔连通所述活塞腔；

其中，所述第一转阀液体流道位于所述第二转阀液体流道上侧，所述转阀底部设置转阀滤膜，所述第二转阀液体流道通过所述转阀滤膜连通所述转阀中心孔；

当所述转阀旋转时，所述第一转阀液体流道的第一外侧孔通过旋转的方式，将所述样本腔、多个所述试剂管腔、所述样本缓冲腔与所述活塞腔导通或截断；

当所述转阀旋转时，所述第二转阀液体流道的第二外侧孔通过旋转的方式，将所述样本腔、多个所述试剂管腔与所述活塞腔导通或截断。

在一个较佳的实施例中，所述转阀底部还设置转阀封膜，所述转阀封膜覆盖所述转阀滤膜和所述第二转阀液体流道。

在一个较佳的实施例中，所述转阀上设置转阀盖片，所述转阀盖片与盘式基体之间设置转阀密封垫。

在一个较佳的实施例中，当所述转阀的所述第一转阀液体流道的第一外侧孔，旋转至将所述样本缓冲腔与所述活塞腔导通时，所述转阀排气流道将多个所述试剂管腔中的一个试剂管腔与所述样本缓冲腔导通。

在一个较佳的实施例中，所述样本缓冲腔外侧设置样本分配腔，所述样本分配腔内远离所述盘式基体中心的一侧阵列多个样本定量腔；所述样本分配腔外侧阵列多个对应所述样本定量腔的样本扩增腔；

所述样本缓冲腔连通所述样本分配腔，多个所述样本定量腔分别连通对应的多个所述样本扩增腔，多个所述样本扩增腔连通样本通气腔。

在一个较佳的实施例中，所述样本缓冲腔通过第一回转通道连通所述样本分配腔，

所述样本分配腔连接所述第一回转通道的位置的回转半径，大于所述样本缓冲腔连接所述第一回转通道的位置的回转半径。

在一个较佳的实施例中，多个所述试剂管腔，用于容纳不同的试剂管；多个所述试剂管腔底部设置底部穿刺针。

在一个较佳的实施例中，所述盘式基体还包括环绕所述活塞腔的对照液腔和对照液废液腔；

所述对照液腔和所述对照液废液腔的外侧设置对照缓冲腔，所述对照缓冲腔外侧设置对照分配腔，所述对照分配腔内远离所述盘式基体中心的一侧阵列多个对照定量腔；所述对照分配腔外侧阵列多个对应所述对照定量腔的对照扩增腔；

所述对照液腔连通所述对照缓冲腔，所述对照缓冲腔连通所述对照分配腔，多个所述对照定量腔分别连通对应的多个所述对照扩增腔，多个所述对照扩增腔连通对照通气腔。

在一个较佳的实施例中，所述对照缓冲腔通过第二回转通道连通所述对照分配腔，

所述对照分配腔连接所述第二回转通道的位置的回转半径，大于所述对照缓冲腔连接所述第二回转通道的位置的回转半径。

在一个较佳的实施例中，所述盘式基体上方安装穿刺针架，所述穿刺针架上设置顶部穿刺针，所述穿刺针架上方以旋拧的方式安装旋帽；

所述盘式基体上侧键合上侧封膜，所述盘式基体下侧键合下侧封膜。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明提出一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，样本加入芯片后，可实现芯片内部全封闭，从而避免了气溶胶污染。通过对转阀和活塞的驱动，实现采样、核酸的提取、扩增和荧光检测的全流程自动化检测。

本发明提出一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，转阀底部设置转阀滤膜，第二转阀液体流道通过转阀滤膜连通转阀中心孔，通过转阀滤膜特异性吸附核酸，芯片内无需再添加磁珠即可完成核酸清洗和洗脱。芯片内部阵列布置多个样本扩增腔和多个对照扩增腔，多个样本扩增腔和多个对照扩增腔内预置多种冻干PCR扩增试剂，每个扩增腔都支持多重荧光检测，从而实现一次实验多靶标的检测。多个样本扩增腔和多个对照扩增腔内预置多种靶标的冻干PCR扩增试剂，可以实现芯片的常温储运，使用便捷。

本发明提出一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，多个样本扩增腔和多个对照扩增腔通过上侧封膜和下侧封膜覆盖，多个样本扩增腔和多个对照扩增腔与温控元件进行热交换，传热效率高，控温速度快，可以实现核酸快检。

本发明提出一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，用户只需将被测样本插入芯片的样本腔，在一张微流控芯片上实现多靶标检测，实现分子诊断的核酸全流程提取、核酸高低温扩增的金标准流程检测，实现全自动检测，真正做到样本进、结果出，对检测人员无技能要求。

本发明提出一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，流体驱动力来自一个活塞，各流道的通断仅通过一个转阀实现，驱动简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1是本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片的爆炸图。

图2是本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片上侧视角结构示意图。

图3是本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片下侧视角结构示意图。

图4是本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片的转阀结构示意图。

图5是本发明一个实施例中转阀的第一转阀液体流道的第一外侧孔将裂解液腔与活塞腔导通截面示意图。

图6是本发明一个实施例中转阀的第二转阀液体流道的第二外侧孔将裂解液腔与活塞腔导通截面示意图。

图7是本发明一个实施例中转阀的转阀排气流道将裂解液腔与样本缓冲腔导通的截面示意图。

图8是本发明一个实施例中活塞腔内嵌入活塞及转阀和盘式基体的驱动组件的截面示意图。

图9是本发明一个实施例中旋帽拧入盘式基体的截面示意图。

图10是本发明一个实施例中旋帽拧入盘式基体向下运动的截面示意图。

图11是本发明一个实施例中裂解液腔内过盈限位结构的截面示意图。

图12是本发明一个实施例中对照液由对照液腔进入对照缓冲腔的示意图。

图13是本发明一个实施例中裂解液由裂解液腔进入活塞腔的示意图。

图14是本发明一个实施例中裂解液由活塞腔进入样本腔的示意图。

图15是本发明一个实施例中裂解液由样本腔进入活塞腔的示意图。

图16是本发明一个实施例中裂解液由活塞腔再次进入样本腔的示意图。

图17是本发明一个实施例中第一清洗液由第一清洗液腔进入活塞腔的示意图。

图18是本发明一个实施例中第一清洗液由活塞腔进入第一清洗液腔的示意图。

图19是本发明一个实施例中第二清洗液由第二清洗液腔进入活塞腔的示意图。

图20是本发明一个实施例中第二清洗液由活塞腔进入第二清洗液腔的示意图。

图21是本发明一个实施例中洗脱液由洗脱液腔进入活塞腔的示意图。

图22是本发明一个实施例中核酸提取液由活塞腔进入样本缓冲腔的示意图。

图23是本发明一个实施例中核酸提取液由样本缓冲腔进入样本定量腔以及对照液由对照缓冲腔进入对照定量腔的示意图。

图24是本发明一个实施例中核酸提取液由样本定量腔进入样本扩增腔以及对照液由对照定量腔进入对照扩增腔的示意图。

图25是本发明一个实施例中核酸提取液及对照液扩增的示意图。

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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片的爆炸图，图2所示本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片上侧视角结构示意图，图3所示本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片下侧视角结构示意图，根据本发明的实施例，提供一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，包括：盘式基体1、旋帽2、穿刺针架3、活塞9、上侧封膜10、下侧封膜11、转阀密封垫12、转阀盖片13、转阀14、转阀滤膜15、转阀封膜16和转阀挡圈17。

根据本发明的实施例，盘式基体1上方安装穿刺针架3，穿刺针架3上方以旋拧的方式安装旋帽2，旋帽2旋拧在基体1上，穿刺针架3位于盘式基体1与旋帽2之间。

根据本发明的实施例，盘式基体1包括位于中心位置的活塞腔101，以及环绕活塞腔101的样本腔103，以及多个试剂管腔。

具体的实施例中，多个试剂管腔包括裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106。

多个试剂管腔，用于容纳不同的试剂管。具体的实施例中，不同的试剂管组成试剂管组5，包括裂解液试剂管501、第一清洗液试剂管502、第二清洗液试剂管503和洗脱液试剂管504。每个试剂管上下两侧分别键合试剂管上封膜4和试剂管下封膜7，对试剂管进行密封。试剂管内的试剂通过试剂管上封膜4和试剂管下封膜7预封在试剂管体中，可以在一定时间内常温储运。

裂解液腔102用于容纳裂解液试剂管501，第一清洗液腔104用于容纳第一清洗液试剂管502、第二清洗液腔105用于容纳第二清洗液试剂管503，洗脱液腔106用于容纳洗脱液试剂管504。

根据本发明的实施例，样本腔103，以及多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)的外侧设置样本缓冲腔109。

样本缓冲腔109外侧设置样本分配腔111，样本分配腔111内远离盘式基体1中心的一侧阵列多个样本定量腔112，样本分配腔111外侧阵列多个对应样本定量腔112的样本扩增腔113。样本扩增腔113内预置冻干PCR扩增试剂。

根据本发明的实施例，盘式基体1还包括环绕活塞腔101的对照液腔108和对照液废液腔107。试剂管组5还包括对照液试剂管505，对照液腔108用于容纳对照液试剂管505。同样地，对照液试剂管505下两侧分别键合试剂管上封膜4和试剂管下封膜7，对照液试剂管505内置对照液试剂管活塞6，对照液腔108底部具有对照液试剂管密封圈8，对容纳的对照液试剂管505进行密封。

对照液腔108和对照液废液腔107的外侧设置对照缓冲腔110，对照缓冲腔110外侧设置对照分配腔114，对照分配腔114内远离盘式基体1中心的一侧阵列多个对照定量腔115，对照分配腔114外侧阵列多个对应对照定量腔115的对照扩增腔116。对照扩增腔116内预置阳性对照和阴性对照PCR扩增试剂。

在进一步优选的实施例中，样本分配腔111远离盘式基体1中心的一侧还设置样本溢流腔117，对照分配腔114内远离盘式基体1中心的一侧还设置对照溢流腔118。

根据本发明的实施例，活塞腔101底部连通第一流道孔131，裂解液腔102底部连通第二流道孔132，样本腔103底部连通第三流道孔133，第一清洗液腔104底部连通第四流道孔134，第二清洗液腔105底部连通第五流道孔135，洗脱液腔106底部连通第六流道孔136，对照液废液腔107底部连通第七流道孔137，对照液腔108底部连通第八流道孔138。

根据本发明的实施例，样本缓冲腔109连通样本分配腔111，多个样本定量腔112分别连通对应的多个样本扩增腔113，多个样本扩增腔113连通样本通气腔129。

根据本发明的实施例，样本缓冲腔109通过第一回转通道121连通样本分配腔111。样本分配腔111连接第一回转通道121的位置的回转半径R，大于样本缓冲腔109连接第一回转通道121的位置的回转半径r。

根据本发明的实施例，样本缓冲腔109为圆弧楔形结构，即样本缓冲腔109包括靠近第一回转通道121的一端和远离第一回转通道121的一端，靠近第一回转通道121的一端的宽度L大于远离第一回转通道121的一端的宽度L’。

样本缓冲腔109靠近第一回转通道121的一端连通第一通道119，第一通道119连通第二通道142。样本缓冲腔109远离第一回转通道121的一端连通第三通道120，第三通道120连通第四通道139。

样本定量腔112通过第五通道125连通样本扩增腔113，样本扩增腔113通过第六通道126连通样本通气腔129。

根据本发明的实施例，对照液腔108连通对照缓冲腔110，对照缓冲腔110连通对照分配腔114，多个对照定量腔115分别连通对应的多个对照扩增腔116，多个对照扩增腔116连通对照通气腔130。

根据本发明的实施例，对照缓冲腔110通过第二回转通道124连通对照分配腔114。对照分配腔114连接第二回转通道124的位置的回转半径R’，大于对照缓冲腔110连接第二回转通道124的位置的回转半径r’。

同样地，对照缓冲腔110为圆弧楔形结构，即对照缓冲腔110包括靠近第二回转通道124的一端和远离第二回转通道124的一端，靠近第二回转通道124的一端的宽度大于远离第二回转通道124的一端的宽度。

对照缓冲腔110靠近第二回转通道124的一端连通第七通道122，第七通道122连通第八通道140，第八通道140通过第八流道孔138连通至对照液腔108。

对照缓冲腔110远离第二回转通道124的一端连通第九通道123，第九通道123连通第十通道141，第十通道141通过第七流道孔137连通至对照液废液腔107。

对照定量腔115通过第十一通道127连通对照扩增腔116，对照扩增腔116通过第十二通道128连通对照通气腔130。

根据本发明的实施例，在盘式基体1底部还设置基体定位孔143，用于插入基体驱动杆，以驱动微流控芯片整体旋转(下文中详细阐述)。

如图4所示本发明一个实施例中一种盘式分子诊断检测的微流控芯片的转阀结构示意图，图4中左侧图为转阀14上表面覆盖转阀盖片13，图4中右侧图为转阀14底部设置转阀封膜16。

根据本发明的实施例，转阀14包括第一转阀液体流道1401、第二转阀液体流道1403和转阀排气流道1402。

转阀14中心开设转阀中心孔1405，第一转阀液体流道1401连通转阀中心孔1405，转阀中心孔1405通过第一流道孔131连通活塞腔101。

根据本发明的实施例，第一转阀液体流道1401位于第二转阀液体流道1403上侧，转阀14底部设置转阀滤膜15，第二转阀液体流道1403通过转阀滤膜15连通至转阀中心孔1405，转阀中心孔1405通过第一流道孔131连通活塞腔101。转阀滤膜15能够特异性吸附核酸。

转阀14底部还设置转阀封膜16，转阀封膜16覆盖转阀滤膜15和第二转阀液体流道1403。转阀14上设置转阀盖片13，转阀盖片13与盘式基体1之间设置转阀密封垫12。

第一转阀液体流道1401具有第一外侧孔1406，第二转阀液体流道1403具有第二外侧孔1407，转阀排气流道1402具有第一孔1408和第二孔1409。

转阀盖片13和转阀14键合到一起，键合后转阀14的第一转阀液体流道1401和转阀排气流道1402被转阀盖片13封住，仅通过转阀盖片13上的小孔将转阀中心孔1405、第一外侧孔1406、第二外侧孔1407、第一孔1408和第二孔1409导通。

转阀封膜16和转阀14键合到一起，键合后转阀14内的第二转阀液体流道1403被转阀封膜16封住。

根据本发明的实施例，转阀14底部还设置转阀定位孔1404，用于插入转阀驱动杆，以驱动转阀14旋转(下文中详细阐述)。

当转阀14旋转时，第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406通过旋转的方式，将样本腔103、多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)、样本缓冲腔109与活塞腔101导通或截断。

当转阀14旋转时，第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407通过旋转的方式，将样本腔103、多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)与活塞腔101导通或截断。

如图5所示本发明一个实施例中转阀的第一转阀液体流道的第一外侧孔将裂解液腔与活塞腔导通截面示意图(图3中的A-A方向)，实施例中示例性的以第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406将裂解液腔102与活塞腔101导通为例，当转阀14旋转至第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406正对第二流道孔132时，转阀14通过第一转阀液体流道1401将裂解液腔102与活塞腔101导通。

当由第一转阀液体流道1401导通的情况下，液体在不同腔室内流动时，不通过转阀滤膜15。

如图6所示本发明一个实施例中转阀的第二转阀液体流道的第二外侧孔将裂解液腔与活塞腔导通截面示意图(图3中的A-A方向)，实施例中示例性的以第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407将裂解液腔102与活塞腔101导通为例，当转阀14旋转至第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407正对第二流道孔132时，转阀14通过第二转阀液体流道1403将裂解液腔102与活塞腔101导通。

当由第二转阀液体流道1403导通的情况下，液体通过转阀滤膜15在不同腔室内的流动。

根据本发明的实施例，当转阀14的第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，旋转至将样本缓冲腔109与活塞腔101导通时，转阀排气流道1402将多个试剂管腔中的一个试剂管腔与样本缓冲腔109导通。

如图7所示本发明一个实施例中转阀的转阀排气流道将裂解液腔与样本缓冲腔导通的截面示意图(图3中B-B方向)，实施例中示例性的以转阀排气流道1402将裂解液腔102与样本缓冲腔109导通为例，当转阀14的第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406正对第二通道142时，转阀14通过第一转阀液体流道1401、第二通道142和第一通道119将样本缓冲腔109与活塞腔101导通。此时，转阀14旋转至转阀排气流道1402的第一孔1408正对第四通道139，转阀排气流道1402的第二孔1409正对第二流道孔132，转阀14通过转阀排气流道1402、第四通道139和第三通道120将裂解液腔102与样本缓冲腔109导通。

根据本发明的实施例，转阀盖片13与盘式基体1之间设置转阀密封垫12，键合转阀盖片13的转阀14，通过转阀密封垫12与盘式基体1实现密封。

在一些实施例中，转阀密封垫12与盘式基体1的密封面上，在每个密封孔处，转阀密封垫12设计有回转锥面，盘式基体1设计有回转锥槽，以增加密封效果。

当键合转阀盖片13的转阀14、转阀密封垫12安装在盘式基体1上时，通过转阀挡圈17施加预压力，保证转阀盖片13和转阀密封垫12的接触面，以及转阀密封垫12和盘式基体1的接触面紧密贴合，提高密封效果。转阀挡圈17通过卡扣1701与盘式基体1底部的卡槽144卡死。

根据本发明的实施例，盘式基体1上侧键合上侧封膜10，盘式基体1下侧键合下侧封膜11。

根据本发明的实施例，穿刺针架3上开设样本孔301和多个通气孔302，样本孔301与样本腔103对应，用于向样本腔103内添加试样。多个通气孔302对应多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)。

在一些优选的实施例中，盘式基体1、转阀14、转阀盖片13、转阀挡圈17的材料包含但不限于PC、ABS、PMMA、PP。

在一些优选的实施例中，盘式基体1的上侧封膜10、下侧封膜11、转阀封膜16材料包含但不限于PC、ABS、PMMA、PP、PET。

在一些优选的实施例中，试剂管上封膜4和试剂管下封膜7包括但不限于为铝箔材质，可以被穿刺针刺破。

在一些优选的实施例中，上侧封膜10、下侧封膜11键合到盘式基体1上，键合工艺包含但不限于热压、粘接、超声波焊接、激光焊接。

在一些优选的实施例中，转阀盖片13和转阀14键合到一起，键合工艺包含但不限于热压、粘接、超声波焊接、激光焊接。

在一些优选的实施例中，试剂管上封膜4和试剂管下封膜7键合到试剂管，键合工艺包含但不限于热压、粘接、超声波焊接、激光焊接。

在一些优选的实施例中，转阀密封垫12的材料包含但不限于硅胶、氟橡胶、丁晴橡胶。

如图8所示本发明一个实施例中活塞腔内嵌入活塞及转阀和盘式基体的驱动组件的截面示意图，根据本发明的实施例，活塞9嵌入到活塞腔101内，在活塞杆18的驱动下，活塞9在活塞腔101内往复运动。

本发明的实施例中，检测完成后，活塞杆18向上运动，活塞9由于旋帽2限制，活塞杆18抽出活塞9。活塞9在检测前，默认状态为下极限位置。

微流控芯片进行检测时，转阀14的转阀定位孔1404插入转阀驱动杆20。盘式基体1的基体定位孔143插入基体驱动杆19。转阀驱动杆20和基体驱动杆19可分别绕各自轴心旋转，由两台步进电机分别驱动，转角可测量。

在一些优选的实施例中，活塞9的材料包含但不限于硅胶、氟橡胶、丁晴橡胶。

如图9所示本发明一个实施例中旋帽拧入盘式基体的截面示意图，图10所示本发明一个实施例中旋帽拧入盘式基体向下运动的截面示意图，图11所示本发明一个实施例中裂解液腔内过盈限位结构的截面示意图。

根据本发明的实施例，穿刺针架3上对应多个通气孔302的位置设置顶部穿刺针303，顶部穿刺针303内部中空并连通对应的通气孔302。多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)，以及对照液腔108底部设置底部穿刺针146，底部穿刺针146内部中空并连通对应的试剂管腔，以及对照液腔108底部的流道孔。

实施例中示例性的以容纳裂解液试剂管501的裂解液腔102为例，在裂解液腔102对应穿刺针架3的通气孔302的位置设置顶部穿刺针303，在裂解液腔102底部第二流道孔132的位置设置底部穿刺针146。

将被测样本加入样本腔103，旋帽2旋拧在盘式基体1后，微流控芯片内部实现气密，可避免气溶胶污染。此时顶部穿刺针303和底部穿刺针146均不刺破试剂管的试剂管上封膜4和试剂管下封膜7(如图9所示)。

具体的实施例中，盘式基体1的多个试剂管腔内与对应的试剂管间设计有过盈限位结构145，以保证微流控芯片在未启用前，穿刺针不会刺破试剂管的试剂管上封膜4和试剂管下封膜7。如图11所示，示例性的以裂解液腔102为例，裂解液腔102内与裂解液试剂管501间设有过盈限位结构145，以保证微流控芯片在未启用前，顶部穿刺针303和底部穿刺针146不会刺裂解液试剂管501的试剂管上封膜4和试剂管下封膜7。

当旋帽2继续向下旋拧，旋帽2挤压穿刺针架3，穿刺针架3向下运动，顶部穿刺针303先刺破裂解液试剂管501、第一清洗液试剂管502、第二清洗液试剂管503和洗脱液试剂管504的试剂管上封膜4。试剂管内部与微流控芯片内部腔室联通，保证气压一致，便于吸取试剂。

当旋帽2继续向下旋拧，穿刺针架3继续向下运动，挤压裂解液试剂管501、第一清洗液试剂管502、第二清洗液试剂管503和洗脱液试剂管504，以及对照液试剂管505的试剂管体，整体向下运动。多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)，以及对照液腔108的底部穿刺针146刺破试剂管下封膜7。试剂管内部的试剂通过的底部穿刺针146内流入微流控芯片的腔室。如图10所示，示例性的给出了底部穿刺针146刺破裂解液试剂管501的试剂管下封膜7，以及底部穿刺针146刺破对照液试剂管505的试剂管下封膜7的情形。

下面结合图12至图25对本发明一种盘式分子诊断检测的微流控芯片的分子诊断检测过程进行说明。

(1)采样。

将被测样本加入样本腔103，旋帽2旋拧在盘式基体1后，微流控芯片内部实现气密，可避免气溶胶污染。此时顶部穿刺针303和底部穿刺针146均不刺破试剂管的试剂管上封膜4和试剂管下封膜7。

旋帽2继续向下旋拧，旋帽2挤压穿刺针架3，穿刺针架3向下运动，顶部穿刺针303先刺破裂解液试剂管501、第一清洗液试剂管502、第二清洗液试剂管503和洗脱液试剂管504的试剂管上封膜4。

旋帽2继续向下旋拧，穿刺针架3继续向下运动，挤压裂解液试剂管501、第一清洗液试剂管502、第二清洗液试剂管503和洗脱液试剂管504，以及对照液试剂管505的试剂管体，整体向下运动。多个试剂管腔(裂解液腔102、第一清洗液腔104、第二清洗液腔105和洗脱液腔106)，以及对照液腔108的底部穿刺针146刺破试剂管下封膜7。试剂管内部的试剂通过的底部穿刺针146内流入微流控芯片的腔室。

图12是本发明一个实施例中对照液由对照液腔进入对照缓冲腔的示意图，穿刺针架3向下运动过程中，对照液腔108的底部穿刺针146刺破对照液试剂管505下封膜7，同时对照液试剂管活塞6向下运动，挤出对照液试剂管505内的对照液，进入对照缓冲腔110，多余的对照液进入对照液废液腔107。

(2)裂解样本。

如图13所示本发明一个实施例中裂解液由裂解液腔进入活塞腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，通过第二流道孔132与裂解液腔102相通，活塞9向上运动，将裂解液从裂解液试剂管501吸入活塞腔101。

如图14所示本发明一个实施例中裂解液由活塞腔进入样本腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407，通过第三流道孔133与样本腔103相通，活塞9向下运动，将裂解液从活塞腔101打入样本腔103，并保持固定时间t1，裂解被测样本。

如图15所示本发明一个实施例中裂解液由样本腔进入活塞腔的示意图，活塞9向上运动，将溶解有被测样本的裂解液从样本腔103吸入活塞腔101，裂解后的病毒或细胞被转阀滤膜15阻隔，核酸被转阀滤膜15下表面特异性吸附。

如图16所示本发明一个实施例中裂解液由活塞腔再次进入样本腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，通过第三流道孔133与样本腔103相通，活塞9向下运动，将裂解液从活塞腔101打入样本腔103。

(3)清洗核酸。

如图17所示本发明一个实施例中第一清洗液由第一清洗液腔进入活塞腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407，通过第四流道孔134与第一清洗液腔104相通，活塞9向上运动，将第一清洗液从第一清洗液试剂管502吸入活塞腔101。第一清洗液流经转阀滤膜15时，清洗核酸表面杂质。

如图18所示本发明一个实施例中第一清洗液由活塞腔进入第一清洗液腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，通过第四流道孔134与第一清洗液腔104相通，活塞9向下运动，将第一清洗液从活塞腔101打入第一清洗液腔104。

如图19所示本发明一个实施例中第二清洗液由第二清洗液腔进入活塞腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407，通过第五流道孔135与第二清洗液腔105相通，活塞9向上运动，将第二清洗液从第二清洗液试剂管503吸入活塞腔101。第二清洗液流经转阀滤膜15时，清洗核酸表面杂质。

如图20所示本发明一个实施例中第二清洗液由活塞腔进入第二清洗液腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，通过第五流道孔135与第二清洗液腔105相通，活塞9向下运动，将第二清洗液从活塞腔101打入第二清洗液腔105。

(4)核酸洗脱。

如图21所示本发明一个实施例中洗脱液由洗脱液腔进入活塞腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第二转阀液体流道1403的第二外侧孔1407，通过第六流道孔136与洗脱液腔106相通，活塞9向上运动，将洗脱液从洗脱液试剂管504吸入活塞腔101。洗脱液流经转阀滤膜15时，洗脱核酸。至此，核酸提取过程完成。

(5)核酸提取液打入扩增腔。

如图22所示本发明一个实施例中核酸提取液由活塞腔进入样本缓冲腔的示意图，驱动转阀14旋转，使第一转阀液体流道1401的第一外侧孔1406，通过第二通道142与样本缓冲腔109相通。此时，转阀排气流道1402的第一孔1408正对第四通道139，转阀排气流道1402的第二孔1409正对第二流道孔132，转阀14通过转阀排气流道1402将裂解液腔102与样本缓冲腔109导通。活塞9向下运动，将核酸提取液从活塞腔101打入样本缓冲腔109。

在上述(2)至(5)核酸提取过程中是固定盘式基体1不动，通过旋转转阀14切换导通各个对应的腔室。在一些实施例中可以固定转阀14不动，通过旋转盘式基体1切换导通各个对应的腔室。

(6)核酸提取液定量分配。

如图23所示本发明一个实施例中核酸提取液由样本缓冲腔进入样本定量腔以及对照液由对照缓冲腔进入对照定量腔的示意图，驱动基体驱动杆19，使微流控芯片整体以转速w1旋转，由于样本分配腔111连接第一回转通道121的位置的回转半径R，大于样本缓冲腔109连接第一回转通道121的位置的回转半径r，通过虹吸作用，样本缓冲腔109内的核酸提取液被吸入样本分配腔111。

由于本缓冲腔109为圆弧楔形结构，本缓冲腔109靠近第一回转通道121的一端的宽度L大于远离第一回转通道121的一端的宽度L’，样本缓冲腔109靠近第一回转通道121的一端回转半径最大，样本缓冲腔109内的核酸提取液可以被全部吸入样本分配腔111，核酸提取液在样本分配腔111内依次充满多个样本定量腔112，多余的核酸提取液进入样本溢流腔117。

通过合理匹配微流控芯片的转速和第五通道125的孔径，可以使得核酸提取液在第五通道125的表面张力，大于旋转产生的离心力，核酸提取液不流入样本扩增腔113。

同理，由于对照分配腔114连接第二回转通道124的位置的回转半径R’，大于对照缓冲腔110连接第二回转通道124的位置的回转半径r’，通过虹吸作用，对照缓冲腔110内的对照液被吸入对照分配腔114。

由于对照缓冲腔110为圆弧楔形结构，对照缓冲腔110靠近第二回转通道124的一端的宽度大于远离第二回转通道124的一端的宽度，对照缓冲腔110靠近第二回转通道124的一端回转半径最大，对照缓冲腔110内的对照液可以被全部吸入对照分配腔114，对照液在对照分配腔114内依次充满多个对照定量腔115，多余的对照液进入对照溢流腔118。

通过合理匹配微流控芯片的转速和第十一通道127的孔径，可以使得对照液在第十一通道127的表面张力，大于旋转产生的离心力，对照液不流入对照扩增腔116。

(7)溶解PCR试剂。

如图24所示本发明一个实施例中核酸提取液由样本定量腔进入样本扩增腔以及对照液由对照定量腔进入对照扩增腔的示意图，驱动基体驱动杆19，使微流控芯片整体以转速w2旋转，w2>w1。通过合理设计转速w2，可以使得核酸提取液在第五通道125的表面张力，小于w2旋转产生的离心力，核酸提取液流入样本扩增腔113并溶解样本扩增腔113内预置的PCR冻干试剂。

同理，对照液在第十一通道127的表面张力，小于w2旋转产生的离心力，从而流入对照扩增腔116并溶解对照扩增腔116内预置的对照冻干试剂。

(8)核酸扩增。

如图25所示本发明一个实施例中核酸提取液及对照液扩增的示意图，本发明提供的微流控芯片通过温控和荧光检测进行核酸检测，高温加热元件22的温度为核酸裂解温度，中温加热元件21的温度为核酸退火和延伸温度，变温加热元件23温度可变。若控制为高温加热元件22的温度，则裂解时间加长，若控制为中温加热元件21温度，则退火和延伸时间加长。

驱动基体驱动杆19，使微流控芯片整体以转速w3旋转，旋转方向为高温区-变温区-中温区，对应PCR的反应阶段为“裂解-退火-延伸”。w3和变温加热元件23的温度根据PCR反应体系“裂解-退火-延伸”各阶段的时间要求调整。

各扩增腔依次到达荧光检测元件24上方，进行荧光检测，微流控芯片旋转一周，则芯片内所有扩增腔依次经过“裂解-退火-延伸-检测”，实现一次扩增和荧光检测循环，微流控芯片连续旋转，实现PCR扩增。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：盘式基体和转阀；

所述盘式基体包括位于中心位置的活塞腔，以及环绕所述活塞腔的样本腔，以及多个试剂管腔；所述样本腔，以及多个所述试剂管腔的外侧设置样本缓冲腔；

所述转阀包括第一转阀液体流道、第二转阀液体流道和转阀排气流道，所述转阀中心开设转阀中心孔，所述第一转阀液体流道连通所述转阀中心孔，所述转阀中心孔连通所述活塞腔；

其中，所述第一转阀液体流道位于所述第二转阀液体流道上侧，所述转阀底部设置转阀滤膜，所述第二转阀液体流道通过所述转阀滤膜连通所述转阀中心孔；

当所述转阀旋转时，所述第一转阀液体流道的第一外侧孔通过旋转的方式，将所述样本腔、多个所述试剂管腔、所述样本缓冲腔与所述活塞腔导通或截断；

当所述转阀旋转时，所述第二转阀液体流道的第二外侧孔通过旋转的方式，将所述样本腔、多个所述试剂管腔与所述活塞腔导通或截断。

2.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述转阀底部还设置转阀封膜，所述转阀封膜覆盖所述转阀滤膜和所述第二转阀液体流道。

3.根据权利要求2所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述转阀上设置转阀盖片，所述转阀盖片与盘式基体之间设置转阀密封垫。

4.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，当所述转阀的所述第一转阀液体流道的第一外侧孔，旋转至将所述样本缓冲腔与所述活塞腔导通时，所述转阀排气流道将多个所述试剂管腔中的一个试剂管腔与所述样本缓冲腔导通。

5.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述样本缓冲腔外侧设置样本分配腔，所述样本分配腔内远离所述盘式基体中心的一侧阵列多个样本定量腔；所述样本分配腔外侧阵列多个对应所述样本定量腔的样本扩增腔；

所述样本缓冲腔连通所述样本分配腔，多个所述样本定量腔分别连通对应的多个所述样本扩增腔，多个所述样本扩增腔连通样本通气腔。

6.根据权利要求5所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述样本缓冲腔通过第一回转通道连通所述样本分配腔，

所述样本分配腔连接所述第一回转通道的位置的回转半径，大于所述样本缓冲腔连接所述第一回转通道的位置的回转半径。

7.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，多个所述试剂管腔，用于容纳不同的试剂管；多个所述试剂管腔底部设置底部穿刺针。

8.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述盘式基体还包括环绕所述活塞腔的对照液腔和对照液废液腔；

所述对照液腔和所述对照液废液腔的外侧设置对照缓冲腔，所述对照缓冲腔外侧设置对照分配腔，所述对照分配腔内远离所述盘式基体中心的一侧阵列多个对照定量腔；所述对照分配腔外侧阵列多个对应所述对照定量腔的对照扩增腔；

所述对照液腔连通所述对照缓冲腔，所述对照缓冲腔连通所述对照分配腔，多个所述对照定量腔分别连通对应的多个所述对照扩增腔，多个所述对照扩增腔连通对照通气腔。

9.根据权利要求8所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述对照缓冲腔通过第二回转通道连通所述对照分配腔，

所述对照分配腔连接所述第二回转通道的位置的回转半径，大于所述对照缓冲腔连接所述第二回转通道的位置的回转半径。

10.根据权利要求1所述的盘式分子诊断检测的微流控芯片，其特征在于，所述盘式基体上方安装穿刺针架，所述穿刺针架上设置顶部穿刺针，所述穿刺针架上方以旋拧的方式安装旋帽；

所述盘式基体上侧键合上侧封膜，所述盘式基体下侧键合下侧封膜。

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