CN116371495A - 一种离心式微流控芯片及其取样针 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离心式微流控芯片及其取样针，包括盘片本体，盘片本体包括多个环形区域，每个环形区域内辐射阵列多个离心分离单元；每个离心分离单元包括，由盘片本体内侧向盘片本体外侧布置的全血腔、血浆腔和沉淀腔；全血腔连通血浆腔，血浆腔连通沉淀腔；每个离心分离单元还包括第一排气通道和第二排气通道，第一排气通道垂直于盘片本体，并且第一排气通道在盘片本体的正面一侧形成漏斗状结构，漏斗状结构内配置一钢珠；第二排气通道垂直于盘片本体，漏斗状结构连通第二排气通道，第二排气通道连通血浆腔。本发明通过取样针从血浆腔取样，避免气泡对取样和检测过程的干扰，不会将沉淀腔中的的血细胞吸出，提高取样和检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是指尤其涉及一种离心式微流控芯片及其取样针。
背景技术
离心式微流控技术是一种最早应用于生物检测领域的微流控技术之一，通过利用离心力和微流控芯片上的细小通道或孔道实现对细胞的高通量轴向批量操作。
微流控芯片是将化学、生物和医学分析过程中所涉及的样本制备、反应、分离及检测等基本操作单元集成到一块较小的芯片之上的一种技术，由虹吸管及各个腔室组成网络，通过微管道及微腔体等结构来控制液体完成生化反应，从而实现生物与化学实验室的各种功能。目前在生化分析、核酸扩增、免疫检测、环境检测等领域已有广泛的应用。
离心式微流控芯片结构中分布有许多腔室，例如离心腔和反应腔。与传统的盘式微流控芯片相比，离心式微流控芯片利用不同大小的离心力来控制样本的定量或释放等过程。在离心运动期间，样本会从靠近旋转中心的一个腔室通过虹吸管向另一个远离旋转中心的腔室流动。排气通道和出气孔也被安置在微流控芯片中，以便将空气和气体排出腔室到外部。
传统的离心式微流控芯片采用一体贯通的结构，血浆在离心力和管道内部毛细力的作用下，从血浆腔流向后续的定量分配腔。
然而，由于样本中个体血液的差异性以及微流道中内壁材料的影响等限制因素，微流道之间的毛细力控制变得困难，从而导致样本的定量或释放可能产生误差，导致检测结果的精度降低。
目前最常用的离心式微流控盘检测装置通常遵循以下检测过程：
将全血样本添加至微流控芯片的全血腔中；
添加全血标本后，离心装置在一定时间内以一定的转速旋转，用于血细胞分离；
利用离心装置将所需的血浆或血清沿盘内流道分配到量槽中，在一定的时间内完成分配；
在试剂与血浆或血清反应一定时间之后，在一定时间内以一定速度旋转运行，利用光学检测进行检测。
由于微流控芯片进行检测时所用的样本不同，内部物质的组成也有所区别，这会导致在不同微流道之间的毛细力控制变得困难。因此，在样本的定量或释放过程中，可能会产生误差，从而导致检测结果的精度降低。
发明内容
本发明提供了一种离心式微流控芯片及其取样针，以解决现有技术中样本的定量或释放过程中，易产生误差，检测结果精度低的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
本发明的一个目的在于提供一种离心式微流控芯片，所述离心式微流控芯片包括盘片本体，
所述盘片本体包括多个环形区域，每个环形区域内辐射阵列多个离心分离单元；
每个离心分离单元包括，由盘片本体内侧向盘片本体外侧布置的全血腔、血浆腔和沉淀腔；所述全血腔连通所述血浆腔，所述血浆腔连通所述沉淀腔；
其中，每个离心分离单元还包括第一排气通道，所述第一排气通道垂直于所述盘片本体，并且所述第一排气通道在所述盘片本体的正面一侧形成漏斗状结构，所述漏斗状结构内配置一钢珠；
所述钢珠的直径大于所述第一排气通道的直径；所述第一排气通道连通所述沉淀腔；
其中，每个离心分离单元还包括第二排气通道，所述第二排气通道垂直于所述盘片本体，所述漏斗状结构连通所述第二排气通道，所述第二排气通道连通所述血浆腔。
在一个较佳的实施例中，所述全血腔开设加样孔和排气孔。
在一个较佳的实施例中，所述全血腔通过第一流道连通所述血浆腔；
其中，所述第一流道呈倾斜设置；在所述盘片本体的正面一侧，所述第一流道连通所述血浆腔；在所述盘片本体的反面一侧，所述第一流道连通所述全血腔。
在一个较佳的实施例中，所述血浆腔通过第二流道连通所述沉淀腔，
其中，所述第二流道在所述盘片本体的反面一侧延伸，连通所述血浆腔和所述沉淀腔。
在一个较佳的实施例中，所述第一排气通道通过第一气道连通所述沉淀腔，
其中，所述第一气道在所述盘片本体的反面一侧延伸，连通所述第一排气通道和所述沉淀腔。
在一个较佳的实施例中，所述漏斗状结构通过第二气道连通所述第二排气通道，
其中，所述第二气道在所述盘片本体的正面一侧延伸，连通所述漏斗状结构和所述第二排气通道。
在一个较佳的实施例中，所述第二排气通道通过第三气道连通所述血浆腔，
其中，所述第三气道在所述盘片本体的正面一侧延伸，连通所述第二排气通道和所述血浆腔。
在一个较佳的实施例中，所述离心式微流控芯片还包括环形膜和底膜；
在所述盘片本体的正面一侧，所述环形膜覆盖一个环形区域内的所述血浆腔和所述漏斗状结构，并且所述环形膜不覆盖所述第二排气通道；
在所述盘片本体的反面一侧，所述底膜完全覆盖所述盘片本体。
本发明的另一个目的在于提供一种用于离心式微流控芯片的取样针，所述取样针用于本发明提供的一种离心式微流控芯片取样，所述取样针包括针体和针尖；
所述针体内开设取样流道，在所述针体的侧面开设取样孔，所述针尖与所述针体的端部固定，并且所述针尖为锥形实心结构；
所述取样孔与所述针尖尖端之间的间距，小于血浆腔的深度。
在一个较佳的实施例中，所述针尖的角度α为0°至90°。
本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明提供一种离心式微流控芯片及其取样针，使用穿刺取样的方式来替代血浆在离心力和管道内部毛细力的作用下从血浆腔流向后续的定量分配腔的方式，具备更好的稳定性和可控性，能够有效降低实验结果产生的误差和偏差。
本发明提供一种离心式微流控芯片及其取样针，离心式微流控芯片的每个离心分离单元设置第一排气通道和第二排气通道，第一排气通道垂直于盘片本体，第二排气通道垂直于盘片本体，第一排气通道在盘片本体的正面一侧形成漏斗状结构，漏斗状结构内配置一钢珠，漏斗状结构连通所述第二排气通道，第二排气通道连通血浆腔，通过取样针穿刺取样的方式从血浆腔取样，避免气泡对取样和检测过程的干扰，不会将沉淀腔中的的血细胞吸出，从而提高了取样和检测过程的准确性。
本发明提供一种离心式微流控芯片及其取样针，取样针的针尖为锥形实心结构，在针体的侧面开设取样孔，结合第一排气通道的漏斗状结构内配置一钢珠的巧妙设计，在取样针插入血浆腔吸取血浆或血清样本时，有效避免液体飞溅等取样过程中的问题，成功实现了穿刺采样功能，对于生物检测或分析的实验研究有着重要的现实意义。
本发明提供一种离心式微流控芯片及其取样针，全血腔和血浆腔通过倾斜设置的第一流道连通，在向全血腔进行全血样本加样时有效避免样本回流的问题。
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是本发明一种离心式微流控芯片的爆炸图。
图2是本发明一种离心式微流控芯片的盘片本体的正面示意图。
图3是本发明一种离心式微流控芯片的盘片本体的反面示意图。
图4是本发明一种离心式微流控芯片的环形区域a的正面示意图。
图5是本发明一种离心式微流控芯片的环形区域a的反面示意图。
图6是图4中M-M方向的剖视图。
图7是图4中N-N方向的剖视图。
图8是本发明钢珠的直径与第一排气通道的直径的关系示意图。
图9是本发明取样针的结构示意图。
图10是本发明取样针插入血浆腔的示意图。
图11是本发明取样针取样过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
结合图1至图9，根据本发明的实施例，一种离心式微流控芯片包括盘片本体1，环形膜和底膜4。为了使本发明更加清晰的说明，本发明的实施例中将一种离心式微流控芯片区分为正面和反面，应当理解，正面和反面仅仅是为了区分一种离心式微流控芯片的两个侧面，并不限制本申请权利要求书所限定的范围。
如图2和图3所示，盘片本体1包括多个环形区域，实施例中示例性的给出了两个环形区域，即靠近盘片本体1中心位置，由第一虚线x1围成的第一环形区域a，以及远离盘片本体1中心位置由第一虚线x1和第二虚线x2围成的第二环形区域b。图2和图3中的第一虚线x1和第二虚线x2是两条假想线，在盘片本体1上并不存在，实施例中只是为了区分多个环形区域假想的两条线。
在一些实施例中，在第二环形区域b远离盘片本体1中心的一侧还可以增加环形区域，例如在第二环形区域b的外侧（远离盘片本体1中心的一侧）增加第三环形区域，在第三环形区域外侧增加第四环形区域。
根据本发明的实施例，每个环形区域内辐射阵列多个离心分离单元。如图4和图5所示，本实施例示例性的以第一环形区域a为例进行说明，第二环形区域b中阵列的多个离心分离单元与第一环形区域a阵列的多个离心分离单元相同，在下文中的实施例中将不再赘述。
如图4和图5所示，第一环形区域a内辐射阵列6个离心分离单元，每个离心分离单元包括，由盘片本体1内侧（靠近盘片本体1中心的一侧）向盘片本体1外侧（靠近盘片本体1边缘的一侧/远离盘片本体1中心的一侧）布置的全血腔101、血浆腔102和沉淀腔103。全血腔101开设加样孔104和排气孔105。
全血腔101连通血浆腔102，血浆腔102连通沉淀腔103。具体地，如图6所示，全血腔101通过第一流道112连通血浆腔102，其中，第一流道112呈倾斜设置。在盘片本体1的正面一侧，第一流道112连通102血浆腔。在盘片本体1的反面一侧，第一流道112连通全血腔102。
本发明第一流道112呈倾斜设置，在通过全血腔101开设加样孔104向全血腔101中加入全血样本时，可以有效避免全血样本回流的问题。
血浆腔102通过第二流道109连通沉淀腔103。具体地，如图6所示，第二流道109在盘片本体1的反面一侧延伸，连通血浆腔102和沉淀腔103。
结合图4、图5和图7，根据本发明的实施例，每个离心分离单元包括第一排气通道107和第二排气通道108。第一排气通道107垂直于盘片本体1，第二排气通道108垂直于盘片本体1。
第一排气通道107在盘片本体1的正面一侧形成漏斗状结构1071，漏斗状结构1071内配置一钢珠113。如图8所示，钢珠113的直径D1大于第一排气通道107的直径D2。
在一个优选的实施例中，钢珠113做表面处理工艺，例如在钢珠113表面镀覆非粘涂层（如聚四氟乙烯），使钢珠113具有防粘功能。
如图7所示，第一排气通道107连通沉淀腔103。漏斗状结构1071连通第二排气通道108，第二排气通道108连通血浆腔102。具体地，第一排气通道107通过第一气道106连通沉淀腔103，漏斗状结构1071通过第二气道110连通第二排气通道108，第二排气通道108通过第三气道111连通血浆腔102。
进一步地，第一气道106在盘片本体1的反面一侧延伸，连通第一排气通道107和沉淀腔103。第二气道110在盘片本体1的正面一侧延伸，连通漏斗状结构1071和第二排气通道108。第三气道111在盘片本体1的正面一侧延伸，连通第二排气通道108和血浆腔102。
根据本发明的实施例，在盘片本体1的正面一侧，环形膜覆盖一个环形区域内的血浆腔102和漏斗状结构1071，并且环形膜不覆盖第二排气通道108。
本实施例中示例性的给出了两个环形区域，即第一环形区域a和第二环形区域b。在盘片本体1的正面一侧，通过第一环形膜2覆盖第一环形区域a，在盘片本体1的正面一侧，通过第二环形膜3覆盖第二环形区域b。
本实施例中，示例性的以第一环形膜2覆盖第一环形区域a为例，第一环形膜2覆盖第一环形区域a的所有血浆腔102、漏斗状结构1071、第二气道110和第三气道111，并且第一环形膜2不覆盖第二排气通道108。
根据本发明的实施例，在盘片本体1的反面一侧，底膜4完全覆盖盘片本体1。具体地，在盘片本体1的反面一侧，底膜4覆盖全血腔101、血浆腔102、沉淀腔103、全血腔101的加样孔104和排气孔105、第一气道106、第一排气通道107、第二排气通道108和第二流道109。
如图9所示，根据本发明的实施例，提供一种用于离心式微流控芯片的取样针5，用于离心式微流控芯片取样。
取样针5包括针体和针尖502。针体内开设取样流道，在针体的侧面开设取样孔501，针尖502与针体的端部固定，并且针尖502为锥形实心结构。
如图10所示，取样孔501与针尖502尖端之间的间距D4，小于血浆腔102的深度D3。针尖501的角度α为0°至90°，优选地，针尖501的角度α为40°。
结合图6、图7、图10和图11，下面对本发明一种离心式微流控芯片的加样和取样过程进行说明。
（1）加样过程。
将全血样本通过全血腔101的加样孔104注入全血腔101内，排气孔105对全血腔101内的空气进行排气。
（2）离心分离。
如图6所示，全血样本加入全血腔101后，启动一种离心式微流控芯片旋转，以一定转速Nr/min旋转在一定的时间t1。
全血样本被离心分离，血浆或血清沿倾斜设置的第一流道112进入血浆腔102。血细胞由血浆腔102经第二流道109进入沉淀腔103。本发明第一流道112呈倾斜设置，可以有效避免全血样本由血浆腔102回流至全血腔101的问题。
如图7所示，全血样本离心分离过程中，沉淀腔103内的空气经第一气道106进入第二气道107，将第二气道107的漏斗状结构1071内的钢珠113顶起，空气经漏斗状结构1071、第二气道110进入第二排气通道108后，由盘片本体1的正面一侧排出。同时，血浆腔102内的空气经第三气道111进入第二排气通道108后，由盘片本体1的正面一侧排出。
（3）取样过程。
如图10所示，取样针5刺穿环形膜（本实施例中为第一环形膜2），插入血浆腔102但不刺穿底膜4，通过取样孔501吸取血浆或血清样本。
如图11所示，在取样针5吸取血浆或血清样本的过程中，血浆腔102和沉淀腔103内的压强降低，空气经第二排气通道108进入第三气道111后，进入血浆腔102。
同时，空气由第二排气通道108经第二气道110进入第二气道107的漏斗状结构1071内，将钢珠113压在第二气道107上，阻止空气进入沉淀腔103，从而避免空气进入沉积腔103内形成的气泡由第二流道109进入血浆腔102内，并且避免沉积腔103内的血细胞由第二流道109回流至血浆腔102，提高取样和检测过程的准确性。
本发明取样针5的针尖502为锥形实心结构，在针体的侧面开设取样孔501，结合第一排气通道107的漏斗状结构1071内配置一钢珠113的巧妙设计，在取样针5插入血浆腔102吸取血浆或血清样本时，有效避免液体（血浆或血清样本）飞溅。
有以下几点需要说明：
（1）本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
（2）为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
（3）在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，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，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种离心式微流控芯片，其特征在于，所述离心式微流控芯片包括盘片本体，
所述盘片本体包括多个环形区域，每个环形区域内辐射阵列多个离心分离单元；
每个离心分离单元包括，由盘片本体内侧向盘片本体外侧布置的全血腔、血浆腔和沉淀腔；所述全血腔连通所述血浆腔，所述血浆腔连通所述沉淀腔；
其中，每个离心分离单元还包括第一排气通道，所述第一排气通道垂直于所述盘片本体，并且所述第一排气通道在所述盘片本体的正面一侧形成漏斗状结构，所述漏斗状结构内配置一钢珠；
所述钢珠的直径大于所述第一排气通道的直径；所述第一排气通道连通所述沉淀腔；
其中，每个离心分离单元还包括第二排气通道，所述第二排气通道垂直于所述盘片本体，所述漏斗状结构连通所述第二排气通道，所述第二排气通道连通所述血浆腔。
2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述全血腔开设加样孔和排气孔。
3.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述全血腔通过第一流道连通所述血浆腔；
其中，所述第一流道呈倾斜设置；在所述盘片本体的正面一侧，所述第一流道连通所述血浆腔；在所述盘片本体的反面一侧，所述第一流道连通所述全血腔。
4.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述血浆腔通过第二流道连通所述沉淀腔，
其中，所述第二流道在所述盘片本体的反面一侧延伸，连通所述血浆腔和所述沉淀腔。
5.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述第一排气通道通过第一气道连通所述沉淀腔，
其中，所述第一气道在所述盘片本体的反面一侧延伸，连通所述第一排气通道和所述沉淀腔。
6.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述漏斗状结构通过第二气道连通所述第二排气通道，
其中，所述第二气道在所述盘片本体的正面一侧延伸，连通所述漏斗状结构和所述第二排气通道。
7.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述第二排气通道通过第三气道连通所述血浆腔，
其中，所述第三气道在所述盘片本体的正面一侧延伸，连通所述第二排气通道和所述血浆腔。
8.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述离心式微流控芯片还包括环形膜和底膜；
在所述盘片本体的正面一侧，所述环形膜覆盖一个环形区域内的所述血浆腔和所述漏斗状结构，并且所述环形膜不覆盖所述第二排气通道；
在所述盘片本体的反面一侧，所述底膜完全覆盖所述盘片本体。
9.一种用于离心式微流控芯片的取样针，其特征在于，所述取样针用于权利要求1至8中任一权利要求所述的离心式微流控芯片取样，所述取样针包括针体和针尖；
所述针体内开设取样流道，在所述针体的侧面开设取样孔，所述针尖与所述针体的端部固定，并且所述针尖为锥形实心结构；
所述取样孔与所述针尖尖端之间的间距，小于血浆腔的深度。
10.根据权利要求9所述的用于离心式微流控芯片的取样针，其特征在于，所述针尖的角度α为0°至90°。
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