CN117545556A - 具有多级亲水性的体外诊断芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多级亲水性的体外诊断芯片，其不同地控制液体样品的流速，从而使得液体样品能够一直均匀地分布到反应空间的角落或边缘区域。具有多级亲水性的体外诊断芯片包括：包括多个孔的孔阵列；以及多亲水涂层，多亲水涂层涂覆在孔阵列上并控制样品的流速以使其互不相同。亲水涂层形成在孔阵列上，从而对应于孔阵列的中心区域具有高亲水性，并且对应于孔阵列的外围区域具有低亲水性，因此可以阻止反应空间中气穴的形成。因此，可以防止聚合酶链式反应测试结果中由气穴引起的误差的出现。

Description

具有多级亲水性的体外诊断芯片

技术领域

本申请要求基于2021年6月23日提交的韩国专利申请号为10-2021-0081935的韩国专利申请的优先权，其全部公开内容作为本说明书的一部分并入。

本公开涉及一种具有多级亲水性的体外诊断芯片，更具体地，涉及一种具有多级亲水性的体外诊断芯片，其可以有差别地控制液体样品的流速，以将液体样品均匀地分布到反应空间的角落或边缘区域。

背景技术

基因扩增技术是分子诊断中必不可少的过程，是一种重复复制和扩增样品中微量脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)的特定碱基序列的技术。特别地，聚合酶链式反应(PCR)是一种代表性的基因扩增技术，由三个步骤组成，即DNA变性步骤、引物结合(退火)步骤和DNA复制(延伸)步骤，并且由于每个步骤取决于样品的温度，因此可以通过反复改变样品的温度来扩增DNA。

以前，PCR通常在96或384孔微孔板中进行。当需要更高的通量时，在微孔板上的常规PCR方法需要大量使用试剂，因此不具有成本效益或效率。同时，减少PCR反应体积可以减少试剂的消耗，并在反应体积的热质量减少的情况下减少扩增时间。该策略也可以以阵列形式(m×n)实施，导致实施许多更小的反应体积。此外，使用任一阵列都可以进行可扩展的高通量分析，提高定量灵敏度、动态范围和特异性。

在非常小的反应体积中使用非常大量的阵列，可以进行数字聚合酶链式反应(dPCR)。来自dPCR的结果可用于检测和定量稀有等位基因的浓度，提供核酸样品的绝对定量，并且还测量低核酸浓度下的倍数变化。

大多数定量聚合酶链反应(qPCR)平台的阵列格式是为逐个样品分析而设计的，其中PCR结果必须可用于后续分析。然而，dPCR并不分析每个PCR结果的具体位置，只分析每个样品的阳性和阴性靶拷贝数。

发明内容

技术目标

因此，本公开的技术挑战集中在这一点上，并且本公开的目的是提供一种具有多级亲水性的体外诊断芯片，其可以有区别地控制液体样品的流速，以将液体样品均匀地分布到反应空间的角落或边缘区域。

技术方案

为了实现上述目的，根据一个实施方案的具有多级亲水性的体外诊断芯片包括含有多个孔(well)的孔阵列；和涂覆在孔阵列上以不同地控制样品流速的多亲水涂层。

有益效果

根据具有多级亲水性的体外诊断芯片，通过形成对应于孔阵列的中心区域具有高亲水性而对应于孔阵列的外围区域具有低亲水性的多亲水涂层，可以防止在反应空间中产生气穴。因此，可以防止由聚合酶链式反应测试结果中的气穴引起的误差。

附图说明

图1是用于解释根据本公开实施例的具有多级亲水性的体外诊断芯片的透视图。

图2是图1所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的透视图，其中移除了导向构件和孔盖。

图3是用于解释图1所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的分解透视图。

图4是用于解释图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的连接关系的剖视图。

图5是用于解释图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的多层膜的分解透视图。

图6是用于解释图3所示的芯片外壳和插入构件的分解透视图。

图7是用于示意性解释将样品输入和空气释放到图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片中的透视图。

图8是用于顺序解释通过涂覆在图3所示的孔阵列上的多亲水涂层引入样品的图。

具体实施方式

实施本发明的最佳方式

为了实现上述目的，根据一个实施方案的具有多级亲水性的体外诊断芯片包括含有多个孔的孔阵列；和涂覆在孔阵列上以不同地控制样品流速的多亲水涂层。

在一个实施例中，多亲水涂层可以对应于孔阵列的中心区域具有高亲水性，并且对应于孔阵列的外围区域具有低亲水性。

在一个实施例中，具有多级亲水性的体外诊断芯片可以还包括芯片外壳；以及插入并容纳在芯片外壳中并配置为容纳孔阵列的插入构件。

在一个实施例中，插入构件可以包括硅树脂(silicone)。

在一个实施例中，芯片外壳可以包括其中形成有一个或多个夹孔(pinchinghole)或夹槽的侧部，并且插入构件可以包括其上形成有待插入到夹孔中的一个或多个夹缩(pinching)突起的侧部。

在一个实施例中，插入构件可以通过底表面连接到芯片外壳的上表面，并且可以形成接收槽以在插入构件的上表面中容纳孔阵列。

在一个实施例中，在插入构件的上表面中，可以形成注入样品的样品注入口、具有从样品注入口到孔阵列减小的宽度的样品注入部、以及连接孔阵列的外表面和样品注入部的最大延伸部分的气孔。

在一个实施例中，芯片注入口可以对应于样品注入口形成在芯片外壳中，并且样品注入口和芯片注入口可以彼此连通。

在一个实施例中，具有多级亲水性的体外诊断芯片还可以包括形成有止挡突起的导向帽，该止挡突起通过芯片注入口插入样品注入口。

在一个实施例中，气孔可以包括连接孔阵列的一侧和样品注入部的一侧的第一空气通道，以及连接孔阵列的另一侧和样品注入部的另一侧的第二空气通道。

在一个实施例中，具有多级亲水性的体外诊断芯片还可以包括容纳在芯片外壳中并配置为存储用于芯片历史管理的数据的EEPROM。

在一个实施例中，具有多级亲水性的体外诊断芯片可以还包括配置为覆盖孔阵列的膜，其中膜包括发射膜(emission film)。

在一个实施例中，具有多级亲水性的体外诊断芯片可以还包括配置为覆盖孔阵列的孔盖；以及引导构件，引导构件配置为通过覆盖孔盖而形成的中空孔暴露孔盖的一部分。

实施本发明的模式

在下文中，将参照附图更详细地描述本公开。由于本公开可以进行各种修改，并且可以具有各种形式，所以将在附图中示出具体实施例，并且在详细描述中详细描述具体实施例。然而，这并不旨在将本公开限制为具体公开的形式，并且应当理解，所有修改、等同物和替代物都包括在本公开的精神和范围内。

在描述每个附图时，相似的附图标记用于相似的部件。在附图中，为了清楚起见，结构的尺寸从实际尺寸放大。

诸如第一和第二的术语可用于描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件也可以被称为第一部件。单数表达包括复数表达，除非上下文另有明确含义。

在本说明书中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语旨在表示说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在或添加的可能性。

此外，除非另有定义，本文使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的那些相同的含义。在通常使用的词典中定义的术语应该被解释为具有与相关领域中的上下文含义相匹配的含义，并且不应该被解释为理想的或过分正式的含义，除非本文中另有定义。

图1是用于解释根据本公开实施例的具有多级亲水性的体外诊断芯片的透视图。图2是图1所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的透视图，其中移除了导向构件和孔盖。图3是用于解释图1所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的分解透视图。图4是用于解释图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的连接关系的剖视图。图5是用于解释图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片的多层膜的分解透视图。

参照图1、图2、图3、图4和图5，根据本发明实施例的具有多级亲水性的体外诊断芯片包括基底构件110、芯片外壳120、插入构件130、孔阵列140、EEPROM 150、膜160、孔盖170、芯片盖180和导向帽190。

基座构件110设置在芯片外壳120的下表面上。

在芯片外壳120的上部，形成用于插入插入构件130的孔和用于插入EEPROM 150的槽。用于插入插入构件130的孔被基座构件110覆盖。芯片注入口形成在芯片外壳120的对应于样品注入口的侧部，并且样品注入口和芯片注入口彼此连通。

插入构件130插入到形成在芯片外壳120的上部的孔中，并容纳孔阵列140和EEPROM 150。插入构件130可以包括硅树脂材料。在插入构件130的上表面中，形成注入样品的样品注入口、宽度从样品注入口向孔阵列140减小的样品注入部、以及连接孔阵列140的外表面和样品注入部的最大延伸部分的气孔。

孔阵列140包括多个孔，并且容纳在插入构件130中。在该实施例中，孔的数量显示为9，但不限于此。孔阵列140具有整体矩形形状。

EEPROM 150容纳在插入构件130中形成的凹槽中，并存储用于芯片历史管理的数据。通过该EEPROM 150，可以在收集样品时将患者信息直接写入ROM，使得患者信息不会改变，从而消除了手动写入患者信息或粘贴条形码带的不便。此外，通过在EEPROM中存储安全密钥，可以防止体外诊断芯片的非法复制和使用，使得芯片历史管理更容易。

膜160覆盖容纳孔阵列140的插入构件130。膜160包括设置在底部的胶带161、弹性缓冲层162、OCA膜163、发射膜164、防潮保护膜165和用于保护防潮保护膜的载体166。在该实施例中，发射膜164阻挡从光源(未示出)产生的激发光，并透射从反应空间240内的样品产生的发射光。

发射膜164可以包括基础介质、半固化光致抗蚀剂和颜料。作为基底介质，可以使用透明合成树脂、玻璃、金属氧化物等。在该实施例中，基础介质可以包括环氧树脂、硅树脂等，其具有生物相容性，同时不产生荧光或磷光。半固化光致抗蚀剂分散在基础介质中，并且包括通过热固化、干燥、光固化等固定为固态的光致抗蚀剂。例如，半固化光致抗蚀剂可以包括负性光致抗蚀剂。在另一个实施例中，半固化光致抗蚀剂可以包括正性光致抗蚀剂。

这并不旨在通过理论来限制本公开的范围，而是为了详细解释本公开，本公开的发射膜164具有独特的优异光学特性的原因解释如下。

普通的滤色器将颜料固定在透明介质中，并通过吸收特定波长的光和透射不同波长的光来选择性地透射光。由于光致抗蚀剂响应于诸如紫外光、蓝光和绿光的短波长光而改变其化学性质和光学性质的特性，当半固化光致抗蚀剂用于滤色器时，存在光学性质随时间改变的问题。因此，在传统的滤色器中，可以使用被诸如紫外光、蓝光和绿光的短波长光完全饱和的热固性材料，或者即使当照射短波长光时也不改变的热固性材料。

然而，由于本公开的发射膜164用于一次性实验设备而不是长期使用，因此不需要长时间保持相同的光学性能，并且光学性能仅需要在相对短的实验时间内暂时保持。具体地，当半固化的光致抗蚀剂用短波长的光(例如紫外光、蓝光或绿光)照射时，它暂时用作具有优异特性的滤光器，因为它在一定时间内吸收短波长的光，并且它变得被短波长的光饱和，并且随着时间的推移失去其大部分滤光器功能，因此，不利于长期稳定性的半固化的光致抗蚀剂不能用于常规的滤色器。

相反，本发明利用半固化光致抗蚀剂在被短波长光(例如紫外光、蓝光和绿光)饱和和稳定的过程中吸收短波长光的特性，来实现具有优异光学特性的发射膜164，其可用于一次性实验装置中。换句话说，通过主要由颜料阻挡激发光并其次由半固化的光致抗蚀剂阻挡激发光，本发明成功地制造了无论入射光的方向如何都具有优异性能的发射膜164，这是现有的滤色器或干涉滤光器所不能实现的。

颜料是吸收特定波长的光的材料，例如黄色颜料、红色颜料、蓝色颜料、绿色颜料等，可能会用到。在该实施例中，颜料包括黄色颜料。黄色颜料可包括无机染料，如铬酸铅、钙黄、黄色氧化物和复合无机彩色颜料、钒酸铋，或有机染料，如芳基酰胺、二芳基化物、苯并咪唑酮、双偶氮缩合物、有机金属络合物、异吲哚啉、喹酞酮、蒽吡啶和黄蒽酮。

孔盖170具有可以覆盖孔阵列140的尺寸，并且设置在膜160上，膜160设置在容纳孔阵列140的插入构件130上。孔盖170通过用户的按压操作等按压膜160，从而对设置在膜160下方的孔阵列140加压。

芯片盖180被紧固到芯片外壳120，使得插入构件130、孔阵列140、EEPROM 150、薄膜160和孔盖170被固定。在芯片盖180的中心部分，形成有圆形孔，该圆形孔暴露出孔盖170，用于用户按压孔盖170的操作。

在导向帽190中，形成止挡突起，该止挡突起通过芯片注入口插入到样品注入口中。

图6是用于解释图3所示的芯片外壳和插入构件的分解透视图。

参照图6，芯片外壳120具有矩形形状。在芯片外壳120的侧部，形成第一夹孔121、第二夹孔122和第三夹孔123。此外，尽管未示出，在芯片外壳120的侧部，形成分别面对第一夹孔121、第二夹孔122和第三夹孔123的第四夹孔、第五夹孔和第六夹孔。

在插入构件130的侧部上，形成待插入芯片外壳120的第一夹孔121中的第一夹缩突起131、待插入芯片外壳120的第二夹孔122中的第二夹突起132和待插入芯片外壳120的第三夹孔123中的第三夹缩突起133。尽管未示出，但是形成了分别面向第一夹缩突起131、第二夹缩突起132和第三夹缩突起133的第四夹缩突起、第五夹缩突起和第六夹缩突起。形成在插入构件130上的第四夹缩突起、第五夹缩突起和第六夹缩突起分别插入到形成在芯片外壳中的第四夹孔、第五夹孔和第六夹孔中。

在插入构件130的上表面中，形成注入液体样品的样品注入口135、宽度从样品注入口135向孔阵列140减小的样品注入部136、以及连接孔阵列140的外表面和样品注入部136的最大延伸部分的气孔。

图7是用于示意性解释将样品输入和空气释放到图3所示的具有多级亲水性的体外诊断芯片中的透视图。图8是用于顺序解释通过涂覆在图3所示的孔阵列上的多亲水涂层引入样品的图。

参照图7和图8，引入到样品注入口的液体样品通过重力逐渐向下扩散。第一亲水涂层HYD-H涂覆在孔阵列的中心区域，孔阵列的第一外围区域和第二外围区域涂覆有亲水性低于第一亲水涂层HYD-H的第二亲水涂层HYD-L。因此，在孔阵列的中心区域中流动的液体样品的流速快于在孔阵列的第一和第二外围区域中流动的液体样品的流速。

具体地，注入到样品注入口的液体样品首先到达顶行的中心孔。此时，存在于顶行中心孔的空气移动到顶行的左右孔和下面的孔。

随后，液体样品到达顶行的左右孔和中间行的中心孔。此时，存在于顶行的左和右孔中的空气和存在于顶行的中心孔中的空气被移动到下面的孔中。

随后，液体样品到达中间行的左右孔和底部行的中心孔。此时，存在于中间排的左右孔和底部排的中心孔中的空气移动到下面的孔中。

随后，液体样品到达底部行的左右孔。此时，存在于底排的左孔和右孔中的空气通过通气孔被排放到外部。

以这种方式，由于孔阵列的亲水性的差异，空气通过气孔排出直到结束，气孔是空气可以逸出的通道，从而防止气泡陷阱。

如上所述，根据本发明，通过在孔阵列上形成亲水涂层以具有对应于孔阵列的中心区域的高亲水性和孔阵列的外围区域的低亲水性，可以防止在反应空间中产生气穴。因此，可以防止由PCR测试结果中的气穴引起的误差。

尽管上面参考示例进行了描述，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改和改变。

符号的解释

110：基底构件120：芯片外壳

130：插入构件135：样品注入口

136：样品注入部137：气孔

121、122、123：夹缩凹槽131、132、133：夹缩突起

140：孔阵列150：EEPROM

160：膜170：孔盖

180：芯片盖190：导向帽

HYD-H：第一亲水涂层HYD-L：第二亲水涂层

工业实用性

本公开具有作为用于执行生化物质测试的设备、血液测试设备、疾病测试设备等的工业适用性，其可以用于研究、医疗目的、灾难预防、家畜养殖和宠物治疗。

Claims (13)

1.一种具有多级亲水性的体外诊断芯片，包括：

孔阵列，所述孔阵列包括多个孔；以及

多亲水涂层，所述多亲水涂层涂覆在所述孔阵列上，以不同地控制样品的流速。

2.根据权利要求1所述的体外诊断芯片，其中所述多亲水涂层对应于所述孔阵列的中心区域具有高亲水性，对应于所述孔阵列的外围区域具有低亲水性。

3.根据权利要求1所述的体外诊断芯片，还包括：

芯片外壳；以及

插入构件，所述插入构件插入并容纳在所述芯片外壳中，并配置为容纳所述孔阵列。

4.根据权利要求3所述的体外诊断芯片，其中所述插入构件包括硅树脂。

5.根据权利要求3所述的体外诊断芯片，其中所述芯片外壳包括侧部，在所述侧部中形成有一个或多个夹孔或夹槽，以及

所述插入构件包括侧部，在所述侧部上形成有待插入所述夹孔的一个或多个夹缩突起。

6.根据权利要求3所述的体外诊断芯片，其中所述插入构件通过底面连接到所述芯片外壳的上表面，以及

形成接收槽以在所述插入构件的上表面中容纳所述孔阵列。

7.根据权利要求6所述的体外诊断芯片，其中在所述插入构件的上表面中，形成注入样品的样品注入口、具有从所述样品注入口到所述孔阵列逐渐减小的宽度的样品注入部、以及连接所述孔阵列的外表面和所述样品注入部的最大延伸部分的气孔。

8.根据权利要求7所述的体外诊断芯片，其中在所述芯片外壳中对应于所述样品注入口形成有芯片注入口，并且所述样品注入口和所述芯片注入口相互连通。

9.根据权利要求8所述的体外诊断芯片，还包括形成具有止挡突起的导向帽，所述止挡突起通过所述芯片注入口插入所述样品注入口。

10.根据权利要求7所述的体外诊断芯片，其中所述气孔包括连接所述孔阵列的一侧和所述样品注入部的一侧的第一空气通道，以及连接所述孔阵列的另一侧和所述样品注入部的另一侧的第二空气通道。

11.根据权利要求2所述的体外诊断芯片，还包括EEPROM，所述EEPROM容纳在所述芯片外壳中并配置为存储用于芯片历史管理的数据。

12.根据权利要求3所述的体外诊断芯片，还包括配置为覆盖所述孔阵列的膜，其中所述膜包括发射膜。

13.根据权利要求3所述的体外诊断芯片，还包括：

孔盖，所述孔盖配置为覆盖所述孔阵列；以及

导向构件，所述导向构件配置为通过覆盖所述孔盖而形成的中空孔暴露所述孔盖的一部分。