CN117625759A - 基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备 - Google Patents

基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及分子检测领域，并提供了基于硅基微流控芯片的分子检测方法，将液体样本注入硅基微流控芯片中，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。

Description

基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备
技术领域
本发明涉及分子检测领域，特别涉及基于硅基微流控芯片的分子检测方法。
背景技术
微流控技术，也称微流体技术，是一种在微米尺度上控制和处理液体的技术，微流控芯片作为微流控技术的核心部件，可实现样本处理、反应、分离等多种功能，由于其体积小、效率高、成本低等优点，微流控芯片已经在生物医学、材料科学、能源技术等诸多领域得到广泛应用，而基于硅材料在机械性能和化学稳定性方面的良好表现，硅基微流控芯片在高性能分子检测、生物分析等更为精密的流体控制和操作方面有着独特的优势。
在生物医学领域中，微流控芯片尤其适用于高灵敏度和高通量的生物分子检测，然而，目前的技术中，液体样本中的部分分子浓度可能极低，对检测技术提出了巨大挑战，尽管一些方法如核酸扩增（PCR）技术可以提高分子检测的灵敏度，但这些方法通常需要复杂的操作步骤和设备，不利于在微流控芯片上实现，此外，由于微流控芯片的微米尺度特性，液体样本中的分子在微流控芯片的微孔中并不是均匀分布，例如，由于壁面效应，流体在靠近壁面的过程中其速度往往更慢，导致分子在靠近壁面的区域出现集聚，形成浓度梯度，同时，由于流体通过微孔的流入过程中可能会出现涡流、电泳等，这些现象进一步地影响了分子在反应过程和检测结果上的准确性。
因此，提出一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，是提高液体样本分子检测灵敏度和精度的关键。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
本发明提供了基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备，将液体样本注入硅基微流控芯片中，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将液体样本注入硅基微流控芯片中；
S200，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道；
S300，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果；
S400，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。
进一步地，所述硅基微流控芯片内设置有加样孔、检测通道（或称为流道）、出样孔，加样孔用于将液体样本输送至检测通道内，出样孔用于对检测后的液体样本进行排出，检测通道内设置有检测元件（或称敏感元件），所述检测元件用于对液体样本进行分子检测，检测元件内设有多个微孔，微孔用于容纳过滤后的液体样本；
其中，所述加样孔与检测通道之间还设置有微滤膜，微滤膜用于过滤液体样本中的大颗粒物质；液体样本在通过加样孔注入硅基微流控芯片后，经过微滤膜进行过滤，而后流入检测通道。
可选地，所述液体样本为生物流体样本。
进一步地，步骤S300中，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果的方法具体为：
以N表示检测通道中的检测元件内的多个微孔的总数量，将每个微孔单独记为一个检测区域，则所述检测元件内含有N个检测区域，每个检测区域内各含有液体样本的部分，以por(i)表示所述N个检测区域内的第i个检测区域，i为序号，则i的取值范围为i=1,2,…,N（即N个微孔），以con(i)表示por(i)内含有的液体样本的部分的浓度（则每个por(i)对应着一个con(i)），con(i)的单位为皮摩尔/升（pmol/L），以所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)作为检测结果。
进一步地，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析的方法具体为：
S401，对于检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)，以所述N个检测区域内的第一个检测区域por(1)作为第一区域，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)，M1为序号（变量），M1∈[1,N]（即N个检测区域内的其中一个）；
将por(M1)记为流检区域，创建一个空白的数组sol[]（用于对por(X)中的序号X进行连续存储），设置变量j，变量j的取值范围为j=1,2,…,N，从j=1开始遍历变量j，转至S402；
S402，以所有相邻于流检区域的检测区域作为流检区域的垂交域（或称流检区域的4-邻域），在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)，X为序号（变量），X∈[1,N]，将当前序号X的值加入数组sol[]中，转至S403；
S403，如果变量j的值小于N/2，则将流检区域更新为por(X)（即，将por(X)作为新的流检区域，进入遍历的下一轮次），同时将变量j的值增加1，转至S402；如果变量j的值等于或大于N/2，则转至S404；
S404，记检测结果中的con(1),con(2),…,con(N)的最大值为con(K0)，K0为序号，K0∈[1,N]；如果数组sol[]内存在K0该值，则转至S405，否则（即数组sol[]内不存在K0该值）转至S406；
S405，基于数组sol[]计算微流值；
S406，将流检区域更新为por(K0)，同时将K0该值加入到数组sol[]中，重置变量j的值为j=1，转至S402。
本步骤的有益效果为：对于液体样本在微流控芯片的检测过程中，其浓度分布并不均匀，即部分微孔内所容纳的液体样本的浓度并不一致，从而导致芯片的检测灵敏度受到限制，因此需要对液体样本进行生物技术处理，然而，在频繁更换液体样本的检测过程中，仅针对浓度低的微孔进行样本扩增，并不能够充分地提升检测的灵敏度和准确性，这是因为在实际的液体样本中，分布到各微孔的溶液部分所包含的生物信息都不同，以单一地聚焦于低浓度的微孔部分的方式往往会导致关键的生物信息被遗漏，从而影响整个液体样本的检测结果，本步骤的方法通过对N个检测区域的浓度进行记录，从第一个检测区域开始，根据其浓度分布遍历于N个检测区域，进而筛选出关键的微流区域，微流区域代表着该芯片的检测缺陷点，即由于其芯片的参数设计导致这些区域容易出现检测低敏性（即检测灵敏度远低于芯片标准，表现为检测结果上的数值异常），因此需要对微流区域进行信号扩增，以实现对于检测盲点的补偿，确保微流区域的生物信号能够被明显捕捉，充分提高微流控芯片的检测效率和准确性。
进一步地，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)的方法为：以所有相邻于第一区域的检测区域作为第一区域的垂交域（或称4-邻域，即位于第一区域的正上方、正下方、左侧、右侧且距离第一区域最近的四个检测区域所组成的区域，不包括第一区域自身），则第一区域的垂交域中含有N1个检测区域，N1的取值为区间[2,4]内的整数，将这N1个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(M1)。
进一步地，在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)的方法具体为：记流检区域的垂交域中共含有N2个检测区域，N2的取值为区间[2,4]内的整数，将这N2个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(X)。
进一步地，S405，基于数组sol[]计算微流值的方法为：以sol(k)表示数组sol[]内的第k个元素，k为序号，k的取值范围为k=1,2,…,N0，N0为数组sol[]内所有元素的数量，创建一个空白的数组enf[]，将数组sol[]内的重复元素加入数组enf[]中；
分别对数组sol[]和数组enf[]执行数组去重（即，对数组内的重复元素进行删除且仅保留一个），将执行了数组去重后的数组sol[]和数组enf[]分别保存为数组p1[]和p2[]；
以p1(k1)表示数组p1[]中的第k1个元素，k1为序号，k1的取值范围为k1=1,2,…,N1，N1为数组p1[]内所有元素的数量，则p1(k1)对应的取值为p1(k1)=p1(1),p1(2),…,p1(N1)；
以p2(k2)表示数组p2[]中的第k2个元素，k2为序号，k2的取值范围为k2=1,2,…,N2，N2为数组p2[]内所有元素的数量，则p2(k2)对应的取值为p2(k2)=p2(1),p2(2),…,p2(N2)；
在检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)内，将这N2个检测区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))标记为微流区域，以por(p2(k2))表示这N2个微流区域中的第p2(k2)个微流区域，以por(p2(k2))_mic表示por(p2(k2))所对应的微流值；
其中，数组sol[]内的重复元素的定义为：对于数组sol[]内的任意一个元素sol(t)，如果数组sol[]内存在两个或两个以上的与元素sol(t)的值相同的元素，则称元素sol(t)为数组sol[]内的重复元素。
进一步地，por(p2(k2))_mic的计算方法为：在所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)中，记第p1(k1)个检测区域内含有的液体样本的部分的浓度的数值为第一数值，k1=1,2,…,N1，则第一数值共有N1个，以第一数值的倒数乘以N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)的平均值作为第二数值，第二数值共有N1个，以por(p2(k2))内含有的液体样本的部分的浓度的值的C1次方作为第三数值，C1为第一数值加1后所得到的值，则第三数值也有N1个，将N1个第二数值和N1个第三数值按顺序地两两相乘，得到N1个第四数值，将这N1个第四数值进行累加，记累加后得到的值为por(p2(k2))所对应的微流值por(p2(k2))_mic。
进一步地，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析，还包括，对微流区域进行信号放大，具体方法为：在N2个微流区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))内，按照微流区域所对应的微流值的大小（即por(p2(1))_mic,por(p2(2))_mic,…,por(p2(N2))_mic），从高到低地选取出M0个微流区域，将存在于这M0个微流区域内的液体样本进行信号放大；
其中，M0的取值为INT(1/m*N2)，m的取值为区间[2,5]内的整数（即选取N2个微流区域内的约1/2个至1/5个微流区域进行信号放大），INT()表示对()内的数进行取整，所述信号放大为通过PCR扩增技术进行信号放大。
本步骤的有益效果为：通过对进行信号放大的微流区域的数量作出部分限制，在保证了检测范围能被足够覆盖时，又避免加载过多且不必要的扩增资源，在保证检测效果的同时提高了效率，微流区域所对应的微流值反映了该检测区域相对于其他区域出现检测缺陷的可能程度的高低，充分平衡了检测的覆盖范围与扩增资源利用，降低检测时间成本上的消耗，使检测过程能够更为灵活以及表现出更高的适应度。
可选地，当检测结果远低于检测标准时，可将所有微流区域内的液体样本都分别进行信号放大。
本发明的有益效果为：所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，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，在附图中：
图1所示为基于硅基微流控芯片的分子检测方法的流程图；
图2所示为基于硅基微流控芯片的分子检测设备的结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
如图1所示为根据本发明的基于硅基微流控芯片的分子检测方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的基于硅基微流控芯片的分子检测方法。
本发明提出基于硅基微流控芯片的分子检测方法，所述方法包括以下步骤：
S100，将液体样本注入硅基微流控芯片中；
S200，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道；
S300，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果；
S400，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。
进一步地，所述硅基微流控芯片内设置有加样孔、检测通道（或称为流道）、出样孔，加样孔用于将液体样本输送至检测通道内，出样孔用于对检测后的液体样本进行排出，检测通道内设置有检测元件（或称敏感元件），所述检测元件用于对液体样本进行分子检测，检测元件内设有多个微孔，微孔用于容纳过滤后的液体样本；
其中，所述加样孔与检测通道之间还设置有微滤膜，微滤膜用于过滤液体样本中的大颗粒物质；液体样本在通过加样孔注入硅基微流控芯片后，经过微滤膜进行过滤，而后流入检测通道。
进一步地，步骤S300中，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果的方法具体为：
以N表示检测通道中的检测元件内的多个微孔的总数量，将每个微孔单独记为一个检测区域，则所述检测元件内含有N个检测区域，每个检测区域内各含有液体样本的部分，以por(i)表示所述N个检测区域内的第i个检测区域，i为序号，则i的取值范围为i=1,2,…,N（即N个微孔），以con(i)表示por(i)内含有的液体样本的部分的浓度（则每个por(i)对应着一个con(i)），con(i)的单位为皮摩尔/升（pmol/L），以所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)作为检测结果。
进一步地，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析的方法具体为：
S401，对于检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)，以所述N个检测区域内的第一个检测区域por(1)作为第一区域，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)，M1为序号（变量），M1∈[1,N]（即N个检测区域内的其中一个）；
将por(M1)记为流检区域，创建一个空白的数组sol[]（用于对por(X)中的序号X进行连续存储），设置变量j，变量j的取值范围为j=1,2,…,N，从j=1开始遍历变量j，转至S402；
S402，以所有相邻于流检区域的检测区域作为流检区域的垂交域（或称流检区域的4-邻域），在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)，X为序号（变量），X∈[1,N]，将当前序号X的值加入数组sol[]中，转至S403；
S403，如果变量j的值小于N/2，则将流检区域更新为por(X)（即，将por(X)作为新的流检区域，进入遍历的下一轮次），同时将变量j的值增加1，转至S402；如果变量j的值等于或大于N/2，则转至S404；
S404，记检测结果中的con(1),con(2),…,con(N)的最大值为con(K0)，K0为序号，K0∈[1,N]；如果数组sol[]内存在K0该值，则转至S405，否则（即数组sol[]内不存在K0该值）转至S406；
S405，基于数组sol[]计算微流值；
S406，将流检区域更新为por(K0)，同时将K0该值加入到数组sol[]中，重置变量j的值为j=1，转至S402。
进一步地，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)的方法为：以所有相邻于第一区域的检测区域作为第一区域的垂交域（或称4-邻域，即位于第一区域的正上方、正下方、左侧、右侧且距离第一区域最近的四个检测区域所组成的区域，不包括第一区域自身），则第一区域的垂交域中含有N1个检测区域，N1的取值为区间[2,4]内的整数，将这N1个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(M1)；
当第一区域位于角落，即其两侧没有其他检测区域时N1取2；当第一区域位于边界，即其只有一侧没有其他检测区域时N1取3；当第一区域既不位于角落也不位于边界时N1取4。
进一步地，在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)的方法具体为：记流检区域的垂交域中共含有N2个检测区域，N2的取值为区间[2,4]内的整数，将这N2个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(X)。
进一步地，S405，基于数组sol[]计算微流值的方法为：以sol(k)表示数组sol[]内的第k个元素，k为序号，k的取值范围为k=1,2,…,N0，N0为数组sol[]内所有元素的数量，创建一个空白的数组enf[]，将数组sol[]内的重复元素加入数组enf[]中；
分别对数组sol[]和数组enf[]执行数组去重（即，对数组内的重复元素进行删除且仅保留一个），将执行了数组去重后的数组sol[]和数组enf[]分别保存为数组p1[]和p2[]；
以p1(k1)表示数组p1[]中的第k1个元素，k1为序号，k1的取值范围为k1=1,2,…,N1，N1为数组p1[]内所有元素的数量，则p1(k1)对应的取值为p1(k1)=p1(1),p1(2),…,p1(N1)；
以p2(k2)表示数组p2[]中的第k2个元素，k2为序号，k2的取值范围为k2=1,2,…,N2，N2为数组p2[]内所有元素的数量，则p2(k2)对应的取值为p2(k2)=p2(1),p2(2),…,p2(N2)；
在检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)内，将这N2个检测区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))标记为微流区域，以por(p2(k2))表示这N2个微流区域中的第p2(k2)个微流区域，以por(p2(k2))_mic表示por(p2(k2))所对应的微流值；
其中，数组sol[]内的重复元素的定义为：对于数组sol[]内的任意一个元素sol(t)，如果数组sol[]内存在两个或两个以上的与元素sol(t)的值相同的元素，则称元素sol(t)为数组sol[]内的重复元素。
进一步地，por(p2(k2))_mic的计算方法为：在所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)中，记第p1(k1)个检测区域内含有的液体样本的部分的浓度的数值为第一数值，k1=1,2,…,N1，则第一数值共有N1个，以第一数值的倒数乘以N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)的平均值作为第二数值，第二数值共有N1个，以por(p2(k2))内含有的液体样本的部分的浓度的值的C1次方作为第三数值，C1为第一数值加1后所得到的值，则第三数值也有N1个，将N1个第二数值和N1个第三数值按顺序地两两相乘，得到N1个第四数值，将这N1个第四数值进行累加，记累加后得到的值为por(p2(k2))所对应的微流值por(p2(k2))_mic；
其数学表达为：
；
式中，k1为变量，con(p1(k1))表示所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)中的第p1(k1)个检测区域内含有的液体样本的部分的浓度，conALL_m表示N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)的平均值（即[con(1)+con(2)+…+con(N)]/N），con(p2(k2))表示por(p2(k2))内含有的液体样本的部分的浓度。
进一步地，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析，还包括，对微流区域进行信号放大，具体方法为：在N2个微流区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))内，按照微流区域所对应的微流值的大小（即por(p2(1))_mic,por(p2(2))_mic,…,por(p2(N2))_mic），从高到低地选取出M0个微流区域，将存在于这M0个微流区域内的液体样本进行信号放大；
其中，M0的取值为INT(1/m*N2)，m的取值为区间[2,5]内的整数（即选取N2个微流区域内的约1/2个至1/5个微流区域进行信号放大），INT()表示对()内的数进行取整，所述信号放大为通过PCR扩增技术进行信号放大。
具体地，所述进行信号放大，其方法具体为：将硅基微流控芯片置于PCR仪上，同时将生物传感器置于硅基微流控芯片内的微孔的底部，利用生物传感器与PCR仪进行扩增反应，实现信号放大。
所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于硅基微流控芯片的分子检测方法实施例中的步骤，所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、移动电话、手提电话、平板电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
本发明的实施例提供的基于硅基微流控芯片的分子检测设备，如图2所示，该实施例的基于硅基微流控芯片的分子检测设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于硅基微流控芯片的分子检测方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下设备的单元中：
样品过滤单元，用于将液体样本注入硅基微流控芯片中；
样本过滤单元，用于通过微滤膜对液体样本进行过滤；
样本检测单元，用于在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测；
微流分析单元，用于根据检测结果，对液体样本进行微流分析。
所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是基于硅基微流控芯片的分子检测方法及设备的示例，并不构成对基于硅基微流控芯片的分子检测方法及设备的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于硅基微流控芯片的分子检测设备的各个分区域。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于硅基微流控芯片的分子检测方法及设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card ,SMC)，安全数字(Secure Digital ,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明提供了基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备，将液体样本注入硅基微流控芯片中，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (10)

1.基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100，将液体样本注入硅基微流控芯片中；
S200，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道；
S300，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果；
S400，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。
2.根据权利要求1所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，所述硅基微流控芯片内设置有加样孔、检测通道、出样孔，加样孔用于将液体样本输送至检测通道内，出样孔用于对检测后的液体样本进行排出，检测通道内设置有检测元件，所述检测元件用于对液体样本进行分子检测，检测元件内设有多个微孔，微孔用于容纳过滤后的液体样本；
其中，所述加样孔与检测通道之间还设置有微滤膜，微滤膜用于过滤液体样本中的大颗粒物质；液体样本在通过加样孔注入硅基微流控芯片后，经过微滤膜进行过滤，而后流入检测通道。
3.根据权利要求1所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，步骤S300中，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果的方法具体为：
以N表示检测通道中的检测元件内的多个微孔的总数量，将每个微孔单独记为一个检测区域，则所述检测元件内含有N个检测区域，每个检测区域内各含有液体样本的部分，以por(i)表示所述N个检测区域内的第i个检测区域，i为序号，则i的取值范围为i=1,2,…,N，以con(i)表示por(i)内含有的液体样本的部分的浓度，con(i)的单位为皮摩尔/升，以所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)作为检测结果。
4.根据权利要求1所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析的方法具体为：
S401，对于检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)，以所述N个检测区域内的第一个检测区域por(1)作为第一区域，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)，M1为序号，M1∈[1,N]；
将por(M1)记为流检区域，创建一个空白的数组sol[]，设置变量j，变量j的取值范围为j=1,2,…,N，从j=1开始遍历变量j，转至S402；
S402，以所有相邻于流检区域的检测区域作为流检区域的垂交域，在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)，X为序号，X∈[1,N]，将当前序号X的值加入数组sol[]中，转至S403；
S403，如果变量j的值小于N/2，则将流检区域更新为por(X)，同时将变量j的值增加1，转至S402；如果变量j的值等于或大于N/2，则转至S404；
S404，记检测结果中的con(1),con(2),…,con(N)的最大值为con(K0)，K0为序号，K0∈[1,N]；如果数组sol[]内存在K0该值，则转至S405，否则转至S406；
S405，基于数组sol[]计算微流值；
S406，将流检区域更新为por(K0)，同时将K0该值加入到数组sol[]中，重置变量j的值为j=1，转至S402。
5.根据权利要求4所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(M1)的方法为：以所有相邻于第一区域的检测区域作为第一区域的垂交域，则第一区域的垂交域中含有N1个检测区域，N1的取值为区间[2,4]内的整数，将这N1个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(M1)。
6.根据权利要求4所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(X)的方法具体为：记流检区域的垂交域中共含有N2个检测区域，N2的取值为区间[2,4]内的整数，将这N2个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(X)。
7.根据权利要求4所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，S405，基于数组sol[]计算微流值的方法为：以sol(k)表示数组sol[]内的第k个元素，k为序号，k的取值范围为k=1,2,…,N0，N0为数组sol[]内所有元素的数量，创建一个空白的数组enf[]，将数组sol[]内的重复元素加入数组enf[]中；
分别对数组sol[]和数组enf[]执行数组去重，将执行了数组去重后的数组sol[]和数组enf[]分别保存为数组p1[]和p2[]；
以p1(k1)表示数组p1[]中的第k1个元素，k1为序号，k1的取值范围为k1=1,2,…,N1，N1为数组p1[]内所有元素的数量，则p1(k1)对应的取值为p1(k1)=p1(1),p1(2),…,p1(N1)；
以p2(k2)表示数组p2[]中的第k2个元素，k2为序号，k2的取值范围为k2=1,2,…,N2，N2为数组p2[]内所有元素的数量，则p2(k2)对应的取值为p2(k2)=p2(1),p2(2),…,p2(N2)；
在检测通道中的检测元件内的N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)内，将这N2个检测区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))标记为微流区域，以por(p2(k2))表示这N2个微流区域中的第p2(k2)个微流区域，以por(p2(k2))_mic表示por(p2(k2))所对应的微流值；
其中，数组sol[]内的重复元素的定义为：对于数组sol[]内的任意一个元素sol(t)，如果数组sol[]内存在两个或两个以上的与元素sol(t)的值相同的元素，则称元素sol(t)为数组sol[]内的重复元素。
8.根据权利要求4所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，por(p2(k2))_mic的计算方法为：在所述N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)中，记第p1(k1)个检测区域内含有的液体样本的部分的浓度的数值为第一数值，k1=1,2,…,N1，则第一数值共有N1个，以第一数值的倒数乘以N个检测区域por(1),por(2),…,por(N)所对应的con(1),con(2),…,con(N)的平均值作为第二数值，第二数值共有N1个，以por(p2(k2))内含有的液体样本的部分的浓度的值的C1次方作为第三数值，C1为第一数值加1后所得到的值，则第三数值也有N1个，将N1个第二数值和N1个第三数值按顺序地两两相乘，得到N1个第四数值，将这N1个第四数值进行累加，记累加后得到的值为por(p2(k2))所对应的微流值por(p2(k2))_mic。
9.根据权利要求4所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法，其特征在于，步骤S400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析，还包括，对微流区域进行信号放大，具体方法为：在N2个微流区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(N2))内，按照微流区域所对应的微流值的大小，从高到低地选取出M0个微流区域，将存在于这M0个微流区域内的液体样本进行信号放大；
其中，M0的取值为INT(1/m*N2)，m的取值为区间[2,5]内的整数，INT()表示对()内的数进行取整，所述信号放大为通过PCR扩增技术进行信号放大。
10.基于硅基微流控芯片的分子检测设备，其特征在于，所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-9中任一项所述的基于硅基微流控芯片的分子检测方法中的步骤，所述基于硅基微流控芯片的分子检测设备运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑或云端数据中心的计算设备中。
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