CN202351247U

CN202351247U - 多功能多指标检测集成芯片

Info

Publication number: CN202351247U
Application number: CN2011205209655U
Authority: CN
Inventors: 王战会; 陈坦
Original assignee: TIANJIN MICRO NANO CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN MICRO NANO CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-12-14

Abstract

本实用新型公开了一种多功能多指标检测集成芯片。芯片上含有样品槽、稀释液槽、储液槽、多个预装有反应试剂的反应槽、一组用于系统校正的自检槽、一组溢流槽、以及一些控制流体流动的不同形状的微流道。通过该芯片可以一次性自动化完成样品溶液的前处理、定量稀释、反应和检测。本实用新型芯片可以用于生物分析、医学检测、环境污染物监测以及食品、药品安全等分析检测领域。

Description

多功能多指标检测集成芯片

技术领域

本实用新型芯片用于分析检测领域，是一种集样品前处理、定量稀释、反应和检测于一体的多功能多指标检测集成芯片。

背景技术

面临着21世纪在生物医学分析、疾病诊断、环境监测、食品与药品安全等领域的众多挑战，现场采样分析、快速检测以及患者自测等需求的提出，对检验检疫分析手段和设备提出了更高的要求。要满足这些不断提出的新的需求，就必须要发展微型化、集成化和便携化的检验检疫仪器设备。

目前检验检疫所采用的自动化分析设备的起源可以追溯到上世纪五十年代，经过了半个世纪的发展已实现了集成化和自动化。如自动生化分析仪是将生化分析中的取样、加试剂、混合、保温、比色、结果计算与报告等这些步骤的部分或全部由模仿手工操作的机械手来完成。但现有自动生化分析仪体积庞大、价格昂贵、操作复杂、还需要配备专业设备进行样品的前处理，所以需要安装在大型医院的中心实验室，由经过培训的专业人员进行操作。另外，为了提高检测效率和降低检测成本，往往需要收集起数量较多的一批样品来进行统一分析检测，所以检测周期较长。目前医院里使用的大型自动化生化分析仪的特点难以满足现场采样分析、快速检测以及患者自测等需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种多功能多指标检测集成芯片，可克服现有检测设备的缺陷，能自动化完成整个检测过程，检测周期短，一次检测就能获得多个检测指标。

本实用新型的多功能多指标检测集成芯片，所述的芯片分为上下两层，上层与下层水密性地相连；该芯片上层设有一组用于加样的通孔；该芯片下层包括样品槽、稀释液槽、样品定量槽、稀释液定量槽、储液槽、混合槽、多个预装有反应试剂的反应检测槽、一组用于系统校正的自检槽、一组溢流槽、多组控制流体流动的不同形状的微流道。

所述的芯片上层通孔为两个，分别用于样品和稀释液进样。

所述的芯片下层的样品槽和稀释液槽位于靠近中心的位置，所述的样品和稀释液通过所述的芯片上层的通孔注入到对应样品槽和稀释液槽中。

所述芯片的样品定量槽，入口与所述的样品槽相连，出口与所述的储液槽相连。

所述芯片下层的样品定量槽与所述的混合槽通过微流道相连；所述的芯片下层的稀释液定量槽与混合槽通过微流道相连。

通过改变所述芯片下层的样品定量槽与稀释液定量槽的体积比来改变样品的稀释倍数。

芯片下层的反应检测槽通过一个环形微流道和一组径向微流道与混合槽相连。

所述的芯片下层的稀释液定量槽通过微流道与自检槽相连，该组自检槽沿圆周分布，用于与所述芯片配套的检测设备和芯片本身的自检和校正。

所述的芯片上层与下层之间采用粘接、超声波焊接或者激光焊接的方式连接。

所述的反应检测槽中都预装有冻干的反应试剂。

本实用新型的检测集成芯片集样品前处理、定量稀释、反应和检测于一体，无需配备专业的样品前处理设备和机械手，操作简单，整个检测过程全自动化完成，无需专业人员操作，可以实现患者自测。一片芯片，一次检测就可以获得多个检测指标，检测周期短。多功能多指标检测集成芯片体积微小，与微型化检测设备集成，可以发展出微型化、集成化和便携化的检测设备，实现现场采样分析。

另外，本实用新型多功能多指标检测集成芯片可以用于生物医学检测领域，对人或动物的全血、血浆、尿液、唾液、精液、脊髓、羊水等体液进行全自动化的快速检测。本实用新型的多功能多指标检测集成芯片可以用于环境检测领域，对环境中的有机或无机污染物进行快速检测。本实用新型的多功能多指标检测集成芯片可以用于食品安全领域，对食品中的有毒有害物质、细菌、病毒等进行快速检测。本实用新型的多功能多指标检测集成芯片可以用于制药、化工领域，对各种药品成分、化工产品进行快速检测。

下面以全血生化检测法为例，并结合附图详细说明本实用新型检测集成芯片的使用方法。

附图说明

图1是芯片上层的示意图；

图2是芯片下层的示意图；

图3是样品与稀释照液加入后芯片开始转动的瞬间示意图；

图4是样品进行固液分离和定量、稀释液定量后的示意图；

图5是定量的样品和定量的稀释液在混合槽中混合的示意图；

图6是混合后的溶液通过微流道进入反应检测槽后的示意图。

具体实施方式

本实用新型的多功能多指标检测集成芯片，所述的芯片分为上下两层，上层与下层水密性地相连；该芯片上层设有一组用于加样的通孔；该芯片下层包括样品槽、稀释液槽、样品定量槽、稀释液定量槽、储液槽、多个预装有反应试剂的反应检测槽、一组用于系统校正的自检槽、一组溢流槽、多组控制流体流动的不同形状的微流道。

上述芯片形状可以是圆形、方形、长方形或多边形。优选地，其形状为圆形。

上述芯片上层的通孔为两个，一个用于加入样品，一个用于加入稀释液。

上述芯片下层的槽为样品槽、稀释液槽、样品定量槽、稀释液定量槽、储液槽、反应检测槽、一组用于系统校正的自检槽、一组溢流槽，上述各槽间通过微流道相连。

上述芯片下层的样品槽和稀释液槽位于靠近中心的位置，所述的样品和稀释液通过所述的芯片上层的通孔注入到所述的样品槽和稀释液槽中。

上述芯片储液槽的作用是储存样品中影响光学检测的固体物质。

可以通过改变上述芯片下层的样品定量槽与稀释液定量槽的体积比来改变样品的稀释倍数。

上述混合槽的作用在于将定量后的样品和稀释液充分混合。

上述芯片下层的反应检测槽通过一个环形微流道和一组径向微流道与混合槽相连。

上述芯片下层的反应检测槽沿圆周均匀分布。

上述芯片下层的反应检测槽直径介于0.1mm到10mm。

上述芯片下层的反应检测槽的深度介于1mm到10mm。

反应检测槽位于远离圆心的圆周上，形状可以是圆形、方形、长方形或多边形，优选圆形。

上述的反应检测槽中都预装有冻干的反应试剂。

上述的芯片下层的自检槽用于与所述芯片配套的检测设备的自检和校正，该组自检槽位于远离圆心的圆周上。

上述的一组自检槽的中心至圆心的距离与所述的反应检测槽的中心到圆心的距离相同。

上述的辅助槽的直径介于1mm到10mm。

上述的微反射面宽度介于0.1mm到5mm。

上述的芯片的原材料为塑料、硅胶、金属、合金、玻璃或硅。可以采用一种材料，也可以采用两种或多种材料来制作。制作方法可以是机械加工、刻蚀、模具铸造等。优选材料是塑料，通过模具注塑方式制作。

本芯片可以用于生物医学检测领域，对人或动物的全血、血浆、尿液、唾液、精液、脊髓、羊水等体液中的多种指标进行全自动化的快速检测；另外，本芯片还可以用于环境检测领域，对环境中的有机或无机污染物进行快速检测；再者，本芯片还可以用于食品安全领域，对食品中的有毒有害物质、细菌、病毒等进行快速检测；同样的，本芯片可以用于制药、化工领域，对各种药品成分、化工产品进行快速检测。

在待检测的样品中如果待检测物浓度较高，可以在芯片上加入样品的同时加入稀释液，若样品中待检测物的浓度合适则只需加样品即可。如血液的生化指标分析，可以在加经过抗凝处理的血液的同时加入稀释液。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

上述的芯片上层与下层之间采用粘接、超声波焊接或者激光焊接的方式连接。

用上述检测集成芯片的检测方法，其包括以下步骤：

(1)将样品溶液经通孔注入到所述的样品槽中；

(2)将稀释液经通孔注入到所述的稀释液槽中，若样品不需要稀释，本步骤删除；

(3)启动电机旋转所述的芯片；

(4)样品溶液在离心力作用下实现固液分离和定量，同时稀释液进入稀释液定量槽；

(5)定量的样品与稀释液流入混合槽进行混合；

(6)混合后的液体进入反应检测槽与所述的反应试剂进行反应；

(7)通过与芯片配套的检测设备在反应检测槽中进行原位检测；

在步骤(3)中，所述的电机的转速介于1000到10000转每分钟。

在步骤(4)中，样品中固体不溶物在离心力的作用下与液体分离，滞留在所述的储液槽中，分离后的液体在样品定量槽中完成定量。

在步骤(1)～(7)进行的同时，所述的电机根据需要在不同的时段处于不同的旋转速度或者旋转方向。

在步骤(6)～(7)中根据试剂反应的需要配套设备可提供恒定的反应检测温度。

在步骤(7)中，与芯片配套的光学检测设备可以是分光光度计、荧光计、光电管。

在步骤(7)中，与芯片配套的检测方法是分光光度法、荧光法、化学发光法。

实施例一：血液生化分析

如图1、2所示，本实用新型可用于血液生化检测的集成芯片，该芯片以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作而成。本芯片包括上层1下层2，其中：

上层1上设有通孔11、12。

下层2上设有样品槽21、稀释液槽22、储液槽23、反应检测槽24、一组自检槽25、一组溢流槽26、稀释液定量槽27、样品定量槽28、混合槽29、气孔210；还设有连接各槽的流道211～215。

样品槽21与稀释液槽22位于芯片靠近中心的位置，样品槽与稀释液槽中分别有一个气孔210保证液体能顺利地注入。

稀释液定量槽27与样品定量槽28的体积比决定了样品的稀释倍数。

多余的稀释液进入到自检槽25中对芯片本身及配套设备和系统进行校正，自检槽25位于反应检测槽24同半径的圆周上，为圆形，直径为0.1mm，深度为1mm。

反应检测槽24直径为0.1mm，深度为1mm。反应槽24位于远离圆心的圆周上，形状可以是圆形、方形、长方形或多边形，在本实施例中，其为圆形。

反应检测槽24中预装有各种冻干试剂，在本实施例中，该反应检测槽中预装的冻干试剂用于检测的血液生化指标包括丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、γ-谷氨酞基转移酶(γ-GT)、碱性磷酸酶(ALP)、总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIt)、总蛋白(TP)、白蛋白(Alb)、尿素(Urea)、肌酐(Cr)、尿酸(UA)、葡萄糖(Glu)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度低蛋白(VLDL)、极低密度脂蛋白(LDL)、血清镁(Mg)、血清钾(K)、血清钠(Na)、血清氯(Cl)、血清钙(Ca)、血清磷(P)、血清铁(Fe)、血清氨(NH)、二氧化碳(CO2)。

溢流槽26包括样品溢流槽261、稀释液溢流槽262及混合液溢流槽263，分别与样品槽21、自检槽25及反应检测槽24通过微流道相连。

配合图3所示，芯片使用时，先从人或动物的指尖、静脉或其它部位取数滴血液，然后按并从通孔11注入样品槽21；将稀释液从通孔12注入稀释液槽22；然后将芯片固定到电机上开始旋转。

配合图4所示，芯片置于37摄氏度恒温腔中，电机带动芯片以4000转/分钟的速度旋转；血液样品在离心力的作用下从样品槽21进入样品定量槽28和储液槽23，多余的样品进入溢流槽261，血液中的血细胞等颗粒状物质开始与液体分离并最终进入储液槽23；稀释液在离心力的作用下从稀释液槽22进入稀释液定量槽27，多余的稀释液进入自检槽25与溢流槽262中；

配合图5所示，芯片在电机带动下继续旋转，固液分离后的定量样品(血浆)从样品定量槽28中经过微流道214进入混合槽29；定量的稀释液经过微流道213进入混合槽29；电机带动芯片旋转，血浆和稀释液在混合槽29中充分混合。

配合图6所示，混合后的液体在离心力作用下经过微流道215进入环形流道212，再通过与各个反应检测槽24相连的发散式径向流道211将反应检测槽24逐个充满，溶解反应检测槽24中预装的试剂，并开始反应；多余的混合液进入溢流槽263；反应一段时间后进行原位光学检测。

实施例二：水质检测

以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作芯片，并在反应检测槽24中预装用于检测水中有机物(如苯酚)、重金属离子(如铅、铜、铁)、农药残留(如有机磷)的试剂。取1毫升水样加入到样品槽21中。如果需要稀释则将稀释液注入稀释槽22。把芯片固定在电机上，启动电机开始旋转。样品输送、分离、反应检测等步骤与实施例一类似。

实施例三：食品卫生检测

以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作芯片，并在反应槽24中预装用于检测食品中微生物(如大肠杆菌)、添加剂(如糖化酶制剂)、农药残留(如有机磷、氨基甲酸酯农药)、污染物(如无机砷、甲醛、氰化物、亚硝酸盐)、蛋白质等的试剂。对于液态样品可以直接取样加入到芯片中。固体样品需粉碎，再加液体溶解，然后加入到芯片中。特殊的还可以用到各种萃取技术把待测物质从食品中提取后，再加入到芯片检测。检测方法同实施例一。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的芯片分为上下两层，上层与下层水密性地相连；该芯片上层设有一组用于加样的通孔；该芯片下层包括样品槽、稀释液槽、样品定量槽、稀释液定量槽、储液槽、混合槽、多个预装有反应试剂的反应检测槽、一组用于系统校正的自检槽、一组溢流槽、多组控制流体流动的不同形状的微流道。

2.根据权利要求1所述多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的芯片上层通孔为两个，分别用于样品和稀释液进样。

3.根据权利要求1或2所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的芯片下层的样品槽和稀释液槽位于靠近中心的位置，所述的样品和稀释液通过所述的芯片上层的通孔注入到对应样品槽和稀释液槽中。

4.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述芯片的样品定量槽，入口与所述的样品槽相连，出口与所述的储液槽相连。

5.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述芯片下层的样品定量槽与所述的混合槽通过微流道相连；所述的芯片下层的稀释液定量槽与混合槽通过微流道相连。

6.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：通过改变所述芯片下层的样品定量槽与稀释液定量槽的体积比来改变样品的稀释倍数。

7.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：芯片下层的反应检测槽通过一个环形微流道和一组径向微流道与混合槽相连。

8.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的芯片下层的稀释液定量槽通过微流道与自检槽相连，该组自检槽沿圆周分布，用于与所述芯片配套的检测设备和芯片本身的自检和校正。

9.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的芯片上层与下层之间采用粘接、超声波焊接或者激光焊接的方式连接。

10.根据权利要求1所述的多功能多指标检测集成芯片，其特征在于：所述的反应检测槽中都预装有冻干的反应试剂。