CN202590811U - 一种有导流体的微流体芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种有导流体的聚合物微流体芯片，包括溶液池，在微流体芯片的溶液池内有导流体，导流体表面包被有抗原或抗体，该导流体与溶液池壁之间的空隙为0～1.5mm。本实用新型的微流体芯片可减少排液残留，使球体与容器之间形成间隙，气流增强，将残留液滴抽走；可控制溶液泵入时的溅射，便于控制包被质量；在溶液池中的导流体的转动，使溶液中的抗原与包被导流体表面的抗体有效接触，比振动的效果更加充分，提高反应效率。

Description

一种有导流体的微流体芯片

技术领域

本实用新型属于微观尺度下流体控制和检测领域，具体为一种有导流体的聚合物微流体芯片。

背景技术

微流体技术是检测和操控微小体积流体的技术，是应用于生物和化学流体系统的结构分析和控制方法。微流体技术已经实现的应用和潜在的应用包括疾病诊断、生命科学研究、以及生物和/或化学传感器研制。

聚合物微流体结构包括基板和隔膜。在聚合微流体结构中，基板上可以有各种结构，可以是微流体通道或路径，通孔，及各种容器。基板与隔膜结合，可构成阀结构，施加力使隔膜变形，因此致动阀驱使液体流动，构成泵结构；通过外部动力与阀结构、泵结构耦合，作为微流体芯片内液体流动的驱动装置。根据应用要求，对微流体芯片进行个性化设计，实现高效率样本检测。  “微流控芯片”是采用某种控制方式的微流体芯片。

聚合物微流体结构的特点是在“微”上，整体结构微，使用样本量微，使用试剂量微，芯片上流体流量微。因此，为得到应用目标的准确性、稳定性，要求对微流体控制的高精度。

目前，微流体芯片在应用中存在的重要问题是液体在从容器中流动流出时会在容器内壁上产生残留液滴，附着在容器内壁上。这种残留，其量虽然微小，但其对微流体产生的相对残留量比率是不能忽略的。残留液的问题是影响聚合物微流体应用的重要问题。

现有的聚合物微流体芯片，其容器101如图3所示，当将容器内溶液113泵出后，在容器内壁上会留有一些附着的残留液滴114，即使容器内壁采用圆弧角也难以避免。残留液体会影响检测结果，它会使溶液量减少产生误差；另外，当此容器再次使用时，有其它溶液泵入，会造成污染，影响正常的反应。

发明内容

为解决现有微流体芯片存在的不足，本实用新型的目的是提出一种有导流体的聚合物微流体芯片。

为实现本实用新型目的技术方案为：

一种有导流体的聚合物微流体芯片，在微流体芯片的溶液池内有导流体，该导流体与溶液池壁之间的空隙为0～1.5mm。

其中，所述导流体的形状根据溶液池形状不同而不同，是圆球体、椭圆球体、多面体或不规则几何体中的一种。

其中，所述导流体与溶液池壁之间的空隙取决于溶液的粘度(常温测定)，当溶液粘度为0.6～1.2mPa·s时，所述空隙为0～0.9mm，当溶液粘度为1.2～6.0mPa·s时，所述空隙为0.9～1.5mm。

其中，所述导流体表面经过硅化处理。

其中，所述导流体表面包被有抗原或抗体。

其中，所述导流体上方安置有限位器(112)，限位器与溶液池壁固定在一起，当球体比重低于液体时，限定导流体浮动和运动范围；使导流体完全浸入溶液。

本实用新型所述的微流体芯片，包括以下6个溶液池：样本池(201)、稀释液池(202)、标记液池(203)、解离液池(204)、清洗液池(205)、废液池(206)，每个池底部有通孔(104)；其中样本池(201)中设有样本池阀(211)和样本通孔，稀释液池202中设有稀释液池阀(212)和稀释液通孔，标记液池(203)设有标记液阀(213)和标记液通孔，解离液池(204)中设有解离液阀(214)和解离液通孔，清洗液池(205)设有清洗液阀(215)和清洗液通孔，废液池(206)设有废液阀(216)和废液通孔；各阀通过通道(106)分别与主阀(217)相连；

所述样本池阀(211)、主阀(217)、稀释液池阀(212)及通孔和通道构成样本池(201)-稀释液池(202)之间的双向的样本稀释泵(302)；

所述样本池阀(211)、主阀(217)、清洗液阀(215)及通孔、通道，构成样本池(201)-清洗液池(205)之间的单向的样本清洗泵(305)；

所述样本池阀(211)、主阀(217)、废液阀(216)及通孔、通道，构成样本池(201)-废液池(206)之间的单向的样本废液泵(306)；

所述样本池阀(211)、主阀(217)、标记液池阀(213)及通道，构成样本池(201)-标记液池(203)之间的双向的样本标记泵(303)；

所述样本池阀(211)、主阀(217)、解离液池阀(214)及通道，构成样本池(201)-解离增强液池(204)之间的双向的样本解离增强泵(304)。

本实用新型的有益效果在于：

可减少排液残留：在每次溶液排出时，当溶液从通孔104排出时，膜泵产生负压，产生气流115，由于导流体的存在，使导流体与容器之间形成间隙，气流115增强数倍，将残留液滴114抽走；另外，泵在工作时，气流115会使导流体111运动，变换位置，这样会将不同位置上的残留液滴114抽走。

可控制溶液泵入时的溅射：当溶液从基板通孔104泵入时，流速很大，会产生溅射，导流体可以阻止溶液泵入的溅射；池内的限位器，使包被的导流体不会浮出液面，减少导流体与溶液无接触时间；在导流体上包被与在容器中包被相比较，工艺简单，更便于控制包被质量。

可提高反应效率：将导流体表面进行包被，抗体包被在球上，放置在样本容器中，加入样本后，抗原抗体结合。在样本池中，泵工作，使溶液在两个池间不停地往复流动，包被球随之转动，使溶液中的抗原与包被球面的抗体有效接触，远比振动的效果更加充分，提高反应效率。

附图说明

图1为本发明聚合物微流体芯片结构示意图。

图2为图1沿A-A向的溶液池101剖面图。

图3为图2中的B处的局部放大图。

图4为溶液池剖面图。

图5，溶液池剖面图，无导流体时，有残留液滴114。

图6为溶液池剖面图，有导流体排液产生气流115。

图7为本发明聚合物微流体芯片溶液池俯视图。

图8为本发明聚合物微流体芯片底部仰视图。

图9为样本稀释泵302。

图10为样本清洗泵305，样本废液泵306。

图11为稀释液池、样本池、清洗液池之间的连接。

图12为样本标记泵303。

图13为样本解离增强泵304。

图14为本发明聚合物微流体检测装置。

图1～14中，各序号代表的部件如表1。

表1：各序号代表的部件

微流控芯片(100)
			溶液池(101)	基板(102)	隔膜(103)
基板通孔(104)	溶液池壁(105)	通道(106)
			导流体(111)	压环(112)	溶液(113)
残留液滴(114)	气流(115)
			样本池(201)	样本池阀(211)
稀释液池(202)	稀释液池阀(212)	双向泵-样本稀释泵(302)
			标记液池(203)	标记液池阀(213)	双向泵-样本标记泵(303)
解离液池(204)	解离液池阀(214)	样本解离增强泵(304)
			清洗液池(205)	清洗液阀(215)	单向泵-样本清洗泵(305)
废液池(206)	废液阀(216)	单向泵-样本废液泵(306)

	主阀(217)
			加样单元(401)	检测单元(402)	微流体控制单元(403)

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中的导流体可以是规则的球体或不规则的几何形状的球体。当溶液池的形状是不规则形状时，可采用不规则形状的导流体。导流体可以采用聚合物制造，也可以采用有机物或无机物结合的复合材料制造，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、木材、硅胶中的一种或其复合物。

实施例1：制备有包被的导流球体

1)用50mM pH 9.6的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液将用于包被的癌胚抗体1∶6000倍稀释，备用；

2)将一定数量导流球体放置于烧杯中，按照100μl/个球体的量计算，加入上述稀释的癌胚抗体溶液；

3)上述烧杯密封，置于4℃环境，包被20小时；

4)包被结束，用洗液洗涤2次，按300μl/个包被球计算，洗液成分为10mM pH7.4的PBS含5％吐温-20；

5)洗涤结束，将包被球置于吸水滤纸上吸干剩余溶液，之后置于烧杯中，按1 50ui/个包被球的量加入一定量的封闭液，室温下封闭2小时，封闭液成分为10mM pH7.4的PBS含1％BSA；

6)封闭结束，将封闭液倒出，将包被球置于吸水滤纸上吸干剩余溶液，然后置于28℃恒温培养箱内干燥20小时。

实施例2：不规则的导流体

放置于废液池内的导流体使用硅胶制造，其形状和废液池的形状一样，表面没有包被。

实施例3：有导流球体的聚合物微流体芯片

6个溶液池，参见图7：样本池201，稀释液池202，标记液池203，解离液池204，清洗液池205，废液池206，溶液池的池壁105，池底有通孔104；

7个阀，参见图8：样本池阀211，稀释液池阀212，标记液池阀213，解离液池阀214，清洗液阀215，废液阀216，主阀217，以及主阀与各分阀间的通道106；

参见图9，其中，样本池阀211+主阀217+稀释液池阀212及通孔104和通道106，构成样本池201-稀释液池202之间的双向泵，样本稀释泵302；

参见图10，其中，样本池阀211+主阀217+清洗液阀21 5及通孔、通道，构成样本池201-清洗液池205之间的单向泵，样本清洗泵305；样本池阀211+主阀217+废液阀216及通孔、通道，构成样本池201-废液池206之间的单向泵，样本废液泵306；

参见图12，其中，样本池阀211+主阀217+标记液池阀213及通道，构成样本池201-标记液池203之间的双向泵，样本标记泵303；

参见图13，其中，样本池阀211+主阀217+解离液池阀214及通道，构成样本池201-解离增强液池204之间的双向泵-样本解离增强泵304；

参见图4、5、6，其中，在样本池201内放置有包被导流球体111；样本池直径为6.4mm，包被导流球体直径为5.5mm，球体材料为聚苯乙烯；样本池上方有圆环形的限位器112，限位器固定在样本池上。

实施例4：有导流球体的聚合物微流体芯片排液实验

采用实施例3的聚合物微流体芯片，圆柱形容器直径为6.4mm，深度10mm，圆形导流球体直径为5.5mm(图6)，材料为聚苯乙烯，溶液200μl，泵的泵液量最大为10μl/次，泵出次数30次，实验结果如表2。

表2：微流体芯片排液实验结果

实施例5：微流体芯片检测抗癌胚抗原单克隆抗体

1)Eu³⁺-DTPA的制备：用纯化水(含Eu³⁺10^-6mol/L)稀释1-(4-异硫氰酸苄基)二乙烯三胺五乙酸(简称DTPA)，将该溶液置于37℃恒温水浴中加热反应2小时；

2)Eu³⁺-DTPA标记抗癌胚抗原单克隆抗体：将1mg抗癌胚抗原单克隆抗体对0.1M碳酸盐缓冲液(pH9.3)4℃透析16小时，透析后抗体溶液转移至EP管，取Eu³⁺-DTPA 0.2mg，加入抗体溶液中，室温避光搅拌14小时；

3)纯化：将Superdex 200填料混匀装入1×30cm柱中，待填料下沉后，用纯化水进行压柱，流速控制在2～3ml/min，流2个柱体积即可。柱子压好后，用0.1mmol/L NaOH对柱子进行处理，流速控制在2～3 ml/min，2个柱体积即可。然后用水洗平，再用柱平衡液(0.1％高纯度BSA水溶液)对纯化柱平衡1小时。用移液器吸取已标记好的抗体缓慢加入到柱子内，用洗脱液(50mMTris-HCl，含0.9％NaCl和0.05％叠氮钠pH7.8)对样品进行洗脱，流速控制在1ml/min。

4)收集：收集样品1ml/管，根据蛋白检测仪280nm蛋白的吸光度值选择吸光度高的几管合并，并将目的产物经过0.22um滤膜过滤除菌，置于4℃环境保存。

5)制备荧光增强液：6ml冰醋酸用0.1M的邻苯二甲酸氢钾调pH值3.2，加入1 5umol β-NTA(β-萘甲酰三氟丙酮)，50umol TOPO(三正辛基氧化膦)，1ml Triton X-100，纯化水定容至1L，搅拌混匀。

6)检测：

a)加样加试剂，将50μl～150μl样本加入到微流体检测芯片100样本池201内，将微流体检测芯片100安置在微流体控制单元403上，放置好稀释液，清洗液，标记液，解离增强液；

b)启动检测，自动加样机构将50μl～400μl稀释液加入稀释液池202，将0.5～3.0ml清洗液加入清洗液池205，将50μl～400μl铕标记液加入标记液池203，将50μl～400μl解离增强液加入解离增强液池204；

c)抗原抗体(包被)反应结合；样本稀释泵302双向工作，使样本池201、稀释液池202中的样本与稀释液混合，持续30～60min；停止时混合液全部贮存在样本池201；

d)排出废液，样本废液泵306单向工作，将样本池201内混合液排入废液池206；

e)清洗，样本清洗泵305单向工作，将清洗液吸入样本池201；然后执行步骤d)排出废液；重复步骤e)步骤d)，进行2～6次清洗；

f)铕标记，样本标记泵303双向工作，使标记液在样本池201和标记池203间流动，“带标记抗体”+“抗原抗体(包被)反应结合体”，形成夹心，持续约30min；停止时标记液在样品池201内，然后执行步骤d)排除废液到废液池206内；

g)洗板，执行步骤e)，进行2～6次；

h)解离增强，样本解离增强泵304双向工作，使解离增强液在样本池201和解离增强液池204间流动，进行解离，持续5min，停止时解离增强液在解离增强液池204内；

i)检测，检测单元402移动到微流体检测芯片100的检测位置进行检测，参见图14。

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种有导流体的微流体芯片，包括溶液池，其特征在于，在所述微流体芯片的溶液池内有导流体，该导流体与溶液池壁之间的空隙为0～1.5mm。

2.如权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，所述导流体的形状根据溶液池形状不同而不同，导流体的形状是圆球体、椭圆球体、多面体或不规则几何体中的一种。

3.如权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，所述导流体表面经过硅化处理。

4.如权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，所述导流体表面包被有抗原或抗体。

5.如权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，所述导流体上方安置有限位器（112），限位器与溶液池壁固定在一起。

6.如权利要求1所述的微流体芯片，其特征在于，该芯片包括以下6个溶液池：样本池（201）、稀释液池（202）、标记液池（203）、解离液池（204）、清洗液池（205）、废液池（206），每个池底部有通孔（104）；其中样本池（201）中设有样本池阀（211）和样本通孔，稀释液池202中设有稀释液池阀（212）和稀释液通孔，标记液池（203）设有标记液阀（213）和标记液通孔，解离液池（204）中设有解离液阀（214）和解离液通孔，清洗液池（205）设有清洗液阀（215）和清洗液通孔，废液池（206）设有废液阀（216）和废液通孔；各阀通过通道（106）分别与主阀（217）相连；

所述样本池阀（211）、主阀（217）、稀释液池阀（212）及通孔和通道构成样本池（201）-稀释液池（202）之间的双向的样本稀释泵（302）；

所述样本池阀（211）、主阀（217）、清洗液阀（215）及通孔、通道，构成样本池（201）-清洗液池（205）之间的单向的样本清洗 泵（305）；

所述样本池阀（211）、主阀（217）、废液阀（216）及通孔、通道，构成样本池（201）-废液池（206）之间的单向的样本废液泵（306）；

所述样本池阀（211）、主阀（217）、标记液池阀（213）及通道，构成样本池（201）-标记液池（203）之间的双向的样本标记泵（303）；

所述样本池阀（211）、主阀（217）、解离液池阀（214）及通道，构成样本池（201）-解离增强液池（204）之间的双向的样本解离增强泵（304）。 

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