CN203376333U - 一种多功能多指标检测集成芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种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，在芯片下层的稀释液槽与稀释液定量槽之间增加了过渡槽，过渡槽通过微流道分别与稀释液槽与稀释液定量槽连接。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

一种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。

中国专利ZL201120520965.5公开了一种多功能多指标检测集成芯片，这种芯片在使用过程中，存在稀释液在加样过程中进入到稀释液定量槽中，并提前进入到混合槽的风险，这种操作不当将会造成芯片功能失效。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供了一种防止稀释液在加样过程中进入到稀释液定量槽中并提前进入到混合槽中的多功能多指标检测集成芯片。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种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，在芯片下层的稀释液槽与稀释液定量槽之间增加了过渡槽，过渡槽通过微流道分别与稀释液槽与稀释液定量槽连接。

在芯片下层还设置有用于反应检测槽光学精确定位的微反射面，微反射面位于反应检测槽的圆周上并与反应检测槽一一对应。

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。

所述的反应检测槽中都预装有冻干的反应试剂。

本实用新型的有益效果是：防止稀释液在加样过程中进入到稀释液定量槽中并提前进入到混合槽中，降低加样操作不当所带来芯片功能失效的风险。

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；

图7是芯片下层另一实施例的示意图；

图8是芯片下层又一实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

本实用新型的多功能多指标检测集成芯片的工作原理与现有技术是相同的，可以参考现有技术（中国专利ZL201120520965.5），所以不再叙述，本实用新型与现有技术的不同点是在芯片下层的稀释液槽与稀释液定量槽之间增加了过渡槽，下面进行详细的说明：

如图1、2所示，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1与下层2水密性地相连；该芯片上层1设有一组用于加样的通孔11、12；该芯片下层2包括样品槽21、稀释液槽22、样品定量槽28、稀释液定量槽27、储液槽23、混合槽29、多个预装有反应试剂的反应检测槽24、一组用于系统校正的自检槽25、一组溢流槽26、多组控制流体流动的不同形状的微流道，在芯片下层的稀释液槽22与稀释液定量槽27之间增加了过渡槽216，过渡槽216通过微流道分别与稀释液槽22与稀释液定量槽27连接。

在芯片下层1还设置有用于反应检测槽光学精确定位的微反射面217，微反射面217位于反应检测槽的圆周上并与反应检测槽24一一对应。

本实施例中，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21和稀释液槽22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11、12注入到对应样品槽21和稀释液槽22中。

所述芯片的样品定量槽28，入口与所述的样品槽21相连，出口与所述的储液槽23相连。

所述芯片下层的样品定量槽28与所述的混合槽29通过微流道相连；所述的芯片下层的稀释液定量槽27与混合槽29通过微流道相连。

通过改变所述芯片下层的样品定量槽28与稀释液定量槽27的体积比来改变样品的稀释倍数。

芯片下层的反应检测槽24通过一个环形微流道和一组径向微流道与混合槽29相连。

所述的芯片下层的稀释液定量槽27通过微流道与自检槽25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。

所述的反应检测槽24中都预装有冻干的反应试剂。

上述的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。

上述样品定量槽的作用是将样品中影响光学检测的固体物质去除，同时还具有对样品定量的功能。上述的过渡槽的作用是防止稀释液在加样过程中进入到稀释液定量槽中并提前进入到混合槽中，降低加样操作不当所带来芯片功能失效的风险。

可以通过改变上述的芯片下层的稀释液定量槽与固液分离样品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反应试剂。

上述的反应试剂为液态的反应试剂、干粉状反应试剂、或预装液态的反应试剂，再在所述的反应检测槽中原位冻干。

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。

上述的样品定量槽的直径介于1mm到10mm。

上述的芯片的微反射面是用于反应检测槽光学精确定位的，所述的微反射面与所述反应检测槽和自检槽一一对应。

上述的微反射面宽度介于0.1mm到5mm。

上述的微反射面与所述的反应检测槽中心轴角度介于0到90度。

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。

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。

利用上述检测集成芯片的检测方法，可以参考现有中国专利ZL201120520965.5。

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多功能多指标检测集成芯片的使用方法。

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。

实施例1：血液生化分析

如图1、2所示，本实用新型多功能多指标检测集成芯片，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，过渡槽216及微反射面217。

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。

微反射面217用于对反应检测槽光学精确定位，微反射面217位于反应检测槽24的圆周上并与反应检测槽24一一对应。微反射面217的宽度为0.1mm。

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29，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经过过渡槽216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；反应一段时间后芯片经过微反射面217精确定位后进行原位光学检测。

实施例2：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1类似。

实施例3：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。

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。

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，如图7、图8所示稀释液槽及过渡槽形状、大小及位置的变化都应该在保护范围之内。

Claims (10)

1.一种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，其特征在于：在芯片下层的稀释液槽与稀释液定量槽之间增加了过渡槽，过渡槽通过微流道分别与稀释液槽与稀释液定量槽连接。

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：在芯片下层还设置有用于反应检测槽光学精确定位的微反射面，微反射面位于反应检测槽的圆周上并与反应检测槽一一对应。

3.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。

4.根据权利要求1或3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。

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。

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：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。

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：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。

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：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。

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。

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。

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