CN205199533U - 一种检测用微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测用微流控芯片，包括底座和上盖基片，底座包括一个样品接收池，一个反应腔室，一个时间阀，一个检测元件区，一个废液池，上盖和底座键合后与所述的底座各组成结构共同形成一个微通道，反应腔室区所在的微通道高度大于或等于其余部位的微通道高度。本实用新型所提供的检测用微流控芯片对比于现有技术的有益效果在于，特殊的微柱结构增加了反应腔室和检测区的反应面积，提高了检测的信号量，并可以有效的控制流速，同时芯片整体使用单一的材料制备，减少了复杂的工序，大大提高了产品的均一性，减小了各个芯片之间的差异，获得较低的背景干扰，尤其增加了产品cut-off值附近的测试灵敏度。

Description

一种检测用微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及一种检测用微流控芯片。

背景技术

检测用微流控芯片技术是利用微通道精确控制和处理微尺寸流体的技术。利用微流控芯片技术，可在数平方厘米的芯片上实现进样、稀释、混合、反应、检测等多项功能，非常适合于临床快速检测。微流控芯片的关键技术在于检测样品流体动向和流速的控制，中国专利CN2008811037公开了利用电润湿(EW)致动的疏水截止阀来控制液体流动，即在固体液体接触面施加电场以改变接触表面能从而提高或阻碍液流，使用这种技术的芯片，如微点公司的mLabs系列检测卡，需要把微机械加工的电子控制装置整合到芯片中，制备工艺比较复杂，提高了芯片的制备成本。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种检测用微流控芯片，其不需要使用多孔的吸水性材料作为载体，也不需要复杂的电子控制装置，而是通过均一材质的芯片上的微结构纹理控制样品液体在芯片上的流动，可精确控制流体动向和流速，实现更准确的床旁快速检测的同时降低产品的制备成本。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种检测用微流控芯片，包括由高分子聚合物材料制备得到的长方形的底座和上盖基片，底座和上盖基片的长度和宽度可以根据检测项目的多少或对应光学检测仪器的设计进行调整。底座包括一个样品接收池，一个反应腔室，一个时间阀，一个狭长的检测元件区，一个废液池，可选的，还包括设置在底座基片四周的凸起能量引导微结构；所述的样品接收池包括压紧结构和过滤垫；所述的反应腔室上规则的布置有多个微米级别的微柱，微柱可以是圆柱形，棱柱形，六角棱柱形，半球形等任意几何形状的微柱，以一定的间距规则分布，还固定有和标记物结合的抗体，所述的标记物可以是胶体金，荧光胶粒等；所述的检测元件区是一个狭长的通道，其布置有多个微米级别的微柱，这些微柱可以是圆柱形，棱柱形，六角棱柱形，半球形等任意几何形状的微柱，以一定的间距规则分布，还设置有一个或多个检测区域，所述的检测区域上固定有至少一种抗体。所述的样品接收池和反应腔室流体连通，所述的时间阀和反应腔室流体连通，所述的检测元件区和时间阀流体连通，所述的废液池和检测元件流体连通。上盖包括设置在废液池和样品接收池处的排气孔，和设置在与底座的样品接收池相对应位置的一个加样窗口，可选的，还包括与底座凸起的能量引导微结构相对应的凹陷的微沟道。当上盖和底座平行键合时，上盖和底座的各组成结构形成一个微通道，样品流体在毛细管力的作用下，可以沿着微通道流动，检测元件区的微柱所形成的毛细管力大于反应腔室的微柱形成的毛细管力，从而驱动液体样品流向检测元件区。当流体样品加入到样品接收池经过滤垫过滤后到达反应腔室，样品流体中所含的待测抗原成分和反应腔中的抗体标记物发生免疫反应结合在一起，随后随样品流体流过时间阀，时间阀可以使得样品流体以特定的速度流过并到达检测元件区，样品流体中含带的抗原-抗体-标记物结合物和检测区的抗体发生免疫反应留在检测区，其余样品流体流过检测元件区最后到达废液池，留在检测区的免疫反应结合物的量，可以通过光学检测手段检测得到，从而实现对待测抗原的定量分析。

芯片底座的样品接收池包括压紧结构和过滤垫，可选的，还可以包括一个支撑杆。所述的样品接收池是一个平行的等边梯形，所述的压紧结构是沿着样品接收池四周设置的一个台阶，其水平高度低于反应腔室，其远离反应腔室的一端是非封闭的，并把样品接收池分成过滤垫腔和样品贮液池，支撑杆横跨设置在样品过滤垫腔内并连接两端的压紧结构，把过滤垫腔分成两部分，过滤垫设置在压紧结构和支撑杆上，所述的过滤垫可选用半透膜材料制备，其形状和样品接收池相适应，尺寸比样品接收池略大，当底座和上盖平行键合后，底座的压紧结构及支撑杆和上盖共同作用对局部过滤垫有轻微的压缩从而达到密封的效果，使得样品流体和颗粒不会沿着过滤垫的四周流入反应腔室，实现对样品流体的有效过滤，压紧结构和支撑杆支撑着过滤垫，过滤垫下部具有一定的空间，即当底座和上盖键合时，只有和压紧结构以及支撑杆接触部分的过滤垫会被压缩变，其他部分的过滤垫不被压缩变形。

芯片底座的时间阀上设置有横跨微通道的沟槽状纹理，可以延缓阻碍样品流体的流动，从而实现对流体动向和速度的控制。

本实用新型提供的检测用微流控芯片的上盖和底座可以选用聚苯乙烯，聚酰胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚二甲基硅氧烷，橡胶，氟塑料或环烯烃共聚物等高分子材料中的一种或多种混合物，通过激光烧蚀法，喷射模塑法，注塑法，热压法及软刻蚀法制备得到。

芯片的底座和上盖通过特定的工艺平行键合在一起，键合方式可以选用热压键合，有机溶剂辅助粘合，激光键合，压敏胶键合，超声辅助键合等，优选的，通过超声封合技术使得设置在底座基片上的凸起能量引导微结构和设置在上盖基片上的对应的凹陷的微沟道紧密配合实现底座和上盖的键合。

底座和上盖平行键合后底座的各结构区域和上盖共同形成微通道，微通道的高度可以全部一致，也可以局部增高或降低，以获得不同的毛细管力，达到不同的流体动力和检测效果，优选的，反应腔所在部位的微通道高度要大于其余部位的微通道高度。微通道的局部高度差异，可以通过在制备芯片的底座或上盖时，把微通道的不同区域设计成不同的厚度来实现，也可以在底座和上盖键合时形成，如通过压敏胶键合时，可以在不同区域使用不同厚度或不同层数的胶黏层来实现微通道的局部高度差异。

本实用新型所提供的检测用微流控芯片对比于现有技术的有益效果在于，特殊的微柱结构增加了反应腔室和检测区的反应面积，提高了检测的信号量，并可以有效的控制流速，同时芯片整体使用单一的材料制备，减少了复杂的工序，大大提高了产品的均一性，减小了各个芯片之间的差异，获得较低的背景干扰，尤其增加了产品cut-off值附近的测试灵敏度。

附图说明

图1为底座的结构示意图；

图2为上盖的结构示意图；

其中，1、压紧机构；2、反应腔室；3、时间阀；4、检测元件区；5、检测区；6、废液池；7、凸起能量引导微结构；8、样品接收池；9、支撑杆；10、排气孔；11、加样窗口；12、微沟道；20、上盖基片；30、底座。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

具体实施例1

如图1、2所示，为本实用新型的一个检测用微流控芯片，包括底座30和上盖基片20，均使用聚丙烯酸塑料通过注塑成型工艺制备，并通过超声封合技术使得设置在底座基片上的凸起能量引导微结构7和设置在上盖基片20上的对应的凹陷的微沟道12紧密配合实现底座30和上盖的平行键合。底座30和上盖平行键合后底座30的各结构区域和上盖共同形成微通道

整个检测用微流控芯片长宽厚分别是8.7cm，3.5cm和0.26cm。底座基片包括一个样品接收池8，一个反应腔室2，一个时间阀3，一个狭长的检测元件区4，一个废液池6。所述的样品接收池8和反应腔室2流体连通，所述的时间阀3和反应腔室2流体连通，所述的检测元件区4和时间阀3流体连通，所述的废液池6和检测元件区4流体连通。反应腔所在部位的微通道高度微100um，其余部位的微通道高70um。

样品接收池8包括压紧结构，过滤垫，和一个支撑杆9，样品接收池8是一个平行等边梯形，压紧结构是沿着样品接收池8四周设置的一个台阶，台阶的水平高度低于反应腔室2，其远离反应腔室2的一端是非封闭的，并把样品接收池8分成过滤垫腔和样品贮液池，支撑杆9横跨设置在样品过滤垫腔内并连接两端的压紧结构把过滤垫腔分成两部分，其水平高度和压紧结构相同，并把过滤垫腔分成两部分，过滤垫设置在过滤垫腔上，比过滤垫腔大1％的尺寸，过滤垫选用硼硅酸盐玻璃纤维材料制备，厚约0.03cm。

血液样品流体流经过滤垫后，由于毛细管作用经微通道流入反应腔室2，反应腔室2内规则的布置有直径100um，高30um，彼此间隔200um的微柱结构。在反应腔的表面，设置有结合了荧光胶粒标记物的cTnI抗体。

样品流体流经反应腔室2后，目标HIV抗原和荧光胶粒标记结合的cTnI抗体发生免疫反应，反应结合物随样品流体流经时间阀3进入狭长通道的检测元件区4，时间阀3是一组横跨微通道的宽70um，高30um的沟槽，可以延缓和阻碍流体样品的流动，检测元件区4规则布置有直径50um高30um，彼此间隔120um的微柱。检测元件区4设置有一个检测区5，检测区5固定有cTnI抗体，cTnI抗原-抗体-标记物和检测区5的cTnI抗体发生免疫反应，反应结合物留在检测区5，其余样品流体流向废液区，使用光学检测装置照射检测区5并计算接收到的反射光强度，得到目标cTnI抗原的浓度。

具体实施例2

一个检测用微流控芯片，包括底座30和上盖基片20，均使用聚丙烯酸塑料通过注塑成型工艺制备，并通过超声封合技术使得设置在底座基片上的凸起能量引导微结构7和设置在上盖基片20上的对应的凹陷的微沟道12紧密配合实现底座30和上盖的平行键合。

整个检测用微流控芯片长宽厚分别是10cm，2cm和0.3cm。底座基片包括一个样品接收池8，一个反应腔室2，一个时间阀3，一个狭长的检测元件区4，一个废液池6。所述的样品接收池8和反应腔室2流体连通，所述的时间阀3和反应腔室2流体连通，所述的检测元件区4和时间阀3流体连通，所述的废液池6和检测元件区4流体连通。反应腔所在部位的微通道高度微100um，其余部位的微通道高70um。

样品接收池8包括压紧结构，过滤垫，和一个支撑杆9，样品接收池8是一个平行等边梯形，压紧结构是沿着样品接收池8四周设置的一个台阶，台阶的水平高度低于反应腔室2，其远离反应腔室2的一端是非封闭的，并把样品接收池8分成过滤垫腔和样品贮液池，支撑杆9横跨设置在样品过滤垫腔内并连接两端的压紧结构把过滤垫腔分成两部分，其水平高度和压紧结构相同，过滤垫设置在过滤垫腔上，比过滤垫腔大2％的尺寸，过滤垫选用硼硅酸盐玻璃纤维材料制备，厚约0.05cm。

血液样品流体流经过滤垫后，由于毛细管作用经微通道流入反应腔室2，反应腔室2内规则的布置有直径150um，高40um，彼此间隔250um的微柱结构。在反应腔的表面，设置有结合了荧光胶粒标记物的NTpro-BNP抗体。

样品流体流经反应腔室2后，目标NTpro-BNP抗原和荧光胶粒标记物结合的NTpro-BNP抗体发生免疫反应，反应结合物随样品流体流经时间阀3进入狭长通道的检测元件区4，时间阀3是一组横跨微通道的宽80um，高40um的沟槽，可以延缓和阻碍流体样品的流动，检测元件区4规则布置有直径70um高40um，彼此间隔150um的微柱。检测元件区4设置有一个检测区5，检测区5固定有NTpro-BNP抗体，NTpro-BNP抗原-抗体-标记物和检测区5的NTpro-BNP抗体发生免疫反应，反应结合物留在检测区5，其余样品流体流向废液区，使用光学检测装置照射检测区5并计算接收到的反射光强度，得到目标NTpro-BNP抗原的浓度。

具体实施例3

一个检测用微流控芯片，包括底座30和上盖基片20，均使用聚丙烯酸塑料通过注塑成型工艺制备，并通过超声封合技术使得设置在底座基片上的凸起能量引导微结构7和设置在上盖基片20上的对应的凹陷的微沟道12紧密配合实现底座30和上盖的平行键合。

整个检测用微流控芯片长宽厚分别是10cm，4cm和0.4cm。底座基片包括一个样品接收池8，一个反应腔室2，一个时间阀3，一个狭长的检测元件区4，一个废液池6。所述的样品接收池8和反应腔室2流体连通，所述的时间阀3和反应腔室2流体连通，所述的检测元件区4和时间阀3流体连通，所述的废液池6和检测元件区4流体连通。反应腔所在部位的微通道高度微100um，其余部位的微通道高70um。

样品接收池8包括压紧结构，过滤垫，和一个支撑杆9，样品接收池8是一个平行等边梯形，压紧结构是沿着样品接收池8四周设置的一个台阶，台阶的水平高度低于反应腔室2，其远离反应腔室2的一端是非封闭的，并把样品接收池8分成过滤垫腔和样品贮液池，支撑杆9横跨设置在样品过滤垫腔内并连接两端的压紧结构把过滤垫腔分成两部分，其水平高度和压紧结构相同，把过滤垫腔分成两部分，过滤垫设置在过滤垫腔上，比过滤垫腔大5％的尺寸，过滤垫选用硼硅酸盐玻璃纤维材料制备，厚约0.08cm。

血液样品流体流经过滤垫后，由于毛细管作用经微通道流入反应腔室2，反应腔室2内规则的布置有直径120um，高35um，彼此间隔200um的微柱结构。在反应腔的表面，设置有分别被荧光胶粒标记的cTnI抗体、NTpro-BNP抗体和Myo抗体。

样品流体流经反应腔室2后，所含的目标cTnI抗原、NTpro-BNP抗原和Myo抗原和被荧光胶粒标记的抗体发生免疫反应，反应结合物随样品流体流经时间阀3进入狭长通道的检测元件区4，时间阀3是一组横跨微通道的宽75um，高35um的沟槽，可以延缓和阻碍流体样品的流动，检测元件区4规则布置有直径60um高35um，彼此间隔125um的微柱，检测元件区4间隔地设置有3个平行的检测区5，各检测区5分别固定有的cTnI抗体、NTpro-BNP抗体和Myo抗体，在反应腔经免疫反应生成的3组抗原-抗体-标记物结合物分别和各检测区5对应的抗体发生免疫反应，反应结合物留在检测区5，其余样品流体流向废液区，使用光学检测装置照射各检测区5并分别计算接收到的各检测区5的反射光强度，得到样品流体中所含的cTnI抗原、NTpro-BNP抗原和Myo抗原的浓度，从而实现3种目标抗原的联检。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种检测用微流控芯片，包括底座(30)和上盖基片(20)，底座包括一个样品接收池(8)，一个反应腔室(2)，一个时间阀(3)，一个检测元件区(4)，一个废液池(6)，其特征在于，上盖和底座键合后与所述的底座各组成结构共同形成一个微通道，反应腔室区所在的微通道高度大于或等于其余部位的微通道高度。

2.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的底座基片四周设置有凸起能量引导微结构(7)，所述的上盖设置有与凸起的能量引导微结构(7)相对应的凹陷的微沟道(12)。

3.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的反应腔室(2)以一定的间距规则的布置有多个微柱。

4.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的检测元件区(4)以一定的间距规则的布置有多个微柱。

5.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的检测元件区(4)包括至少一个检测区(5)。如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述上盖在和底座样品接收池(8)相对应的部位设置有一个或多个排气孔(10)和一个加样窗口(11)。

6.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述上盖在和底座废液池(6)相对应的部位设置有一个或多个排气孔。

7.如权利要求1所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的样品接收池包括压紧结构(1)，过滤垫和一个支撑杆(9)。

8.如权利要求6所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的压紧结构(1)是沿着样品接收池四周设置的一个台阶，其水平高度低于反应腔室(2)，其远离反应腔室(2)的一端是非封闭的，并把样品接(8)收池分成过滤垫腔和样品贮液池。

9.如权利要求6所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的过滤垫是半透性膜。

10.如权利要求8所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的半透性膜是硼硅酸盐玻璃纤维膜。

11.如权利要求7所述的检测用微流控芯片，其特征在于，所述的过滤垫比过滤垫腔尺寸大1-5％。