CN205379906U - 一种多用途微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多用途微流控芯片，该芯片包括一底片和一与底片密封配合的盖片，底片上开设有一条或一条以上波浪形的主通道，主通道布置于以底片中心为圆心的圆周上，每一主通道均包括多个波峰和波谷，且波峰均靠近底片中心方向、波谷均远离底片中心方向；每一主通道的一端与一上大下小的台阶状进样孔相连通、另一端通过一长毛细管道与一排气孔相连通，进样孔、长毛细管道和排气孔均设置于底片上；每一主通道与长毛细管道的连接处均设置有一液面阻断单元；每一主通道的波谷均通过一连接管道与一反应池相连通，每一连接管道上均设置有一缓冲池，连接管道、反应池和缓冲池亦设置于底片上；盖片对底片上除进样孔和排气孔外的结构进行密封。

Description

一种多用途微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及一种生命科学和医学检测装置，尤其涉及一种多用途微流控芯片。

背景技术

微流控芯片以整个芯片为操作平台，通过与生物、化学、药物筛选等技术的结合，完成包括试剂加载、分离、反应、检测等在内的整个样品分析过程。微流控芯片是微全分析系统(MicroTotalAnalysisSystems，μ-TAS)发展的热点领域，近年来，随着生物芯片技术的快速发展，微流控芯片在生命科学、分析化学和生物医学领域发挥着越来越重要的作用。为了高效、快速、高通量的检测样品，要求微流控芯片具有多组反应孔及向各反应孔输送样品的有效输送方式。目前，微流控芯片通常借助电磁场力、离心力等外力作用将待测样品输送至芯片内部。

公开号为CN101609088A的专利文献公开了在外部电场的作用下，对带电液滴施加电场力，控制微粒子在微流体管道中向各个分支区域移动的送流方法。但是，该方法需要向芯片中引入生成电场的复杂机构和设备，而且输送液体在电场区域需要先转换成液滴，再以液滴的方式向指定区域送流，大大降低了样品的处理速度。

公开号为CN103055973A的专利文献公开了利用驱动样品的电渗泵，将带电不同的待测物质分离的方法。但该方法仅适用于带有电荷的被测样品，对一般生物样品及不带电荷的样品不起作用。

公开号为CN102369443A的专利文献公开了一种离心式输液芯片，即液体从芯片中央的存储部向周围的各个进样孔进行离心配送。该芯片的山部与谷部同宽的主流路设计，未能解决各进样孔配液均匀性的问题；而谷部比山部过宽的设计，则造成进样过程中主流路有气泡产生的问题。此外，通过添加废液室承载过量的溶液，虽在一定程度上实现了各进样孔分配液体体积的一致性，但不能保证反应过程中液体始终充满进样孔，而且需要在微流体管道内部进行局部表面改性处理，即在与进样孔连接的分支流路内表面进行亲水处理，在与收集剩余溶液的废液室相连的分支流路内表面进行疏水处理，从而增加了芯片制造的复杂性和加工成本及加工难度。

公开号为CN103831140A的专利文献公开了一种多指标检测的微流控芯片，该芯片包括一条或多条波浪形的主通道，每条主通道的一端与进样孔相连通，另一端与排气孔相连通；所述主通道的波谷远离芯片中心方向设置、并通过连接管道与一反应池相连通，在连接管道上设有缓冲池。该微流控芯片虽通过限定波浪形主通道横截面的比例实现了向各进样孔均一分配液体样品，通过缓冲池的设计保障了离心分配后及整个加热反应期间反应池内液体保持充满、阻止各反应池内的反应产物向主通道及相邻反应池内扩散，但是存在进样时液滴容易溅到芯片表面、进样液体容易从排气孔溢出的问题。进样时引起的液滴外漏，会导致以下两个问题：1.若一张芯片包含多个样本的独立检测区域，且相邻独立检测区域的进出样口挨着较近，则进样时外漏的液滴很容易进入相邻检测区域，从而导致交叉污染；2.进样后滴漏至芯片表面的液滴，如果不进行擦拭，直接用单面胶密封进、出样口，则会引起粘接面不牢固，从而导致加热反应过程中密封口鼓包、甚至破裂等现象。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种多用途微流控芯片，结构简单，制造方便，不仅实现向各进样孔精确配液、避免邻近反应池间交叉污染，而且实现无液体滴漏至芯片表面、无液体从排气孔溢出、无擦拭，从而达到简便、快速、高通量和高精度的要求。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种多用途微流控芯片，其特征在于，该芯片包括一底片和一与所述底片密封配合的盖片，所述底片上开设有一条以上波浪形的主通道，所述主通道布置于以所述底片中心为圆心的圆周上，每一所述主通道均包括多个波峰和波谷，所述波峰均靠近所述底片中心方向、所述波谷均远离所述底片中心方向；每一所述主通道的一端与一上大下小的台阶状的进样孔相连通、另一端通过一长毛细管道与一排气孔相连通，所述进样孔、长毛细管道和排气孔均设置于所述底片上；每一所述主通道与所述长毛细管道的连接处均设置有一液面阻断单元，所述液面阻断单元的横截面积大于与之相连通的所述主通道和长毛细管道的横截面积；每一所述主通道的波谷均通过一连接管道与一反应池相连通，每一所述连接管道上均设置有一缓冲池，所述连接管道、反应池和缓冲池亦设置于所述底片上；所述盖片对所述底片上除所述进样孔和排气孔外的结构进行密封。

所述波峰处的横截面积小于等于所述波谷处的横截面积，所述主通道最窄处的横截面积与最宽处的横截面积的比值为0.2～1。

所述进样孔为由一大孔和一小孔组成的台阶孔，所述大孔的中心与所述小孔的中心重合；所述大孔的横截面积为所述小孔的横截面积的4～50倍，所述大孔的深度为40μm～800μm；所述小孔为圆形，且所述小孔的尺寸与生物实验中常规使用的标准Tip头的尺寸相匹配；所述大孔的形状是圆形、椭圆形或者方形。

所述排气孔与所述进样孔之间的距离不大于10mm。

所述液面阻断单元的形状是半圆形、椭圆形、圆形或者方形。

所述反应池的数目为5～100个，每个所述反应池的容积为0.1～25μL；相邻两所述波峰之间的一段V形主通道的容积为与其相连通的所述反应池的容积的1.2～1.8倍；所述缓冲池的容积为所述反应池的容积的0.2～0.8倍。

与同一条所述主通道相连通的多个所述反应池为一组，与一组的最后一个所述反应池相对应的一段所述主通道与所述液面阻断单元之间还设置有一废液池，所述废液池包括与所述主通道相连通的第一细管道、与所述液面阻断单元相连通的第二细管道以及位于所述第一细管道和第二细管道之间用于承载液体的废液缓冲池；所述废液池的容积不小于一段所述V形主通道的容积。

所述底片和盖片的厚度为0.05～5mm；所述主通道、反应池、缓冲池和连接管道的深度为40μm～4mm。

所述芯片中心设置有中心通孔，在所述中心通孔的内边缘或所述芯片的外边缘处设置有至少一个定位缺口；或者，在所述芯片的任意位置设置有至少一个定位孔；在所述微流控芯片上还设置有样本分区标识。

不同的所述反应池内分别预先装载用于进行核酸扩增反应、生化反应或者免疫反应检测的物质；或者，不同的所述反应池内分别预先装载用于同一种反应检测的不同物质。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型的多用途微流控芯片，通过设置台阶状的进样孔，实现芯片进样时无液滴外漏，进样后无需擦拭；通过设置长毛细管缩短进样孔与排气孔之间的距离，节省封口膜原材料，简化用户操作步骤，并使芯片外观更加美观；通过在长毛细管与主通道之间设置液面阻断单元，解决了主通道内液体容易被毛细至长毛细管，甚至从排气孔溢出的问题，避免了主通道内液体量减少、反应池内液体量减少的问题。2、本实用新型的多用途微流控芯片，采用离心进样的方式均匀分配待检测样品，通过限定主通道截面积的比例实现样品更加均匀的分配，通过缓冲池的设计保障离心分配后反应池内液体全满，在整个反应期间反应池内液体保持充满，且阻止各反应池内的反应产物向主通道及相邻反应池内扩散。3、本实用新型的多用途微流控芯片，通过设置废液池，缓冲了因用户操作或加样器不同导致的样品进样量差异，从而避免了引起个别反应池不满或过量液体从排气孔溢出等问题。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2(a)～(c)是本实用新型的三种台阶孔的结构示意图；

图3(a)～(d)是本实用新型的四种液面阻断单元的结构示意图；

图4(a)～(d)是本实用新型的四种废液池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供的多用途微流控芯片，其包括一底片1和一与该底片1密封配合的盖片(图中未示出)，底片1上开设有一条以上波浪形的主通道2，主通道2布置于以底片1中心为圆心的圆周上，每一主通道2均包括多个波峰和波谷，且波峰均靠近底片1中心方向、波谷均远离底片1中心方向；每一主通道2的一端与一上大下小的台阶状的进样孔3相连通、另一端通过一长毛细管道4与一排气孔5相连通，且进样孔3、长毛细管道4和排气孔5均设置于底片1上。每一主通道2与长毛细管道4的连接处均设置有一液面阻断单元6，且液面阻断单元6的横截面积大于与之相连通的主通道2和长毛细管道4的横截面积。每一主通道2的波谷均通过一连接管道7与一反应池8相连通，以便于旋转芯片时主通道2内的液体可以在离心力的作用下通过连接管道7进入反应池8中。每一连接管道7上均设置有一缓冲池9，且连接管道7、反应池8和缓冲池9亦设置于底片1上。盖片则对底片1上除进样孔3和排气孔5外的结构进行密封。

上述实施例中，主通道2的波峰处的横截面积小于等于波谷处的横截面积，且主通道2的最窄处的横截面积与最宽处的横截面积的比值为0.2～1。

上述实施例中，进样孔3为由一大孔31和一小孔32组成的台阶孔，且大孔31的中心与小孔32的中心重合；大孔31的横截面积为小孔32的横截面积的4～50倍，大孔31的深度为40μm～800μm。如果大孔31的直径太小，残留在加样器外壁边缘的液体会滴至芯片表面，并且当操作者对不准小孔32时，外漏的液体也会溢出到芯片表面；如果大孔31的直径太大，加热反应过程中用于密封进样孔3的单面胶封口膜易出现鼓包、破裂等现象。

上述实施例中，进样孔3的小孔32为圆形，且小孔32的尺寸恰好与生物实验中常规使用的标准Tip头的尺寸相匹配，操作人员可以使用标准Tip头直接对准小孔32进样，使得芯片容易制造且方便操作人员使用。如图2(a)～(c)所示，进样孔3的大孔31的形状可以是圆形、椭圆形、方形或者其他任意形状。

上述实施例中，优选排气孔5与进样孔3之间的距离不大于10mm。将排气孔5接近进样孔3设置，两者之间距离较小，可以用一张单面胶封口膜密封，不会造成封口膜原材料的浪费，而且操作简单方便，芯片表面更美观。

上述实施例中，如图3(a)～(d)所示，液面阻断单元6的形状可以是半圆形、椭圆形、圆形、方形或者其他任意形状。液面阻断单元6可以防止主通道2内的液体被表面张力牵引至长毛细管道4内，甚至从排气孔5溢出，从而避免了进样后的主通道2内的液体量减少，也避免了与主通道2连通的反应池8内的液体量减少，最终保证检测结果有效可靠。

上述实施例中，反应池8数目为5～100个，每个反应池8的容积为0.1～25μL；每个反应池8内可以预先装载可与待测样品中某些成分发生特异性反应的物质或材料或一段核酸序列；相邻两波峰之间的一段V形的主通道2的容积为与其相连通的反应池8的容积的1.2～1.8倍；缓冲池9的容积为反应池8的容积的0.2～0.8倍。

上述实施例中，如图4(a)～(d)所示，与同一条主通道2相连通的多个反应池8为一组，与一组的最后一个反应池8相对应的一段主通道2与液面阻断单元6之间还设置有一废液池10，废液池10包括与主通道2相连通的第一细管道11、与液面阻断单元6相连通的第二细管道12以及位于第一细管道11和第二细管道12之间用于承载适量液体的废液缓冲池13；废液池10的容积不小于与一个反应池8对应的主通道2的容积；根据需求废液池10可以设计成不同形状。用户操作不同或者加样器不同都会导致样品吸液量有差别，当样品吸液量过少时，会导致与离液面阻断单元6近的反应池8对应的部分主通道2内无液体样品，最终导致相应的反应池8不满；反之，当样品吸液量过多时，会导致液体从排气孔5溢出等问题；而此时废液池10可以起到缓冲的作用。

上述实施例中，底片1和盖片的厚度为0.05～5mm；主通道2、反应池8、缓冲池9和连接管道7的深度为40μm～4mm。底片1上结构的深度受到底片1厚度的影响，合适的厚度可以保证底片1和盖片不容易变形，芯片具有足够的加载试剂量，材料的导热效果不受影响，芯片内部受热均匀，不影响检测结果。

上述实施例中，如图1所示，芯片中心设置有中心通孔14，在中心通孔14的内边缘或芯片外边缘处设置有至少一个定位缺口15；或者，也可以在芯片上的任意合适位置处设置至少一个定位孔。在离心进样时，定位缺口15或者定位孔起到固定芯片的作用；在使用仪器检测芯片时，定位缺口15或者定位孔起到固定芯片角度并确定各个反应池8的序号的作用。

上述实施例中，在微流控芯片上还设置有样本分区标识16，便于操作识别。

上述实施例中，底片1和盖片采用双面胶(图中未示出)牢固粘合在一起。双面胶的光学性质与所采用的检测手段兼容，举例来说，当采用透过式荧光检测时，要求该双面胶对于反应池8内所发荧光具有足够的光学透过性，当采用反射式荧光检测时，要求该双面胶在所检测光学波段的荧光背景要足够低。双面胶具有足够粘合强度，能够耐受生物分析中各种常用加热条件，防止芯片在受热使用的情况下开胶漏液，造成测试失败或环境污染；双面胶还具有适当的生物相容性，能够很好的保持待测样品和预装载样品的生物活性以及化学特性，对芯片上所进行的反应不会产生显著的不良影响。采用双面胶粘合底片1和盖片，不需要使用热压和激光焊接加工的昂贵设备，成本较低；同时，避免了热压和激光焊接加工过程对底片1上预先装载样品的生物活性和化学特性等产生的不良影响、对微流体管道形状产生的影响、甚至严重时造成的管道堵塞或芯片漏液。当然，底片1和盖片也可以采用激光键合等方式连接。

上述实施例中，微流控芯片进样后，采用具有一定粘性的单面胶封口膜对进样孔3和排气孔5进行封口，将整个反应体系密封于芯片内。

上述实施例中，微流控芯片在生产时，可以根据需要分别在不同的反应池8内预先装载用于进行核酸扩增反应、生化反应、免疫反应或者其他形式检测的物质，或者用于同一种反应形式检测的不同物质，从而在一种芯片平台上实现多种应用。例如，若要在芯片上通过核酸扩增反应检测样品中的特定核酸片段(比如某个特定人的基因或病原微生物的基因)，可以在不同反应池中预先装载可与待检样品中不同核酸片段发生特异性反应的引物及辅助成分；若要在芯片上通过生化反应检测样品中的特定物质或成分(比如血糖或甘油三脂)，可以在不同反应池中预先装载可与待检样品中不同物质或成分发生特异性生化反应的物质及辅助成分；若要在芯片上通过免疫反应检测样品中的特定成分(比如某种抗原或抗体)，可以在不同反应池中预先装载可与待检样品中不同物质或成分发生特异性免疫反应的物质及辅助成分。

本实用新型在使用时，首先使用加样器从进样孔3向微流控芯片中加样，加样液体注满主通道2且在液面阻断单元以下；由于液面阻断单元6的设置，加样液体被液面阻断单元6拦截，主通道2内的液体不会进入到长毛细管道4内，也不会从排气孔5溢出；加样结束时，由于台阶状的进样孔3，残留在加样器外壁边缘的液体被进样孔3的大孔31容纳，无液体滴漏至芯片表面，拔出加样器时，也不会有液体滴漏或溅到芯片表面，不需要用吸水纸擦拭，操作简单方便；加样后，芯片静放10秒钟，进样孔3的大孔31内的液体会毛细到主通道2内，大孔31内仅残留微量液体，不影响进样孔3和排气孔5的密封，使用单面胶封口膜对芯片的进样孔3和排气孔5进行密封。将微流控芯片放置到实验设备上，采用离心的方式将主通道2内的待检测样品分配至各反应池8内，由于主通道2内液体量充足，以及缓冲池9和废液池10的设置，反应池8内具有充足的液体量，保证了测试结果的准确性；同时，由于进样孔3的大孔31内仅残留微量液体，芯片加热反应过程中，密封进样孔3和排气孔5的封口膜无鼓包、漏液等现象。可以采用荧光、浊度或显色等方法、通过仪器检测或肉眼直接观察微流控芯片中反应的结果；可以在反应过程中实时检测，也可以在反应结束后检测微流控芯片上的反应结果。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种多用途微流控芯片，其特征在于，该芯片包括一底片和一与所述底片密封配合的盖片，所述底片上开设有一条以上波浪形的主通道，所述主通道布置于以所述底片中心为圆心的圆周上，每一所述主通道均包括多个波峰和波谷，所述波峰均靠近所述底片中心方向、所述波谷均远离所述底片中心方向；

每一所述主通道的一端与一上大下小的台阶状的进样孔相连通、另一端通过一长毛细管道与一排气孔相连通，所述进样孔、长毛细管道和排气孔均设置于所述底片上；

每一所述主通道与所述长毛细管道的连接处均设置有一液面阻断单元，所述液面阻断单元的横截面积大于与之相连通的所述主通道和长毛细管道的横截面积；

每一所述主通道的波谷均通过一连接管道与一反应池相连通，每一所述连接管道上均设置有一缓冲池，所述连接管道、反应池和缓冲池亦设置于所述底片上；

所述盖片对所述底片上除所述进样孔和排气孔外的结构进行密封。

2.如权利要求1所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述波峰处的横截面积小于等于所述波谷处的横截面积，所述主通道最窄处的横截面积与最宽处的横截面积的比值为0.2～1。

3.如权利要求1或2所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述进样孔为由一大孔和一小孔组成的台阶孔，所述大孔的中心与所述小孔的中心重合；所述大孔的横截面积为所述小孔的横截面积的4～50倍，所述大孔的深度为40μm～800μm；所述小孔为圆形，且所述小孔的尺寸与生物实验中常规使用的标准Tip头的尺寸相匹配；所述大孔的形状是圆形、椭圆形或者方形。

4.如权利要求1或2所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述排气孔与所述进样孔之间的距离不大于10mm。

5.如权利要求1或2所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述液面阻断单元的形状是半圆形、椭圆形、圆形或者方形。

6.如权利要求1或2所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述反应池的数目为5～100个，每个所述反应池的容积为0.1～25μL；相邻两所述波峰之间的一段V形主通道的容积为与其相连通的所述反应池的容积的1.2～1.8倍；所述缓冲池的容积为所述反应池的容积的0.2～0.8倍。

7.如权利要求6所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，与同一条所述主通道相连通的多个所述反应池为一组，与一组的最后一个所述反应池相对应的一段所述主通道与所述液面阻断单元之间还设置有一废液池，所述废液池包括与所述主通道相连通的第一细管道、与所述液面阻断单元相连通的第二细管道以及位于所述第一细管道和第二细管道之间用于承载液体的废液缓冲池；所述废液池的容积不小于一段所述V形主通道的容积。

8.如权利要求1或2或7所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述底片和盖片的厚度为0.05～5mm；所述主通道、反应池、缓冲池和连接管道的深度为40μm～4mm。

9.如权利要求1或2或7所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，所述芯片中心设置有中心通孔，在所述中心通孔的内边缘或所述芯片的外边缘处设置有至少一个定位缺口；或者，在所述芯片的任意位置设置有至少一个定位孔；在所述微流控芯片上还设置有样本分区标识。

10.如权利要求1或2或7所述的一种多用途微流控芯片，其特征在于，不同的所述反应池内分别预先装载用于进行核酸扩增反应、生化反应或者免疫反应检测的物质；或者，不同的所述反应池内分别预先装载用于同一种反应检测的不同物质。