CN205608011U - 一种微流控芯片控制系统及其微流控芯片、检测仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微流控芯片控制系统及其微流控芯片、检测仪。该微流控芯片控制系统的检测仪，包括：流体控制模块，流体控制模块包括多个一一对应的进液通道和出液通道，每个出液通道上均设置有出液阀，每个进液通道与出液通道分别和微流控芯片的一个检测通道的两个端口连通，形成独立反应通道，每个独立反应通道的出口均与动力泵和排空阀连通；多个相互独立的试剂存放模块，每个试剂存放模块均与全部进液通道单独连通，且每个试剂存放模块与进液通道之间设置有进液阀；控制模块，与进液阀、出液阀、排空阀和动力泵均连接。该检测仪通过各阀和动力泵的配合工作可以在现场快速、准确、多指标地完成酶联免疫分析。本申请还公开了一种微流控芯片控制系统及其微流控芯片。

Description

一种微流控芯片控制系统及其微流控芯片、检测仪

技术领域

本实用新型属于微流控芯片分析技术领域，特别涉及一种微流控芯片控制系统的检测仪。还涉及一种微流控芯片以及包含该检测仪和该微流控芯片的微流控芯片控制系统。

背景技术

酶联免疫分析(ELISA)作为常规的分析技术广泛应用于临床诊断、食品安全检测、环境检测等领域。常规的ELISA操作过程繁琐，且需要数小时的检测时间，通常在实验室完成。

而目前很多情况下，酶联免疫分析检测需要在现场进行，传统的酶联免疫分析检测受到设备的限制无法进行现场操作。为了能够在现场进行酶联免疫分析，现有的一种方法是采用免疫试纸条。免疫试纸条技术检测快速，操作简便，价格便宜。然而免疫试纸条存在批间差异、灵敏度低及假阳性等问题，且大多只能用于单个指标的检测，少有免疫试纸条能够用于2-3个指标的检测。

综上所述，如何快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微流控芯片控制系统的检测仪，以快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

本实用新型的另一目的在于提供一种与该检测仪配合使用的微流控芯片，以快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

本实用新型的第三个目的在于提供一种包含该检测仪和该微流控芯片的微流控芯片控制系统，以快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种微流控芯片控制系统的检测仪，包括：

流体控制模块，所述流体控制模块包括多个进液通道以及与所述进液通道一一对应的出液通道，每个所述出液通道上均设置有出液阀，每个所述进液通道与对应的所述出液通道分别用于和微流控芯片的其中一个检测通道的两个端口连通，形成独立反应通道，每个所述独立反应通道的出口均与动力泵和排空阀连通，所述动力泵连通于所述出液阀和所述排空阀之间；

多个相互独立的试剂存放模块，每个所述试剂存放模块均与全部所述进液通道单独连通，且每个所述试剂存放模块与所述进液通道之间设置有进液阀；

控制模块，所述进液阀、所述出液阀、所述排空阀和所述动力泵均与所述控制模块连接，用于控制所述进液阀、所述出液阀和所述排空阀的通断以及所述动力泵的启停。

优选的，在上述的检测仪中，还包括与所述控制模块连接的检测模块，所述检测模块包括：

用于向所述微流控芯片内的溶液照射检测光的光源；

用于检测所述微流控芯片内的溶液的吸光度或发光信号的光电传感器。

优选的，在上述的检测仪中，还包括与所述控制模块连接的结果输出模块，所述结果输出模块包括：

用于显示检测结果的显示屏；

和/或用于打印检测结果的打印机。

优选的，在上述的检测仪中，还包括与所述控制模块连接的温控模块，所述温控模块包括：

用于加热所述微流控芯片内的溶液的加热装置；

用于检测加热温度的温度传感器。

优选的，在上述的检测仪中，所述进液阀、所述出液阀和所述排空阀为旋转阀、单向阀、电磁阀、夹管阀、膜片阀或气动阀；所述排空阀的出口与废液池连通。

优选的，在上述的检测仪中，所述动力泵为柱塞泵、注射泵或蠕动泵。

本实用新型还提供了一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体内设置有多个检测通道，每个所述检测通道内均设置有至少一个反应池，每个所述反应池内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个所述检测通道的两个端口分别用于和以上任一项所述的检测仪的流体控制模块的进液通道和出液通道连通。

优选的，在上述的微流控芯片中，所述芯片主体由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚乙烯醇注塑或激光雕刻而成。

优选的，在上述的微流控芯片中，所述生化试剂物理吸附或化学修饰于所述反应池内。

本实用新型还提供了一种微流控芯片控制系统，包括微流控芯片和如以上任一项所述的检测仪，所述微流控芯片包括芯片主体，所述芯片主体内设置有多个检测通道，每个所述检测通道内均设置有至少一个反应池，每个所述反应池内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个所述检测通道的两个端口分别用于和所述检测仪的流体控制模块的进液通道和出液通道连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的微流控芯片控制系统的检测仪包括流体控制模块、多个试剂存放模块和控制模块，流体控制模块包括多个进液通道以及与进液通道一一对应的出液通道，每个出液通道上均设置有出液阀，每个进液通道与对应的出液通道分别用于和微流控芯片的其中一个检测通道的两个端口连通，形成独立反应通道，每个独立反应通道的出口均与动力泵和排空阀连通，动力泵连接于出液阀与排空阀之间；多个试剂存放模块之间相互独立，且每个试剂存放模块均与全部的进液通道单独连通，每个试剂存放模块与进液通道之间均设置有进液阀；控制模块与进液阀、出液阀、排空阀、动力泵均连接。工作时，通过控制模块控制连通不同试剂存放模块的进液阀、每个出液通道上的出液阀和排空阀的通断以及动力泵的启停，单独控制液体从特定的试剂存放模块进入每个独立反应通道和从独立反应通道中排出，进而控制独立反应通道内的反应。通过控制模块控制进液阀、出液阀、排空阀和动力泵的配合工作完成酶联免疫分析的反应、清洗等基本操作过程，能够方便携带至现场进行酶联免疫分析检测，检测快速、准确，通过多个独立反应通道内的反应实现多指标的检测，且反应液体不会在两个独立反应通道内混合，避免了干扰，检测准确。

本实用新型提供的微流控芯片的芯片主体内设置有多个检测通道，每个检测通道内均设置有至少一个反应池，每个反应池内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个检测通道的两个端口分别用于和检测仪的其中一对进液通道和出液通道连通。使用时，直接将微流控芯片放置于检测仪上，将检测通道与检测仪的流体控制模块对应连通，通过检测仪自动进行酶联免疫分析。由于微流控芯片内设置有多个检测通道，因此，可以进行多指标检测，且检测方便、快速、准确。

本实用新型提供的微流控芯片控制系统包括本申请中的检测仪和微流控芯片，能够方便在现场快速、准确和多指标地进行酶联免疫分析检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种微流控芯片控制系统的原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种检测仪的流体控制模块的连接示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种微流控芯片的内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种微流控芯片的内部结构示意图；

图5为牛奶中抗生素残留检测结果图。

在图1-图4中，1为控制模块、2为流体控制模块、201为进液通道、202为出液通道、203为出液阀、204为进液阀、205为动力泵、206为废液池、207为排空阀、3为结果输出模块、4为检测模块、5为微流控芯片、201为芯片主体、502为检测通道、503为反应池、6试剂存放模块、7为温控模块。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种微流控芯片控制系统的检测仪，能够快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

本实用新型还提供一种与该检测仪配合使用的微流控芯片，能够快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

本实用新型还提供一种包含该检测仪和该微流控芯片的微流控芯片控制系统，能够快速、准确、方便、多指标地在现场进行酶联免疫分析检测。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-图4，本实用新型实施例提供了一种微流控芯片控制系统的检测仪，以下简称检测仪，包括流体控制模块2、多个试剂存放模块6和控制模块1。其中，流体控制模块2包括多个进液通道201以及与进液通道201一一对应的出液通道202，每个出液通道202上均设置有出液阀203，每个进液通道201与对应的出液通道202分别用于和微流控芯片5的其中一个检测通道502的两个端口连通，形成独立反应通道，每个独立反应通道的出口均与动力泵205和排空阀207连通，动力泵205连通于出液阀203和排空阀207之间；多个试剂存放模块6之间相互独立，每个试剂存放模块6均与全部进液通道201单独连通，且每个试剂存放模块6与进液通道201之间设置有进液阀204；控制模块1与进液阀204、出液阀203、排空阀207和动力泵205均连接，用于控制进液阀204、出液阀203和排空阀207的通断以及动力泵205的启停。

上述的检测仪的工作原理为：通过控制模块1控制不同的试剂存放模块6与进液通道201之间的进液阀204的开启和关闭，以控制不同的试剂存放模块6与全部的进液通道201连通，通过控制模块1控制每个出液通道202上的出液阀203的启闭，以控制每个独立反应通道与动力泵205连通，通过控制动力泵205的启停，实现不同试剂存放模块6中的物质进出独立反应通道内，通过控制排空阀207的启闭，控制独立反应通道与外部连通。以某个试剂存放模块6工作为例说明工作过程：控制模块1先控制与该试剂存放模块6连通的进液阀204开启，该试剂存放模块6与全部的进液通道201连通，控制模块1再控制其中一个出液通道202上的出液阀203开启，启动动力泵205，该试剂存放模块6中的物质进入该出液通道202所在的独立反应通道内后，关闭该出液通道202的出液阀203。以此类推，再顺序控制其它出液通道202上出液阀203的启闭和动力泵操作，顺序完成其它独立反应通道内的进液。为了避免流路的歧视效应，多个独立反应通道单独控制进出液。完成该试剂进液操作后，关闭该试剂存放模块6所连接的进液阀204，打开另一个与空气连通的试剂存放模块6的进液阀204进行出液操作，动力泵205启动，顺序控制每个出液通道202上的出液阀203开启，独立反应通道内的物质顺序被抽出，最后关闭出液阀203，打开排空阀207，启动动力泵205将物质排向外部。进液或出液过程中，该排空过程需要根据动力泵205的量程大小安排单次或多次排空。完成了一个试剂存放模块6内的物质的反应过程，通过切换存放不同试剂的试剂存放模块6上的进液阀204的开启，实现不同试剂存放模块6的物质进入独立反应通道内。从而可通过控制模块1控制进液阀204、出液阀203、排空阀207和动力泵205的配合工作完成酶联免疫分析的反应、清洗等基本操作过程，能够方便携带至现场进行酶联免疫分析检测，检测快速、准确，通过多个独立反应通道内的反应实现多指标的检测，且反应液体不会在两个独立反应通道内混合，避免了干扰，检测准确。

如图1所示，在本实施例中，检测仪还包括与控制模块1连接的检测模块4，检测模块4包括光源和光电传感器，其中，通过控制模块1控制光源向微流控芯片5内的溶液照射检测光，光电传感器用于接收透过微流控芯片5内的溶液后的检测光，从而检测微流控芯片5内的溶液的吸光度或发光信号，光电传感器与控制模块1连接，光电传感器检测到的信息发送给控制模块1。优选地，光源采用LED光源或低功率激光等，节能。

进一步地，在本实施例中，检测仪还包括与控制模块1连接的结果输出模块3，结果输出模块3包括显示屏和/或打印机，即显示屏和打印机可以两者都有，也可以只有显示屏或打印机。显示屏和打印机与控制模块1连接，分别用于显示和打印控制模块1从检测模块4中获得并处理后的检测结果。

更进一步地，在本实施例中，检测仪还包括与控制模块1连接的温控模块7，温控模块7包括温度传感器和加热装置，温度传感器与控制模块1连接，用于检测加热平台的反应温度，并将温度信号传输给控制模块1，加热装置与控制模块1连接，控制模块1根据反应需求控制加热装置对微流控芯片5内的溶液进行加热。作为优化，加热装置为加热膜、帕尔贴等。

在本实施例中，控制模块1为单片机或PLC，控制模块1通过蓝牙、无线通讯器件与各模块连接，或者通过导线连接。实现控制模块1与各模块之间的控制连接、数据采集、数据处理和结果输出。检测仪可以自身设置电池或者采用外部电源，如车载电源，方便携带，进行现场工作。

在本实施例中，试剂存放模块6为试剂槽或试剂瓶，试剂槽或试剂瓶能够与流体控制模块2的流路的试剂入口连通。

作为优化，在本实施例中，排空阀207的出口与废液池206连通，方便对独立反应通道内反应后的废液进行存储。进液阀204、出液阀203和排空阀207为旋转阀、单向阀、电磁阀、夹管阀、膜片阀或气动阀，只要能够实现试剂存放模块6、进液通道201、出液通道202、废液池206单向导通即可，只允许物质从试剂存放模块6一侧向废液池206一侧移动。

在本实施例中，动力泵205为柱塞泵、注射泵或蠕动泵，当结束反应后，用于将独立反应通道内的物质先收入动力泵205内，再将动力泵205中的物质通过排空阀207排出。

如图3和图4所示，本实用新型实施例还提供了一种与上述检测仪配合使用的微流控芯片5，包括芯片主体501，芯片主体501内设置有多个检测通道502，每个检测通道502内均设置有至少一个反应池503，每个反应池503内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个检测通道502的两个端口分别用于和以上全部实施例所描述的检测仪的流体控制模块2的进液通道201和出液通道202连通。即微流控芯片5内的检测通道502可以为并联形式(如图3)或串联形式(如图4)，每个反应池503内根据不同的检测指标选择包被不同的生化试剂。如果采用反应池并联形式，可以适用于不同反应池间有交叉反应的检测样本，如果采用反应池串联形式，适用于多个反应池间无交叉反应的样本。不管是并联形式或串联形式，本实用新型中的微流控芯片5均能够进行多指标的检测，且不会出现交叉反应，检测准确。

在本实施例中，微流控芯片5的芯片主体501由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚乙烯醇注塑或激光雕刻而成。优选地，芯片主体501包括两部分，即注塑等方式成型的主体结构层和结合到主体结构层上的覆盖层，主体结构层上设置有用于形成检测通道502的凹槽，覆盖层通过激光焊接、热压、双面胶粘贴等方式封装于主体结构层上，形成内部的检测通道502，在封装前，可以通过物理吸附、化学修饰等方式将检测特定指标的生化试剂包被于反应池503内，生化试剂可以为抗原、抗体等。使用时，可以直接将微流控芯片5置于检测仪上，进行检测，不需要现场注射生化试剂，使用方便。

本实用新型实施例还提供了一种微流控芯片控制系统，包括以上全部实施例所描述的微流控芯片5和检测仪，微流控芯片5的每个检测通道502的两个端口分别用于和检测仪的流体控制模块2的进液通道201和出液通道202连通。使用时，将微流控芯片5放置于检测仪内，即可完成微流控芯片5与检测仪的流体控制模块2的连通，能够模拟酶联免疫分析检测的反应过程，进行快速检测。

上述微流控芯片控制系统在使用过程中，用户将装有配置好样本或试剂的试剂槽或试剂瓶放入流体控制模块3的流路试剂入口处，同时将微流控芯片5放入检测仪的芯片装载平台上，按检测仪的气动按钮，检测仪自动进行生化反应、清洗、检测、结果输出等步骤。

下面以兽药残留现场快速检测为例进行说明：

在本实施例中微流控芯片5上设有八个并联的检测通道502，每个检测通道502的反应池503内固定有用于检测特定抗生素指标的半抗原，有三个试剂存放模块6，分别是检测液试剂槽、显色液试剂槽和清洗瓶。检测原理为竞争性的酶联免疫反应，反应过程包括免疫反应、清洗、显色、检测、打印结果。

具体检测过程为：

一、准备试剂：检测液试剂槽中加入定量的待测样本溶液，本实施例为牛奶、一定量的抗体工作液和酶标二抗；清洗瓶中加入洗液；显色液试剂槽中加入显色液；将检测液试剂槽、洗液瓶、显色液试剂槽放入检测仪的流体控制模块的试剂入口处。

二、放置微流控芯片5：将微流控芯片5放置在检测仪的芯片装载台上，使微流控芯片5与流体控制模块2的进液通道201和出液通道202连接。

三、启动开始按钮。

四、免疫反应：打开连接检测液试剂槽的进液阀204，同时依次打开连接与微流体芯片5的八个检测通道502分别连通的八个出液阀203；动力泵205抽吸将检测液试剂槽中的八份检测液顺序加入到微流控芯片5的八个检测通道502的反应池503内，并通过排空阀207和出液阀203的切换将废液排至废液池206；通过温控模块7将温度控制在室温或37℃恒温下，孵育5分钟。

五、清洗反应：关闭连接检测液试剂槽的进液阀204，打开连接清洗瓶的进液阀204，同时依次打开八个出液阀203，动力泵205抽吸将清洗液依次加入八个检测通道502内的反应池503，并通过排空阀207和出液阀203的切换将废液排至废液池206；同上，切换进液阀204，使连接空气的进液阀204打开，反应池503内依次用空气排出清洗液。重复以上反应池503内清洗液和空气的交换两次。

六、显色反应：打开连接显色液试剂槽的进液阀204，原理同上，使微流控芯片5的反应池503内依次加入显色液，室温或37℃恒温下孵育5分钟。

七、信号检测：依次打开八个检测通道502的反应池503正下方的光源，光源经过反应池503内的显色液到达反应池503正上方的光电传感器，光电传感器接受被显色液吸收后的光信号。

八、结果打印：控制模块1处理光信号后，控制结果输出模块3打印检测结果。

九、清洗液路：将试剂存放模块6进行清洗，将用过的一次性微流控芯片5从检测仪中取出。

图5为牛奶中氯霉素、四环素、金霉素、土霉素中四种抗生素指标的检测结果图。检测样本的四种指标的吸光度值均大于对照样本。由于采用竞争性酶连免疫反应，检测结果判读为阴性。

上述为本实用新型中的微流控芯片控制系统的一个具体应用，当然，还可以应用到其它酶联免疫分析检测，例如用于食品中兽药残留、环境检测等方面的多指标现场快速、自动、准确检测。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微流控芯片控制系统的检测仪，其特征在于，包括：

流体控制模块(2)，所述流体控制模块(2)包括多个进液通道(201)以及与所述进液通道(201)一一对应的出液通道(202)，每个所述出液通道(202)上均设置有出液阀(203)，每个所述进液通道(201)与对应的所述出液通道(202)分别用于和微流控芯片(5)的其中一个检测通道(502)的两个端口连通，形成独立反应通道，每个所述独立反应通道的出口均与动力泵(205)和排空阀(207)连通，所述动力泵(205)连通于所述出液阀(203)和所述排空阀(207)之间；

多个相互独立的试剂存放模块(6)，每个所述试剂存放模块(6)均与全部所述进液通道(201)单独连通，且每个所述试剂存放模块(6)与所述进液通道(201)之间设置有进液阀(204)；

控制模块(1)，所述进液阀(204)、所述出液阀(203)、所述排空阀(207)和所述动力泵(205)均与所述控制模块(1)连接，用于控制所述进液阀(204)、所述出液阀(203)和所述排空阀(207)的通断以及所述动力泵(205)的启停。

2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，还包括与所述控制模块(1)连接的检测模块(4)，所述检测模块(4)包括：

用于向所述微流控芯片(5)内的溶液照射检测光的光源；

用于检测所述微流控芯片(5)内的溶液的吸光度或发光信号的光电传感器。

3.根据权利要求2所述的检测仪，其特征在于，还包括与所述控制模块(1)连接的结果输出模块(3)，所述结果输出模块(3)包括：

用于显示检测结果的显示屏；

和/或用于打印检测结果的打印机。

4.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，还包括与所述控制模块(1)连接的温控模块(7)，所述温控模块(7)包括：

用于加热所述微流控芯片(5)内的溶液的加热装置；

用于检测加热温度的温度传感器。

5.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述进液阀(204)、所述出液阀(203)和所述排空阀(207)为旋转阀、单向阀、电磁阀、夹管阀、膜片阀或气动阀；所述排空阀(207)的出口与废液池(206)连通。

6.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于，所述动力泵(205)为柱塞泵、注射泵或蠕动泵。

7.一种微流控芯片，其特征在于，包括芯片主体(501)，所述芯片主体(501)内设置有多个检测通道(502)，每个所述检测通道(502)内均设置有至少一个反应池(503)，每个所述反应池(503)内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个所述检测通道(502)的两个端口分别用于和权利要求1-6任一项所述的检测仪的流体控制模块(2)的进液通道(201)和出液通道(202)连通。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体(501)由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或聚乙烯醇注塑或激光雕刻而成。

9.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述生化试剂物理吸附或化学修饰于所述反应池(503)内。

10.一种微流控芯片控制系统，其特征在于，包括微流控芯片(5)和如权利要求1-6任一项所述的检测仪，所述微流控芯片(5)包括芯片主体(501)，所述芯片主体(501)内设置有多个检测通道(502)，每个所述检测通道(502)内均设置有至少一个反应池(503)，每个所述反应池(503)内包被有用于检测待定指标的生化试剂，每个所述检测通道(502)的两个端口分别用于和所述检测仪的流体控制模块(2)的进液通道(201)和出液通道(202)连通。