CN206868242U - 基于主动控制液体流动的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于主动控制液体流动的微流控芯片，包括进样腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道，进样腔室与气路连通；所述微流控流道上安装有处于常开状态的微阀，该微阀具有防止流体回流的微阀防回流结构以及用于感测流体是否流经微阀安装位置的检测机构；处于常开状态的微阀，在检测机构所反馈的数值表明流体流经微阀安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；处于截流状态的微阀能够定时打开，处于流通状态；处于流通状态的微阀，在气路提供的气流推动下，流体能够在微阀中流通。因此，本实用新型所述微流控流道中的流体能够主动控制，即能够随意控制整个微流控流道中流体的流速。

Description

基于主动控制液体流动的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及一种基于主动控制流体流动的微流控芯片。

背景技术

免疫侧向层析诊断技术作为一种稳定和实用的技术适合在多样的即时检验（POCT）或者现场使用。

在免疫层系反应系统中，由于系统原因导致CV大，无法达到精确定量。而基于微流控技术的免疫诊断方法，可以有效的避免上述问题。

微流控又分被动式和主动式两种。被动式微流控还是需要毛细血管力来达到液体向前的侧向层析。但是由于不同样本特别是全血样本的粘稠度不同，导致液体流速无法统一。

主动式微流控可以有效避免上述问题，可以给向前的推力，使液体均匀的向前流动，避免因为不同流速导致的测试值差异。

主动式微流控的动力有离心力驱动、电润湿驱动、压力驱动（电解泵、压缩气体泵、化学分解泵、直接气压差驱动）

但是如果要达到随意控制液体速度的目的，不但要有推动力，还要有阀门控制，还要有防回流免得液体，因为压力去除，回流回去。

现有相关技术，芯片的制作以及芯片的应用，请参考以下专利：

1）CN203899622U 一种微流控芯片

2）CN106353491A 微流控床旁边快速诊断试剂盒

3）CN205941345U 用于生物检测的微流控芯片

其中，专利1）中，未涉及混合功能，而芯片中不同液体以及液体与固体（比如预埋的冻干试剂等）的混合是微流控芯片的一个关键功能。

专利2）和3）中，未对加入到芯片中的样本液体进行定量，而要实现定量检测，必须实现对加入的样本的定量和预先放置于芯片内的试剂的定量。

专利1），2）和3）中都未涉及液体在芯片中流动时准确位置的监测，换句话说，上述3项专利的芯片在最后的检测结果之前没有对流体在芯片内通道或腔体的填充行为做监测。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于主动控制流体流动的微流控芯片，其通过在微流控流道中配置特制微阀，并采用气路提供微流控流道中流体流动的推力，使得本实用新型所述微流控流道中的流体能够主动控制，即能够随意控制整个微流控流道中流体的流速，并可以固定在某一区域内，进行孵育反应。达到真正的微流控目的。另外，本实用新型通过定量腔室达到真正意义上的定量加样，多余样品排入废液腔室。再有，通过混匀装置充分混匀样本，为产品性能提高提供有力保障。最后的技术目的是通过有导电橡胶制成的密封圈，和设备电容检测探头一起起到，液体流动状态的检测。

为实现上述的技术目的，本实用新型将采取如下的技术方案：

一种基于主动控制液体流动的微流控芯片，包括进样腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道，进样腔室与气路连通；所述微流控流道上安装有处于常开状态的微阀，该微阀具有防止流体回流的微阀防回流结构以及用于感测流体是否流经微阀安装位置的检测机构；

处于常开状态的微阀，在检测机构所反馈的数值表明流体流经微阀安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；

处于截流状态的微阀能够定时打开，处于流通状态；

处于流通状态的微阀，在气路提供的气流推动下，流体能够在微阀中流通。

作为本实用新型的进一步改进，所述微阀包括第一微阀、第二微阀；所述进样腔室与反应腔室之间设置有定量腔室；

进样腔室出液口处的微流控流道分为两路，分别为微流控主流道和微流控旁路流道；进样腔室通过微流控主流道依次与定量腔室、反应腔室、废液腔室连通，同时进样腔室通过微流控旁路流道与废液腔室连通；

进样腔室与废液腔室之间的微流控旁路流道上安装第一微阀；

定量腔室在紧靠着出液口的微流控主流道上安装第二微阀；

进样腔室与定量腔室之间的微流控主流道上安装有第一防回流结构；

在第一微阀、第二微阀、第一防回流结构的配合下，定量腔室能够根据自身容积大小向反应腔室定量供给样品。

所述定量腔室和反应腔室之间具有混匀装置，该混匀装置包括混匀腔室以及混匀流道；混匀流道呈Z形状；混匀腔室两侧的微流控主流道至少有部分为混匀流道，且混匀腔室能够与混匀流道自然连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一防回流结构具有防回流流道，防回流流道能够抬升第一防回流结构安装位置处的微流控流道液面高度；

所述防回流流道的延伸方向与第一防回流结构安装位置处的微流控流道的延伸方向相垂直；

第一防回流结构安装位置处的微流控流道通过微流控流道隔块分隔成两段，分别为微流控进液流道、微流控出液流道；

所述防回流流道内具有防回流凸块，且防回流凸块与防回流流道之间形成有两条防回流连通流道；

所述的两条防回流连通流道，分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；

防回流凸块的下端与防回流流道的下端齐平，而防回流凸块的上端则低于防回流流道的上端设置；

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，克服防回流流道所抬升的此处微流控流道液面高度的压力，促使防回流装置两侧的微流控流道中的流体处于流通状态。

所述微流控流道隔块为楔形块，而防回流流道为形状与微流控流道隔块形状相似的楔形槽；第一防回流结构安装位置处的微流控流道，在微流控流道隔块的两侧对称地布置有楔形连接柱，防回流流道具有与楔形连接柱配合连接的楔形连接槽。

作为本实用新型的进一步改进，微阀包括下压机构、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：

所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；

所述防回流微阀安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；

微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；

微阀防回流流道的的上端具有用于安装密封件的嵌槽；

所述的密封件为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及电容探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈，而电容探头触点则与外层密封圈连接；密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间；

所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；

所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间距；

当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；

当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。

所述反应腔室与废液腔室之间的微流控主流道上安装有第三微阀；在紧靠着反应腔室进液口的微流控主流道上安装有第二防回流结构；第三微阀为具有防回流功能的防回流微阀。

本实用新型的另一技术目的是提供一种基于主动控制液体流动的微流控芯片，包括进样腔室、样品标记-定量腔室、液路流道、混匀腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道；其中：

所述进样腔室，用于制备并过滤样品；

所述样品标记-定量腔室，根据自身容积大小定量接收进样腔室所输送来的样品，并将样品和标记物反应后输出；

所述混匀腔室，用于将样品标记-定量腔室输出的样品混匀；

所述反应腔室，预埋有与标记物发生反应的包被体，反应完成后输出至废液腔室；

液路流道，用于清洗微流控流道以及安装在微流控流道上的各腔室，一端与外接液路接口连通，另一端则与微流控流道连通；

微流控流道包括微流控主流道和微流控旁路流道；

进样腔室通过微流控主流道依次与样品标记-定量腔室、混匀腔室、反应腔室、废液腔室连通，同时进样腔室通过微流控旁路流道与废液腔室连通；

进样腔室与废液腔室之间的微流控旁路流道上安装有第一微阀；进样腔室与样品标记-定量腔室之间的微流控主流道上安装有第一防回流流道；样品标记-定量腔室与混匀腔室之间的微流控主流道上安装有第二微阀；混匀腔室与反应腔室之间的微流控主流道上在紧靠着反应腔室的进液口位置处布置有第二防回流结构，而反应腔室与废液腔室之间的微流控主流道上安装有第三微阀；

所述第一防回流流道、第二防回流结构均包括有防回流流道；

所述防回流流道的延伸方向与防回流结构安装位置处微流控流道的延伸方向相垂直；

防回流结构安装位置处的微流控流道通过微流控流道隔块分隔成两段，分别为微流控进液流道、微流控出液流道；

防回流流道的上端封闭，下端则跨接在微流控流道隔块上方，并分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，微流控进液流道中的流体流经防回流流道后，回流至微流控出液流道中；

所述第一微阀、第二微阀、第三微阀均为防回流微阀，包括下压机构、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：

所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；

所述防回流微阀安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；

微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；

微阀防回流流道的的上端具有用于安装密封件的嵌槽；

所述的密封件为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及电容探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈，而电容探头触点则与外层密封圈连接；密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间；

所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；

所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间距；

当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；

当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。

所述混匀腔室包括两个，分别为按照流体流向依次连接的第一混匀腔室、第二混匀腔室，所述第一混匀腔室进液端的微流控主流道、第一混匀腔室与第二混匀腔室之间的微流控主流道以及第二混匀腔室出液端的微流控主流道均有部分设置成Z形混流流道。

作为本实用新型的进一步改进，所述微流控芯片包括三层芯片，从上到下依次为上层芯片、中层芯片以及下层芯片，三层芯片中两两通过凹槽-凸柱的方式插接成一体；中层芯片和下层芯片之间形成进样腔室、样品标记-定量腔室、液路流道、混匀腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道；且进样腔室在处于中层芯片的位置处设置有连通的加样槽，且进样腔室在加样槽的位置处设置有气路接口，加样槽位于气路接口的内腔，且气路接口与穿过上层芯片的外接气路接口连接；液路流道在处于中层芯片的位置处设置有连通的液路接口，与穿过上层芯片的外接气路接口连接；

所述进样腔室包括进样池，进样池为设置于下层芯片的全血过滤模块，呈八角扇形设置；全血过滤模块内配装有虑血膜，并通过设置于中层芯片上的盖板封接形成进样腔室；盖板上开设有加样槽；加样槽相对于气路接口的圆心呈偏心或者同心设置，加样槽的形状为圆形或者椭圆形或者一条边呈圆弧连接的方形；

混匀腔室包括混匀槽，混匀槽设置于下层芯片，呈圆形或者菱形设置；当混匀槽成圆形时，处于混匀槽两侧的微流控流道的截面成圆形；当混匀槽成菱形设置时，处于混匀槽两侧的微流控流道为Z形，且Z形微流控流道的截面能够与菱形混匀槽自然衔接。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有如下的优势：

1、本实用新型在芯片内有定量装置，由第一微阀、第二微阀以及第一防回流结构组成，起到真正的定量加样，避免移液器未校准引起的加样量的不同，为定量测试提供一道可靠的保险。

2、本实用新型通过混匀装置充分混匀样本，为产品性能提高提供有力保障。

3、本实用新型创造性地设计了阀门装置，防回流装置，并结合气路作为液体向前的推动力，能随意控制流道内液体速度，并可以固定在某一区域内，进行孵育反应。达到真正的微流控目的。

4、本实用新型通过有导电橡胶制成的密封圈，和设备电容检测探头一起起到，液体流动状态的检测。

附图说明

图1是本实用新型所述微流控芯片的结构示意图；

图中：上层芯片1；中层芯片2；下层芯片3；下压头4；电容探头5；外接液路接口6；外接气路接口7；吸水纸8；包被体9；滤血膜10；导电密封圈11；

图2是本实用新型所述上层芯片的结构示意图；

图中：第一微阀下压头安装孔1-1；第二微阀下压头通行孔孔1-2；第三微阀下压头通行孔1-3；反应槽的上盖1-4；外接液路接口1-5；气路接口1-6；上层芯片的凸柱1-7；

图3是本实用新型所述中层芯片的结构示意图；

图中：中层芯片2；第一嵌槽2-1；第二嵌槽2-2；第三嵌槽2-3；第一防回流结构在中层芯片上的位置2-4；第二防回流结构在中层芯片上的位置2-5；液路接口2-6；反应槽通槽2-7；气路接口2-8；废液池上盖2-9；中层芯片的凸柱2-10；加样槽2-11；

图4a是本实用新型所述下层芯片的结构示意图；

图中：下层芯片3；进样池3-1；样品处理-定量池3-2；Z型微流控流道3-3；液路流道3-4；第一混匀槽3-5；第二混匀槽3-6；反应槽3-7；废液槽3-8；第一微阀的流道3-9；第二微阀的流道3-10；第三微阀的流道3-11；第一防回流结构的微流控流道3-12；第二防回流结构的微流控流道3-13；

图4b是另一种结构形式的下层芯片的结构示意图；

图5是本实用新型所述微阀的结构示意图；

图中：上层芯片1；中层芯片2；下层芯片3；下压头4；检测探头5；导电密封圈11；

图6是本实用新型所述导电密封圈的结构示意图；

图7是本实用新型所述导电密封圈的截面图；

图6-7中：外层密封圈11-1；内部封闭膜11-2；电容探头触点11-3；

图8是本实用新型中层芯片上第一嵌槽的结构示意图；

图9是图8的截面图；

图8-图9中：中层芯片2；第一嵌槽2-1；微阀流道2-1-1；

图10是三片式防回流结构的结构示意图；

图11是图10的截面图；

图10-11中：上层芯片1；中层芯片2；防回流出液口2-a；防回流连通流道2-b；防回流凸块2-c；下层芯片3；微流控流道3-a；

图12是第二种防回流结构的结构示意图；

图13是图12中中层芯片的结构示意图；

图12-13中：中层芯片2；防回流流道2-d；下层芯片3；微流控流道3-a；

图14是第三种防回流结构的结构示意图；

图15是图14所述第三种防回流结构的截面结构示意图；

图16是图14中下层芯片的结构示意图；

图17是图14中中层芯片的结构示意图；

图14-16中：中层芯片2；防回流流道2-d；下层芯片3；微流控流道3-a；微流控流道隔块3-b；

图18是第四种防回流结构的结构示意图；

图19是图18所述第四种防回流结构的截面结构示意图；

图20是图18中下层芯片的结构示意图；

图21是图18中中层芯片的结构示意图；

图18-21中：中层芯片2；防回流流道2-d；下层芯片3；微流控流道3-a；微流控流道隔块3-b；连接柱3-c。

具体实施方式

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

如图1-3、图4a、图4b所示，本实用新型所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，包括三层芯片，从上到下依次为上层芯片1、中层芯片2以及下层芯片3，三层芯片中两两通过凹槽-凸柱的方式插接成一体，并通过超声或激光等技术键合；中层芯片2和下层芯片3之间形成进样腔室、定量腔室（可以同时设置为具有标记物标记样品的腔室，因此，记为样品标记-定量腔室）、液路流道、混匀腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道；其中：

所述进样腔室，用于制备并储存样品；包括进样池3-1，进样池3-1为设置于下层芯片3的全血过滤模块，呈八角扇形设置；全血过滤模块内配装有滤血膜10，并通过设置于中层芯片2上的盖板封接形成进样腔室；盖板上开设有加样槽；进样腔室在加样槽的位置处设置有气路接口2-8，加样槽位于气路接口2-8的内腔，且气路接口与穿过上层芯片1的外接气路接口7连接；加样槽相对于气路接口的圆心呈偏心或者同心设置，加样槽的形状为圆形或者椭圆形或者一条边呈圆弧连接的方形。

所述样品标记-定量腔室，根据自身容积大小定量接收进样腔室所输送来的样品，样品与已溶解后的标记物反应后输出；因此，本实用新型所述的样品标记-定量腔室，能够实现真正的定量加样血浆，模具定量，避免移液器未及时校准而引起的样品加样误差；包括样品处理-定量池3-2，设置于下层芯片，通过与中层芯片封接而形成腔室。

所述混匀腔室，用于将样品标记-定量腔室输出的样品混匀；包括混匀槽，混匀槽设置于下层芯片3，呈圆形或者菱形设置；当混匀槽成圆形时，处于混匀槽两侧的微流控流道的截面成圆形；当混匀槽成菱形设置时，处于混匀槽两侧的微流控流道为Z形，且Z形微流控流道3-3的截面能够与菱形混匀槽自然衔接，即Z形微流控流道3-3能够与菱形混匀槽自然连通。附图中有两个混匀槽，分别为：第一混匀槽3-5、第二混匀槽3-6；因此，通过与中层芯片的配合，能够形成的混匀腔室包括两个，分别为按照流体流向依次连接的第一混匀腔室、第二混匀腔室，所述第一混匀腔室进液端的微流控主流道、第一混匀腔室与第二混匀腔室之间的微流控主流道以及第二混匀腔室出液端的微流控主流道均有部分设置成Z形微流控流道，同样具有混流作用。

所述反应腔室，预埋有与标记物发生反应的包被体9，反应完成后输出至废液腔室；包括反应槽，反应槽设置于下层芯片3，预包埋检测项目相关的包被抗体或抗原等，与标记物槽内的相应标记物抗体或抗原等产生反应。其中包被体9可以在反应腔室下平面，也可在上平面。

所述液路流道3-4，用于清洗微流控流道以及安装在微流控流道上的各腔室，一端与外接液路接口6连通，另一端则与微流控流道连通。液路流道3-4在处于中层芯片2的位置处设置有连通的液路接口2-6，与穿过上层芯片1的外接液路接口6连接。

所述微流控流道，从进样腔室出液口处分为两路，分别为微流控主流道和微流控旁路流道；

进样腔室通过微流控主流道依次与样品标记-定量腔室、混匀腔室、反应腔室、废液腔室连通，同时进样腔室通过微流控旁路流道与废液腔室连通；废液腔室，包括废液槽3-8，设置于中层芯片2，其中置放有吸水纸8。

进样腔室与废液腔室之间的微流控旁路流道上安装有第一微阀；进样腔室与样品标记-定量腔室之间的微流控主流道上安装有第一防回流流道；样品标记-定量腔室与混匀腔室之间的微流控主流道上安装有第二微阀；混匀腔室与反应腔室之间的微流控主流道上在紧靠着反应腔室的进液口位置处布置有第二防回流结构，而反应腔室与废液腔室之间的微流控主流道上安装有第三微阀。在第一微阀、第一防回流结构的配合下，定量腔室能够根据自身容积大小向反应腔室定量供给样品。

本实用新型中，第一微阀、第二微阀、第三微阀均为具有防回流功能的防回流微阀；图5-图9详细地公开了本实用新型所述防回流微阀的结构，以下将结合附图详细地说明该防回流微阀的构成：所述的防回流微阀；包括下压机构、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：

所述的下压机构，包括下压头4，该下压头4位于内部封闭膜11-2的上方。

所述检测机构，包括检测探头5，该检测探头5与下压头4联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头5与探头触点之间的间距小于下压头4与内部封闭膜11-2之间的间距。本实用新型采用的检测探头5为电容探头。

所述的密封件为导电密封圈11，包括外层密封圈11-1、内部封闭膜11-2以及探头触点；内部封闭膜11-2处于外层密封圈11-1的内圈，而探头触点为电容探头触点11-3，与外层密封圈11-1连接。

所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；

所述防回流微阀安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；

微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；

本实用新型中，微阀防回流流道的内腔具有微阀防回流凸块；微阀防回流凸块的外圈与微阀防回流流道的内腔之间形成用于安装外层密封圈11-1的密封圈嵌槽；微阀防回流凸块具有两个贯通流道，分别为微阀防回流进液流道、微阀防回流出液流道；微阀防回流进液流道的下端与微阀进液段的出液口连通，而微阀防回流出液流道的下端则与微阀出液段的进液口连通；外层密封圈11-1嵌装在密封圈嵌槽中，内部封闭膜11-2能够同时覆盖住微阀防回流进液流道的上端、微阀防回流出液流道的上端；

当本实用新型不配装防回流结构时，所述的内部封闭膜11-2能够同时覆盖住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，并通过外层密封圈11-1密封。

检测机构的检测探头5随着下压机构的下压动作，与电容探头触点11-3相触；随时检测液体是否流到阀门内。此时，防回流微阀处于打开状态。事实上，在下压机构的下压头4与内部封闭膜11-2之间存在间距的情况下，由于内部封闭膜11-2本身具有的形变功能以及安装位置处具有的形变空间，致使在气流的带动下，流体能够从微阀进液段中，克服内部封闭膜11-2形变后，进入微阀出液段。

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，液体向前移动，微阀进液段中的流体经由微阀防回流流道后，流至微阀出液段，检测机构中的电容探头，检测到液体流过来，再次触发下压机构，在下压驱动的带动下，内部封闭膜11-2封住微阀防回流流道的的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；

检测机构包括电容探头，电容探头在下压机构的下压驱动的带动下，能够与电容探头触点11-3电性连接。

具体地：当下压机构的下压头4带着检测探头5面向导电密封圈11下行时，在检测探头5与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头4与内部封闭膜11-2之间存在间距；当检测探头5感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头4继续下行，直至下压头4压住内部封闭膜11-2，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；当下压机构的下压头4与内部封闭膜11-2之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜11-2所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。

附图中，所述阀门装置为三片式结构，包括从上到下依次分布的上层芯片1、中层芯片2以及下次芯片；上层芯片1、中层芯片2以及下次芯片两两相互卡合连接；微阀防回流结构设置于中层芯片2，微流控流道布置于下层芯片3，嵌槽对应于微阀防回流结构设置于中层芯片2的上表面，密封件通过上层芯片1压设在嵌槽中，且上层芯片1对应于内部密封圈、检测触点的位置对应地分别开设压头穿行孔、探头穿行孔；而下压机构位于上层芯片1的上方，下压机构下压，带动下压头4通过压头穿行孔，压住内部封闭膜11-2，以封住微阀防回流流道的上端，此时，防回流微阀处于关闭状态；电容探头随着下压机构的下压而朝向上层芯片1移动，直至穿过上层芯片1上的探头穿行孔后，与置于中层芯片2嵌槽中的导电密封圈11的探头触点相触，实现电性连接。

本实用新型创造性地设计了阀门装置，使其和微流控液体控制防回流装置融合在一起，节省微流控芯片空间。微流控芯片的位置空间十分有限，本实用新型能有效的节省微流控流道空间，可以使设计流道时更加有效。避免各个流道之间距离过近导致的液体流道封闭不严，穿流道的问题。

本实用新型利用导电橡胶材质的导电性，结合设备的电容检测探头5，观察流道内液体流动到阀门的准确时机，及时关闭阀门。节省半透膜装置。

图10-图21中，详细地公开了本实用新型所述的第一防回流结构、第二防回流结构所涉及实施例的具体结构，以下将结合附图详细地说明本实用新型所述各实施例对应的防回流结构的具体构成，另外，为方便叙述，以下将第一防回流结构、第二防回流结构均等同于防回流结构。

根据各实施例可知，本实用新型所述的防回流结构，具有如下特性：

防回流结构具有防回流流道，防回流流道能够抬升防回流结构安装位置处的微流控流道液面高度；

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，克服防回流流道所抬升的此处微流控流道液面高度的压力，促使防回流结构两侧的微流控流道中的流体处于流通状态。

实施例1

如图12-13所示，本实施例所述的防回流结构，包括防回流流道2-d（设置于中层芯片2），所述防回流流道2-d的延伸方向与防回流结构安装位置处微流控流道3-a（设置于下层芯片）的延伸方向相垂直；防回流结构安装位置处的微流控流道3-a通过微流控流道隔块3-b分隔成两段，分别为微流控进液流道、微流控出液流道；防回流流道2-d的上端封闭，下端则跨接在微流控流道隔块3-b上方，并分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，微流控进液流道中的流体流经防回流流道2-d后，回流至微流控出液流道中。

本实施例所述防回流结构功能单一，效果不显著。防回流结构的高度和微流控流道3-a内液体表面高度一致，没有起到完全防回流的目的，但是结构简单，生产要求不高。

实施例2

如图10-11所示，本实施例所述防回流结构与实施例1的不同之处在于：

1、所述防回流流道2-d内具有防回流凸块2-c，且防回流凸块2-c与防回流流道2-d之间形成有两条防回流连通流道2-b；所述的两条防回流连通流道2-b，分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；防回流凸块2-c的下端与防回流流道2-d的下端齐平，而防回流凸块2-c的上端则低于防回流流道2-d的上端设置。

2、所述防回流流道2-d的上端封闭是通过上层芯片提供的盖板作用来完成的。

由此可知，本实施例创造性的在微流控液体表面之上凸起防回流装置，可显著起到液体防回流的作用。同时对生产工艺的要求不太高，达到大规模生产的目的。

实施例3

如图14-17所示，本实施例所述防回流结构与实施例2的不同之处在于：

将所述微流控流道隔块3-b设置为楔形块，而防回流流道2-d为形状与微流控流道隔块3-b形状相似的楔形槽。

由此可知：由于本实施例具有凸起的流道，可以显著起到防回流作用。

实施例4

如图18-21所示，本实施例所述防回流结构与实施例3的不同之处在于：

防回流结构安装位置处的微流控流道3-a，在微流控流道隔块3-b的两侧对称地布置有楔形连接柱3-c，防回流流道2-d具有与楔形连接柱3-c配合连接的楔形连接槽。

由此可知：本实施例创造性地设计了防回流装置，使其和微流控上下芯片固定位柱子融合在一起（实施例3同为凸起部位，但是由于尺寸小于500微米，无法作为固定位来用，强度不够），节省微流控芯片空间。同时由于有两面的凸起围墙，有效的避免了液体从侧面漏出，影响防回流。

另外，上述的防回流结构，也可以应用于微阀，只是在微阀结构中，防回流结构防回流流道上端的封闭，是通过内部封闭膜来实现的。

本实用新型可以通过微流控液体控制防回流装置，使一个设备可以操作多个微流控芯片，起到多通量的效果，因为即便把液体向前流动的推动力去掉，液体也不会回流过去，因为有防回流装置，这样 各个步骤之间的孵育时间时，设备可以离开微流控芯片，去操作另一个微流控芯片，起到多通量的目的。

另外，为方便本实用新型所述微流控芯片的使用，在所述上层芯片设置有用于外接的固定部；该外接固定部为圆球状固定部，或者凹槽状固定部，或者设置于上层芯片外侧的端部卡槽固定部。

Claims (10)

1.一种基于主动控制液体流动的微流控芯片，包括进样腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道，进样腔室与气路连通；其特征在于：所述微流控流道上安装有处于常开状态的微阀，该微阀具有防止流体回流的微阀防回流结构以及用于感测流体是否流经微阀安装位置的检测机构；

处于常开状态的微阀，在检测机构所反馈的数值表明流体流经微阀安装位置时，能够自动闭合，处于截流状态；

处于截流状态的微阀能够定时打开，处于流通状态；

处于流通状态的微阀，在气路提供的气流推动下，流体能够在微阀中流通。

2.根据权利要求1所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述微阀包括第一微阀、第二微阀；所述进样腔室与反应腔室之间设置有定量腔室；

进样腔室出液口处的微流控流道分为两路，分别为微流控主流道和微流控旁路流道；进样腔室通过微流控主流道依次与定量腔室、反应腔室、废液腔室连通，同时进样腔室通过微流控旁路流道与废液腔室连通；

进样腔室与废液腔室之间的微流控旁路流道上安装第一微阀；

定量腔室在紧靠着出液口的微流控主流道上安装第二微阀；

进样腔室与定量腔室之间的微流控主流道上安装有第一防回流结构；

在第一微阀、第二微阀、第一防回流结构的配合下，定量腔室能够根据自身容积大小向反应腔室定量供给样品。

3.根据权利要求2所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述定量腔室和反应腔室之间具有混匀装置，该混匀装置包括混匀腔室以及混匀流道；混匀流道呈Z形状；混匀腔室两侧的微流控主流道至少有部分为混匀流道，且混匀腔室能够与混匀流道自然连通。

4.根据权利要求2所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述第一防回流结构具有防回流流道，防回流流道能够抬升第一防回流结构安装位置处的微流控流道液面高度；

所述防回流流道的延伸方向与第一防回流结构安装位置处的微流控流道的延伸方向相垂直；

第一防回流结构安装位置处的微流控流道通过微流控流道隔块分隔成两段，分别 为微流控进液流道、微流控出液流道；

所述防回流流道内具有防回流凸块，且防回流凸块与防回流流道之间形成有两条防回流连通流道；

所述的两条防回流连通流道，分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；防回流凸块的下端与防回流流道的下端齐平，而防回流凸块的上端则低于防回流流道的上端设置；

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，克服防回流流道所抬升的此处微流控流道液面高度的压力，促使防回流装置两侧的微流控流道中的流体处于流通状态。

5.根据权利要求4所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述微流控流道隔块为楔形块，而防回流流道为形状与微流控流道隔块形状相似的楔形槽；第一防回流结构安装位置处的微流控流道，在微流控流道隔块的两侧对称地布置有楔形连接柱，防回流流道具有与楔形连接柱配合连接的楔形连接槽。

6.根据权利要求1所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：微阀包括下压机构、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：

所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；

所述防回流微阀安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；

微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；

微阀防回流流道的的上端具有用于安装密封件的嵌槽；

所述的密封件为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及电容探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈，而电容探头触点则与外层密封圈连接；密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间；

所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；

所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点 的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间距；

当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；

当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。

7.根据权利要求2所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述反应腔室与废液腔室之间的微流控主流道上安装有第三微阀；在紧靠着反应腔室进液口的微流控主流道上安装有第二防回流结构；第三微阀为具有防回流功能的防回流微阀。

8.一种基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：包括进样腔室、样品标记-定量腔室、液路流道、混匀腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道；其中：

所述进样腔室，用于制备并过滤样品；

所述样品标记-定量腔室，根据自身容积大小定量接收进样腔室所输送来的样品，并将样品和标记物反应后输出；

所述混匀腔室，用于将样品标记-定量腔室输出的样品混匀；

所述反应腔室，预埋有与标记物发生反应的包被体，反应完成后输出至废液腔室；液路流道，用于清洗微流控流道以及安装在微流控流道上的各腔室，一端与外接液路接口连通，另一端则与微流控流道连通；

微流控流道包括微流控主流道和微流控旁路流道；

进样腔室通过微流控主流道依次与样品标记-定量腔室、混匀腔室、反应腔室、废液腔室连通，同时进样腔室通过微流控旁路流道与废液腔室连通；

进样腔室与废液腔室之间的微流控旁路流道上安装有第一微阀；进样腔室与样品 标记-定量腔室之间的微流控主流道上安装有第一防回流流道；样品标记-定量腔室与混匀腔室之间的微流控主流道上安装有第二微阀；混匀腔室与反应腔室之间的微流控主流道上在紧靠着反应腔室的进液口位置处布置有第二防回流结构，而反应腔室与废液腔室之间的微流控主流道上安装有第三微阀；

所述第一防回流流道、第二防回流结构均包括有防回流流道；

所述防回流流道的延伸方向与防回流结构安装位置处微流控流道的延伸方向相垂直；

防回流结构安装位置处的微流控流道通过微流控流道隔块分隔成两段，分别为微流控进液流道、微流控出液流道；

防回流流道的上端封闭，下端则跨接在微流控流道隔块上方，并分别与微流控进液流道、微流控出液流道连通；

当接通气路时，在气路提供的气压驱动下，微流控进液流道中的流体流经防回流流道后，回流至微流控出液流道中；

所述第一微阀、第二微阀、第三微阀均为防回流微阀，包括下压机构、检测机构、密封件以及微阀防回流结构；其中：

所述微阀防回流结构，与防回流微阀安装位置处的微流控流道分体设置，包括贯通的微阀防回流流道；

所述防回流微阀安装位置处的微流控流道通过微流控流道横隔分成微阀进液段和微阀出液段；微阀进液段具有出液口，微阀出液段具有进液口；

微阀防回流流道的下端置于微流控流道横隔的上方，且微阀防回流流道能够分别与微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口对应连通；

微阀防回流流道的的上端具有用于安装密封件的嵌槽；

所述的密封件为导电密封圈，包括外层密封圈、内部封闭膜以及电容探头触点；内部封闭膜处于外层密封圈的内圈，而电容探头触点则与外层密封圈连接；密封件嵌装于嵌槽中，且内部封闭膜恰好覆盖住微阀防回流流道的上端，同时内部封闭膜具有自由形变的空间；

所述的下压机构，包括下压头，该下压头位于内部封闭膜的上方；

所述检测机构，包括检测探头，该检测探头与下压头联动连接，并位于探头触点的上方，同时检测探头与探头触点之间的间距小于下压头与内部封闭膜之间的间 距；

当下压机构的下压头带着检测探头面向导电密封圈下行时，在检测探头与探头触点相触时，下压机构停止下行，此时，下压头与内部封闭膜之间存在间距；当检测探头感测的数据出现变化，表明存在流体流经阀门装置安装位置处的微流控流道时，触发下压机构动作，推动下压头继续下行，直至下压头压住内部封闭膜，以同时封住微阀进液段的出液口、微阀出液段的进液口，此时阀门装置处于截流状态；

当下压机构的下压头与内部封闭膜之间存在间隙时，阀门装置处于打开状态，内部封闭膜所具有的形变特征，确保流体能够从微阀进液段的出液口流出，从微阀出液段的进液口流入。

9.根据权利要求8所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述混匀腔室包括两个，分别为按照流体流向依次连接的第一混匀腔室、第二混匀腔室，所述第一混匀腔室进液端的微流控主流道、第一混匀腔室与第二混匀腔室之间的微流控主流道以及第二混匀腔室出液端的微流控主流道均有部分设置成Z形混流流道。

10.根据权利要求9所述的基于主动控制液体流动的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括三层芯片，从上到下依次为上层芯片、中层芯片以及下层芯片，三层芯片中两两通过凹槽-凸柱的方式插接成一体；中层芯片和下层芯片之间形成进样腔室、样品标记-定量腔室、液路流道、混匀腔室、反应腔室、废液腔室以及微流控流道；且进样腔室在处于中层芯片的位置处设置有连通的加样槽，且进样腔室在加样槽的位置处设置有气路接口，加样槽位于气路接口的内腔，且气路接口与穿过上层芯片的外接气路接口连接；液路流道在处于中层芯片的位置处设置有连通的液路接口，与穿过上层芯片的外接气路接口连接；

所述进样腔室包括进样池，进样池为设置于下层芯片的全血过滤模块，呈八角扇形设置；全血过滤模块内配装有虑血膜，并通过设置于中层芯片上的盖板封接形成进样腔室；盖板上开设有加样槽；加样槽相对于气路接口的圆心呈偏心或者同心设置，加样槽的形状为圆形或者椭圆形或者一条边呈圆弧连接的方形；

混匀腔室包括混匀槽，混匀槽设置于下层芯片，呈圆形或者菱形设置；当混匀槽成圆形时，处于混匀槽两侧的微流控流道的截面成圆形；当混匀槽成菱形设置时， 处于混匀槽两侧的微流控流道为Z形，且Z形微流控流道的截面能够与菱形混匀槽自然衔接。