CN207586245U - 离心式微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离心式微流控芯片，包括至少一个微流控单元，该微流控单元包括加样池、分样元件和反应元件。分样元件包括弧形通道和多个分样缓冲池，多个分样缓冲池沿所述弧形通道的周缘开设，且分样缓冲池沿弧形通道的径向向外延伸，分样缓冲池的体积相等，且从弧形通道的进口端至出口端方向分样缓冲池的深度依次减小。上述离心式微流控芯片加样量容易控制，进入每个反应池中的待检测液体积相等，可同时检测多种病原微生物，检测效率高，检测结果更加准确。

Description

离心式微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及生物检测设备技术领域，特别是涉及一种离心式微流控芯片。

背景技术

高致病性病原微生物大多数具有感染力强、传播快、潜伏期短和发病急等特点，所引起的疾病病原学复杂，给人类的健康、社会的稳定以及畜牧业安全等带来极大的威胁。当前，一些高致病性病原微生物已经跨越了种属之间的障碍，不定期在人类中爆发成为越来越常见的现象。由于口岸卫生检疫对象的复杂性、流动性，以及潜在高致病性病原微生物的未知性，多变性等众多因素，使得现有的商品化产品和技术还远远不能满足口岸卫生检疫对高通量，高效率，大样本量病原微生物快速检测排查的应用要求。

微流控芯片是当前微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems)发展的热点领域。微流控芯片将生物、化学、医学等分析过程的样品检测集成到一块微小的芯片上。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。

然而，由于微流控芯片的加样量极小，大批量检测时，每个样本的加样量容易不准确，导致检测结果不准确。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种加样量更加准确的离心式微流控芯片。

一种离心式微流控芯片，包括至少一个微流控单元，所述微流控单元包括：

加样池；

分样元件，包括弧形通道和多个分样缓冲池，所述弧形通道与所述加样池连通，所述多个分样缓冲池位于所述弧形通道的外侧且沿所述弧形通道的周向依次排布，且所述分样缓冲池沿所述弧形通道的径向自所述弧形通道的外周缘向外延伸，所述多个分样缓冲池的体积相等，且从所述弧形通道的进口端至出口端方向所述分样缓冲池的深度依次减小；及

反应元件，包括多个反应池，所述反应池与所述分样缓冲池通过毛细管连通。

该微流控单元包括加样池、分样元件和反应元件。使用时，将待检测液加入到加样池中，经过第一次离心，待检测液进入弧形通道，从弧形通道的进口端至出口端依次填充多个分样缓冲池。多个分样缓冲池体积相等且从弧形通道的进口端至出口端分样缓冲池的深度依次减小，便于待检测液顺利填满每个分样缓冲池，保证分样缓冲池内的待检测液体积相等。然后经过第二次离心，分样缓冲池内的待检测液从毛细管进入反应池中，与预先储存在反应池内的试剂或药品发生反应，进而检测目标成分的含量等参数。上述离心式微流控芯片加样量容易控制，进入每个反应池中的待检测液体积相等，可同时检测多种病原微生物，检测效率高，检测结果更加准确。

在一个实施方式中，所述微流控单元还包括：

虹吸通道，用于连通所述加样池和所述分样元件，所述虹吸通道的一端连接所述加样池，所述虹吸通道的另一端连接所述弧形通道的进口端，所述虹吸通道上设有多个弯道。

在一个实施方式中，所述微流控单元还包括：

排气管，用于将所述加样池和所述分样元件气流导通，所述排气管一端连接所述加样池，所述排气管的另一端连接所述弧形通道的出口端。

在一个实施方式中，部分所述排气管延所述排气管的径向向外凸起形成排气腔，所述排气腔上设有与外界连通的排气孔。

在一个实施方式中，所述分样元件还包括废液池，所述废液池设置在所述弧形通道的出口端，所述废液池沿所述弧形通道的径向向外延伸。

在一个实施方式中，所述毛细管包括：

导液管，用于连通所述分样缓冲池和所述反应池；及

阻止管，所述阻止管与所述导液管交叉，部分所述导液管延所述导液管的径向向外凸起形成所述阻止管。

在一个实施方式中，所述分样缓冲池为矩形分样缓冲池，所述矩形分样缓冲池的池底设有倒角。

在一个实施方式中，所述分样缓冲池的深宽比为1:1～4:1。

在一个实施方式中，所述离心式微流控芯片为圆形微流控芯片，所述加样池、所述分样元件和所述反应元件沿所述离心式微流控芯片的径向依次向外分布，所述弧形通道与所述离心式微流控芯片同心设置。

在一个实施方式中，所述离心式微流控芯片包括两个以上的所述微流控单元。

附图说明

图1为一实施方式的离心式微流控芯片的结构示意图；

图2为图1所示离心式微流控芯片的部分结构的示意图；

图3为图1所示离心式微流控芯片的部分结构的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，一实施方式的离心式微流控芯片20，该离心式微流控芯片20 大致呈圆形，离心式微流控芯片20包括四个绕圆心均匀分布的微流控单元10。

当然，在其他实施方式中，离心式微流控芯片20还可以是其他形状，例如矩形、多边形等等。离心式微流控芯片20上的微流控单元10的数量还可以为一个、两个、三个、五个、七个等等。

请参阅图2，该微流控单元10包括加样池100、分样元件200和反应元件 300。具体地，加样池100上设有与外界连通的加样孔1001。分样元件200包括弧形通道210和多个分样缓冲池220。弧形通道210与加样池100连通，多个分样缓冲池220位于弧形通道210的外侧且沿弧形通道210的周向依次排布，且分样缓冲池220沿弧形通道210的径向自弧形通道210的外周缘向外延伸，多个分样缓冲池220的体积相等，从弧形通道210的进口端至出口端方向分样缓冲池200的深度依次减小。反应元件300包括多个反应池310，反应池310与分样缓冲池220通过毛细管400连通。

使用时，将待检测液从加样孔1001加入到加样池100中，经过第一次离心，待检测液进入弧形通道210，从弧形通道210的进口端至出口端依次填充多个分样缓冲池220。多个分样缓冲池220体积相等且从弧形通道210的进口端至出口端分样缓冲池220的深度依次减小，便于待检测液顺利填满每个分样缓冲池220，保证分样缓冲池220内的待检测液体积相等。然后经过第二次离心，每个分样缓冲池220内的待检测液从毛细管400进入反应池310中，与预先储存在反应池310内的试剂或药品发生反应，进而检测目标成分的含量等参数。

具体地，第一次离心的速率小于第二次离心的速率，第一次离心的速率范围为800rpm～1000rpm，使得待检测液进入弧形通道210，从弧形通道210的进口端至出口端依次填充多个分样缓冲池220。第二次离心的速率范围为2500rpm～3000rpm，使得每个分样缓冲池220内的待检测液从毛细管400进入反应池310中。

本实施方式中，每个分样元件200包括16个体积相等的分样缓冲池220，反应池310的数量与分样缓冲池220匹配。整个离心式微流控芯片20上设有64 个体积相等的分样缓冲池220和64个反应池310，实现高通量的检测。

具体地，分样缓冲池220为矩形分样缓冲池，矩形分样缓冲池的池底设有倒角。使得经过第二次离心后待检测液无残留的进入反应池310中，实际参与反应的样品更加准确。

具体地，分样缓冲池220的深宽比为1:1～4:1，深是指分样缓冲池220的进口端至底部的距离，宽是指分样缓冲池220开口的宽度。最靠近弧形通道210 的进口端的深宽比越大，最靠近弧形通道210的出口端的深宽比越小。

在本实施方式中，最靠近弧形通道210的进口端的深宽比为4:1，最靠近弧形通道210的出口端的深宽比为1:1。待检测液能够顺利填满每个分样缓冲池 220，保证分样缓冲池内220的待检测液体积相等。

具体地，分样元件200还包括废液池230，废液池230设置在弧形通道210 的出口端，废液池230沿弧形通道210的径向向外延伸。经过第一次离心后，待检测液从弧形通道210的进口端至出口端依次填充多个分样缓冲池220，多余的待检测液流入废液池230中，加样过程方便快捷。

在一个实施方式中，每个检测池310底部到离心式微流控芯片20边缘距离相等，例如为1mm。使得检测时光路传播距离相等，光信号传播变异系数尽可能小。

在一个实施方式中，反应池310中预先储存试剂或药品，例如检测高致病性病原微生物的生物试剂等。若待检测液中含有相应的病性病原微生物，则在反应池310中与生物试剂发生反应，产生荧光信号等。根据荧光信号的计算待检测液中含有相应的病性病原微生物的含量。

在一个实施方式中，离心式微流控芯片20包括底板和顶板，在底板上开设相应的加样池210、分样缓冲池223和反应池231的槽，槽深均为2.0mm。将试剂或药品分别点到反应池231中，两个或两个以上的反应池231中可以含有相同的检测剂，以在一个检测中获得两个或两个以上的平行实验的结果，提高检测的准确性。点样完成后用顶板封装，常温干燥或冻干，得到离心式微流控芯片20。

优选地，顶板为透明度高的压敏膜，检测的时候透明度高的压敏膜朝向激发光源的一侧。

优选地，离心式微流控芯片20的边缘进行了抛光处理，使得检测时光信号传播变异系数尽可能小。

请参阅图3，本实施方式中，毛细管400包括导液管410和阻止管420。导液管410用于连通分样缓冲池220和反应池310。阻止管420与导液管410交叉，部分导液管410延导液管410的径向向外凸起形成阻止管420。

具体地，导液管410和阻止管420组合形成十字架的形状，导液管410和阻止管420进行了疏水处理。当待检测液经过第二次离心进入反应池310中后，后续加热反应时，进入反应池310的溶液不会倒流入分样缓冲池220中造成液体泄漏以及交叉污染。

请再次参阅图2，在一个实施方式中，微流控单元10还包括虹吸通道500，虹吸通道500用于连通加样池100和分样元件200。该虹吸通道500的一端连接加样池100，另一端连接弧形通道210的进口端，虹吸通道500上设有多个弯道 511，避免液体倒流。

具体地，虹吸通道500进行亲水处理，虹吸通道500将加样池100中的液体吸入到弧形通道210中。在离心运动的作用下，弧形通道210内的液体依次填充多个分样缓冲池220，多余的待检测液流入废液池230中。

在一个实施方式中，微流控单元10还包括排气管600，排气管600用于将加样池100和分样元件200气流导通，排气管600一端连接加样池100，排气管 600的另一端连接弧形通道210的出口端。通过设置排气管600，使得加样池100 和弧形通道210内的气压平衡，便于弧形通道210内的液体依次填充多个分样缓冲池220。

具体地，部分排气管600延排气管600的径向向外凸起形成排气腔610，排气腔610上设有与外界连通的排气孔6001。待检测液填充多个分样缓冲池220 后，挤出的气体通过排气管600进入排气腔610中，由排气孔6001排出。排气腔610处的体积较大，以防液体被溅出。

在一个实施方式中，离心式微流控芯片20上设有导热通道700，导热通道 700贯穿离心式微流控芯片20。在加热时，通过导热通道700导通离心式微流控芯片20两面的气流，使得离心式微流控芯片20受热均匀。

具体的，离心式微流控芯片20为圆形微流控芯片，加样池100、分样元件 200和反应元件300沿离心式微流控芯片20的径向依次向外分布，弧形通道210 与离心式微流控芯片20同心设置。

上述离心式微流控芯片20包括至少一个微流控单元10，该微流控单元10 包括加样池100、分样元件200和反应元件300。使用时，将待检测液加入到加样池100中，经过第一次离心，待检测液进入弧形通道210，从弧形通道210的进口端至出口端依次填充多个分样缓冲池220。多个分样缓冲池220体积相等且从弧形通道的进口端至出口端分样缓冲池的深度依次减小，便于待检测液顺利填满每个分样缓冲池220，保证分样缓冲池220内的待检测液体积相等。然后经过第二次离心，分样缓冲池220内的待检测液从毛细管400进入反应池310中，与预先储存在反应池310内的试剂或药品发生反应，进而检测目标成分的含量等参数。上述离心式微流控芯片20加样量容易控制，进入每个反应池310中的待检测液体积相等，可同时检测多种病原微生物，实现高通量的检测。检测效率高，检测结果更加准确。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种离心式微流控芯片，其特征在于，包括至少一个微流控单元，所述微流控单元包括：

加样池；

分样元件，包括弧形通道和多个分样缓冲池，所述弧形通道与所述加样池连通，所述多个分样缓冲池位于所述弧形通道的外侧且沿所述弧形通道的周向依次排布，且所述分样缓冲池沿所述弧形通道的径向自所述弧形通道的外周缘向外延伸，所述多个分样缓冲池的体积相等，且从所述弧形通道的进口端至出口端方向所述分样缓冲池的深度依次减小；及

反应元件，包括多个反应池，所述反应池与所述分样缓冲池通过毛细管连通。

2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述微流控单元还包括：

虹吸通道，用于连通所述加样池和所述分样元件，所述虹吸通道的一端连接所述加样池，所述虹吸通道的另一端连接所述弧形通道的进口端，所述虹吸通道上设有多个弯道。

3.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述微流控单元还包括：

排气管，用于将所述加样池和所述分样元件气流导通，所述排气管一端连接所述加样池，所述排气管的另一端连接所述弧形通道的出口端。

4.根据权利要求3所述的离心式微流控芯片，其特征在于，部分所述排气管延所述排气管的径向向外凸起形成排气腔，所述排气腔上设有与外界连通的排气孔。

5.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述分样元件还包括废液池，所述废液池设置在所述弧形通道的出口端，所述废液池沿所述弧形通道的径向向外延伸。

6.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述毛细管包括：

导液管，用于连通所述分样缓冲池和所述反应池；及

阻止管，所述阻止管与所述导液管交叉，部分所述导液管延所述导液管的径向向外凸起形成所述阻止管。

7.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述分样缓冲池为矩形分样缓冲池，所述矩形分样缓冲池的池底设有倒角。

8.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述分样缓冲池的深宽比为1:1～4:1。

9.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述离心式微流控芯片为圆形微流控芯片，所述加样池、所述分样元件和所述反应元件沿所述离心式微流控芯片的径向依次向外分布，所述弧形通道与所述离心式微流控芯片同心设置。

10.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述离心式微流控芯片包括两个以上的所述微流控单元。