CN207680634U - 一种基于微流控技术的检测芯片及检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微流控芯片技术领域，提供一种基于微流控技术的电化学发光检测芯片及检测设备，检测芯片包括基底层、装载层以及封盖层，基底层上设置有多个电极单元，装载层上设有多个通孔，多个通孔与多个电极单元一一对应形成多个反应池，封盖层底部设有多个凹槽，多个凹槽一一对应位于各反应池顶部形成反应池的顶盖，封盖层上还设有流入孔、流出孔，多个凹槽之间通过微流道连通，微流道的两端分别与流入孔及流出孔连通。本实用新型中检测芯片包含多个反应池，可对标本同时进行多个生化或化学指标的检测；在使用时仅有流出孔、流入孔与外界连通，大部分反应均在封闭的微流道系统中完成，有效降低外部环境对反应和检测过程的干扰。

Description

一种基于微流控技术的检测芯片及检测设备

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片技术领域，尤其提供一种基于微流控技术的电化学发光检测芯片。

背景技术

电化学发光(Electrochemiluminescence，ECL)是化学发光与电化学相结合，通过施加一定的电压进行电化学反应，在电极表面产生一些电生的物质，然后这些电生物质之间或电生物质与体系中某些组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态而产生的一种发光现象。

电化学发光具有灵敏度高、反应体系稳定、分析速度快等优点已广泛应用于生物、医学、药学、临床、环境、食品、免疫和核酸杂交分析和工业分析等领域。但是电化学发光也存在操作步骤较多、系统复杂、易受环境干扰、电极要求高、反复使用容易交叉污染等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于微流控技术的电化学发光检测芯片及检测设备，旨在解决现有技术中运用电化学发光技术进行检测时操作步骤较多、系统复杂、易受环境干扰、电极要求高、反复使用容易交叉污染等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于微流控技术的电化学发光检测芯片，包括由下至上依次叠置并键合的基底层、装载层以及封盖层，所述基底层上设置有多个电极单元，所述装载层上设有多个上下贯通所述装载层的通孔，多个所述通孔与多个所述电极单元一一对应形成多个反应池，所述封盖层底部设有多个凹槽，多个所述凹槽一一对应位于各所述反应池顶部形成反应池的顶盖，所述封盖层上还设有上下贯通所述封盖层的流入孔、流出孔，多个所述凹槽之间通过微流道连通，所述微流道的两端分别与所述流入孔及所述流出孔连通。

进一步地，多个所述电极单元平铺于所述基底层上形成电极区域，所述电极区域的平面面积大于所述装载层的平面面积以及所述封盖层的平面面积。

进一步地，所述电极单元的数量为偶数个，偶数个所述电极单元均匀排成两列，两列所述电极单元对称设置，每列中各所述电极单元平行间隔设置，多个所述通孔均匀排成两列，两列所述通孔对称设置，多个所述凹槽均匀排成两列，两列所述凹槽对称设置。

进一步地，所述微流道包括居中设于两列所述凹槽之间的主流道以及由所述主流道向各所述凹槽延伸的分支流道，所述流入孔设于所述主流道的一端，所述流出孔设于所述主流道的另一端。

进一步地，所述基底层包括基板，所述电极单元为采用丝网印刷于所述基板上的电极图案或采用气相沉积、溅射于所述基板上的电极图案。

进一步地，所述基板的材质为聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或者硅片。

进一步地，所述装载层与所述封盖层为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。

进一步地，所述电极单元上加载有生物分子或化学反应物。

进一步地，所述通孔横截面呈圆形，所述凹槽横截面呈圆形。

一种检测设备，其具有上述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片。

本实用新型的有益效果：本实用新型的基于微流控技术的电化学发光检测芯片包含多个反应池，可对标本同时进行多个生化或化学指标的检测；该芯片在使用时仅有流出孔、流入孔与外界连通，大部分反应过程均在较封闭的微流道系统中完成，有效降低外部环境对反应和检测过程的干扰；且上述芯片结构简单，易于集成和结合配套的自动化设备实现自动化检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于微流控技术的电化学发光检测芯片的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中基底层的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中基底层的平面示意图；

图4是本实用新型实施例中装载层的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中封盖层倒置后的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中芯片中微流道系统(省略基底层、装载层及封盖层)的结构示意图；

其中，图中各附图标记：

100—基底层、110—电极单元、120—基板、130—工作电极、140—对电极、150—电极区域、200—装载层、210—通孔、300—封盖层、310—凹槽、320—流入孔、330—流出孔、340—微流道、341—主流道、342—分支流道、400—反应池。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图6，本实用新型实施例提供的基于微流控技术的电化学发光检测芯片包括基底层100、装载层200以及封盖层300。基底层100、装载层200以及封盖层300由下至上依次叠置并键合。基底层100上设置有多个电极单元110，装载层200上设有多个上下贯通该装载层200的通孔210，多个通孔210与多个电极单元110一一对应形成多个反应池400，由于装载层200具有一定的厚度，故贯通该装载层200的通孔210具有一定的高度，通孔210的侧壁则形成反应池400的侧壁，基底层100的电极单元110则形成反应池400的底部，封盖层300底部设有多个凹槽310，各凹槽310开口向下顶部并未贯通封盖层300的顶部，多个凹槽310一一对应位于各反应池400顶部形成反应池400的顶盖，封盖层300上还设有上下贯通该封盖层300的流入孔320及流出孔330，多个凹槽310之间通过微流道340连通，微流道340的两端分别与流入孔320及流出孔330连通。

本实用新型实施例提供的上述基于微流控技术的电化学发光检测芯片包含多个反应池400，可对标本同时进行多个生化或化学指标的检测；该芯片在使用时仅有流出孔330、流入孔320与外界连通，大部分反应过程均在较封闭的微流道系统中完成，有效降低外部环境对反应和检测过程的干扰；且上述芯片结构简单，易于集成和结合配套的自动化设备实现自动化检测。

参照图2、图3，本实用新型实施例中，基底层100包括基板120以及设于基板120的电极单元110。基板120可以为聚合物薄膜或聚合物板或硅片。具体地，聚合物薄膜为聚氯乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜或者聚二甲基硅氧烷薄膜。聚合物板可为聚氯乙烯板、聚碳酸酯板或者聚二甲基硅氧烷板。而电极单元110为采用丝网印刷技术将石墨烯油墨印于基板120上并经热处理形成的电极图案或者采用气相沉积、溅射于基板120上的电极图案，基板120上可以一次加工制作十余个电极单元110。本实施例中，基板120上的电极包括有工作电极130和对电极140，二者互不相连，相互配合，平铺于基板120上形成12个相似的电极单元110。这样，当基底层100、装载层200与封盖层300键合后，芯片上形成12个反应池400，可同时检测一个液体样本的12个生化或化学指标，样本用量只需数百微升。当然，也可以在基板120上形成其他数量的电极单元110，相应地，在装载层200及封盖层300上分别设置对应的通孔210和凹槽310即可。

本实施例中，12个电极单元110平铺于基板120上形成电极区域150，12个电极单元110均匀排成两列，两列电极单元110对称设置，每列中各电极单元110平行间隔设置。基板120的平面面积约为76*26mm²，而电极区域150的平面面积约为63.5*26mm²。电极区域150未完全占满基板120平面，但是由图1、图2可以看出，电极区域150的平面面积大于装载层200的平面面积以及封盖层300的平面面积。这样，当基底层100、装载层200与封盖层300键合后，电极区域150有一部分裸露于芯片外，这样，便于将该裸露的电极区域150与外部仪器设备的电路系统电连接。

本实施例中，检测芯片的检测是用电化学发光方式，在电极单元110上进行不同的修饰，从而获得在不同领域进行检测分析的功能，如可将核酸、抗体、抗原等生物分子或其他化学反应物修饰在电极单元110上，从而获得核酸杂交分析、免疫夹心法或工业检测分析的功能。

参照图4，装载层200为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。在装载层200上，通孔210也有12个，与基底层100上的12个电极单元110一一对应，这样，12个通孔210均匀排成两列，两列通孔210对称设置。装载层200的尺寸约为51*26*3mm³，其平面面积小于基底层100上的电极区域150。本实施例中，通孔210的横截面呈圆形，直径约为4mm。

参照图5，封盖层300的长、宽尺寸与装载层200的长、宽尺寸相仿，但封盖层300的厚度约为2mm。封盖层300的材质也装载层200相同，也是利用聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。封盖层300的凹槽310对应也为12个，12个凹槽310均匀排成两列，两列凹槽310对称设置。每个凹槽310横截面也为圆形，其直径与装载层200上的通孔210直径相同，约为4mm。凹槽310深度约为1mm，微流道340深度也为1mm。微流道340包括居中设于两列凹槽310之间的主流道341以及由主流道341向各凹槽310延伸的分支流道342，流入孔320设于主流道341的一端，流出孔330设于主流道341的另一端。流入孔320与流出孔330为贯通孔210，用于检测时反应样本、反应溶液和清洗溶液在芯片上的流出和流入。

如图6所示，当基底层100、装载层200与封盖层300键合后，12个由电极单元110、通孔210及凹槽310形成的反应池400、微流道340及流入孔320、流出孔330一体连通形成微流道系统，微流道系统通过流入孔320、流出孔330与外部连通。

综上，本实施例中的基于微流控技术的电化学发光检测芯片体积小巧，这样其有望发展为即时检验(point-of-care testing，POCT)设备，并且大大减少标本和反应试剂的用量，节约成本；同时该芯片包含有12个电极单元110和反应池，可对标本同时进行多个生化或化学指标的检测；该芯片可作为即用即抛的一次性产品使用，有效避免传统电化学发光技术设备易交叉污染的问题；同时该芯片使用时仅有流出孔330、流入孔320与外界连通，大部分反应过程均在较封闭的微流道系统中完成，有效降低外部环境对反应和检测过程的干扰；而电化学发光法具有较高的灵敏度和较好的可靠性，该芯片的实用新型有望获得较低的检测限；同时通过对电极单元110进行不同的修饰，可获得核酸杂交分析、免疫夹心法或工业检测分析的功能。

本实用新型实施例还提供了一种检测设备(图中未示出)，其具有上述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，由于该芯片结构简单，易于集成和自动化，从而也提高了检测设备的集成度及自动化程度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：包括由下至上依次叠置并键合的基底层、装载层以及封盖层，所述基底层上设置有多个电极单元，所述装载层上设有多个上下贯通所述装载层的通孔，多个所述通孔与多个所述电极单元一一对应形成多个反应池，所述封盖层底部设有多个凹槽，多个所述凹槽一一对应位于各所述反应池顶部形成反应池的顶盖，所述封盖层上还设有上下贯通所述封盖层的流入孔、流出孔，多个所述凹槽之间通过微流道连通，所述微流道的两端分别与所述流入孔及所述流出孔连通。

2.根据权利要求1所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：多个所述电极单元平铺于所述基底层上形成电极区域，所述电极区域的平面面积大于所述装载层的平面面积以及所述封盖层的平面面积。

3.根据权利要求1所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述电极单元的数量为偶数个，偶数个所述电极单元均匀排成两列，两列所述电极单元对称设置，每列中各所述电极单元平行间隔设置，多个所述通孔均匀排成两列，两列所述通孔对称设置，多个所述凹槽均匀排成两列，两列所述凹槽对称设置。

4.根据权利要求3所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述微流道包括居中设于两列所述凹槽之间的主流道以及由所述主流道向各所述凹槽延伸的分支流道，所述流入孔设于所述主流道的一端，所述流出孔设于所述主流道的另一端。

5.根据权利要求1所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述基底层包括基板，所述电极单元为采用丝网印刷于所述基板上的电极图案或采用气相沉积、溅射于所述基板上的电极图案。

6.根据权利要求5所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述基板的材质为聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或者硅片。

7.根据权利要求1所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述装载层与所述封盖层为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。

8.根据权利要求1所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述电极单元上加载有生物分子或化学反应物。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片，其特征在于：所述通孔横截面呈圆形，所述凹槽横截面呈圆形。

10.一种检测设备，其特征在于：其具有如权利要求1至9中任一项所述的基于微流控技术的电化学发光检测芯片。