CN209901312U

CN209901312U - 一种离心式微流控试剂盘

Info

Publication number: CN209901312U
Application number: CN201920671902.6U
Authority: CN
Inventors: 张屹; 贺志伟
Original assignee: Yantai Mustard Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Yantai Boyue Scientific Instrument Co.,Ltd.
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2029-05-13

Abstract

本实用新型提供了一种离心式微流控试剂盘，包括本体及设置在本体上反应模块，反应模块包括通过通道依次相通的加样池、缓冲池、定量池、标记物池、反应池和废液池，并依次远离所述离心式微流控试剂盘的轴心；还包括设置在盖板上并与所述加样池相通的加样孔，以及设置在盖板上并分别与所述缓冲池、标记物池、反应池和废液池相通的通气孔。缓冲池与定量池之间、定量池与标记物池之间、标记物池与反应池之间均设有V型通道，本实用新型离心式微流控试剂盘以离心力为主动驱动力，使加样池内的待测液体进入缓冲池，然后依次进入定量池，标记物池与反应池，本实用新型集样品定量、反应和检测于一体，操作简单，可以全自动化完成，无需专业人员操作。

Description

一种离心式微流控试剂盘

技术领域

本实用新型属于POCT免疫检测领域，具体涉及一种离心式微流控试剂盘。

背景技术

免疫检测技术广泛应用于临床医学诊断、食品安全检测等领域。常用的免疫检测方法有酶联免疫吸附法、化学发光法和免疫层析等。脑血管疾病是一种严重威胁人类健康的常见病，已经成为人类健康的头号杀手。心脑血管病具有起病急、症状凶险的特点，需要临床医生快速准确做出反应，如处理不及时则预后较差。心梗三项、NT-proBNP等心脏标志物检测已经成为临床医生常用的诊断依据。“心梗三项”是目前公认的心肌损伤标志物，对于诊断心肌梗死、评价溶栓治疗的效果、评价再梗死或梗死范围以及危险程度都具有重要的意义。心梗三项，顾名思义，有三个项目，即：肌钙蛋白(cTnI)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)和肌红蛋白(Myo)

微流控芯片又称芯片实验室，是在芯片上对化学和生物样品进行操作和检测的一项新兴技术。微流控芯片又将样品的制备、反应、分离和检测等操作都集成到一块很小的芯片上，通过对芯片上微通道内流体的控制，自动完成分析过程。与传统的生化反应操作相比，由于微流控该芯片具备进样量少、集成度高、易实现自动化控制和高通量分析的特点，微流控芯片具有更加方便、快速和成本低廉等优点。目前该技术已成功应用于生物分析领域，如Abaxis的piccolo系列生化分析试剂盘、Biometrix的FilmAraay多重PCR分析仪、Alere和微点生物的免疫检测试剂卡等。这些用于免疫检测的微流控技术，多为被动式微流控，存在着对试剂卡的加工精度要求极高以及不同批次的产品性能较难控制的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：如何更方便的控制微流控试剂盘的液体流向及流量。

为了克服上述问题，本实用新型提供了一种离心式微流控试剂盘，包括本体和设置在本体上的至少一个反应模块，所述反应模块包括加样部分、缓冲部分、分配部分和检测部分，

所述加样部分包括设置在所述本体内的加样池和设置在所述本体表面上并与所述加样池相通的加样孔，所述加样孔和加样池靠近所述离心式微流控试剂盘的轴心；

所述缓冲部分包括缓冲池入口通道、缓冲池、第一V型通道，所述缓冲池入口通道连通所述加样部分与缓冲池；

所述第一V型通道的一端连通所述缓冲池远离轴心的一端，然后向轴心方向延伸至第一V型通道的顶点，再折返向远离轴心方向延伸，至另一端连通所述分配部分的入口；所述第一V型通道的顶点与轴心的距离小于所述缓冲池的入口与轴心的距离；第一V型通道的设置确保待测液体从加样池向缓冲池转移的过程中，待测液体不会沿着第一V型通道向下转移。

所述分配部分包括相互连通的分配通道、定量池；

所述检测部分包括依次连通的第二V型通道、标记物池、第三V型通道、反应池、和废液池；

所述第二V型通道的一端连通所述定量池远离轴心的一端，另一端连通所述标记物池；所述第二V型通道的顶点与轴心的距离小于所述定量池的入口与轴心的距离；第二V型通道的设置确保待测液体从缓冲池向定量池转移的过程中，待测液体不会沿着第二V型通道向下转移。

所述第三V型通道的一端连通所述标记物池远离轴心的一端，另一端连通所述反应池；所述第三V型通道的顶点与轴心的距离小于所述标记物池的入口与轴心的距离；第三V型通道的设置确保待测液体从定量池向标记物池转移的过程中，待测液体不会沿着第三V型通道向下转移。

所述定量池、标记物池、反应池和废液池依次远离所述离心式微流控试剂盘的轴心；

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步地，所述缓冲池由过滤板分割为血浆盛放腔和红细胞盛放腔，所述血浆盛放腔相对于所述红细胞盛放腔靠近所述离心式微流控试剂盘的轴心，在离心力的作用下，所述红细胞可以通过过滤板进入红细胞盛放腔，而血浆留存在血浆盛放腔内。所述第一V型通道与所述血浆盛放腔远离轴心的一端连通。

采取此进一步措施的有益效果是，可以对血样进行血浆分离，单独分析血浆。

进一步地，所述缓冲部分还包括第一溢流池，所述第一溢流池连通所述缓冲池，其入口设在缓冲池靠近轴心一端；所述分配部分包括第二溢流池，所述第二溢流池的入口与所述定量池靠近轴心一端连通，所述第二溢流池的入口与轴心的距离大于所述定量池的入口与轴心的距离，保证在定量池装满样品后，再流入溢流池。

进一步地，所述反应池与废液池之间设有滤膜。

采取上述进一步措施的有益效果是：用于更好的截留前面的分析成果，避免其流入废液池。

进一步地，所述定量池为依次连通的3个，所述检测部分为与3个所述定量池依次对应的3组；所述分配通道依次连通3个所述定量池，所述分配通道接入定量池的入口与轴心的距离小于所述分配通道离开所述定量池的出口与轴心的距离；且所述分配通道离开前一个定量池的出口与轴心的距离小于所述分配通道进入后一个定量池的入口与轴心的距离。这样设置，可以确保液体在储满前一个所述定量池后，才会溢流至后一个所述定量池，直至溢流到处于末端的第二溢流池内。

采取上述进一步的措施的有益效果是，可以一次性测量三项指标，比如临床医生常用来诊断心肌梗死、评价溶栓治疗效果、评价再梗死或梗死范围及维修程度的“心梗三项”就需要同时测量肌钙蛋白(cTnI)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)和肌红蛋白(Myo)三项指标，由此，将检测部分设置为独立的3组，则可以用一个血样，同时测量三组数据，方便快捷，节省大量时间成本及人力物力成本。

进一步地，所述反应模块为3个。

采取上述进一步措施的有益效果是，可以同时测量3个不同的样品。

进一步地，所述缓冲池、反应池的通气孔经由通气通道连通，所述通气通道由所述缓冲池、反应池靠近轴心一端向轴心的方向延伸而成。

采取上述进一步的措施的有益效果是，避免待测液体从通气孔溢流出来，造成测量数据的偏差。

进一步地，所述本体由上层的盖板层、中间的通道层及下层的底板层固定连接而成，所述加样孔和所述气孔设置在所述盖板层上；所述通道层设有凹凸造型，与盖板层和底板层组合形成各种腔体。

采取上述进一步的措施的有益效果是，制作方便，成本低。

进一步地，所述第一V型通道、第二V型通道、第三V型通道的内表面设有亲水层。

采取上述进一步的措施的有益效果是，进一步提升了毛细管效应。

进一步地，所述微流控试剂盘的本体为圆形。

本实用新型离心式微流控试剂盘以离心力为主动驱动力，集成样品定量、反应和检测于一体，操作简单，整个检测过程可以全自动化完成，无需专业人员操作。该试剂盘操作灵活，一次检测可同时完成多个反应，既可以是单个样品多个指标，也可以是多个样本多个指标。

附图说明

图1为本实用新型离心式微流控试剂盘顶视图；

图2为本实用新型离心式微流控试剂盘上层盖板层的示意图；

图3为本实用新型离心式微流控试剂盘通道层的示意图；

图4为本实用新型离心式微流控试剂盘下层底板层的示意图；

图5为本实用新型离心式微流控试剂盘通道层上一个反应模块的放大图。

附图中各标号所表示的部分名称如下：

1、盖板层；

2、通道层；

3、底板层；

101、通气孔；

102、加料孔；

201、加料池；

202、缓冲池；

203、定量池；

204、标记物池；

205、反应池；

206、废液池；

207、溢流池；

211、缓冲池入口通道

213-1、第一V型通道；

213-2、第二V型通道；

213-3、第三V型通道；

214、贯穿孔；

215、气孔通道；

221、轴心。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的离心式微流控试剂盘包括本体和设置在本体上的3个反应模块。该本体可以分为上中下三层，每一层均紧密贴合。

最上层为盖板层1，如图2所示；中间层为通道层2，如图2所示；下层为底板层3，如图3所示。

本实施例中的离心式微流控试剂盘，包括三个反应模块，反应模块中的检测部分为3组，可同时检测三个不同样本的3个指标。由于三个反应模块是相互独立且结构完全相同，下面的介绍过程中，以其中一个反应模块为例进行讲解。

如图1和图2所示，盖板层1上设有7个通气孔101和1个加料口102；中间的通道层上设有凹凸造型，通道层2与盖板层1、底板层3紧密贴合在一起，在盖板层1和中间层2按对应位置紧密贴合后形成一个个完整的腔体和通道。

请参考图2及图5所示，通道层2上设置有凹凸造型，分别对应加样池201、缓冲池202、定量池203、标记物池204、反应池205、废液池206、溢流池207、缓冲池入口通道211、第一V型通道213-1、第二V型通道213-2、第三V型通道213-3、穿通孔214、以及气孔通道215。

缓冲池202被过滤板分割为血浆盛放腔及红细胞盛放腔，血浆盛放腔相对于红细胞盛放腔远离轴心221，所述第一V型通道213-1的一端连通血浆盛放腔远离轴心221的一端。

图1-图3中显示了每个离心式微流控试剂盘包括三个独立的反应模块。显然的是，其也可以例如为1个、2个、3个反应模块。

盖板层1上的加样孔102，被置于通道层2的加样池201的正上方。加样孔102的通孔面积为加样池201面积的1/10至1/2。加样孔102的通孔内径尺寸为2至5mm。

盖板层1上的气孔101分别通过气孔通道215与通道层2的缓冲池202、反应池205相连，其他的气孔没有气孔通道的，直接设置在对应腔体的正上方，组装后，直接作为气孔作用存在。气孔101的通孔内径尺寸为0.5至2mm。

通道层2上的各个结构的深度相同，深度尺寸例如为150μm至500μm。

加样池201位于靠近试剂盘轴心221的位置，样品可由加样孔102加至加样池201内。加样池201的体积可以为150至300mm³。

缓冲池202的入口通过缓冲池入口通道211与加样池201相连，第一溢流池207的入口与缓冲池202靠近轴心221一端连通，多余液体会流入到第一溢流池207。缓冲池的出口通过第一V型通道213-1与第一定量池203相连。

三个定量池203之间通过有倾斜度的分配通道连通在一起，分配通道的倾斜角度按远离血浆分离池的方向依次变陡即可，斜坡与半径间的角度30度到50度之间依次变化。具体的，所述分配通道接入定量池203的入口与轴心221的距离小于所述分配通道离开所述定量池203的出口与轴心221的距离；且所述分配通道离开前一个定量池203的出口与轴心的距离小于所述分配通道进入后一个定量池203的入口与轴心的距离。如此设置，可以确保液体在储满前一个所述定量池203后，才会溢流至后一个所述定量池203，直至溢流到处于末端的第二溢流池207内，定量池203的体积为1至10mm³。V型通道213的内径为50μm至500μm。

标记物池204的入口通过第二V型通道213-2与定量池203相连，标记物池204的出口通过第三V型通道213-3与反应池205相连。标记物池204的体积为2至20mm³。标记物池204中预装有干燥的试剂，该干燥的试剂例如为经一定方式(如冻干、超声喷雾干燥等)干燥处理后的抗体偶联标记物。标记物例如为辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶、荧光染料、荧光微球、吖啶酯等常用的免疫显色标记物。

反应池205的入口通过第二V型通道213-2与标记物池204相连。反应池205的体积为2至200mm³。

反应池205的入口处预留一个腔，预留腔是作为可以预先组装捕获试剂的载体腔，此预留腔体积为20至100mm³，所述捕获试剂可以是具有捕获功能的干燥试剂，例如经一定方式(如冻干、超声喷雾干燥等)干燥处理后的微球偶联物。该微球可以是磁性微球、乳胶微球、二氧化硅微球等生物学常用的微型小球，粒径在15μm至100μm之间。微球表面偶联有捕获分子，例如抗体和包含链霉亲合素在内的蛋白等。偶联方法通常包括羧基、羟基、氨基、甲苯磺酸基等偶联方式，以及物理吸附。这些捕获分子用于将样品中的待测物质捕获至微球表面，然后使用相应的表征方法进行定性或定量分析。预装微球同标记物池204中的标记物都事先在离心式微流控试剂盘组装时进行，预装微球的干燥方式例如冻干、超声喷雾干燥等干燥处理方式。

反应池205在与废液池206之间设有一个贯穿通道层的孔，用于填装滤膜，滤膜作用在于截留载体腔中预装的捕获试剂。滤膜孔径为1^μm-20^μm。滤膜的材料可以是PES、PVDF、NC等。滤膜的固定方式有双面胶介导连接或直接超声焊接。

废液池206用于废液的收集，其体积为5至200mm³。

气孔通道215分别位于血浆分离池池202和反应池205上，用于相应腔室进液时泄压通气。避免腔室内的液体溢出，气孔通道215的内径为20μm至2mm。

可对通道层分配通道及第一V型通道213-1、第二V型通道213-2、第三V型通道213-3进行改性处理，例如对液体经过的通道的表面层进行亲水处理，以方便液体在通道中顺畅流动。亲水处理的方法等离子处理、紫外臭氧处理、化学试剂涂覆等。第一V型通道213-1、第二V型通道213-2、第三V型通道213-3具有阀门作用，即液体利用毛细管效应爬升并越过V型通道最高点后，其内的液体借助离心力的作用，很容易通过该通道，当液体液面低于V型通道最高点时，其内液体因为离心力的作用无法通过该通道，因此，第一V型通道213-1、第二V型通道213-2、第三V型通道213-3的内表面需要保持其材料本身的亲水性质或者进行亲水处理。例如，在通道层2本身为疏水材料的情况下，可以在对所有整个V型通道及分配通道进行亲水处理，采用化学涂覆的方式定位涂覆改性。

本实用新型的离心式微流控试剂盘可以是圆形或多边形。优选地，其形状为圆形。试剂盘直径为5cm至15cm。

本实用新型的离心式微流控试剂盘的材质可以是环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等塑料材料。其中，盖板层1的材料为无色透明的，厚度为0.1至1mm；通道层2和盖板层3的材料颜色可以是透明的，也可以是黑色等不透明颜色，厚度为0.5至3mm。

本实用新型的离心式微流控试剂盘的制作方法可以是机械加工、刻蚀、模具铸造等，优选的方法是通过模具注塑方式制作。

本实用新型的离心式微流控试剂盘的盖板层1与通道层2以及盖板层3之间可以采用胶水粘接、超声焊接或者激光焊接等方式连接。

具体的比如：心梗三项的检测试剂盘的制备和使用

本实施例提供可以用于临床医学诊断的的心梗三项检测试剂盘。参考图1至图4，该试剂盘以透明PMMA为原料，形状为圆形，直径为12cm，盖板层1厚度为0.5mm，通道层2厚度为3mm，盖板层3厚度为0.5mm，盖板层1和3以塑料薄膜覆胶的方式制作而成，通道层2以模具注塑的方式制作而成，注塑完成后，使用紫外臭氧清洗仪对通道层2进行亲水处理。

盖板层1的加样孔102的通孔面积约为20mm²(约为加样池201面积的1/3)，气孔101的内径均为1.5mm。加样池201的体积为8mm³，深度为2.9mm，缓冲池202的体积为200mm³，深度为2.25mm，上下两个腔的体积比例为45ul:145ul，定量池203的体积为10mm³，深度为0.75mm，V型通道的宽深为350μm。标记物池204从左到右依次预装cTnI抗体16A11(Hytest)、CK-MB抗体H01330M(Meridian)和MYO抗体H86703M(Meridian)与荧光染料DyLight650(Thermo)的连接物，经点样烘干的方法制成干燥试剂。定量池203和标记物池204之间，以及标记物池204和反应池205之间的V型通道213的内径为350μm。

反应池205的前置预留腔的体积为20mm³，反应池205从左到右预装cTnI抗体19C7(Hytest)、CK-MB抗体H01329M(Meridian)和MYO抗体H86142M(Meridian)与15μm PS微球(Bangs Laboratories)的连接物，经37℃过夜制成干燥试剂。贯穿孔中的滤膜采用超声键合的方式，固定于贯穿孔中，滤膜的直径为3mm，废液池206的体积为20mm³，气孔通道215的内径为1mm。

整个检测试剂盘具有3个独立样本的多个指标的反应模块，待标记物池204和反应池205中的干燥试剂装载完毕，将盖板层1、通道层2和盖板层3通过超声焊接连接成一个完整的检测试剂盘，该检测试剂盘可同时完成三个不同人的全血样本的心梗三项指标的检测。本实施例的检测时，首先将取人体静脉血样本250ul，加入到加样池，高速离心后进入血浆分离池，多余的进入溢流池，继续离心5分钟，达到血浆分离效果，停止离心15秒，血浆会沿着第一V型通道爬行过最高点后，再持续离心30s，将血浆成分依次流入三个定量池，多余的进入位于定量池最末端的溢流池，暂停15秒，待定量池的液体沿第二V型通道爬行过最高点后，启动离心，使血浆进入到标记物池，持续离心1min，待血浆和标记物完全溶解混合，再暂停，待混合液爬升过第三V型通道最高点后，启动离心，低速离心12min，使混合液能完全通过反应池，进行反应，滤膜可以控制流体的流经速度，有确保充分结合反应，反应后的液体最终进入废液腔，最后将三个反应池进行荧光扫描，读取三个项目的检测结果即可。

本实用新型离心式微流控试剂盘是以离心力驱动的主动式微流控试剂盘，可以采用ELISA免疫测定基本原理来进行样品测定。通过将干燥状态的标记试剂和捕获试剂分别预置于所述标记物池和反应池内，具有保存方便以及能够同时进行多个反应等优点。

本实用新型离心式微流控试剂盘可以用于临床医学诊断领域，如对人或动物的血浆、血清、尿液等进行全自动化的快速检测。

还可以用于食品安全检测领域，如对食品中的有毒有害物质、细菌、病毒等进行快速检测。

本领域技术人员应当理解，可以对本申请中所公开的实施方案的特征进行组合、重新排列等以产生本实用新型范围内的其它实施方案，还可以进行各种其它的改变、省略和添加，而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种离心式微流控试剂盘，包括本体和设置在本体上的至少一个反应模块，其特征在于，所述反应模块包括加样部分、缓冲部分、分配部分和检测部分，

所述第一V型通道的一端连通所述缓冲池远离轴心的一端，然后向轴心方向延伸至第一V型通道的顶点，再折返向远离轴心方向延伸，至另一端连通所述分配部分的入口；所述第一V型通道的顶点与轴心的距离小于所述缓冲池的入口与轴心的距离；

所述分配部分包括相互连通的分配通道、定量池；

所述第二V型通道的一端连通所述定量池远离轴心的一端，另一端连通所述标记物池；所述第二V型通道的顶点与轴心的距离小于所述定量池的入口与轴心的距离；

所述第三V型通道的一端连通所述标记物池远离轴心的一端，另一端连通所述反应池；所述第三V型通道的顶点与轴心的距离小于所述标记物池的入口与轴心的距离；

在所述本体表面还设置有分别与所述缓冲池、反应池和废液池相通的通气孔。

2.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述缓冲池由过滤板分割为血浆盛放腔和红细胞盛放腔，所述血浆盛放腔相对于所述红细胞盛放腔靠近所述离心式微流控试剂盘的轴心，所述第一V型通道与所述血浆盛放腔远离轴心的一端连通。

3.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述缓冲部分还包括第一溢流池，所述第一溢流池连通所述缓冲池，其入口设在缓冲池靠近轴心一端；所述分配部分包括第二溢流池，所述第二溢流池的入口与所述定量池靠近轴心的一端连通。

4.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述反应池与废液池的之间设有滤膜。

5.如权利要求1-4任一项所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述定量池为依次连通的3个，所述检测部分为与3个所述定量池依次对应的3组；所述分配通道依次连通3个所述定量池，所述分配通道接入定量池的入口与轴心的距离小于所述分配通道离开所述定量池的出口与轴心的距离；且所述分配通道离开前一个定量池的出口与轴心的距离小于所述分配通道进入后一个定量池的入口与轴心的距离。

6.如权利要求1-4任一项所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述反应模块为3个。

7.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述缓冲池、反应池经由通气通道连通通气孔，所述通气通道由所述缓冲池、反应池靠近轴心一端向轴心的方向延伸而成。

8.如权利要求1-4任一项所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述本体由上层的盖板层、中间的通道层及下层的底板层固定连接而成，所述加样孔和所述气孔设置在所述盖板层上；所述通道层设有凹凸造型，与盖板层和底板层组合形成各种腔体。

9.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述第一V型通道、第二V型通道、第三V型通道的内表面设有亲水层。

10.如权利要求1所述的离心式微流控试剂盘，其特征在于，所述本体为圆形。