CN209979648U - 基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，属于生化检验设备领域，包括反应腔室，设置在所述反应腔室内且由旋转电机驱动旋转的微流控芯片，升降组件，用于驱动旋转电机的上下升降，实现芯片洗涤、反应、采集位的切换，磁环，设置在所述反应腔室内部的下端，用于芯片高速转动时吸附磁珠提供连续磁吸力，采集模块，用于采集光信号并上传到控制面板，温控组件，用于控制反应腔室的温度，满足酶反应需求，控制面板，控制采集模块、温控组件以及旋转电机的动作，控制微流控芯片的转动和停止。本实用新型集成程度高，操作简便，实现全自动检测。

Description

基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置

技术领域

本实用新型属于生化检验设备领域，涉及基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置。

背景技术

微流控芯片技术是在微米尺度的流道中精确操纵和控制纳升和皮升量级流体(生物样品流体)的新技术，应用此技术可以把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微流道形成网络，以可控制流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室各种功能的一种技术平台。微流控芯片实验室的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。。

化学发光免疫分析(chemiluminescence immunoassay,CLIA),是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合，用于各种抗原、半抗原、抗体、激素、酶、脂肪酸、维生素和药物等的检测分析技术。是继放免分析、酶免分析、荧光免疫分析和时间分辨荧光免疫分析之后发展起来的一项最新免疫测定技术。

化学发光免疫分析法基本分为以下三种:

1).直接化学发光,标记物为吖啶酯；

2).酶促化学发光，标记物为碱性磷酸酶或者辣根过氧化物酶；

3).电化学发光，标记物为三联吡啶钌；

目前市面上没有基于微流控芯片且多项目同时检测的相关设备，在进行双抗体夹心复合物生产后，洗涤清除未结合的酶标抗体过程中，传统大型检测设备采用的方法是多次吸取-稀释-吸取的方式，流程复杂且产生较多的废液。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是在于提供基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，集成程度高，操作简便，实现全自动检测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，包括反应腔室，设置在所述反应腔室内且由旋转电机驱动旋转的微流控芯片；

升降组件，用于驱动旋转电机的上下升降，实现芯片洗涤、反应、采集位的切换；

磁环，设置在所述反应腔室内部的下端，用于芯片高速转动时吸附磁珠提供连续磁吸力；

采集模块，用于采集光信号并上传到控制面板；

温控组件，用于控制反应腔室的温度，满足酶反应需求；

控制面板，控制采集模块、温控组件以及旋转电机的动作，控制微流控芯片的转动和停止。

进一步的，所述升降组件为剪刀式升降台结构，所述升降组件包括上端水平设置的升降台，所述旋转电机固设在所述升降台上，所述升降组件由升降电机驱动，所述升降电机由控制面板控制其转动。

进一步的，所述升降组件还包基座，所述基座的结构所述升降台的结构相同且二者上下对称设置，所述基座与所述升降台之间设有形成剪刀组件的第一连杆、第二连杆和转轴，所述剪刀组件的下端通过滑块与所述基座滑动连接，所述剪刀组件的上端有丝杠、丝母驱动相对升降台滑动连接，丝杠由升降电机驱动旋转，丝母通过架设在升降台下端的导杆与升降台滑动连接。

进一步的，所述采集模块包括平衡架、采集器和密封件，所述反应腔室的上端设有采集窗口，所述平衡架设在所述密封腔室的上端，所述密封件设在所述平衡架的下端，所述密封件为柔性材质，采集状态下，所述微流控芯片向上移动与所述密封件接触设置，所述密封件设在所述采集窗口的外圈，所述采集器设在所述平衡架的上端且对应所述采集窗口设置。

进一步的，所述反应腔室的上端设有三个采集窗口，所述平衡架的下端与所述采集窗口对应的位置均设有密封圈。

进一步的，所述温控组件包括设在反应腔室后端且与其内部连通的U形风道，所述U形风道的一端作为进风口，另一端作为出风口，内部的中部设有加热组件，所述进风口和出风口靠近所述反应腔室处均设有轴流风扇，所述温控组件还包括设置在反应腔室内的温度采集器，所述温度采集器与所述控制面板电连接。

进一步的，所述微流控芯片包括稀释液加样孔、样本加样孔、检测槽和废液槽，所述稀释液加样孔和样本加样孔均与混合槽连通，所述混合槽和检测槽连通，所述检测槽的下端设有与其连通的清洗液定量槽，所述检测槽和废液槽连通设置。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下。

1、本实用新型设置由电机驱动的微流控芯片，在电机的高速转动下即可实现液体的定量和分离，同时设置磁环，用于芯片高速转动时吸附磁珠提供连续磁吸力，实现了液体的分离和清洗，同时给电机配置升降组件，实现了微流控芯片在洗涤位、反应位、采集位的自由切换，将检测样本的离心、定量、稀释、混合、冲洗于一体，同时设置采集模块和温控组件，保证反应的温度环境恒定，确定检测的准确性，采集组件及时进行数据的采集和处理，所有的电气元件均由控制面板进行控制，自动化程度高，中间过程无人参与，提升了工作效率，降低了劳动强度，而且提升了检测的精度，集成程度高，操作简便，实现全自动检测；

2、反应腔室的上端设有三个采集窗口，平衡架的下端与采集窗口对应的位置均设有密封圈，在光信号采集时，为避免芯片因局部受挤压失去平衡而漏光，影响采集结果，在反应腔室上表面增加三个相对微流控芯片的轴心均布设置的采集窗口，支撑点与采集模块形成对称点，以保证微流控芯片受力平衡；

3、两个轴流风扇的设置，使得微流控芯片所处反应腔室内的空气流动起来，加热组件处在U型风道的中间部位，在轴流风扇的带动下把经过风道的空气进行循环加热，温度采集器放置在反应腔室内的前端，根据温度采集器的反馈控制对风道内循环空气的加热输出比例，保证反应腔室的温度在37度±0.3度，恒温效果好。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型涉及到的酶促化学发光法反应原理图；

图2是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置的结构示意图；

图3是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置的俯视图；

图4是本实用新型图3的B-B剖视图；

图5是本实用新型图4的A部详图；

图6是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置的正视图；

图7是本实用新型图6的C-C剖视图；

图8是本实用新型平衡架的结构示意图；

图9是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置处于洗涤位的结构示意图；

图10是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置处于反应位的结构示意图；

图11是本实用新型基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置处于采集位的结构示意图；

图12是本实用新型微流控芯片的结构示意图。

附图标记：

1、反应腔室；11、采集窗口；2、升降组件；21、升降台；22、基座；23、第一连杆；24、第二连杆；25、转轴；26、滑块；27、丝杠；28、丝母；3、采集模块；31、采集器；32、平衡架；33、密封件；4、温控组件；41、U形风管；42、轴流风扇；43、加热组件；45、温度采集器；5、控制面板；6、旋转电机；7、微流控芯片；71、稀释液加样孔；72、样本加样孔；73、检测槽；74、废液槽；75、混合槽；76、发光底物储存槽；77、清洗液定量槽；8、磁环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1所示，酶促化学发光法反应原理如下：将包被磁珠的抗体、霉标抗体、含有抗原的检测样本，放在一起反应一段时间，形成双抗体夹心复合物，洗涤清除未结合的酶标抗体，再加入定量的发光底物与霉反应发出特定波长的光，采用光电倍增管采集光子数，以进行定量分析。

如图2～图7所示，本实用新型为基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，包括反应腔室1，设置在反应腔室1内且由旋转电机6驱动旋转的微流控芯片7；

升降组件2，用于驱动旋转电机6的上下升降，实现微流控芯片7的洗涤、反应、采集位的切换；

磁环8，设置在反应腔室1内部的下端，用于微流控芯芯片高速转动时吸附磁珠提供连续磁吸力；

采集模块3，用于采集光信号并上传到控制面板5；

温控组件4，用于控制反应腔室1的温度，满足酶反应需求；

控制面板5，控制采集模块3、温控组件4以及旋转电机6的动作，控制微流控芯片7的转动和停止。

优选地，升降组件2为剪刀式升降台21结构，升降组件2包括上端水平设置的升降台21，旋转电机6固设在升降台21上，升降组件2由升降电机驱动，升降电机由控制面板5控制其转动，优选地，升降组件2还包基座22，基座22的结构升降台21的结构相同且二者上下对称设置，基座22与升降台21之间设有形成剪刀组件的第一连杆23、第二连杆24和转轴25，剪刀组件的下端通过滑块26与基座22滑动连接，剪刀组件的上端有丝杠27、丝母28驱动相对升降台21滑动连接，丝杠27由升降电机驱动旋转，丝母28通过架设在升降台21下端的导杆与升降台21滑动连接，升降电机旋转，带动丝杠27旋转，丝杠27与丝母28配合设置，实现了丝母28在导杆上的水平移动，进行实现了第一连杆23和第二连杆24交叉角度的变动，最终实现了升降动作的完成，此结构简单，稳定可靠，升降电机通过控制面板5进行控制，实现了高低不同位置的定位，稳定性高，控制面板5采用PLC程序控制，程序简单，操作方便。

优选地，采集模块3包括平衡架32、采集器31和密封件33，反应腔室1的上端设有采集窗口11，平衡架32设在密封腔室的上端，密封件33设在平衡架32的下端，密封件33为柔性材质，采集状态下，微流控芯片7向上移动与密封件33接触设置，密封件33设在采集窗口11的外圈，采集器31设在平衡架32的上端且对应采集窗口11设置，密封件33的设置，保证了采集状态下的密封性，保证信号采集的效率和准确性。

优选地，反应腔室1的上端设有三个采集窗口11，平衡架32的下端与采集窗口11对应的位置均设有密封圈，在光信号采集时，为避免芯片因局部受挤压失去平衡而漏光，影响采集结果，在反应腔室1上表面增加三个相对微流控芯片7的轴心均布设置的采集窗口11，支撑点与采集模块3形成对称点，以保证微流控芯片7受力平衡。

优选地，温控组件4包括设在反应腔室1后端且与其内部连通的U形风道，U形风道的一端作为进风口，另一端作为出风口，内部的中部设有加热组件43，进风口和出风口靠近反应腔室1处均设有轴流风扇42，温控组件4还包括设置在反应腔室1内的温度采集器4531，温度采集器4531与控制面板5电连接，两个轴流风扇42的设置，使得微流控芯片7所处反应腔室1内的空气流动起来，加热组件43处在U型风道的中间部位，在轴流风扇42的带动下把经过风道的空气进行循环加热，温度采集器4531放置在反应腔室1内的前端，根据温度采集器4531的反馈控制对风道内循环空气的加热输出比例，保证反应腔室1的温度在37度±0.3度，恒温效果好，加热组件43可为电加热片等现有结构。

优选地，微流控芯片7包括稀释液加样孔71、样本加样孔72、检测槽73和废液槽74，稀释液加样孔71和样本加样孔72均与混合槽75连通，混合槽75和检测槽73连通，检测槽73的下端设有与其连通的清洗液定量槽77，检测槽73和废液槽74连通设置，检测槽73的下端还设有与其连通的发光底物储存槽76，样本和稀释液首先在混合槽75内混合，在电机的驱动下高速以及不匀速的旋转，实现了样本和稀释液的充分融合，然后混合后的液体进入到检测槽73，在微流控芯片7的转动下实现二次融合反应，形成双抗体夹心复合物，整个结构简单，充分利用离心力的原理，并结合不同的转速和转动方向，实现液体的定量以及融合，并借助磁环8的作用，实现清洗和分离，为自动化化学发光免疫检测提供了结构基础。

在实际工作过程中，按照以下步骤进行，S1:设备开机准备；S2:添加检测样本到样本加样孔72，添加稀释液到微流控芯片7的稀释液加样孔71，将添加完成的微流控芯片7放入反应腔室1内并与电机固定，如图11所示，以上步骤是升降台21处于最高点的时候进行的；S3：以上安装完成后，旋转电机6及微流控芯片7下降后处于反应位，如图10所示，旋转电机6带动微流控芯片7高速旋转，配合芯片依次完成样本和稀释液的分离、定量、稀释、加热；使定量完的样本与稀释液的混合液进入到微流控芯片7的检测槽73，把槽内预装的磁珠抗体冻干小球、酶标抗体冻干小球溶解并使其进行反应，形成双抗体夹心复合物；S4:升降组件2下降，使微流控芯片7到达洗涤位，如图9所示，在磁环8的磁力作用下磁珠贴附在芯片检测槽73的底面，电机高速转动，包含多余酶标抗体的液体在离心力的作用下进入废液槽74，而双抗体夹心复合物在磁吸力的作用下保留在检测槽73内；S5:升降组件2上升，使磁珠脱离磁环8的磁力束缚，并释放清洗液定量槽内的清洗液，电机转动使清洗液进入检测槽73，磁珠重新悬浮；S6:重复步骤4、5、4，用清洗液2次洗涤一次，彻底排除未结合酶标抗体，完成洗涤步骤；S7:电机及芯片回到反应位，释放发光底物，转动微流控芯片7使发光底物进入检测槽73，配合微流控芯片7完成检测液的混合、反应；S8:电机带动微流控芯片7旋转，使检测槽73与采集窗口11对齐，升降组件2上升到采集位，与密封件33接触并使其压缩变形，保证密封性，从而与采集窗口11形成一个密闭腔室进行光信号采集，采集器31将采集的光信号上传到控制面板5进行定量分析，此检测原理是现有的，此结构提升了检测的便捷性。

以上整个过程中，通过温控组件4将温度控制在37度±0.3度，温控组件4的结构简单，而且此加热方式具有节约能耗，控温精度高，整个腔室内温度均一性的优点，整个结构用磁环8配合微流控芯片7，在高速转动情况下，用离心的方式实现酶促化学发光的洗涤步骤，配合芯片完成样本的处理及酶促化学发光法的检测，而且配合升降组件2实现微流控芯片7的洗涤位、反应位、采集位的自由切换，带动微流控芯片7高速离心、正反转液体混合、精确位置停止，且保证芯片的平稳运行，结构紧凑，操作简便，运行可靠，快速检测，便携式好，自动化程度高，提升了工作效率，保证了检测的精度。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：包括反应腔室，设置在所述反应腔室内且由旋转电机驱动旋转的微流控芯片；

升降组件，用于驱动旋转电机的上下升降，实现微流控芯片洗涤、反应、采集位的切换；

磁环，设置在所述反应腔室内部的下端，用于微流控芯片高速转动时吸附磁珠提供连续磁吸力；

采集模块，用于采集光信号并上传到控制面板；

温控组件，用于控制反应腔室的温度，满足酶反应需求；

控制面板，控制采集模块、温控组件以及旋转电机的动作，控制微流控芯片的转动和停止。

2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述升降组件为剪刀式升降台结构，所述升降组件包括上端水平设置的升降台，所述旋转电机固设在所述升降台上，所述升降组件由升降电机驱动，所述升降电机由控制面板控制其转动。

3.根据权利要求2所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述升降组件还包基座，所述基座的结构所述升降台的结构相同且二者上下对称设置，所述基座与所述升降台之间设有形成剪刀组件的第一连杆、第二连杆和转轴，所述剪刀组件的下端通过滑块与所述基座滑动连接，所述剪刀组件的上端有丝杠、丝母驱动相对升降台滑动连接，丝杠由升降电机驱动旋转，丝母通过架设在升降台下端的导杆与升降台滑动连接。

4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述采集模块包括平衡架、采集器和密封件，所述反应腔室的上端设有采集窗口，所述平衡架设在所述反应腔室的上端，所述密封件设在所述平衡架的下端，所述密封件为柔性材质，采集状态下，所述微流控芯片向上移动与所述密封件接触设置，所述密封件设在所述采集窗口的外圈，所述采集器设在所述平衡架的上端且对应所述采集窗口设置。

5.根据权利要求4所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述反应腔室的上端设有三个采集窗口，所述平衡架的下端与所述采集窗口对应的位置均设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述温控组件包括设在反应腔室后端且与其内部连通的U形风道，所述U形风道的一端作为进风口，另一端作为出风口，内部的中部设有加热组件，所述进风口和出风口靠近所述反应腔室处均设有轴流风扇，所述温控组件还包括设置在反应腔室内的温度采集器，所述温度采集器与所述控制面板电连接。

7.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的化学发光免疫检测装置，其特征在于：所述微流控芯片包括稀释液加样孔、样本加样孔、检测槽和废液槽，所述稀释液加样孔和样本加样孔均与混合槽连通，所述混合槽和检测槽连通，所述检测槽的下端设有与其连通的清洗液定量槽，所述检测槽和废液槽连通设置。

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