CN210522535U - 一种微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种微流控芯片，包括基板，所述基板设有第一腔、第二腔、第三腔和混合流道，所述第一腔和第二腔分别通过微流道与所述混合流道的一端连通，所述第三腔通过微流道与所述混合流道的另一端连通，所述第一腔设置有第一进气口和第一加样口连通，所述第二腔设置有第二进气口和第二加样口，所述第三腔通过微流道与第一气孔连通；盖片，所述盖片固定结合于所述基板表面，将所述第一腔、第二腔、第三腔、混合流道和微通道密封。本实用新型的微流控芯片通过驱动第一腔和第二腔内的溶液多次流经混合流道，提高第一腔与第二腔内溶液的混合均匀性，从而实现两个腔的溶液完全混合均匀。

Description

一种微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域。更具体地，涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控芯片因具有样品用量少，可集成多个或整个分析系统的各功能单元于一微小芯片中，从而使得样品分析操作简单化、智能化，极大地减少手工操作带来的人为误差，在DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、单分子分析和药物筛查等领域得到广泛应用。

微流体混合器用来将不同要求下多种流体充分混合，流体的充分混合就是将两种或者两种以上的流体聚集到一起，并通过一定的混合方式得到一种质地均匀的混合物。微流体混合器是微流控芯片的重要操作单元，其混合效果很大程度上决定了后续分析工作的可靠性和可信性。目前，常见的微流体混合方法主要有被动式混合和主动式混合两种方法，被动式混合方法应用微流体自由扩散机理，采用特殊形状的微通道或微通道中的特殊结构，以产生横向的质量输运或使微流场处于无序状态以加速微流体混合。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够将多种流体充分混合的微流控芯片。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种微流控芯片，包括基板，所述基板设有第一腔、第二腔、第三腔和混合流道，所述第一腔和第二腔分别通过微流道与所述混合流道的一端连通，所述第三腔通过微流道与所述混合流道的另一端连通，所述第一腔设置有第一进气口和第一加样口连通，所述第二腔设置有第二进气口和第二加样口，所述第三腔通过微流道与第一气孔连通；

盖片，所述盖片固定结合于所述基板表面，将所述第一腔、第二腔、第三腔、混合流道和微通道密封。

优选地，所述混合流道包括至少一个环型混合微流道。

优选地，所述混合流道包括多个依次连通的非对称环型混合微流道。

优选地，所述混合流道还包括与所述环形混合微流道连通的凹槽混合流道，所述凹槽混合流道的底面向上凸起形成有若干个挡板。

优选地，所述第一腔还通过第一阀与所述第一气孔连通。

优选地，所述第一腔的底面设置有导热膜。

优选地，所述第三腔通过第二阀与所述第一气孔连通。

优选地，所述基板还设有多个反应腔，每个所述反应腔内收容有冻干试剂，所述多个反应腔通过第三阀与所述混合流道的另一端并联连通，所述盖片将所述多个反应腔密封。

优选地，所述多个反应腔的底面设置有导热膜。

优选地，所述第一加样口和第二加样口上盖合有加样口密封盖。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的微流控芯片通过驱动第一腔和第二腔内的溶液多次流经混合流道，提高第一腔与第二腔内溶液的混合均匀性，从而实现两个腔的溶液完全混合均匀。本实用新型的微流控芯片操作简单，具有较高的灵敏度及特异性，能快速、准确地对微生物等进行检测，大大缩短了的检测时间。同时实现多重PCR反应一体化与自动化，全程封闭状态，避免人为污染，消耗试剂量小，温度控制准确、稳定。与分析仪器结合，操作简单，便捷方便，一次加样，可得到多项检测结果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型的结构示意图。

图2示出本实用新型的后视图。

图3示出本实用新型基板的结构示意图。

图4示出本实用新型混合流道的结构示意图。

图5示出本实用新型第一阀的通路状态结构示意图。

图6示出本实用新型第一阀的阻断状态结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1-6所示，本实用新型实施例提供了一种微流控芯片，该芯片包括盖片1和基板2，基板2上设置有第一腔21、第二腔22、第三腔23、混合流道24、多个反应腔25以及微流道。盖片1固定结合于基板2表面，将第一腔21、第二腔22、第三腔23、混合流道24、反应腔25以及微流道密封封闭。第一腔21、第二腔22、第三腔23、混合流道24、反应腔25以及微流道可以通过微机械加工工艺成型于基板2的一侧表面，盖片1通过粘接方式固定结合与基板2的该侧表面，从而将其密封。基板2可以由硅、玻璃或有机化合物制成，第一腔21、第二腔22、第三腔23、混合流道24、反应腔25以及微流道可采用湿法化学腐蚀、干法等离子体刻蚀或两者相结合的方法形成，这是本领域的常规技术手段，此处不再赘述。

具体的，如图1-2所示本实施方式的基板2上设置有第一腔21、第二腔22、第三腔23、混合流道24、多个反应腔25、第一气孔26、第一阀27、第二阀28、第三阀29以及微流道。第一腔21分别通过微流道与第一进气口211、第一加样口212连通，以及通过微流道和第一阀27与第一气孔26连通，第一进气口211可与外部气源连接，用于向第一腔21内提供正压。第一腔21设置为裂解腔，第一腔21的底面设置有导热膜，导热膜把外部热源导入第一腔21，用于对第一腔21内的溶液进行加热。通过第一加样口212可向第一腔21内注入样本溶液，样本溶液在第一腔21内裂解。在样本溶液加热裂解过程中，加热升温引起气体膨胀，此时第一阀27处于连通状态，气体可通过第一阀27和第一气孔26向外界排出。第一气孔26表面覆盖有隔水透气膜，防止裂解样本离开第一腔26。

第二腔22分别通过微流道与第二进气口221、第二加样口222连通。第二进气口221可与外部气源连接，用于向第二腔22内提供正压或负压。第二腔22设置为稀释腔，通过第二加样口222可向第二腔22内注入稀释溶液。第三腔23通过第二阀28与第一气孔26连通。第一腔21和第二腔22分别通过微流道与混合流道24的一端并联连通，第三腔23通过微流道与混合流道24的另一端连通。

多个反应腔25并列布置，其一端通过第三阀29与混合流道24的另一端并联连接。多个反应腔25的另一端均分别与第二气孔251连通。第二气孔251的表面覆盖有隔水透气膜，只允许气体通过，防止液体、气溶胶和大分子DNA离开芯片。每个反应腔25内均收容有荧光定量PCR扩增反应试剂，反应腔25的底面设置有导热膜，导热膜将外部热源导入多个反应腔25内完成PCR扩增。

如图1所示，本实施方案中的微流控芯片还具有加样口密封盖3，加样口密封盖3用于将第一加样口212和第二加样口222密封，通过对加样口密封盖3的掀起和盖合，实现样本溶液和稀释液的加样和密封。

下面对本实用新型的微流控芯片的检测方法进行详细说明：

首先掀起加样口密封盖3，使用移液枪或注射器等加样设备向第一加样口212加入样本溶液，向第二加样口222加入稀释液，由于第一腔21和第二腔22均与第一气孔26连通，因此，试剂溶液很容易加入到第一腔21和第二腔22内。然后，盖合加样口密封盖3将第一加样口212和第二加样口222密封。

接着利用外部热源通过导热膜对第一腔21进行加热，加热10分钟实现细胞裂解。在裂解加热过程中，第一阀27处于连通状态，第一腔21与第一气孔26之间形成通路，可将加热产生的膨胀气体排出芯片外，防止样本加热膨胀泄漏，由于第一气孔27表面覆盖有隔水透气膜，只允许气体通过，防止液体、气溶胶和大分子DNA离开芯片。

细胞裂解完成后，第一进气口211和第二进气口221同时接入正压，第一阀27和第三阀29关闭，第二阀28打开，第一腔21和第二腔22内液体在正压作用下，通过混合流道24进入第三腔23内，混合流道24将第一腔21内的样本溶液与第二腔22内的稀释液混合。当混合液体全部进入第三腔23后，关闭第一进气口211的正压，第二进气口221接入负压，使混合溶液从第三腔23经混合流道24吸入第二腔22内，由于混合溶液再次流经混合流道24，可提高样本溶液与稀释液的混合均匀性。当混合溶液全部进入第二腔22内后，第二进气口221再次接入正压，把混合溶液经混合流道24再次推入第三腔23内，混合溶液在第二腔与第三腔之间来回流动几次，可提高混合溶液的均匀性，达到完全混合。

混合均匀的混合溶液进入第二腔22内后，关闭第一阀27和第二阀28，打开第三阀29，此时第二进气口221接入正压，第二腔22内的混合溶液在正压作用下，通过混合流道24进入反应腔25内，并与反应腔25内的PCR试剂进行复溶。由于反应腔25与第二气孔251连通，便于混合溶液进入反应腔25内部，然后通过反应腔25的底面设置的导热膜，将外部热源导入反应腔25内完成PCR扩增。最后通过检测仪完成对样本的检测鉴定。本实用新型提供一种集成样本加样、裂解、稀释混合和一步法核酸扩增的全自动化检测微流控芯片，解决现有技术中步骤过多，易造成核酸纯度低，核酸扩增失败。同时，一次加样进行多重核酸扩增，可以检测多种成分，无需做多次并行检测。

进一步地，如图4所示的本实施方式的混合流道24包括多个依次连接的圆环混合微流道241和凹槽混合流道242，圆环混合微流道241设置为非对称的圆环形状。具体的，环形混合微流道241的入口和出口之间具有左右两部分的环形微流道，左半部分的流道宽度与右半部分的流道宽度不同，左右两部分的流道宽度比值在3：1至2：1范围内，并且相邻两个环形混合微流道241为交错设置。凹槽混合流道242设置为槽型，其底面设置有若干个向上凸起的挡板。第一腔21内的样本溶液和第二腔22内的稀释液经微流道同时进入圆环混合微流道241后，分为两路，一路流经较宽一侧流道，一路流经较窄一侧，较宽一侧的溶液流速较快，流经较多的混合溶液，较窄一侧的溶液流速较慢，流经较少的混合溶液。由于相邻的环形混合微流道交错设置，混合溶液在进入下一个环形混合微流道时，较宽一侧混合溶液的部分进入较窄一侧的微流道，另一部分与从较窄一侧来的混合溶液同时进入较宽一侧的微流道，从而实现混合效果，在经过多个环型混合微流道241后，提高混合的均匀性。

进一步地，混合溶液进入凹槽混合流道242后，由于凹槽混合流道242的底面向上凸起形成有挡板，是混合溶液的上层和下层溶液的流速不同，并且下层的溶液向上层流道，从而在竖直方向上进一步混合，提高混合溶液的均匀性。

图2、图5和图6示出了本实施方式的第一阀27、第二阀28和第三阀29的结构，下面结合附图详细说明第一阀27的结构，第二阀28和第三阀29的结构与第一阀27的结构相同。如图4所示的第一阀27处于开启状态，基板2的一侧表面设置有两段微流道271，以及贯穿于基板2的两个通孔272，两个通孔272分别与两段微流道271连通，盖片1结合固定于基板2的一侧表面将微流道271和通孔272的一端密封。基板2另一侧围绕通孔272的另一端设置凹陷部273，凹陷部273被弹性薄膜274所覆盖，并且弹性薄膜274与通孔272的另一端之间具有间隙。弹性薄膜274的边缘被气路板275固定结合于基板2表面，并且弹性薄膜274与气路板275之间形成有气压仓276，气路板275上开设有与气压仓276连通的管路和阀点进气口277。阀点进气口277没有接入正压时，弹性薄膜274与两个通孔272的另一端之间具有间隙，溶液或气体可通过该间隙在两个通孔272之间流动。如图5所示，阀点进气口277接入正压后，弹性薄膜274在气压仓276的正压作用下向凹陷部273内移动，并与基板2的表面贴合，从而将两个通孔272的端部密封封闭，实现第一阀27的阻断状态。当接入阀点进气口277的正压移除后，弹性薄膜274回复弹性变形，向远离通孔272端部的方向移动，从而第一阀272实现通路状态。弹性薄膜274可采用硅橡胶或塑料制成，弹性薄膜274也可在其它机械外力作用下发生弹性变形，以实现通孔272封闭或打开。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

基板，所述基板设有第一腔、第二腔、第三腔和混合流道，所述第一腔和第二腔分别通过微流道与所述混合流道的一端连通，所述第三腔通过微流道与所述混合流道的另一端连通，所述第一腔设置有第一进气口和第一加样口连通，所述第二腔设置有第二进气口和第二加样口，所述第三腔通过微流道与第一气孔连通；

盖片，所述盖片固定结合于所述基板的表面，将所述第一腔、第二腔、第三腔、混合流道和微通道密封。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合流道包括至少一个环型混合微流道。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合流道包括多个依次连通的非对称的环型混合微流道。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述混合流道还包括与所述环形混合微流道连通的凹槽混合流道，所述凹槽混合流道的底面向上凸起形成有若干个挡板。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一腔还通过第一阀与所述第一气孔连通。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一腔的底面设置有导热膜。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三腔通过微流道和第二阀与所述第一气孔连通。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述基板还设有多个反应腔，每个所述反应腔内收容有冻干试剂，所述多个反应腔通过第三阀与所述混合流道的另一端并联连通，所述盖片将所述多个反应腔密封。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述多个反应腔的底面设置有导热膜。

10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一加样口和第二加样口上盖合有加样口密封盖。

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