CN210965164U - 一种检测装置及其微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种检测装置及其微流控芯片，微流控芯片包括上片部分和下片部分，所述上片部分和所述下片部分之间形成液滴储存腔，所述上片部分的一侧设有进样口，另一侧设有排油口，所述下片部分的底部靠近所述进样口的一侧设有支撑块，使得在液滴生成时，所述液滴储存腔内靠近所述进样口一侧的高度，高于靠近所述排油口一侧的高度。本申请所提供的微流控芯片，通过所述支撑块的设置，使得液滴在生成之后，会在压力和重力的双重作用下流动至所述液滴储存腔中，不仅可以避免液滴变形、融合，而且液滴的生成所用时间明显减少，提高液滴生成效率，而且可以避免液滴回流现象。

Description

一种检测装置及其微流控芯片

技术领域

本申请涉及生物芯片检测领域，特别是涉及一种微流控芯片。此外，本申请还涉及一种包括上述微流控芯片的检测装置。

背景技术

在生物芯片检测过程中，自1985年至今，PCR(聚合酶链式反应)分析历经3代技术的发展。第一代PCR分析只可对PCR产物进行定性研究，除了无法实现靶基因的定量检测外，且存在操作繁琐、交叉污染风险大等不足。第二代PCR技术实时荧光定量PCR，通过对荧光探针标记的靶基因荧光信号进行实时采集，最终确定靶基因的拷贝数或基因表达水平。荧光定量PCR极大程度上拓展了PCR技术在整个生命科学的研究与应用，但该方法的绝对定量分析结果最终依赖于Ct值和标准曲线，只能进行相对定量。而且，在检测低拷贝靶基因分子或模板浓度差异细微的条件下，其灵敏度和精确度方面都不能达到实际需求。随着市场及临床需求日益迫切，加上微流控等技术和工艺的成熟，第三代PCR分析技术即数字PCR应运而生，并逐渐成熟。

现有技术中，数字PCR技术的一般操作流程比较复杂，通常是首先通过手工逐级稀释并分配样品至微孔板中，然后将微孔板置于热循环仪上进行PCR反应，反应结束后通过仪器读取每个微孔中的荧光信号，最终根据泊松分布原理以及阳性微滴的比例，结合分析软件可计算给出待检靶分子的浓度或拷贝数。这种方式操作繁琐、通量小、效率低，而且较少的液滴分解数目也限制了其精度和可测的动态范围，应用方面有很大的局限。近年来，微流控技术的发展为数字PCR技术的发展注入了新的活力。由于微流控技术在微流体操控方面的优势，使得我们可以将样品分解为纳升甚至皮升级，获得更多的样品分解数目，从而大大提高数字PCR技术的检测灵敏度、可信度和动态范围度。另外，微流控技术自动化、易集成、通量高的优势，也可极大地提高数字PCR技术的检测效率。

借助微流控技术在微流体操控方面的优势，最近国际上已有多个研究小组和公司开发了基于微流控技术的数字PCR系统。微液滴技术是指利用不互溶相形成油包水或水包油的相对稳定的独立微体积液滴。乳化方式有多种，其中基于微流控芯片的液滴生成技术最近几年得到快速发展，广泛应用于生物界和材料界，是一种非常重要的技术。其原理主要是通过两相液流之间一定角度互相挤压作用下，其中一相连续液流断裂形成液滴。目前常用的液滴制备方式有正交结构(T-junction)和流式聚焦(Flow-focusing)等。这些方法整体设备的系统比较复杂，对流体控制系统的要求比较高，并且最终获得的有效液滴数目相对较少。

因此，如何提高微流控芯片的液滴形成速度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种微流控芯片，该微流控芯片可在重力和压力的双重作用下，促进液滴向前流动，避免液滴变形、融合。本申请的另一目的是提供一种包括上述微流控芯片的检测装置。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种微流控芯片，包括上片部分和下片部分，所述上片部分和所述下片部分之间形成液滴储存腔，所述上片部分的一侧设有进样口，另一侧设有排油口，所述下片部分的底部靠近所述进样口的一侧设有支撑块，使得在液滴生成时，所述液滴储存腔内靠近所述进样口一侧的高度，高于靠近所述排油口一侧的高度。

优选的，所述液滴储存腔内靠近所述进样口一侧向靠近所述排油口一侧的倾斜角度为5-30°。

优选的，所述支撑块为楔形块，并且所述下片部分与所述支撑块为一体成型结构。

优选的，所述下片部分与所述支撑块可拆卸，且所述下片部分的底部设有供所述支撑块卡入的凹槽。

优选的，所述液滴储存腔包括设置在所述上片部分和/或所述下片部分的若干液滴形成流道以及排油流道；所述上片部分和所述下片部分之间还设有进样腔，所述进样口与所述进样腔连通，所述进样腔与所述液滴储存腔之间通过所述液滴形成流道连通。

优选的，所述液滴形成流道的排布密度从两侧向中部逐渐增加，且所述液滴形成流道靠近所述液滴储存腔的一侧呈喇叭状；所述液滴形成流道的横截面呈矩形，宽度为10-200um，高度为1-100um；所述液滴储存腔的高度为50-300um。

优选的，所述上片部分和所述下片部分中的至少一者为透明部分，且所述上片部分和/或所述下片部分为玻璃、PMMA、PC、COP、COC或PS部分。

优选的，所述进样口上设有进样杯，所述排油口上设有储油杯；所述进样杯和所述储油杯上均设有密封帽。

优选的，所述上片部分与所述下片部分之间还设有若干限位柱，所述限位柱可防止所述上片部分与所述下片部分相互靠近。

本申请还提供一种检测装置，包括上述任意一项所述的微流控芯片。

本申请所提供的微流控芯片，包括上片部分和下片部分，所述上片部分和所述下片部分之间形成液滴储存腔，所述上片部分的一侧设有进样口，另一侧设有排油口，所述下片部分的底部靠近所述进样口的一侧设有支撑块，使得在液滴生成时，所述液滴储存腔内靠近所述进样口一侧的高度，高于靠近所述排油口一侧的高度。本申请所提供的微流控芯片，通过所述支撑块的设置，使得液滴在生成之后，会在压力和重力的双重作用下流动至所述液滴储存腔中，不仅可以避免液滴变形、融合，而且液滴的生成所用时间明显减少，提高液滴生成效率，而且可以避免液滴回流现象。

本申请所提供的检测装置设有上述微流控芯片，由于所述微流控芯片具有上述技术效果，因此，设有该微流控芯片的检测装置也应当具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的微流控芯片一种具体实施方式中液滴存储腔的俯视图；

图2为本申请所提供的微流控芯片一种具体实施方式的主视图；

图3为本申请所提供的微流控芯片另一种具体实施方式的主视图；

其中：上片部分(1)、下片部分(2)、进样杯(3)、储油杯(4)、液滴储存腔(5)、进样腔(6)、进样口(7)、液滴形成流道(8)、排油流道(9)、限位柱(10)、排油口(11)、支撑块(12)。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种微流控芯片，该微流控芯片可显著降低液滴生成时间，提高液滴生成效率。本申请的另一核心是提供一种包括上述微流控芯片的检测装置。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1至图3，图1为本申请所提供的微流控芯片一种具体实施方式的俯视图；图2为本申请所提供的微流控芯片一种具体实施方式的主视图；图3为本申请所提供的微流控芯片另一种具体实施方式的主视图。

在该实施方式中，微流控芯片包括上片部分1和下片部分2，上片部分1和下片部分2共同构成芯片本体，上片部分1和下片部分2之间形成液滴储存腔5，即芯片本体内部至少包括液滴储存腔5，上片部分1的一侧设有进样口7，另一侧设有排油口11，下片部分2的底部靠近进样口7的一侧设有支撑块12，使得在液滴生成时，液滴储存腔5内靠近进样口7一侧的高度，高于靠近排油口11一侧的高度，进而使得液滴生成后，会在重力作用下向液滴储存腔5靠近排油口11的一侧移动。

本申请所提供的微流控芯片，通过支撑块12的设置，使得液滴在生成之后，会在压力和重力的双重作用下流动至液滴储存腔5中，不仅可以避免液滴变形、融合，而且液滴的生成所用时间明显减少，提高液滴生成效率，而且可以避免液滴回流现象。

在上述各实施方式的基础上，液滴储存腔5内靠近进样口7一侧向靠近排油口11一侧的倾斜角度为5-30°，如此设置，是因为如果倾斜角度过低，液滴受重力作用较弱，效果不明显；倾斜角度过高，液滴在重力及压力的双重作用下，快速移至储液区内靠近排油口的位置，液滴易在此处堆积，造成液滴融合、重叠等现象，因此优选为5-30度。

在上述各实施方式的基础上，支撑块12为楔形块，楔形块的底面为斜面，当该微流控芯片正常放置时，会在楔形块的作用下，使得该芯片自然处于倾斜状态，方便使用。

在上述各实施方式的基础上，下片部分2与支撑块12为一体成型结构，即在加工过程中，可直接将下片部分2的底部加工成为楔形结构，然后将下片部分2与上片部分1贴合，形成整个芯片，方便加工，强度高。

当然，下片部分2与支撑块12也可以为可拆卸方式，优选的，下片部分2的底部设有供支撑块12卡入的凹槽。上述设置，不仅可以方便安装，而且支撑块12的尺寸可以更换，方便调节倾斜角度，该倾斜角度是指液滴储存腔5自靠近进样口7的方向，向靠近出油口的方向的倾斜角度。

进一步，上片部分1和下片部分2之间还形成由液滴形成区和储油区，即芯片本体内部还具有液滴形成区和储油区，液滴形成区包括与进样口7相连的进样腔6及若干液滴形成流道8；液滴形成流道8的深度比液滴储存腔5的深度浅，故形成类似于“台阶的结构”，反应体系流经此处，形成液滴，并落入液滴储存腔5。进样腔6的作用在于平衡反应体系进入液滴形成流道8处的压力。

具体的，液滴储存腔5包括设置在上片部分1和/或下片部分2的若干液滴形成流道8以及排油流道9，即液滴形成流道8以及排油流道9可加工在上片部分1上，也可加工在下片部分2，或者同时加工在上片部分1和下片部分2。

进一步，上片部分1和下片部分2之间还设有进样腔6，进样口7与进样腔6连通，进样腔6与液滴储存腔5之间通过液滴形成流道8连通。

在上述各实施方式的基础上，液滴形成流道8的排布密度从两侧向中部逐渐增加，且液滴形成流道8靠近液滴储存腔5的一侧呈喇叭状；液滴形成流道8的横截面呈矩形，宽度为10-200um，高度为1-100um；液滴储存腔5的高度为50-300um。

具体的，液滴形成流道8两侧稀疏，越往中间越密集，用于平衡压力。液滴形成流道8靠近液滴储存腔5处呈喇叭状，有利于液滴的生成及移动。

优选的，液滴储存腔5为矩形结构，当然，也可以为圆形，U形结构，其一侧通过液滴形成流道8与进样腔6相连，液滴储存腔5的左、右、下方分别设有排油流道9，与排油区相连；液滴储存腔5的体积大，可保证大量的液滴平铺于其中。

在上述各实施方式的基础上，上片部分1和下片部分2中的至少一者为透明部分，且上片部分1和/或下片部分2为玻璃、PMMA、PC、COP、COC或PS部分。具体的，芯片的上片部分1和下片部分2均为透明材料加工而成，或者，上片部分1或下片部分2为透明材料加工而成，另一种为深色包括黑色材料，如玻璃、PMMA、PC、COP、COC、PS加工而成，进样杯3、储油杯4优选为黑色材料加工而成。

在上述各实施方式的基础上，进样口7上设有进样杯3，排油口11上设有储油杯4；进样杯3和储油杯4上均设有密封帽。

具体的，进样杯3、储油杯4的杯口设有密封帽或其它结构进行密封，密封方式不限，密封材质不限，如PC膜、塑料膜均可，并不局限于本实施例所给出的方案。

在上述各实施方式的基础上，上片部分1与下片部分2之间还设有若干限位柱10，限位柱10可防止上片部分1与下片部分2相互靠近。

优选的，液滴储存腔5内设有多个圆形柱或者方形柱，可防止后续上下片间进行贴合时液滴储存腔5的坍塌变形。

具体的，本实施例所提供的微流控芯片，液滴生成过程如下：

芯片本体内预先充满油相，用密封帽将进样杯3、储油杯4密封；取下进样杯3上的密封帽，加入反应体系，施加压力，反应体系在压力的作用下，由进样杯3进入，经过液滴形成区，形成液滴并平铺于液滴储存腔5，被挤出的油相通过储油区进入储油杯4；可通过控制储油杯4内油相的体积，调节液滴形成所需的压力；

由于液滴储存腔5较大，随着生成的液滴越来越多，液滴堆积在液滴形成流道8附近，易变形、融合，一方面，液滴生成时，可施加一定的温度，增大油相的流动性，更易于液滴向前平铺；另一方面，液滴生成时，进行一定的倾斜，使进样杯3高于储油杯4一定角度，已形成的液滴可在压力及重力的双重作用下向前平铺，可有效的避免液滴变形及融合现象；此外，进样腔6内及液滴形成流道8内的反应体系在压力及重力的双重作用下，形成液滴的速度更快；液滴生成完成的芯片，可在保持压力的情况下继续扩增，后进行拍照分析，或先将压力释放，取出芯片后，再进行扩增、拍照分析。后者处理，降压时，已形成的液滴易重新进入进样杯3内回流，在倾斜的情况下，液滴由于重力作用，不易发生回流现象，而是油相进入进样杯3内。

在一种具体实施例中，该微流控芯片包括进样杯3、进样腔6、液滴形成流道8、液滴储存腔5、储油区、储油杯4，使液滴生成、扩增、检测均在同一张芯片上完成；液滴形成区域位于液滴储存腔5的上方，不占用液滴储存腔5，可储存大量的液滴；适当高度的液滴储存腔5保证液滴可平铺于液滴储存腔5；使用施加压力的方式进行液滴生成：出口储油杯4处进行密封，进样杯3内加入反应体系，在压力的作用下，可快速形成大量液滴，通过调节储油杯4内的油相含量及压力增加速度，可调节液滴生成速度，可在短时间内形成大量均一、稳定的液滴；液滴生成时进行预设温度下的温度处理，可增加油性流动性，促进液滴向前平铺；液滴生成时，进样杯3的高度高于储油杯4的高度，即施加一定的倾斜角度，液滴除了受压力的作用外，还有重力的作用，可使已生成的液滴快速向储油杯4处流动。

本实施例所提供的微流控芯片，集液滴生成、扩增、拍照分析于一体，操作简便，避免液滴移动造成的融合、损失等情况；而且液滴形成流道8位于液滴储存腔5的外侧，不会遮挡液滴储存腔5，可保证大量液滴储存于液滴储存腔5，提高有效液滴区；另外，该微流控芯片在液滴生成过程中，除了设备中提供的压力外，倾斜产生的重力可促进液滴向前流动，避免液滴变形、融合，且液滴生成所用时间较单独压力的作用有所减少；并且，在降压过程中，由于重力作用，可避免液滴发生回流。

除了上述微流控芯片以外，本申请还提供了一种包括上述微流控芯片的检测装置，芯片的倾斜角度，也可以通过在检测装置内布置倾斜模块来实现，该检测装置的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的微流控芯片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，包括上片部分(1)和下片部分(2)，所述上片部分(1)和所述下片部分(2)之间形成液滴储存腔(5)，其特征在于，所述上片部分(1)的一侧设有进样口(7)，另一侧设有排油口(11)，所述下片部分(2)的底部靠近所述进样口(7)的一侧设有支撑块(12)，使得在液滴生成时，所述液滴储存腔(5)内靠近所述进样口(7)一侧的高度，高于靠近所述排油口(11)一侧的高度。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液滴储存腔(5)内靠近所述进样口(7)一侧向靠近所述排油口(11)一侧的倾斜角度为5-30°。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述支撑块(12)为楔形块，并且所述下片部分(2)与所述支撑块(12)为一体成型结构。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述下片部分(2)与所述支撑块(12)可拆卸，且所述下片部分(2)的底部设有供所述支撑块(12)卡入的凹槽。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液滴储存腔(5)包括设置在所述上片部分(1)和/或所述下片部分(2)的若干液滴形成流道(8)以及排油流道(9)；所述上片部分(1)和所述下片部分(2)之间还设有进样腔(6)，所述进样口(7)与所述进样腔(6)连通，所述进样腔(6)与所述液滴储存腔(5)之间通过所述液滴形成流道(8)连通。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述液滴形成流道(8)的排布密度从两侧向中部逐渐增加，且所述液滴形成流道(8)靠近所述液滴储存腔(5)的一侧呈喇叭状；所述液滴形成流道(8)的横截面呈矩形，宽度为10-200um，高度为1-100um；所述液滴储存腔(5)的高度为50-300um。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上片部分(1)和所述下片部分(2)中的至少一者为透明部分，且所述上片部分(1)和/或所述下片部分(2)为玻璃、PMMA、PC、COP、COC或PS部分。

8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述进样口(7)上设有进样杯(3)，所述排油口(11)上设有储油杯(4)；所述进样杯(3)和所述储油杯(4)上均设有密封帽。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述上片部分(1)与所述下片部分(2)之间还设有若干限位柱(10)，所述限位柱(10)可防止所述上片部分(1)与所述下片部分(2)相互靠近。

10.一种检测装置，包括微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片为权利要求1至9任意一项所述的微流控芯片。

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