CN211826105U

CN211826105U - 一种微流控芯片加样装置

Info

Publication number: CN211826105U
Application number: CN202020467042.7U
Authority: CN
Inventors: 彭志海; 王杰; 唐华美; 陈翔; 韩超; 李洋
Original assignee: Xiang'an Hospital Of Xiamen University
Current assignee: Xiang'an Hospital Of Xiamen University
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2030-04-02

Abstract

本实用新型公开了一种微流控芯片加样装置，包括锥形加样池，所述加样池底部与芯片入口紧密接触；所述加样池顶部设有压件，底部开有小孔，其侧壁上设有排液管；所述压件上设有排压管和加样总管，所述加样总管分别与抗体采集管、缓冲液采集管以及气泵连接。其优点在于，可以兼顾大容量的血样和微量的抗体试剂的加样要求，且在芯片入口前自动排出管路中的气泡，提高实验精准度和自动化程度。

Description

一种微流控芯片加样装置

技术领域

本申请属于微流控芯片领域，具体涉及一种与芯片入口连接，能够自动化完成气液转换和试剂更换的加样装置。

背景技术

微流控技术因其高效、便携、集成的优势，在质谱分析、抗原检测、细胞培养、细胞分选、药物分析等方面显示出巨大应用前景，有望把这些原本价格高昂、体积庞大、环境要求高的检测分析项目向便携化、低成本、床旁化转变。然而，一个检测项目往往需要序贯加入多种化学试剂进行孵育和反应，这就涉及在一个反应结束后要移除入口管路内残留试剂并进行冲洗或更换新的试剂。查专利和文献可以知道，试剂更换有多种方式，其中手动加样可以根据具体情况对加样的时间和量进行灵活微调，保证试剂转换的无缝衔接，但对操作人员专业水平要求高，无法实现自动化，多用于实验室场景。另一种解决方案是基于计算机的机器自动加样，由于微流控液体消耗在微升甚至纳升级，这需要高精度的感应识别、运动控制等设备和复杂的计算机运算，极大提高了设备成本和环境要求，弱化了微流控芯片的成本低廉、试剂损耗少的优势，难以实现床旁化应用。芯片上控制主要通过多层结构片上阀门实现的，片上阀门结构制作工艺复杂，成品率低，而且抗压性、阻断性、稳定性差，不能标准化、规模化生产，不利于推广。另一方面，液体沿容器侧壁下降时由于受到摩擦力和表面张力作用而呈液滴状态，当液滴直径大于容器内径时就会对下段气体产生液封作用。这就导致在微流控芯片加样过程中常常会导入气泡，目前仍是制约其自动化实施的一个重要原因。因此，如何便捷的实现多试剂转换成为微流控芯片向自动化、标准化设备转化的技术瓶颈。

发明内容

为克服上述问题，本申请提供一种能解决加样池内的气液转换难题，在保证少残留量的同时又能有效预防导入气泡，可实现自动化的多试剂序贯加样的装置和方法。其技术方案为，

一种微流控芯片加样装置，包括锥形加样池，所述加样池底部与芯片入口紧密接触；所述加样池顶部设有压件，底部开有小孔，其侧壁上设有排液管；所述压件上设有排压管和加样总管，所述加样总管分别与抗体采集管、缓冲液采集管以及气泵连接。

进一步的，所述加样池底部设有连接管，所述连接管与芯片入口紧密接触。

进一步的，所述排液管、排压管、气泵出口、抗体采集管、缓冲液采集管、芯片出口处均设有电磁阀；所述抗体采集管至少一条。

进一步的，所述排液管、排压管上设有第一电磁阀和第二电磁阀；所述气泵出口设有第三电磁阀；抗体采集管为一条时，其设有第四电磁阀；缓冲液采集管设有第五电磁阀；芯片出口处设有第六电磁阀。

进一步的，所述排液管底部到加样池底部的垂直距离为1-3mm。

进一步的，所述排压管底部到压件底部之间的垂直距离不大于加样总管底部到压件底部之间的垂直距离。

有益效果

本发明提出了一种新的入口外接加样装置，能够以气压驱动方式将加样池内液体经旁路排出，然后加入新的试剂，完成液体更换，并且剩余液体量灵活可控，加之加样池采用了疏水性材料和锥形结构，降低了将气泡压入芯片的机会。因此，本发明所设计加样装置不依赖于传感器和运动控制而实现池内液面精确控制，并且利用漏斗原理解决了加样池内的气液转换难题，在保证少残留量的同时又能有效预防导入气泡，从而实现自动化的多试剂序贯加样。而且该装置完全基于固定件连接和气压驱动，成本低廉，易于操作，更加易于实施与推广。

附图说明

图1为本申请结构示意图；

其中：1-加样池；2-压件；3-排液管；4-排压管；5-加样总管；6-芯片检测区；7-气泵；8-缓冲液；9-注射泵；10-连接管；11-芯片入口；12-芯片出口；13-第六电池阀；14-第二电池阀；15-第一电磁阀；16-第四电磁阀；17-第五电磁阀；18-第三电磁阀；d1-排液管底部到加样池底部之间的垂直距离；d2-排压管底部到压件底部之间的垂直距离；d3-加样总管底部到压件底部之间的垂直距离。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对技术作进一步说明，以助于理解本申请的内容。

一种微流控芯片加样装置，包括锥形加样池1，加样池1底部与芯片入口11紧密接触；加样池1顶部设有压件2，底部开有小孔，其侧壁上设有排液管3；压件2上设有排压管4和加样总管5，加样总管5分别与抗体采集管、缓冲液采集管以及气泵7连接；排液管3、排压管4、气泵7出口、抗体采集管、缓冲液采集管、芯片出口11处均设有电磁阀；抗体采集管至少一条，本实施例给出多条，且均设有电池阀，可以根据实验要求将多种试样加入到加样池1中，具体实施方式以一条抗体采集管为例。排液管3、排压管4上设有第一电磁阀15和第二电磁阀14；气泵7出口设有第三电磁阀18；抗体采集管设有第四电磁阀16，与注射泵9连接；缓冲液采集管通过第五电磁阀17与缓冲液试剂瓶连接；芯片出口11处设有第六电磁阀17。缓冲液试剂瓶为正压，第五电磁阀17开启后依靠正压驱动缓冲液进入加样池1，缓冲液采用磷酸缓冲盐溶液。

排液管3伸入到加样池1中的一端采用内径0.2mm的不锈钢细管，另一端采用聚四氟乙烯细管与废液池相连，受第一电磁阀15控制。排液管4底部到加样池1底部之间的垂直距离d1为1-3mm，优选2mm。

排压管4一端采用内径0.75mm不锈钢管，自顶部穿过压件2进入加样池1，并借助与密封单元的紧密结合而固定于压件2上，排压管4另一端通过聚四氟乙烯细管与外部大气环境相通，受第二电磁阀14控制，在更换液体时开放，维持加样池1内外压力平衡。排压管底部到压件底部之间的垂直距离d2不大于加样总管底部到压件底部之间的垂直距离d3，其中d2＝2mm；d3＝5mm，有利于排气时减少其接触试剂而受到污染的机率。

加样池5底部的小孔与连接管10连接，连接管10与芯片入口11紧密接触；加样池5与连接管10可以为一体结构，均采用疏水性材料，优选聚四氟乙烯细管，连接管10直径为0.5-1mm，优选0.7mm。

一种微流控芯片加样测试方法，具体步骤包括：

S1.实验开始前，进行排气；首先第一电磁阀15、第二电磁阀14、第三电磁阀18、第四电磁阀16和第五电磁阀17处于关闭状态，第六电磁阀13处于开启状态；排气时开启第五电磁阀17，缓冲液通过加样池1进入芯片入口11后，排气时间5分钟；

S2.加样池排液；关闭第五电磁阀17、第六电磁阀13；开启第一电磁阀15、第三电池阀18，气泵压力调整为10Kpa,当加样池1中的缓冲液液面低于排液管3底部时，气体进入排液管3，缓冲液液面不再下降，排液完成，关闭第三电磁阀18和第一电磁阀15；

S3.加血样；开启第二电池阀14、打开压件2，将血样直接加入到加样池1中，闭合压件2；关闭第二电池阀14、开启第三电池阀18，以恒定的压力驱动血样进入到芯片入口11，压力设定为20Kpa，时间设定25分钟；或采用注射泵以预设速度持续加入血样；

S4.冲洗加样池；关闭第三电池阀18，开启第五电池阀17，冲洗5分钟，缓冲液将血样挤压至芯片检测区6中，之后重复S2；

S5.加抗体；开启第二电磁阀14和第四电磁阀16，将抗体注入加样池1中此时完成缓冲液向抗体的更换；开启第三电池阀18和第六电磁阀13，将抗体推入至芯片检测区6中，关闭所有电磁阀，避光孵育1小时，可采用流动、静态、振荡其中一种方式进行抗体孵育染色，本实例选择静态染色；孵育结束后重复步骤S2；

S5.冲洗芯片；打开第二电磁阀14和第五电磁阀17，缓冲液进入加样池1，开启第三电磁阀18和第六电池阀13，对芯片内未结合的抗体进行冲洗，气泵7压力为20Kpa，时间20分钟，之后重复S2即可。

本发明液体试样由人或动物血液样本、线虫样本、细胞悬浮液以及各种化学试剂等构成，在检测项目是循环肿瘤细胞捕获与鉴定的情况下，待测试样为全血，化学试剂包括缓冲液、抗体。在本实例中液体试样为结肠癌病人血液样本，采集后储存在EDTA抗凝采血管中，缓冲液为磷酸缓冲盐溶液(PBS)，抗体为特异性荧光抗体小鼠抗人EpCAM-FITC、小鼠抗人CD45-PE/CY5、DAPI。

当然，上述说明并非对本技术的限制，本技术也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本技术的保护范围。另外，前、后、左、右的表述是为更清楚的表述，不应当作为本申请的技术限定。

Claims

1.一种微流控芯片加样装置，其特征在于，包括锥形加样池，所述加样池底部与芯片入口紧密接触；所述加样池顶部设有压件，底部开有小孔，其侧壁上设有排液管；所述压件上设有排压管和加样总管，所述加样总管分别与抗体采集管、缓冲液采集管以及气泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片加样装置，其特征在于，所述加样池底部设有连接管，所述连接管与芯片入口紧密接触。

3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片加样装置，其特征在于，所述排液管、排压管、气泵出口、抗体采集管、缓冲液采集管、芯片出口处均设有电磁阀；所述抗体采集管至少一条。

4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片加样装置，其特征在于，所述排液管、排压管上设有第一电磁阀和第二电磁阀；所述气泵出口设有第三电磁阀；抗体采集管为一条时，其设有第四电磁阀；缓冲液采集管设有第五电磁阀；芯片出口处设有第六电磁阀。

5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片加样装置，其特征在于，所述排液管底部到加样池底部的垂直距离为1-3mm。

6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片加样装置，其特征在于，所述排压管底部到压件底部之间的垂直距离不大于加样总管底部到压件底部之间的垂直距离。