CN211865064U - 微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微流控芯片。该微流控芯片具有上游腔、液体分配流道和下游腔。该微流控芯片通过液体分配流道将上游腔内加入的溶液分配到下游腔中，与出液端连接的下游腔用于供液体分配流道将液体排净，该液体分配流道在靠近其出液端的一段与微流控芯片的旋转中心之间的距离大于在靠近其进液端的一段与旋转中心之间的距离，这样在将溶液离心分配时，溶液进入液体分配流道之后，在靠近进液端所受的离心力小于在靠近出液端所受到的离心力，因而在整个液体分配流道会形成一股推力持续地推动溶液向出液端运动，这样可以达到减少管道内液体残留，并有利于彻底排空管道内液体的目的。

Description

微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及体外诊断技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片。

背景技术

体外诊断(In Vitro Diagnosis，IVD)是指将血液、体液、组织等样本从人体中取出，使用体外检测试剂、仪器等对样本进行检测与校验，以便对疾病进行预防、诊断、治疗检测、后期观察、健康评价、遗传疾病预测等的过程。体外诊断按照方法学分为生化诊断、免疫诊断、分子诊断三大类，以及从生化、免疫和分子诊断中分化出来的床旁快速诊断POCT(point-of-care testing)。一般的POCT诊断方式在测试通量上较低，一般一次只能测验一个或几个样本，一个或几个项目。微流控芯片技术(Microfluidics)能把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成芯片上，自动完成分析全过程，极大的提高了检测效率，同时具有小型化和自动化等优点，因而在POCT 领域中应有越来越广泛。

离心式微流控芯片是指将化学分析过程中涉及的阀、流动管道、混合反应器、分离装置、检测装置等集成到CD状的微流控芯片上，以离心力为驱动力，实现对样品制备、反应、分离、检测等操作的分析系统。因离心式微流控芯片具有加工方便，操作简便的特性，在微流控芯片技术中得到了广泛的应用。

传统的离心式微流控芯片中一些流动管道的设计通常采用的是圆弧的形式，由于离心式微流控芯片对流动管道中液体的驱动采用的是离心力的方式，因而，在同一圆弧管道中液体所受离心力是相同的，在检测时常常出现流动管道内液体排不干净的情况，特别是在低转速离心运动中，存在液体流动较慢，残留较多的情况，而且，流动管道内残留的液体还会直接影响到后期定量、反应、分离等操作，造成检测结果不准确。因此，有必要设计一种新的管道结构来解决管道内液体残留的问题。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能够减少管道内液体残留、甚至能够排净管道内液体的微流控芯片。

一种微流控芯片，具有上游腔、液体分配流道和下游腔，所述上游腔通过所述液体分配流道与所述下游腔连通，所述微流控芯片具有旋转中心，所述液体分配流道整体为绕所述旋转中心的弯曲结构，所述液体分配流道与所述旋转中心之间的距离大于所述上游腔与所述旋转中心之间的距离且小于所述下游腔与所述旋转中心之间的距离，所述液体分配流道的两端分别为进液端和出液端，所述进液端与所述上游腔连接，所述出液端至少连接有一个所述下游腔，所述液体分配流道中在靠近所述出液端的一段与所述旋转中心之间的距离大于在靠近所述进液端的一段与所述旋转中心之间的距离。

在其中一个实施例中，从所述进液端至所述出液端，所述液体分配流道与所述旋转中心之间的距离逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述逐渐增大为连续式逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述逐渐增大为阶段式逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述液体分配流道具有多段流道段，相邻的所述流道段通过过渡段首尾连接；

各所述流道段的各处与所述旋转中心之间的距离一致，或者

各所述流道段的靠近所述出液端的一段与所述旋转中心之间的距离大于靠近所述进液端的一段与所述旋转中心之间的距离，优选地，从靠近进液端的一端至靠近所述的出液端的一端，各所述流道段距离所述旋转中心的距离逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述微流控芯片的各腔和各流道均靠近于所述微流控芯片的同一侧表面设置。

在其中一个实施例中，所述微流控芯片具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述上游腔和所述下游腔设在靠近于所述第一表面的一侧，所述液体分配流道设在靠近于所述第二表面的一侧，所述进液端与所述上游腔通过第一渗透孔连接，所述出液端通过第二渗透孔与相应的所述下游腔连接。

在其中一个实施例中，所述液体分配流道在所述进液端与所述出液端之间的区段也连接有下游腔，该区段的下游腔也设在靠近于所述第一表面的一侧且与所述液体分配流道通过第三渗透孔连接，优选地，所述第三渗透孔的靠近于所述第二表面的一端位于所述液体分配流道内。

在其中一个实施例中，所述上游腔为具有进样孔的加样腔；

所述下游腔包括废液腔和定量腔，所述废液腔与所述出液端连接，所述定量腔与所述液体分配流道的位于所述进液端与所述出液端之间的区段连接，优选地，所述定量腔有多个，多个所述定量腔沿所述液体分配流道间隔分布。

在其中一个实施例中，所述加样腔绕所述旋转中心设置，所述加样腔的一端设有所述进样孔，所述加样腔的另一端与所述液体分配流道通过第一微流道连接；和/或

所述加样腔在与所述液体分配流道连接的一端设有第一透气孔，所述第一透气孔较所述加样腔与所述液体分配流道的连接位置以及较所述进样孔更靠近于所述旋转中心；和/或

所述废液腔通过第二微流道与所述液体分配流道的出液端连接；和/或

所述废液腔设有第二透气孔，所述第二透气孔通过第三微流道与所述废液腔连接，所述第二透气孔较所述废液腔整体更靠近于所述旋转中心；和/或

所述液体分配流道与所述定量腔之间通过第四微流道连接。

上述微流控芯片通过液体分配流道将上游腔内加入的溶液分配到下游腔中，与出液端连接的下游腔用于供液体分配流道将液体排净，该液体分配流道在靠近其出液端的一段与微流控芯片的旋转中心之间的距离大于在靠近其进液端的一段与旋转中心之间的距离，这样在将溶液离心分配时，溶液进入液体分配流道之后，在靠近进液端所受的离心力小于在靠近出液端所受到的离心力，因而在整个液体分配流道会形成一股推力持续地推动溶液向出液端运动，这样可以达到减少管道内液体残留，并有利于彻底排空管道内液体的目的。

附图说明

图1和图2分别为实施例1的微流控芯片的正面和背面结构示意图；

图3-图6为实施例1的微流控芯片的工作流程示意图；

图7和图8分别为实施例2的微流控芯片的正面和背面结构示意图；

图9和图10分别为实施例3的微流控芯片的正面和背面结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

如图1和图2所示，实施例1提供了一种微流控芯片100，其包括加样腔 110、液体分配流道120、定量腔130和废液腔140。加样腔110通过液体分配流道120与定量腔130和废液腔140连接，液体分配流道130用于将加样腔110 内的样本溶液分配到定量腔130和废液腔140中。

微流控芯片100的中部具有安装部，该安装部具有旋转中心101。该微流控芯片100为离心式微流控芯片，通过离心，将加样腔110内的样本溶液分配到定量腔130和废液腔140中。

加样腔110具有开口于微流控芯片100表面(优选正面)的进样孔111，以用于向加样腔110内加入样本溶液。

在图1和图2所示的具体示例中，加样腔110绕旋转中心101设置。加样腔110的一端设有进样孔111，加样腔110的另一端与液体分配流道120通过第一微流道150连接。整个加样腔110的内腔尺寸从设有进样孔111的一端至其另一端逐渐增大，以便于在离心的时候样本溶液从进样的一端流到另一端。可理解，在其他具体示例中，加样腔110的远离设有进样孔111的一端与液体分配流道120之间也可以直接连接。

进一步，加样腔110在与液体分配流道120连接的一端可选地设有开口于芯片表面(正面和/或背面)的第一透气孔112。第一透气孔112较加样腔110 与液体分配流道120的连接位置(也即与第一微流道150的连接位置)以及较进样孔111更靠近于旋转中心101。通过设置第一透气孔112，可以在加样和离心时，及时将加样腔110内的空气排出，便于加样和液体流动。

液体分配流道120整体为绕旋转中心101的弯曲结构(即非直线段结构)。液体分配流道120与旋转中心101之间的距离大于加样腔110与旋转中心101 之间的距离且小于定量腔130和废液腔140与旋转中心101之间的距离，例如在图示的具体示例中，加样腔110位于液体分配流道120的内侧，定量腔130 和废液腔140位于液体分配流道120的外侧。

液体分配流道120的两端分别为进液端121和出液端122。进液端121与加样腔110连接，在图示的示例中是与第一微流道150连接。出液端122与废液腔140连接。位于进液端121和出液端122之间的液体分配流道120的区段与多个定量腔130连接。

在图示的具体示例中，废液腔140通过第二微流道160与液体分配流道120 的出液端122连接。可理解，在其他具体示例中，废液腔140也可以直接与液体分配流道120的出液端122连接。

进一步，在图示的具体示例中，废液腔140可选地设有开口于正面和/或背面的第二透气孔141。第二透气孔141进一步可选地通过第三微流道170与废液腔140连接。第二透气孔141较废液腔140整体更靠近于旋转中心101。通过设置第二透气孔141，在液体分配时，可以及时将废液腔140以及位于其上游的腔体或流道中的气体排出，便于液体流动。

更进一步，在图示的具体示例中，液体分配流道120与定量腔130之间可选地通过第四微流道180连接。

在实施例1中，液体分配流道120中在靠近出液端122的一段与旋转中心 101之间的距离大于在靠近进液端121的一段与旋转中心101之间的距离。这样在将溶液离心分配时，溶液进入液体分配流道120之后，在靠近进液端121所受的离心力小于在靠近出液端122所受到的离心力，因而在整个液体分配流道 120会形成一股推力持续地推动溶液向出液端运动，这样可以达到减少管道内液体残留，并有利于彻底排空管道内液体的目的。

在一个可选的示例中，从进液端121至出液端122，液体分配流道120与旋转中心101之间的距离逐渐增大。在图示的具体示例中，所述逐渐增大是连续式逐渐增大，也即整个液体分配流道120是一段平滑的螺旋式结构。液体在具有连续式渐变结构的液体分配流道120中流动时，所受阻力小，流动效果好。

进一步，在图示的具体示例中，该微流控芯片100的各腔和各流道均靠近于微流控芯片100的同一侧表面设置，例如均靠近于微流控芯片100的正面设置。

在一个可选地示例中，该微流控芯片100包括芯片本体和覆盖在芯片本体上的盖膜。芯片本体与盖膜配合形成各腔结构和流道结构。具体地，各腔结构和流道结构的沟槽等均预形成在芯片本体上，后续通过盖膜覆盖并密封在芯片本体的正面即可形成完成对腔结构和流道结构的封装，形成完整的腔结构和流道结构。

盖膜可以是但不限于透明胶带或者透明压敏胶等，其与芯片本体配合构成整个微流控芯片100，装配简单，无需使用复杂、昂贵的超声焊接技术，直接粘接即可，可以显著降低制作成本。可理解，在其他具体示例中，微流控芯片100 也可以采用成本较高的超声焊接技术焊接形成，或者采用3D打印技术一体成型。

如图3-6所示，该微流控芯片100在使用时，可先通过进样孔111向加样腔 110中加入样本溶液，加样腔110内多余的空气会从第一透气孔112排出；加完样本溶液后，可将微流控芯片100安装在离心仪器的卡位中，启动仪器，控制微流控芯片100开始转动，转速可以控制在但不限于1000-6000rpm；加样腔110 内的样本溶液从一端逐渐流至另一端，并逐渐进入液体分配流道120中，通过液体分配流道120将样本溶液逐渐离心分配至各定量腔130中，继续离心，待各定量腔130中均填满样本溶液后，多余的样本溶液会经过液体分配流道120的出液端122进入废液腔140中，并逐渐填满废液腔140，废液腔中的空气会自其第二透气孔141排出。由于液体分配流道120的进液端121距离旋转中心的距离小于出液端122距离旋转中心101的距离，并且可选地，该液体分配流道 120整体上自其进液端121至其出液端122距离旋转中心101的距离逐渐增大，这样管道内形成的离心力自进液端121至出液端122也逐渐增大，因而，在整个液体分配流道120内形成一股向出液端122的推力，不断将样本溶液推向出液端122，因而管道内多余的样本溶液基本上可以全部排净至废液腔140中。并且排完之后，各定量腔130也完全分隔开，不存在液体交流，避免了交叉污染。

实施例2

如图7和图8所示，实施例2提供的微流控芯片200具有加样腔210、液体分配流道220、定量腔230和废液腔240，结构基本同实施例1中的微流控芯片 100，所不同之处在于，液体分配流道220与腔(加样腔210、定量腔230和废液腔240)分别设在靠近微流控芯片200不同表面的位置，例如，该微流控芯片 200具有第一表面207(例如是芯片的正面)和第二表面208(例如是芯片的背面)，加样腔210、定量腔230和废液腔240设在靠近第一表面207的一侧，液体分配流道220设在靠近第二表面208的一侧。

进一步，因腔与液体分配流道220位于不同侧，相应地，微流控芯片200 上开设有多个渗透孔，例如第一渗透孔291、第二渗透孔292和第三渗透孔293。其中，第一渗透孔291的两端分别与第一微流道250和液体分配流道220的进液端221连接；第二渗透孔292的两端分别与液体分配流道220的出液端222 和废液腔240连接；第三渗透孔293的两端分别与液体分配流道220和第四微流道280连接，可选地的，第三渗透孔293靠近于第二表面208的一端位于液体分配流道220内。

实施例2的微流控芯片200的工作过程与实施例1的微流控芯片100基本相似，在此不再赘述。

实施例3

如图9和图10所示，实施例3提供的微流控芯片300具有加样腔310、液体分配流道320、定量腔330和废液腔340，结构基本同实施例1中的微流控芯片100，与实施例1图示具体示例所不同之处在于，实施例3的微流控芯片300 的液体分配流道320距离旋转中心301的距离是阶段式逐渐增大。

具体地，在实施例3的微流控芯片300中，液体分配流道320具有多段流道段321，相邻的流道段321通过过渡段322首尾连接。

进一步，实施例3的微流控芯片300中，各流道段321的各处与旋转中心301之间的距离一致。可理解，在其他具体示例中，对于分段式逐渐增大的液体分配流道的各流道段，也可以各流道段的靠近出液端的一段与旋转中心之间的距离大于靠近进液端的一段与旋转中心之间的距离，并且可选地，从靠近进液端的一端至靠近的出液端的一端，各流道段距离旋转中心的距离逐渐增大。

实施例3的微流控芯片300的工作过程与实施例1的微流控芯片100基本相似，在此不再赘述。

此外，可理解，在其他实施例中，微流控芯片的结构不限于上面实施例1-3 所述，具有上述结构特点的液体分配流道也不限于用于将加样腔中样本溶液进行分配至定量腔和废液腔中，也可以用于其他两个腔体之间的液体分配，例如将上游腔体的液体分配到下游腔体中。

具体来讲，该微流控芯片可以具有上游腔、液体分配流道和下游腔。上游腔通过液体分配流道与下游腔连通，微流控芯片具有旋转中心。液体分配流道整体为绕旋转中心的弯曲结构。液体分配流道与旋转中心之间的距离大于上游腔与旋转中心之间的距离且小于下游腔与旋转中心之间的距离。液体分配流道的两端分别为进液端和出液端，进液端与上游腔连接，出液端至少连接有一个下游腔。液体分配流道中在靠近出液端的一段与旋转中心之间的距离大于在靠近进液端的一段与旋转中心之间的距离。

更具体地，该微流控芯片也可以进一步含有如下九个具体示例中的任一示例所述的附加特征：

具体示例1：从进液端至出液端，液体分配流道与旋转中心之间的距离逐渐增大；

具体示例2：逐渐增大为连续式逐渐增大；

具体示例3：逐渐增大为阶段式逐渐增大；

具体示例4：液体分配流道具有多段流道段，相邻的流道段通过过渡段首尾连接；各流道段的各处与旋转中心之间的距离一致，或者各流道段的靠近出液端的一段与旋转中心之间的距离大于靠近进液端的一段与旋转中心之间的距离，优选地，从靠近进液端的一端至靠近的出液端的一端，各流道段距离旋转中心的距离逐渐增大；

具体示例5：微流控芯片的各腔和各流道均靠近于微流控芯片的同一侧表面设置；

具体示例6：微流控芯片具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，上游腔和下游腔设在靠近于第一表面的一侧，液体分配流道设在靠近于第二表面的一侧，进液端与上游腔通过第一渗透孔连接，出液端通过第二渗透孔与相应的下游腔连接；

具体示例7：液体分配流道在进液端与出液端之间的区段也连接有下游腔，该区段的下游腔也设在靠近于第一表面的一侧且与液体分配流道通过第三渗透孔连接，优选地，第三渗透孔的靠近于第二表面的一端位于液体分配流道内；

具体示例8：上游腔为具有进样孔的加样腔；下游腔包括废液腔和定量腔，废液腔与出液端连接，定量腔与液体分配流道的位于进液端与出液端之间的区段连接，优选地，定量腔有多个，多个定量腔沿液体分配流道间隔分布。

具体示例9：加样腔绕旋转中心设置，加样腔的一端设有进样孔，加样腔的另一端与液体分配流道通过第一微流道连接；和/或加样腔在与液体分配流道连接的一端设有第一透气孔，第一透气孔较加样腔与液体分配流道的连接位置以及较进样孔更靠近于旋转中心；和/或废液腔通过第二微流道与液体分配流道的出液端连接；和/或废液腔设有第二透气孔，第二透气孔通过第三微流道与废液腔连接，第二透气孔较废液腔整体更靠近于旋转中心；和/或液体分配流道与定量腔之间通过第四微流道连接。

上述微流控芯片通过液体分配流道将上游腔内加入的溶液分配到下游腔中，与出液端连接的下游腔用于供液体分配流道将液体排净，该液体分配流道在靠近其出液端的一段与微流控芯片的旋转中心之间的距离大于在靠近其进液端的一段与旋转中心之间的距离，这样在将溶液离心分配时，溶液进入液体分配流道之后，在靠近进液端所受的离心力小于在靠近出液端所受到的离心力，因而在整个液体分配流道会形成一股推力持续地推动溶液向出液端运动，这样可以达到减少管道内液体残留，并有利于彻底排空管道内液体的目的。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种微流控芯片，其特征在于，具有上游腔、液体分配流道和下游腔，所述上游腔通过所述液体分配流道与所述下游腔连通，所述微流控芯片具有旋转中心，所述液体分配流道整体为绕所述旋转中心的弯曲结构，所述液体分配流道与所述旋转中心之间的距离大于所述上游腔与所述旋转中心之间的距离且小于所述下游腔与所述旋转中心之间的距离，所述液体分配流道的两端分别为进液端和出液端，所述进液端与所述上游腔连接，所述出液端至少连接有一个所述下游腔，所述液体分配流道中在靠近所述出液端的一段与所述旋转中心之间的距离大于在靠近所述进液端的一段与所述旋转中心之间的距离。

2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，从所述进液端至所述出液端，所述液体分配流道与所述旋转中心之间的距离逐渐增大。

3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述逐渐增大为连续式逐渐增大。

4.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述逐渐增大为阶段式逐渐增大。

5.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体分配流道具有多段流道段，相邻的所述流道段通过过渡段首尾连接；

各所述流道段的各处与所述旋转中心之间的距离一致，或者

各所述流道段的靠近所述出液端的一段与所述旋转中心之间的距离大于靠近所述进液端的一段与所述旋转中心之间的距离。

6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，从靠近进液端的一端至靠近所述的出液端的一端，各所述流道段距离所述旋转中心的距离逐渐增大。

7.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的各腔和各流道均靠近于所述微流控芯片的同一侧表面设置。

8.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述上游腔和所述下游腔设在靠近于所述第一表面的一侧，所述液体分配流道设在靠近于所述第二表面的一侧，所述进液端与所述上游腔通过第一渗透孔连接，所述出液端通过第二渗透孔与相应的所述下游腔连接。

9.如权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述液体分配流道在所述进液端与所述出液端之间的区段也连接有下游腔，该区段的下游腔也设在靠近于所述第一表面的一侧且与所述液体分配流道通过第三渗透孔连接。

10.如权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三渗透孔的靠近于所述第二表面的一端位于所述液体分配流道内。

11.如权利要求1～10中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述上游腔为具有进样孔的加样腔；

所述下游腔包括废液腔和定量腔，所述废液腔与所述出液端连接，所述定量腔与所述液体分配流道的位于所述进液端与所述出液端之间的区段连接。

12.如权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述定量腔有多个，多个所述定量腔沿所述液体分配流道间隔分布。

13.如权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述加样腔绕所述旋转中心设置，所述加样腔的一端设有所述进样孔，所述加样腔的另一端与所述液体分配流道通过第一微流道连接；和/或

所述加样腔在与所述液体分配流道连接的一端设有第一透气孔，所述第一透气孔较所述加样腔与所述液体分配流道的连接位置以及较所述进样孔更靠近于所述旋转中心；和/或

所述废液腔通过第二微流道与所述液体分配流道的出液端连接；和/或

所述废液腔设有第二透气孔，所述第二透气孔通过第三微流道与所述废液腔连接，所述第二透气孔较所述废液腔整体更靠近于所述旋转中心；和/或

所述液体分配流道与所述定量腔之间通过第四微流道连接。

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