CN213068874U - 生化指标检测集成芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生化指标检测集成芯片，包括上层，下层，上层与下层水密性地相连，所述上层设置有样品通孔，所述下层包括样品槽，储液槽，样品废液槽，样品定量槽，微反射面和气孔，所述各槽之间通过流道连接；其特征在于，所述样品废液槽包括第一废液槽和/或第二废液槽，或二个以上的废液槽，所述第一废液槽和/或第二废液槽中，或者二个以上的废液槽预装冻干反应试剂。所述芯片用于检测pH时，能够大大地降低了成本、生物样品和试剂的消耗，同时弥补了微流控体外快速诊断无法检测pH的缺陷。

Description

生化指标检测集成芯片

技术领域

本实用新型用于分析检测领域，具体涉及一种集样品前处理，定量稀释，反应和检测于一体的生化指标检测集成芯片。

背景技术

面临着21世纪在生物医学分析，疾病诊断，环境监测，食品与药品安全等领域的挑战，现场采样分析，快速检测以及患者自测等需求的提出，对检验检疫分析手段和设备提出了更高的要求。要满足这些不断提出的新的需求，就必须要发展微型化，集成化和便携的检验检疫仪器设备。

目前检验检疫所采用的自动化分析设备经过发展已实现了集成化和自动化。如自动生化分析仪式将生化分析中的取样，加试剂，混合，保温，比色，结果计算与报告等这些步骤的部分或全部由模仿手工操作的机械手来完成。但是现有的自动生化分析仪体积庞大，价格昂贵，操作复杂，还需要配备专业的专业设备进行样品的前处理，所以需要安装在大型医院的中心实验室，由经过培训的专业人员进行操作。另外为了提高检测效率和降低检测成本，往往需要收集起数量较多的一批样品来进行统一分析检测，所以检测周期较长。目前，医院里使用的大型自动生化分析仪的特点难以满足现场采样分析，快速检测以及患者自测等需求。

pH测量与医学、医药、海洋、环境保护、化工等各个研究领域密切相关，测定溶液pH的方法主要有pH指示剂、pH试纸、pH电极。在人医和动医临床检验中酸碱度(pH值)是一个重要的检验指标，是最常用检测方法为pH 电极。无论对于动物还是人类，在正常生理状态下，血液的酸碱度(pH值) 通常维持在一个范围内，即动脉血pH值稳定在7.35～7.45(平均7.40)之间的稳定状态。体内酸、碱产生过多或不足，都引起血液pH值改变。体内精细的酸碱平衡或内环境稳定是维持基本的生命活动的前提，即使是微小的失衡，也可能在很大程度上影响机体的代谢和重要器官的功能。因此，血液样本pH值的测定，对于酸碱平衡紊乱等疾病的辅助判断和预防有着至关重要的作用。

目前血液pH值临床上多采用血气分析系统来进行测定，血气分析系统一般由电子控制系统、管路系统、电极和测量系统、恒温装置等组成，待测血液样本吸入测量毛细管后，电极进行感测并将其转化为电信号，经放大模数转换后计算机处理并得到测定结果。虽然血气分析仪在临床使用广泛，但是目前各大医院所使用的血气分析体积大、只能在固定检测场所检测、可移动性差，大大降低诊断和治疗的范围与效率，此外，其存在需要专业检验人员操作，操作繁琐，耗时较长和成本昂贵并严格进行日常保养的局限性，同时血气分析仪的pH参比电极和测量电极使用期限较短，易老化，需定期更换新电极。

实用新型内容

现有技术中存在的技术问题是：目前，现有技术中使用的大多采用的血气分析系统主要有以下缺点：临床上所用的血气分析体积大、只能在固定检测场所检测、可移动性差，大大降低诊断和治疗的范围与效率；需专业检验人员操作并严格进行日常的保养工作；结果容易受到血样中的蛋白质的影响，需去蛋白质和换膜；电极易老化，且参比电极易出故障，需定期更换，成本较高；血气分析系统为独立于生化分析仪的设备系统，不能与其他大部分生化项目同时检测，在临床检验时增加了血液样本的使用量。

本实用新型为了解决上述技术问题，具体来说，提出了如下技术方案：

本实用新型提供了一种生化指标检测集成芯片，包括上层(1)，下层(2)，上层与下层水密性地相连，所述上层(1)设置有样品通孔(11)，所述下层 (2)包括样品槽(21)，储液槽(23)，样品废液槽(25)，样品定量槽(28)，微反射面(217)和气孔(210)，所述各槽之间通过流道连接；

其中，所述样品废液槽(25)包括第一废液槽(251)和/或第二废液槽 (252)，或二个以上的废液槽，所述第一废液槽(251)和/或第二废液槽(252) 中，或者二个以上的废液槽预装冻干反应试剂。

优选的，其中，所述上层(1)设置有稀释液通孔(12)，所述下层(2) 还包括稀释液槽(22)，反应检测槽(24)，溢流槽(26)，稀释液定量槽 (27)，混合槽(29)和过渡槽(31)。

优选的，其中，所述样品槽(21)中设置有加样量指示结构(219)，加入样品后，若样品液面齐平或高于加样量指示结构则指示加样量充足。

优选的，其中，所述样品废液槽(25)上设置有直流道(30)，所述直流道(30)与样品废液槽(25)的体积比为1:1-4:1。

优选的，其中，所述芯片还设置有环形流道(212)，其为环形渐变流道，与所述混合槽(29)通过微流道(213)连接。

优选的，其中，所述样品废液槽(25)的直径为0.5-5mm，深度为 0.1-10mm，所述直流道(30)的长度为0.5-5mm，深度为0.1-5mm。

优选的，所述样品废液槽也可以称为样品剩余液槽。

优选的，其中，所述环形流道(212)上设置有缓冲槽(32)。

优选的，其中，所述稀释液槽(22)包括第一稀释液槽(221)和第二稀释液槽(222)，所述第二稀释液槽(222)预装有稀释液。

优选的，其中，所述微反射面(217)位于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的圆周上，并且与反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)一一对应，用于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的光学精确定位。

优选的，所述反应检测槽(24)中预装冻干反应试剂。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型的检测集成芯片与传统检测pH的血气分析仪相比(1)体积小、不需要固定检测场所、可移动性强，大大提高诊断和治疗的效率；(2) 操作简单，无需专业人员操作且保养简单；(3)无需进行去蛋白和换膜相关操作，全血、血浆和血清均可进行pH检测；(4)所用的为基于微流控芯片 ph冻干微球试剂用量低，成本较低，即用即测，极大地减少了检测过程中对各种稀释液、校准液和质控液等液体试剂使用量和不必要的浪费；(5)该微流控芯片可配套多个生化检测项目，试剂组合空间大，血液样本用量低为医院和患者提供了充总的检测选择空间，降低了医院检测样本使用量和患者就医成本，同时也避免了重复性检测，减小医生的工作量。

附图说明

图1a是芯片上层的示意图；

图1b是芯片下层的示意图；

图2是检测不需要稀释的样品的芯片的示意图；

图3是样本与稀释液加入芯片后的状态示意图；

图4是样品与稀释液加入后芯片开始转动的瞬间示意图；

图5是样品进行固液分离和定量、稀释液定量后的示意图；

图6是定量的样品和定量的稀释液在混合槽中混合的示意图；

图7是混合后的溶液通过微流道进入反应检测槽后的示意图；

图8是生化检测过程中的盘片内各部分液体状态示意图；

其中，1-上层，2-下层，11-样品通孔，12-稀释液通孔，21-样品槽，22- 稀释液槽，23-储液槽，24-反应检测槽，25-样品废液槽，26-溢流槽，27-稀释液定量槽，28-样品定量槽，29-混合槽，30-直流道，31-过渡槽，217-微反射面，251-第一废液槽，252-第二废液槽，219-加样量指示结构，213-微流道， 212-环形流道，261-样品溢流槽，262-稀释液溢流槽，263-混合液溢流槽，32- 缓冲槽，221-第一稀释液槽，222-第二稀释液槽，210-气孔。

图9是第一废液槽和第二废液槽的截面图。

具体实施方式

下面根据具体实施例并结合附图对本实用新型的芯片进行详细说明。

本实用新型中，具体而言，提供了一种生化检测集成芯片，包括上层(1)，下层(2)，上层与下层水密性地相连，所述上层(1)设置有样品通孔(11)，所述下层(2)包括样品槽(21)，储液槽(23)，样品废液槽(25)，样品定量槽(28)，微反射面(217)和气孔(210)，所述各槽之间通过流道连接；其中，所述样品废液槽(25)包括第一废液槽(251)和/或第二废液槽(252)，或二个以上的废液槽，所述第一废液槽(251)和/或第二废液槽(252) 中，或者二个以上的废液槽预装冻干反应试剂。

在另一种具体的实施方式中，所述上层(1)设置有稀释液通孔(12)，所述下层(2)还包括稀释液槽(22)，反应检测槽(24)，溢流槽(26)，稀释液定量槽(27)，混合槽(29)和过渡槽(31)。

在另一种具体的实施方式中，所述样品槽(21)中设置有加样量指示结构(219)。

在另一种具体的实施方式中，所述样品废液槽(25)上设置有直流道(30)，所述直流道(30)与样品废液槽(25)的体积比为1:1-4:1。

在另一种具体的实施方式中，所述芯片还设置有环形流道(212)，其为环形渐变流道，与所述混合槽(29)通过微流道(213)连接。

在另一种具体的实施方式中，所述样品废液槽(25)的直径为0.5-5mm，深度为0.1-10mm，所述直流道(30)的长度为0.5-5mm，深度为0.1-5mm。

在另一种具体的实施方式中，所述与混合槽(29)通过微流道(213)连接的环形流道(212)为环形渐变流道。

优选的，其中，所述溢流槽包括样品溢流槽(261)，稀释液溢流槽(262) 和混合液溢流槽(263)。

在另一种具体的实施方式中，所述环形流道(212)上设置有缓冲槽(32)。

在另一种具体的实施方式中，所述稀释液槽(22)包括第一稀释液槽(221) 和第二稀释液槽(222)，所述第二稀释液槽(222)预装有稀释液。

在另一种具体的实施方式中，所述微反射面(217)位于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的圆周上，并且与反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)一一对应，用于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的光学精确定位。

在另一种具体的实施方式中，所述反应检测槽(24)中预装冻干反应试剂。

在另一种具体的实施方式中，所述稀释液槽(22)包括第一稀释液槽(221) 和第二稀释液槽(222)，所述第一稀释液槽(221)和第二稀释液槽(222) 可以通过位于芯片上层的稀释液通孔(12)来添加稀释液，所述第二稀释液槽(222)可预先装有稀释液。

在另一种具体的实施方式中，所述芯片形状可以是圆形、方形、长方形或多边形。优选地，其形状为圆形。

在另一种具体的实施方式中，所述混合槽的作用在于将定量后的样品和稀释液充分混合。

在另一种具体的实施方式中，所述芯片下层的反应检测槽沿圆周均匀分布。

在另一种具体的实施方式中，所述芯片下层的反应检测槽直径介于 0.1mm-10mm。

在另一种具体的实施方式中，所述芯片下层的反应检测槽的深度介于 1mm-10mm。

在另一种具体的实施方式中，反应检测槽位于远离圆心的圆周上，形状可以是圆形、方形、长方形或多边形，优选圆形。

在另一种具体的实施方式中，所述的反应检测槽中都可预装有冻干的反应试剂。

在另一种具体的实施方式中，所述的微反射面宽度介于0.1mm-5mm。

在另一种具体的实施方式中，所述的芯片的原材料为塑料、硅胶、金属、合金、玻璃或硅。可以采用一种材料，也可以采用两种或多种材料来制作。制作方法可以是机械加工、刻蚀、模具铸造等。优选材料是塑料，通过模具注塑方式制作。

本芯片可以用于生物医学检测领域，对人或动物的全血、血浆、尿液、唾液、精液、脊髓、羊水等体液中的多种指标进行全自动化的快速检测；另外，本芯片还可以用于环境检测领域，对环境中的有机或无机污染物进行快速检测；再者，本芯片还可以用于食品安全领域，对食品中的有毒有害物质、细菌、病毒等进行快速检测；同样的，本芯片可以用于制药、化工领域，对各种药品成分、化工产品进行快速检测。

在待检测的样品中如果待检测物浓度较高，可以在芯片上加入样品的同时加入稀释液，若样品中待检测物的浓度合适则只需加样品即可。如血液的生化指标分析，可以在加经过抗凝处理的血液的同时加入稀释液。

本发明中使用的pH冻干反应试剂为酚红冻干溶液的球形冷冻干燥试剂，只要是本领域技术人员根据公知常识可以作为pH检测的试剂均可应用于本发明中。

实施例1：血液pH和血氨检测

如图1a，2所示，该芯片，包括上层1，下层2，上层与下层水密性地相连，上层1设置有样品通孔11，下层2包括样品槽21，储液槽23，样品废液槽25，样品定量槽28，气孔210和微反射面217，各槽之间通过流道连接；所述样品废液槽25包括第一废液槽251和第二废液槽252，所述第一废液槽251预装有用于测量pH的酚红冻干溶液的球形冷冻干燥试剂，第二废液槽252中预装有用于测量血氨的冻干反应试剂。

使用芯片检测操作中，取人血液血清样品，然后从样品通孔11注入样品槽21；芯片置于37摄氏度恒温腔中然后将芯片固定到电机上开始旋转；血液样品在离心力的作用下从样品槽21进入样品定量槽28和储液槽23，多余的血液样品进入第一废液槽251和第二废液槽252，血液样品与第一废液槽251 和第二废液槽252中的pH冻干反应试剂混合溶解；通过第一废液槽251和第二废液槽252一一对应的微反射面217通过光学检验-比色法来测量血液pH和血氨。

实施例2：指示全血样品

如图1a，2所示，该芯片，包括上层1，下层2，上层与下层水密性地相连，上层1设置有样品通孔11，下层2包括样品槽21，储液槽23，样品废液槽25，样品定量槽28和微反射面217，各槽之间通过流道连接；所述样品废液槽25包括第一废液槽251和第二废液槽252，所述第一废液槽251预装有用于测量pH的酚红冻干溶液的球形冷冻干燥试剂。

其中，第一废液槽深度0.5mm，直流道长度10mm，深度0.5mm。

使用芯片检测操作中，取人血液全血样品，然后从样品通孔11注入样品槽21；芯片置于37摄氏度恒温腔中然后将芯片固定到电机上开始旋转；由于离心力的作用，全血中的血细胞及大分子物质会进入到第一废液槽中，通过光学检测方法识别样本类型，全自动生化分析仪提示测试人员添加的样品类型为全血。

实施例3：血液生化检测

如图1、2所示，本发明的芯片，该芯片以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作而成。

该芯片包括上层1，下层2，上层1设置有样品通孔11和稀释液通孔12，下层2设置有样品槽21，稀释液槽22，储液槽23，反应检测槽24，样品废液槽25，溢流槽26，稀释液定量槽27，样品定量槽28，混合槽29，过渡槽 31和微反射面217，所述各槽之间通过流道连接；样品槽21中设置有加样量指示结构219。

样品废液槽25包括第一废液槽251和第二废液槽252，第一废液槽和第二废液槽可用于不经过稀释的样品指标的检测；反应检测槽24可用于需要经过稀释的样品指标的检测；第一废液槽深度4mm，直流道长度10mm，深度 1mm。

在使用该检测集成芯片进行检测的一个实施方式中，例如，在第一废液槽251和第二废液槽252中预装有pH冻干反应试剂，在图2所示的23个反应检测槽24中分别预装有用于检测下述成分与其发生反应的冻干反应试剂，丙氨酸氨基转移酶(ALT)，天门冬氨酸氨基转移酶(AST)，γ-谷氨酞基转移酶(γ-GT)，碱性磷酸酶(ALP)，总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIt)，总蛋白(TP)，白蛋白(Alb)，尿素(Urea)，肌醇(Cr)、尿酸(UA)，葡萄糖(Glu)，总胆固醇(TC)，甘油三酯(TG)，高密度脂蛋白(HDL)、低密度低蛋白(VLDL)，极低密度脂蛋白(LDL)，血清镁(Mg)，血清钾(K)，血清钠(Na)，血清氯(Cl),血清钙(Ca)和血清磷(P)。将芯片放入相应全自动生化分析仪中，运行生化检测程序，进行反应和检测。

溢流槽26包括样品溢流槽261，稀释液溢流槽262及混合液溢流槽263，分别与样品槽21，样品废液槽25及反应检测槽24通过微流道相连。

微反射面217用于对反应检测槽24光学精确定位，微反射面217位于反应检测槽24的圆周上并与反应检测槽24及第一废液槽251和第二废液槽252 一一对应。

使用芯片具体检测操作中，如图3所示，取人血液样品，然后从样品通孔 11注入样品槽21；通过加样量指示结构219判断加样量情况，将稀释液从稀释液通孔12注入稀释液槽22；然后将芯片固定到电机上开始旋转。

如图4和图5所示，芯片置于37摄氏度恒温腔中，电机带动芯片旋转；血液样品在离心力的作用下从样品槽21进入样品定量槽28和储液槽23，多余的血液样品进入第一废液槽251和第二废液槽252，血液样品与第一废液槽251和第二废液槽252中的pH冻干反应试剂混合溶解；通过第一废液槽 251和第二废液槽252一一对应的微反射面217通过光学检验-比色法来测量血液pH。

稀释液在离心力的作用下从稀释液槽22进入稀释液定量槽27，多余的稀释液进入稀释液溢流槽262中；

如图6所示，芯片在电机带动下继续旋转，固液分离后的定量样品(血浆) 从样品定量槽28中经过微流道213进入混合槽29；定量的稀释液经过微流道 213进入混合槽29；电机带动芯片旋转，血浆和稀释液在混合槽29中充分混合。

如图7所示，混合后的液体在离心力作用通过微流道213进入环形流道 212，再通过与各个反应检测槽24相连的发散式径向流道211将反应检测槽 24逐个充满，溶解反应检测槽24中预装的试剂，并开始反应；多余的混合液进入溢流槽263；反应一段时间后芯片经过微反射面217精确定位后进行原位光学检测。

实施例4：稀释液加样方式

如实施例3所述的芯片，所述稀释液槽(22)设置有第一稀释液槽(221) 和第二稀释液槽(222)，其中，位于芯片上层的稀释液通孔(12)用于添加稀释液到第一稀释液槽(221)，所述第二稀释液槽(222)可以预装有稀释液。

实施例5：渐变流道

如实施例3所述的芯片，当混合液通过微流道进入混合槽29通过微流道213连接的环形流道212，该环形流道为圆形渐变流道，其随着远离缓冲槽的方向离圆心越远，使得环形流道中不存留残余的混合液，避免各个检测孔之间的直流道通过残留的液体联通，使得检测结果更准确，环形流道上设置有缓冲槽可以起到缓冲混合液中可能存在的对检测结果有影响的成分的作用。

实施例6：水质检测

以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作芯片，并在反应检测槽24 中预装用于检测水中有机物(如苯酚)、重金属离子(如铅、铜、铁)、农药残留(如有机磷)的试剂。取1毫升水样加入到样品槽21中。如果需要稀释则将稀释液注入稀释槽22。把芯片固定在电机上，启动电机开始旋转。样品输送、分离、反应检测等步骤与实施例3类似。

实施例7：食品卫生检测

以透明塑料为原料，通过模具注塑的方式制作芯片，并在反应槽24中预装用于检测食品中微生物(如大肠杆菌)、添加剂(如糖化酶制剂)、农药残留(如有机磷、氨基甲酸酯农药)、污染物(如无机砷、甲醛、氰化物、亚硝酸盐)、蛋白质等的试剂。对于液态样品可以直接取样加入到芯片中。固体样品需粉碎，再加液体溶解，然后加入到芯片中。特殊的还可以用到各种萃取技术把待测物质从食品中提取后，再加入到芯片检测。检测方法同实施例3。

以上所述仅为本实用新型较佳实施例，并不用于局限本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均需要包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生化指标检测集成芯片，包括上层(1)，下层(2)，上层与下层水密性地相连，所述上层(1)设置有样品通孔(11)，所述下层(2)包括样品槽(21)，储液槽(23)，样品废液槽(25)，样品定量槽(28)，微反射面(217)和气孔(210)，所述样品槽(21)，储液槽(23)，样品废液槽(25)和样品定量槽(28)之间通过流道连接；

其特征在于，所述样品废液槽(25)包括第一废液槽(251)和/或第二废液槽(252)，或二个以上的废液槽，所述第一废液槽(251)和/或第二废液槽(252)中，或者二个以上的废液槽预装冻干反应试剂。

2.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述上层(1)设置有稀释液通孔(12)，所述下层(2)还包括稀释液槽(22)，反应检测槽(24)，溢流槽(26)，稀释液定量槽(27)，混合槽(29)和过渡槽(31)。

3.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述样品槽(21)中设置有加样量指示结构(219)。

4.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述样品废液槽(25)上设置有直流道(30)，所述直流道(30)与样品废液槽(25)的体积比为1:1-4:1。

5.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述芯片还设置有环形流道(212)，其为环形渐变流道，与所述混合槽(29)通过微流道(213)连接。

6.根据权利要求4所述的芯片，其中，所述样品废液槽(25)的直径为0.5-5mm，深度为0.1-10mm，所述直流道(30)的长度为0.5-5mm，深度为0.1-5mm。

7.根据权利要求5所述的芯片，其中，所述环形流道(212)上设置有缓冲槽(32)。

8.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述稀释液槽(22)包括第一稀释液槽(221)和第二稀释液槽(222)，所述第二稀释液槽(222)预装有稀释液。

9.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述微反射面(217)位于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的圆周上，并且与反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)一一对应，用于反应检测槽(24)，第一废液槽(251)和第二废液槽(252)的光学精确定位。

10.根据权利要求2所述的芯片，其中，所述反应检测槽(24)中预装冻干反应试剂。

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