CN214612440U - 微流控芯片和核酸检测仪 - Google Patents

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孟庆亮
李宁波
杜文超
郑欢
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Abstract

一种微流控芯片,该微流控芯片包括控制板和设置于控制板上的盖板,控制板与盖板之间形成有通道,检测液在通道内移动,通道包括相连通的存储区、反应区、定量区和检测液输出区,存储区和检测液输出区均与外界连通;盖板包括加热区和取像窗,加热区对应反应区设置,取像窗对应定量区设置,检测液在定量区内被定量检测。本实用新型提供的微流控芯片将多种功能区域集成在一个芯片内,能实现多种功能;液珠通过驱动回路实现在不同区域内的转移,可以根据实际需求灵活选择移动路径;整体结构简单,能够实现微量检测样本的反应,节约检测样本用量,降低成本。另,本实用新型还提供了一种核酸检测仪。

Description

微流控芯片和核酸检测仪
技术领域
本实用新型涉及建库设备技术领域,尤其涉及一种微流控芯片和核酸检测仪。
背景技术
数字微流控芯片是基于液滴操作的芯片实验室系统。液滴在带有一组绝缘电极的平台上分配、移动、存储、混合、反应及分析,利用液滴在疏水化表面的介电润湿现象,通过控制微电极阵列上液滴接触角变化,实现离散液滴的精确控制。
目前的数字微流控芯片大多功能区域单一,在一个芯片上较难实现多种试剂和样本的分配、移动、存储、混合、反应及结果分析等功能。
实用新型内容
为解决现有技术以上至少一不足之处,有必要提供一种微流控芯片。
另,本实用新型还提供了一种应用上述微流控芯片的核酸检测仪。
本实用新型提供了一种微流控芯片,该微流控芯片包括控制板和设置于该控制板上的盖板,该控制板与该盖板之间形成有通道,检测液在该通道内移动,该通道包括相连通的存储区、反应区、定量区和检测液输出区,该存储区和该检测液输出区均与外界连通。该盖板包括加热区和取像窗,该加热区对应该反应区设置,该取像窗对应该定量区设置,该检测液在该定量区内被定量检测。
本申请实施方式中,该盖板对应该存储区和该检测液输出区设置有储液槽,该储液槽远离该控制板一侧的底部设置有通孔,该存储区和该检测液输出区通过该通孔与外界连通。
本申请实施方式中,该加热区包括加热电阻和导热层,该反应区的边缘设置有隔离区,该隔离区用于容纳该加热电阻,该导热层对应该反应区设置。
本申请实施方式中,该控制板包括基板和设置于该基板上的驱动回路,该驱动回路包括多个呈阵列排布的驱动电极以及与多个驱动电极电性连接的控制电极,部分该驱动电极设置于该存储区、该反应区、该定量区以及该检测液输出区。
本申请实施方式中,该存储区和该反应区均包括至少一开口,每一该开口处均设置有至少一该驱动电极。
本申请实施方式中,该控制板还包括靠近该盖板一侧且对应该通道设置的介质层,该介质层覆盖该驱动回路。
本申请实施方式中,该控制板与该盖板之间设置有第一支撑层,该第一支撑层的两表面分别与该盖板和该控制板接触,该盖板、该控制板和该第一支撑层之间共同形成该通道。
本申请实施方式中,该通道内设置有多个第二支撑层,多个该第二支撑层的两表面分别与该盖板和该控制板接触,多个该第二支撑层将该通道区分为该存储区、该反应区、该定量区和该检测液输出区。
本申请实施方式中,该存储区包括低温存储区、高温存储区、样本纯化区和废液存储区。
本实用新型还提供一种核酸检测仪,包括如上所述的微流控芯片、与该取像窗对应的图像采集器以及与该图像采集器信号连接的主机。该图像采集器用于采集该定量区内检测液的荧光照片。该主机用于获取该荧光照片并对该荧光照片进行分析。
相较于现有技术,本实用新型提供的微流控芯片将多种功能区域集成在一个芯片内,能实现多种试剂和样本的分配、移动、存储、混合及反应等,同时还能方便采集检测液的荧光照片及检测液输出;液珠通过驱动回路实现在不同区域内的转移,可以根据实际需求灵活选择移动路径;整体结构简单,能够实现微量检测样本的反应,节约检测样本用量,降低成本。
附图说明
图1是本实用新型一实施方式提供的微流控芯片的爆炸结构示意图。
图2是本实用新型一实施方式提供的微流控芯片的简化剖面图。
图3是本实用新型一实施方式提供的微流控芯片中盖板的结构示意图。
图4是本实用新型一实施方式提供的微流控芯片中控制板的结构示意图。
图5是本实用新型一实施方式提供的核酸检测仪的结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002941052070000031
Figure BDA0002941052070000041
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。
需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
以下所描述的系统实施方式仅仅是示意性的,所述模块或电路的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
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“及/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。
请参阅图1至图4,为本实用新型实施例提供的一种微流控芯片100,该微流控芯片100可以用于进行核酸样本的建库。该微流控芯片100包括控制板1和设置于该控制板1上的盖板2,该控制板1与该盖板2之间形成有通道3,该通道3包括相连通的存储区31、反应区32、定量区33以及检测液输出区34。其中,该存储区31用于多种试剂、样本及废液等的存储。该反应区32用于使试剂和样本混合并反应形成检测液a,所述检测液a以液珠的形式在通道3内移动,一般该检测液a是PCR扩增后的具有荧光特性纳米微球。该检测液a移动到该定量区33被定量检测。该检测液输出区34用于存储从该定量区33移动出来的检测液a,待后续检测取用。该存储区31与该检测液输出区34通过设置于该盖板2上的通孔21与外界连通。该盖板2对应该反应区32设置有加热区22,该加热区22用于为该反应区32加热。该盖板2对应该定量区33设置有取像窗23,通过该取像窗23可以采集定量区33处检测液a的荧光信号。该微流控芯片100用于对核酸样本和试剂进行存储、移动、混合、反应形成检测液a,并对该检测液a进行定量和输出。其中,核酸样本、试剂以及检测液a在该微流控芯片100中不同区域之间均是以液珠的形式进行移动的。
请参阅图1、图2与图4,该控制板1包括基板11和设置于该基板11靠近该盖板2一侧的驱动回路12以及设置于该基板11靠近该盖板2一侧表面的介质层13,该介质层13覆盖该驱动回路12。该驱动回路12用于根据实际需要驱动相应的液珠按照固定的移动路径进行移动。该驱动回路12包括多个呈阵列排布的驱动电极121以及与多个驱动电极121电性连接的控制电极122。该驱动回路12的驱动电极121对应该存储区31、该反应区32、该定量区33以及该检测液输出区34设置。控制电极122可以与连接器(图未示)电性连接进而连接外界电源。利用介电润湿原理,该控制电极122能够选择性开启或停止某个驱动电极121,从而控制液珠在通道3内上述的各区域内按预定的路径移动。
本实施方式中,该介质层13具有绝缘和疏水的特性,从而保证液珠在通道3内顺畅移动,而且可以避免液珠在移动过程中破裂。
本实施方式中,该介质层13可以为聚四氟乙烯涂层。
本实施方式中,该基板11可以是塑料板或玻璃板。
本实施方式中,该驱动回路12可以通过蚀刻或印刷的方式形成于基板11的表面,也可以通过直接在基板11的表面贴附金属片形成。
本实施方式中,该驱动电极121大致为矩形结构。
请参阅图2,该控制板1与该盖板2之间设置有第一支撑层4,该第一支撑层4的两侧分别与该盖板2和该控制板1接触,该盖板2、该控制板1和该第一支撑层4之间共同形成该通道3。
本实施方式中,该通道3的厚度通常控制在微米级及以下,其加载效果良好(试剂及样本消耗量较少,有助降低成本,且加载效率高);当厚度偏大时,也可实现加载功能,但加载效果会不够理想。
本实施方式中,该第一支撑层4可以是双面胶。该第一支撑层4的厚度直接影响通道3的流量,应具有良好的一致性,使盖板2和控制板1之间有均匀的间隙。具体地,第一支撑层4可以是以聚酰亚胺、聚氯乙烯等聚合物为基膜,硅胶、橡胶等为粘合剂的双面胶带。该第一支撑层4能够使该通道3达到密封要求。
本实施方式中,该第一支撑层4设置于该盖板2和该控制板1相对应的四周边缘。
请参阅图1、图3与图4,该通道3内设置有多个第二支撑层5,多个该第二支撑层5的两侧分别与该盖板2和该控制板1接触,多个该第二支撑层5将该通道3区分为存储区31、反应区32、定量区33以及检测液输出区34。
本实施方式中,该第二支撑层5可以是与盖板2相同材质,一体成型。
本实施方式中,该第二支撑层5还可以是双面胶。
本实施方式中,该第二支撑层5可以是以聚酰亚胺、聚氯乙烯等聚合物为基膜,硅胶、橡胶等为粘合剂的双面胶带。
本实施方式中,该第二支撑层5的厚度与该第一支撑层4的厚度一致。
请参阅图2与图3,该通道3内还设置有定位柱7,该定位柱7的两端分别与控制板1和盖板2接触,该定位柱7的厚度与该第一支撑层4和第二支撑层5的厚度相等。该定位柱7起到支撑的作用,避免盖板2或控制板1被挤压导致通道3各处的厚度不一致。
请参阅图1与图3,该盖板2包括盖板本体24,该通孔21、该加热区22以及该取像窗23均设置于该盖板本体24上。
本实施方式中,该取像窗23为透明窗。
本实施方式中,该盖板本体24对应该存储区31和该检测液输出区34背离该控制板一侧凹陷形成储液槽25。由于通道3的厚度较小,相应的存储能力不足,因此该储液槽25的设置可以扩大试剂、样本或检测液的存储空间。
本实施方式中,该通孔21设置于该储液槽25远离该控制板1的底部且贯穿该盖板本体24设置,具体地,可以采用移液枪(图未示)通过该通孔21向存储区31或该检测液输出区34内加液,或从该存储区31或该检测液输出区34内取液。
请再次参阅图1与图3,该加热区22包括设置于该盖板本体24靠近该通道3一侧的加热电阻(图未示)以及导热层(图未示)。该加热电阻用于为该反应区32进行加热。该导热层对应该反应区32设置,该导热层用于使该反应区32的加热更均匀。
本实施方式中,该反应区32的边缘对应该加热电阻设置有保护槽6,该保护槽6用于容纳该加热电阻,为该加热电阻提供避空位,避免该加热电阻与反应区32内的液珠接触。
本实施方式中,该保护槽6通过该第二支撑层5围设形成。
请参阅图3与图4,可以根据实际需要设置多个存储区31、多个反应区32以及多个检测液输出区34,可以同时进行多个平行反应,提高该微流控芯片100的建库效率。
请再次参阅图3与图4,该存储区31包括低温存储区311、常温存储区312、样本纯化区313以及废液存储区314。可以通过对应的通孔21向低温存储区311和常温存储区312中加入试剂,其中该低温存储区311用于对试剂进行低温存储,该常温存储区312用于对试剂进行常温存储。可以通过对应的通孔21向该样本纯化区313中加入核酸样本,并在该区域对核酸样本进行磁珠纯化。该废液存储区314用于存储该微流控芯片100使用过程中产生的废液,并通过对应的通孔21将废液取出。
请再次参阅图3与图4,该低温存储区311、常温存储区312和反应区32包括用于液珠进出的开口35。由于上述三个区域内的液体量较多,为了防止在无需液珠转移的情况下液体流出,该驱动回路12对应每一开口35均设置一阀门123,该阀门123的开合用于实现液珠进出或被拦截在相应的区域内。其中该阀门123包括一个或多个驱动电极121,通过给该阀门123通电,以使液珠能够正常穿过该开口35;通过将该阀门123断电后,以使液珠无法通过该开口35,从而被拦截在相应区域内。
请参阅图5,本申请还提供了一种核酸检测仪200,该核酸检测仪200包括如上所述的微流控芯片100、图像采集器201以及主机202。该图像采集器201与取像窗23对应,用于采集定量区33处检测液a的荧光照片,并将该荧光照片传输至主机202。该主机202用于接收该图像采集器201传输的荧光照片并分析该荧光照片得出检测结果。
本实施方式中,该主机202可以分析该荧光照片的荧光信号分布和荧光信号强度,实现对检测液a中核酸分子的定性和定量分析。
请参阅图5,结合参阅图1至图4,本申请提供的核酸检测仪200可以根据具体的需要灵活运用,从而实现多种用途,具体地,下面以核酸建库的过程为例来说明该核酸检测仪200的使用过程。
第一步,向低温存储区311和常温存储区312分别注入核酸建库所需要的试剂,向样本纯化区313内注入核酸样本。
第二步,样本纯化区313通过磁珠纯化将核酸样本进行纯化处理,将纯化后的检测样本以液珠的形式移动至反应区32,同时将纯化分离的废液移动至废液存储区314。
第三步,分别从低温存储区311和常温存储区312向反应区32内加入核酸扩增所需要的试剂。
第四步,核酸样本与试剂在反应区32混合并进行PCR扩增反应,形成纳米微球。
其中PCR扩增反应后,核酸分子会与荧光试剂或DNA探针结合,进而具有荧光特性。
第五步,形成的纳米微球移动至定量区33,通过图像采集器201采集定量区33处纳米微球的荧光照片。
第六步,主机202获取该荧光照片并分析荧光照片中的荧光信号分布以及荧光信号强度,通过荧光信号的分布来确定核酸样本中是否含有目标核酸分子,通过荧光信号的强度进一步确定该目标核酸分子的含量。
相较于现有技术,本实用新型提供的微流控芯片将多种功能区域集成在一个芯片内,能实现多种试剂和样本的分配、移动、存储、混合及反应等,同时还能方便采集检测液的荧光照片及检测液输出;液珠通过驱动回路实现在不同区域内的转移,可以根据实际需求灵活选择移动路径;整体结构简单,能够实现微量检测样本的反应,节约检测样本用量,降低成本。

Claims (10)

1.一种微流控芯片,其特征在于,包括控制板和设置于所述控制板上的盖板,所述控制板与所述盖板之间形成有通道,检测液在所述通道内移动,所述通道包括相连通的存储区、反应区、定量区和检测液输出区,所述存储区和所述检测液输出区均与外界连通;
所述盖板包括加热区和取像窗,所述加热区对应所述反应区设置,所述取像窗对应所述定量区设置,所述检测液在所述定量区内被定量检测。
2.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述盖板对应所述存储区和所述检测液输出区设置有储液槽,所述储液槽远离所述控制板一侧的底部设置有通孔,所述存储区和所述检测液输出区通过所述通孔与外界连通。
3.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述加热区包括加热电阻和导热层,所述反应区设置有隔离区,所述隔离区用于容纳所述加热电阻,所述导热层对应所述反应区设置。
4.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述控制板包括基板和设置于所述基板上的驱动回路,所述驱动回路包括多个呈阵列排布的驱动电极以及与多个驱动电极电性连接的控制电极,部分所述驱动电极设置于所述存储区、所述反应区、所述定量区以及所述检测液输出区。
5.如权利要求4所述的微流控芯片,其特征在于,所述存储区和所述反应区均包括至少一开口,每一所述开口处均设置有至少一所述驱动电极。
6.如权利要求4所述的微流控芯片,其特征在于,所述控制板还包括靠近所述盖板一侧且对应所述通道设置的介质层,所述介质层覆盖所述驱动回路。
7.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述控制板与所述盖板之间设置有第一支撑层,所述第一支撑层的两表面分别与所述盖板和所述控制板接触,所述盖板、所述控制板和所述第一支撑层之间共同形成所述通道。
8.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述通道内设置有多个第二支撑层,多个所述第二支撑层的两表面分别与所述盖板和所述控制板接触,多个所述第二支撑层将所述通道区分为所述存储区、所述反应区、所述定量区和所述检测液输出区。
9.如权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述存储区包括低温存储区、高温存储区、样本纯化区和废液存储区。
10.一种核酸检测仪,其特征在于,包括如权利要求1-9任一项所述的微流控芯片、与所述取像窗对应的图像采集器以及与所述图像采集器信号连接的主机;
所述图像采集器用于采集所述定量区内检测液的荧光照片;
所述主机用于获取所述荧光照片并对所述荧光照片进行分析。
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CN114308152A (zh) * 2021-12-13 2022-04-12 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种数字微流控芯片及其制备方法与应用

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