CN215493304U - 一种全血处理及检测微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全血处理及检测微流控芯片，涉及医用体外诊断设备领域，该微流控芯片主要包括薄膜层、流体通道层和圆盘标准三电极，该薄膜层与流体通道层的上部键合在一起，该流体通道层设置有缓冲液槽、进样槽、全血分离混合通道、血浆收集通道、检测通道、废液池、抽气口、卡槽，该圆盘标准三电极通过粘贴固定在流体通道层的卡槽位置。本实用新型具有以下技术效果：微流控芯片可直接对全血进行红细胞和血浆的分离，将分离出的血浆收集并进行电化学检测，整个过程减少了全血前处理的步骤，大大缩短了检测时间，提高了检测效率。

Description

一种全血处理及检测微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及医用体外诊断设备领域，具体涉及一种快速全血检测微流控芯片。

背景技术

微流控芯片(Microfluidic chip)，又称芯片实验室(Lab on a chip)，最早是在20世纪90年代提出，该技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本单元集成到一块微尺度芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料等学科交叉的崭新研究领域。现有的众多微流控芯片功能单一，结构简单，在实际应用中还存在较大问题。

Kuan D H,Wang I S,Lin J R,et al.A microfluidic device integratingdual CMOS polysilicon nanowire sensors for on-chip whole blood processing andsimultaneous detection of multiple analytes[J].Lab on A Chip,2016,16(16):3105.文献中提到，在现实血液检测中，都要对抽取的新鲜血液加入抗凝血剂后再放入离心机高速离心，取出上层清液血浆进行后续检测。离心机体积笨重，离心所需时间长，全血前处理程序复杂，导致检测效率低，这在遇到病人急需血液检测的情况下是非常不利的，所以，开发一种体外快速全血检测芯片具有重大的意义和广阔的应用前景。

实用新型内容

针对现有技术的不足之处，本实用新型提供了一种微流控芯片，利用微流控优势集成了多种结构与功能，免去复杂的前处理步骤，直接注入待测血样，在芯片内完成混合、分离、检测、回收等过程。

本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。

一种全血处理及检测微流控芯片，包括薄膜层、流体通道层；所述流体通道层设有多个槽和通道；

所述多个槽中包括缓冲液槽、进样槽和检测槽；所述多个通道中包括全血分离混合通道和血浆收集通道；所述流体通道层用薄膜层封装，通过刺破所述薄膜层向所述进样槽输入待测血液，待测血液与缓冲液槽中的缓冲液混合；

所述待测血液流入全血分离混合通道后分离待测血液中的红细胞和血浆，血浆流入血浆收集通道，所述血浆收集通道与检测槽连通。

优选的，所述全血分离混合通道结构为蛇形，并设有坝结构。

优选的，所述检测槽包括检测通道和圆盘标准三电极，血浆流入检测通道后与圆盘标准三电极直接接触，对血浆进行电化学检测。

优选的，所述圆盘标准三电极固定在流体通道层的卡槽上。

优选的，所述流体通道层还包括废液池，所述全血分离混合通道和检测通道均与废液池连通。

优选的，所述流体通道层内设置有抽气口，抽气口与液体驱动装置连接用于驱使液体流动。

优选的，所述液体驱动装置为气泵。

优选的，所述废液池通过防回流U形通道与血浆收集通道、检测通道、抽气口连接。

优选的，所述血浆收集通道包括多根流道，血浆经过多根流道后汇入检测通道。

优选的，所述缓冲液槽与进样槽之间通过管道连接。

优选的，为了后续检测和观察的方便，所述的薄膜层应是透明或半透明的，或者至少在仪器检测或观察的部分是透明或半透明的，其中全透明的PET薄膜最佳。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型可以将全血混合、分离、检测、回收等功能集成在一张微流控芯片上，利用圆盘标准三电极的电化学检测方法，可以大大缩短全血检测时间，提高检测效率，满足对快速体外检测医疗设备的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型全血处理和检测微流控芯片的整体结构示意图；

图2是本实用新型微流控芯片流体通道层和圆盘标准三电极俯视示意图。

图3是本实用新型微流控芯片流体通道层背面卡槽结构示意图。

图4是本实用新型圆盘标准三电极结构示意图。

图例说明：

1、薄膜层；2、流体通道层；3、圆盘标准三电极；2-1、缓冲液槽；2-2、进样槽；2-3、全血分离混合通道；2-4、血浆收集通道；2-5、检测通道；2-6、废液池；2-7、抽气口；2-8、卡槽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但本实用新型的技术范围不限于这些实施例。

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1、图2、图3所示，本实用新型全血处理和检测微流控芯片，包括薄膜层1、流体通道层2以及圆盘标准三电极3，所述的薄膜层1与所述流体通道层2通过热压键合或双面黏胶相结合。所述流体通道层2内部设置有缓冲液槽2-1、进样槽2-2、全血分离混合通道2-3、血浆收集通道2-4、检测通道2-5、废液池2-6、抽气口2-7；所述圆盘标准三电极3通过流体通道层2背面上的卡槽2-8与流体通道层2紧密结合在一起。

所述圆盘标准三电极3通过黏胶固定在所述流动通道层2的卡槽2-8位置。选用黏胶类型为压敏型或光敏型。

所述缓冲液槽2-1预先将定量缓冲液储存在槽中；缓冲液槽2-1的体积容量为200-400μL。所述缓冲液槽，会预先注入约300μLPBS缓冲液，并用薄膜层封装。

所述进样槽2-2用于待测血液进样；进样槽2-2通过注射器刺破所述薄膜层1注射进样，进样体积量为10-30μL。

所述全血分离混合通道2-3用于将进样全血与预存缓冲液混合均匀，并且分离全血样品中的红细胞和血浆；全血分离混合通道2-3结构为蛇形，通道高度与宽度之比小于3，并设有坝结构，坝高度小于通道高度。

作为一种优选的例子，全血分离混合通道2-3通道宽度为1mm，高度为2mm，坝的高度为1.5mm。

全血分离混合通道利用马蹄涡流效应对缓冲液和血样进行充分均匀的混合，同时将红细胞通过撞击粘附在通道壁上进行吸附分离，使血浆进入下一部分。

所述血浆收集通道2-4用于收集分离出的血浆并汇集到下一处通道，具体是利用Zweifach–Fung效应对在流动过程中受到较大剪切力的红细胞进行二次分离，并对血浆进行收集。血浆收集通道2-4宽度为0.1-0.2mm，高度为0.2-0.3mm。

所述血浆收集通道2-4呈直角曲形。

所述检测通道2-5是对收集到的血浆进行分析检测；检测通道2-5与所述的圆盘标准三电极3构成一个检测槽，待测血浆与三电极表面直接接触，通过连接电化学工作站进行电化学检测分析。

流体通道层2是通过3D光固化打印制成的，所用材料是光敏树脂。

所述废液池2-6是对分离出的红细胞和检测完的血浆进行回收，保证所有液体在微流控芯片液路内部，不会泄漏进而污染环境。

所述抽气口2-7用于整个流道流体的输送控制，通过外接气泵抽气营造负压环境，调节流体流速；

所述卡槽2-8是固定所述圆盘标准三电极3。

所述流体通道层2的缓冲液槽预存有缓冲液。

所述抽气口外接有气泵提供流体流动的动力并控制流动速度。

作为一种优选的例子，所述薄膜层1材料为PET材料，所述PET薄膜层的厚度为0.3mm，呈透明状；所述薄膜层是根据流体通道层大小进行切割得到。

作为一种优选的例子，所述圆盘标准三电极3的电化学检测方法包括但不限于CV、DPV、SWASV等方法。

如图4所示，所述圆盘标准三电极3工作电极为金电极、铋膜电极或石墨烯电极，对电极为铂电极，参比电极为银/氯化银电极，其中工作电极几何面积为27mm²。

整个流体通道层是在三维设计软件上绘制完成后导入3D打印机进行光固化打印制作，然后分别与薄膜层、圆盘标准三电极进行结合，从而组成整个微流控芯片结构。

流体通道层预先在无水乙醇中超声清洗10分钟，去除表面污渍，然后用去离子水清洗3遍，接着在60摄氏度烘箱内真空干燥后置于玻璃器皿中保存。

薄膜层选用进口美国3M半透明PET单层胶带，经过模切之后与流体通道层上表面紧密贴合，做到膜内无气泡生成。

通过注射器针尖刺破进样槽上方薄膜层，将待测血液注射进入，接着刺破缓冲液槽上方薄膜层；所述缓冲液是磷酸-磷酸盐溶液，或醋酸-醋酸盐溶液。

将抽气口与外接气泵连接，启动抽气气泵，抽走微流控芯片内空气，制造负压环境，驱使液体流动。

缓冲液槽与进样槽通过一段5mm主通道连接，气泵启动至稳定后，负压环境形成后，缓冲液会通过主通道进入进样槽与待测血液初步混合。

缓冲液与血液混合液进入全血分离混合通道，进行二次混合，过程中红细胞粘附在通道壁上，实现红细胞与血浆的分离。

混合液从全血分离通道流出后经过一段约15mm长主通道，主通道侧边连接有由5根平行等间距窄小通道构成的血浆收集通道，对血浆进行分流收集，主通道内剩余的混合液将随着未完全分离的红细胞进入废液池。

血浆从窄小通道流出后汇集进入检测通道，其中检测通道与圆盘标准三电极组成了一个微型的矩形电解池。

血浆流入检测通道稳定后，圆盘标准三电极连接外部电化学工作站，进行电化学检测，经测试完的废液进入废液池。

如图2所示，通过医用注射器抽取10-30μL的待测血液，刺破流体通道层上表面覆盖的薄膜层，将待测全血注入进样槽，接着刺破缓冲液槽上表面薄膜层，抽气口连接外部气泵，抽气营造微流控芯片内负压环境。在负压驱使下，缓冲液进入进样槽与全血混合，接着混合液进入全血分离混合通道，利用蛇形通道形状和坝形结构产生的涡流，发生均匀快速的混合，并且红细胞粘附在通道壁上，导致红细胞和血浆分离。后续液体通过血浆分离通道，利用Zweifach–Fung效应对红细胞和血浆进行二次分离，血浆被收集后流入检测通道，红细胞流入废液池。此时，圆盘标准三电极与外部电化学工作站连接，并与内部检测通道形成检测槽，对血浆进行电化学检测，检测完的血浆稍后流入废液池。

综上所述，本实用新型可以减少全血处理的多项步骤，仅将待测血样注入芯片即可完成对全血的处理与检测，而且使用电化学检测方法也大大提高了检测精度，缩短了检测时间，符合体外快速检测医疗设备的定位要求。除此以外，3D打印的芯片流道精密可靠，提高了制作效率的同事也降低了制作成本，这对于微流控芯片的应用具有重大的意义。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，包括薄膜层（1）、流体通道层（2）；所述流体通道层（2）设有多个槽和通道；

所述多个槽中包括缓冲液槽（2-1）、进样槽（2-2）和检测槽；所述多个通道中包括全血分离混合通道（2-3）和血浆收集通道（2-4）；所述流体通道层（2）用薄膜层（1）封装，通过刺破所述薄膜层（1）向所述进样槽（2-2）输入待测血液，待测血液与缓冲液槽（2-1）中的缓冲液混合；

所述待测血液流入全血分离混合通道（2-3）后分离待测血液中的红细胞和血浆，血浆流入血浆收集通道（2-4），所述血浆收集通道（2-4）与检测槽连通。

2.根据权利要求1所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述全血分离混合通道（2-3）结构为蛇形，并设有坝结构。

3.根据权利要求1所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述检测槽包括检测通道（2-5）和圆盘标准三电极（3），血浆流入检测通道（2-5）后与圆盘标准三电极（3）直接接触，对血浆进行电化学检测。

4.根据权利要求3所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述圆盘标准三电极（3）固定在流体通道层（2）的卡槽（2-8）上。

5.根据权利要求1所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述流体通道层（2）还包括废液池（2-6），所述全血分离混合通道（2-3）和检测通道（2-5）均与废液池（2-6）连通。

6.根据权利要求5所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，

所述流体通道层（2）内设置有抽气口（2-7），抽气口（2-7）与液体驱动装置连接用于驱使液体流动。

7.根据权利要求6所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述液体驱动装置为气泵。

8.根据权利要求5所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述废液池（2-6）通过防回流U形通道与血浆收集通道（2-4）、检测通道（2-5）、抽气口（2-7）连接。

9.根据权利要求3所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述血浆收集通道（2-4）包括多根流道，血浆经过多根流道后汇入检测通道（2-5）。

10.根据权利要求1~9任一项所述的一种全血处理及检测微流控芯片，其特征在于，所述缓冲液槽（2-1）与进样槽（2-2）之间通过管道连接。

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