CN219715200U - 基于微流控的恒温扩增检测装置及其中的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于微流控的恒温扩增检测装置及其中的微流控芯片，属于微流控技术领域。该微流控芯片包括：底板层和与底板层密封配合的盖板层，底板层上设有位于圆心的旋转中心，以及依次连通的样品池、过渡流道、检测单元、平衡流道和废液池，检测单元包括依次连通的过渡池、第一流道、第一反应池、第二流道、第二反应池和第三流道，过渡流道和平衡流道均环绕旋转中心设置，过渡流道较平衡流道靠近旋转中心，检测单元设于过渡流道和平衡流道之间的区域；盖板层上设有加样孔和检测孔，加样孔位置与所述样品池对应，检测孔位置与所述第二反应池对应。该微流控芯片只需搭配简单的机械结构，利用离心力即可在恒温下快速完成核酸RPA扩增和CRISPR准确检测包括病原体在内的多种核酸分子。

Description

基于微流控的恒温扩增检测装置及其中的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，特别是涉及一种基于微流控的恒温扩增检测装置及其中的微流控芯片。

背景技术

随着检测技术的发展，目前的检测芯片可使用微流控技术，完成不同生化反应，达到检测的需求。常规的测试芯片有盘状，片状和卡盒状等。而微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。

微流控检测技术中，盘状离心式芯片由于其可由单个电机带动，具有驱动结构较简单，避免繁琐的机械设计，减少机械出错概率，降低仪器造价成本等优势。此类芯片在离心力的驱动下，液体由近圆心处沿径向往外扩散，流入逐渐远离圆心的腔室。具有驱动力简单，液体运动方向明确的特点。

现有的微流控检测芯片，以检测生化指标为主，难以完成复杂度较高的病原体核酸扩增和检测反应流程。而目前用于完成分子检测项目的微流控芯片，一般采用PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)方法，对设备的变温要求高。

RPA扩增(Recombinase Polymerase Amplification,重组酶聚合酶扩增)被认为是可以替代PCR的核酸检测技术。RPA技术主要使用三种酶：能结合单链核酸(寡核苷酸引物)的重组酶、单链DNA结合蛋白(SSB)和链置换DNA聚合酶。这三种酶的混合物在常温下也有活性，最佳反应温度在37℃左右。与PCR相比，RPA是等温扩增，没有对温度变化的要求，不需要仪器使用复杂的变温模块。RPA与另一等温扩增法LAMP(Loop-mediated IsothermalAmplification,环介导等温扩增法)相比，RPA具有需要引物少，反应时间短，试剂易保存，反应温度低，结果准确度高等优点。

但基于恒温扩增技术的分子检测微流控芯片，人工操作步骤较多且通量较低，因为需要容纳多步分子扩增检测反应，设计难度大大提高。所以一次检测的项目较少，且存在成本高、效率低的问题。

CRISPR检测(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)技术具有敏感度高、特异性强、检测时间短、抗干扰性强、开发速度快等特点。可提升扩增检测反应的整体灵敏度。

研究者提出，如可将RPA扩增和CRISPR检测集中到盘状离心式芯片，再利用微流控技术进行控制，可实现核酸检测的微全分析，具有极佳的应用前景。

然而，现有的恒温扩增分子检测微流控芯片，存在准确度低、灵敏度低、控制流程短且不精准的缺点。且如同时检测多项指标时，常规微流控芯片中各项反应易出现进样量不均一，相互干扰和污染的问题。

目前并无一款能够投入实际应用的集合了高通量微流控技术、离心式盘片、RPA扩增和CRISPR检测优点微流控离心式芯片。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种微流控芯片，该微流控芯片只需搭配简单的机械结构，利用离心力，即可在恒温条件下，快速准确完成核酸RPA扩增和CRISPR检测。可应用在多种领域，例如呼吸道感染等病原体分子诊断。

一种微流控芯片，包括：底板层和与所述底板层密封配合的盖板层，所述底板层上设有用于连接旋转轴的旋转中心，以及依次连通的样品池、过渡流道、检测单元、平衡流道和废液池，所述检测单元包括依次连通的过渡池、第一流道、第一反应池、第二流道、第二反应池和第三流道，所述过渡流道和所述平衡流道均环绕所述旋转中心设置，所述过渡流道较所述平衡流道靠近所述旋转中心，所述检测单元设于所述过渡流道和所述平衡流道之间的区域；

所述盖板层上设有加样孔和检测孔，所述加样孔位置与所述样品池对应，所述检测孔位置与所述第二反应池对应。

上述微流控芯片的检测原理为：将待测样品通过所述加样孔注入所述样品池，控制所述微流控芯片旋转，样品流经所述过渡流道进入所述过渡池，量取预定体积；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第一流道进入所述第一反应池，与预埋在第一反应池的反应试剂充分反应；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第二流道进入所述第二反应池，与预埋在第二反应池的反应试剂充分反应，生成检测信号，由检测机构通过所述检测孔读取所述检测信号。而在检测过程中多余的废液，在离心力的作用下依次通过所述第三流道和所述平衡流道进入所述废液池。

该微流控芯片中，以平衡流道连通每个第二反应池，使连通处压强皆相同，有效维持微流控芯片内部整体结构的受力平衡。并将检测孔和平衡流道分别排布在芯片上、下的盖板层和底板层两层，避免了两者之间在空间结构上的相互干扰。

可以理解的，上述微流控芯片采用常规芯片材料制作即可，如PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、PP、PC等聚合物材料均可。对于检测孔位置与第二反应池的对应位置，以信号收集设备能够收集到发生检测反应信号即可，可根据实际应用情况进行调整设置，如将检测孔和第二反应池均设置在由旋转中心向外周延伸射线的竖向剖面上等，即同一反应单元的检测孔和第二反应池对应于同一射线。而旋转中心的设置位置，也可根据该微流控芯片的整体形状进行调整，如该微流控芯片为圆形，则旋转中心可位于所述底板层圆心，如该微流控芯片为扇形，则旋转中心可位于该扇形所匹配圆的圆心等，即仅需根据该微流控芯片的旋转轴进行设置即可。

上述微流控芯片可用于RPA等温扩增和CRISPR检测技术的联合检测中，在第一反应池进行RPA等温扩增，在第二反应池实现CRISPR检测，采用RPA-CRISPR(RPA，RecombinasePolymerase Amplification，重组酶聚合酶扩增；CRISPR，Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats)方法，对设备的温控要求低，只需在40摄氏度左右控温，控制较为简单。

如果没有合适的流道设计，气压不平衡和控制不稳定时，各通道的液体无法均一地流入各自的反应池，照成每个反应体积不可控的差异，将严重影响反应结果，无法保证结果的准确性和可靠性。

而本微流控芯片，具有准确度高、灵敏度高的优势，正是由于本微流控芯片中对各流道和反应池进行了精巧的布局设计，控制流程长，控制了从进液，到RPA、CRISPR的分步骤反应，均可精确控制液体流动。且因为流道的布局精巧，使不同流程和通道间分隔清晰，精准控制液体流动，芯片内不会出现串液等相互干扰的情况，有效避免试剂间污染。

在其中一个实施例中，所述检测单元为若干个，沿所述过渡流道均匀分布，每个所述检测单元均通过所述过渡池与所述过渡流道连通，且均通过所述第三流道与所述平衡流道连通。

通过对各反应池和流道的精准设计，实现了在同一芯片上设置多个检测单元的目的，每个检测单元均可完成一项独立的检测，实现了高通量检测，可将不同检测项目的试剂，如将若干不同病原体检测项目所需的试剂预埋在对应检测单元的第一反应池和第二反应池内，即可实现若干不同病原体的检测，且该芯片内部各检测单元均为独立单元，能有效避免不同项目间污染，而芯片作为整体又具有同一性，可在离心力的驱动下同步完成核酸扩增检测反应。且本微流控芯片不仅具有通量高，能检测反应数量多的特点，还控制了单个反应体积，可仅为10微升，预埋的化学试剂用量少，具有成本低、效率高、易常温保存和运输的优点。

在其中一个实施例中，所述检测孔和第二反应池均设置在由旋转中心向外周延伸射线的竖向剖面上。上述设置有利于后续检测信号的读取。

在其中一个实施例中，所述平衡流道为波浪状圆环设置，且所述波浪状平衡流道在与所述第二反应池相对应的位置向远离圆心方向突出，所述检测孔与所述平衡流道向远离圆心方向突出端重叠。通过该平衡流道的波浪线设计，使其远离圆心方向突出位置与检测孔在竖直方向重叠，能够更好的完成对应每个反应通道的定位。具体而言，该定位功能是根据平衡流道与检测孔感光程度明显区别于芯片其他部位，利用光学传感器识别感光差异，实现芯片在对应检测设备中的精准定位控制。

在其中一个实施例中，所述第三流道与所述平衡流道连通于所述波浪状平衡流道向圆心方向突出位置。连通处设置于与检测孔不同的半径处，既能正常实现连通功能，又不会影响检测孔定位，并且节省空间位置，不需要为不同结构扩大芯片半径。

在其中一个实施例中，所述平衡流道还包括连通流道，所述连通流道一端通过阀门孔与所述废液池连通，另一端与所述平衡流道连通，所述阀门孔的径向通道宽度大于所述连通流道径向通道宽度。通过改变此径向通道宽度，可阻断废液池液体过量时可能发生的虹吸作用，保证剩余样品废液不泄露，且有效避免气溶胶污染。优选的，所述阀门孔的径向通道宽度在连通流道径向通道宽度的5-15倍以上具有较优的切断效果。

在其中一个实施例中，所述第一流道具有S型通路，所述第三流道具有C型通路。上述S型通路用于阻断所述样品从所述过渡池向所述第一反应池流动，采用曲率较大的S型弧度，控制该微流控芯片需在预定转速下才可进入第一反应池。同样的，C型通路用于增加样品流经第三流道进入平衡流道的难度，使样品优先进入第二反应池进行反应，保持检测效果。

并且，第一流道和平衡流道均采用曲率较大的S型和波浪形弧度，能维持芯片内气压平衡和平稳控制液体流动，且保证各通道不会相互干扰。

在其中一个实施例中，所述过渡池、第一反应池和第二反应池按依次远离所述旋转中心的次序设置。上述设置有利于样品优先在过渡池中利用过渡池的体积量取反应所需样品量，再依次进入第一反应池和第二反应池中进行反应。

在其中一个实施例中，所述第一流道出口和所述第三流道入口均设于所述第一反应池近圆心侧，所述第二流道入口设于所述第一反应池远离圆心侧。上述设置有利于样品在离心力的作用下，优先通过所述第二入口进入第二反应池中，待第二反应池填满才通过第三流道进入平衡流道。

在其中一个实施例中，所述样品池设于所述旋转中心与所述过渡流道之间，所述废液池位于所述过渡流道和平衡流道之间。

在其中一个实施例中，所述底板层上还设有底板透气孔，所述盖板层上分别设有与所述底板透气孔对应的盖板透气孔。上述底板透气孔和盖板透气孔均为通气孔，具有维持芯片与大气连通，保持芯片内气压平衡的作用。

在其中一个实施例中，所述底板层厚度为2-5mm，直径为80-150mm，所述过渡流道的孔径为0.8-1.3mm，所述第一流道、第二流道、第三流道和平衡流道的孔径分别独立的选自0.1-0.5mm，所述过渡池的容纳体积为10-40μL，所述第一反应池的容纳体积为20-50μL，所述第二反应池的容纳体积为10-30μL。可以理解的，上述规格尺寸可根据具体反应条件和检测要求调整，但按照上述尺寸规格设计，具有精准控制液体流动，不同反应池和通道间分隔清晰互不干扰，同时减小芯片尺寸的优势。

在其中一个实施例中，所述第一反应池和第二反应池内分别预埋有反应试剂。可以理解的，上述反应试剂根据具体反映要求设置，如第一反应池为新冠核酸RPA扩增反应，则预埋新冠RPA扩增试剂，如第一反应池为结核核酸RPA扩增反应，则预埋结核RPA扩增试剂等，如第二反应池为新冠CRISPR反应，则预埋新冠CRISPR检测试剂，如第二反应池为结核CRISPR反应，则预埋结核CRISPR检测试剂等。

本实用新型还公开了一种基于微流控的恒温扩增检测装置，包括上述的微流控芯片。

上述恒温扩增检测装置，采用上述微流控芯片进行检测，可只需搭配简单的机械结构，利用离心力，即可在恒温条件下，快速完成核酸RPA扩增和CRISPR准确检测包括病原体在内的多种核酸分子。

在其中一个实施例中，该基于微流控的恒温扩增检测装置还包括：

离心机构，包括用于连接所述旋转中心，驱动所述微流控芯片旋转的驱动机构；

加热机构，包括用于对所述检测单元进行加热的热源机构；

检测机构，包括用于读取所述第一反应池和/或第二反应池的反应信号的检测机构；以及

控制机构，包括控制主板，所述控制主板与所述离心机构、加热机构和检测机构电连接或信号连接，用于控制所述离心机构、加热机构和检测机构。

可以理解的，上述检测机构可根据产生的具体信号类型调整，如以采集荧光等光学信号为检测手段，则检测机构为光学检测机构。而读取第一反应池或第二反应池的信号，也是根据具体检测过程中产生信号环节调整即可。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的一种微流控芯片，可用于RPA等温扩增和CRISPR检测技术的联合检测中，在第一反应池进行RPA等温扩增，在第二反应池实现CRISPR检测，采用RPA-CRISPR(RPA，Recombinase Polymerase Amplification,重组酶聚合酶扩增；CRISPR，ClusteredRegularly Interspaced Short Palindromic Repeats)方法，对设备的温控要求低，只需40摄氏度左右，控制简单。

本微流控芯片，具有准确度高、灵敏度高的优势，是由于本微流控芯片中对各流道和反应池进行了精巧的布局设计，控制流程长，控制了从进液，到RPA、CRISPR的分步骤反应，均可精确控制液体流动。且因为流道的布局精巧，使不同流程和通道间分隔清晰，精准控制液体流动，芯片内不会出现串液等相互干扰的情况，有效避免试剂间污染。

并通过第一流道和平衡流道巧妙的设计，采用曲率较大的弧度，能维持芯片内气压平衡和平稳控制液体流动，且保证各通道不会相互干扰。当液体经过过渡池，流经第一流道，在特定转速下进入第一反应池进行充分反应；随后在另一个转速下进入第二反应池独立完成下一个反应。

本微流控芯片集合了高通量微流控技术、离心式盘片、RPA扩增和CRISPR检测的优点。只需搭配简单的机械结构，利用离心力，在恒温条件下，即可快速完成核酸RPA扩增和CRISPR准确检测病原体。并且预埋的化学试剂便于保存和运输。还由于反应在密封的芯片内进行，具有避免气溶胶，减少人工操作，提高检测灵敏度的优势。

附图说明

图1为实施例1中微流控芯片的底板层结构示意图；

图2为实施例1中微流控芯片的盖板层结构示意图；

图3为实施例3中微流控芯片在检测不同步骤中样品溶液位置示意图；

图4为实施例4中微流控芯片结果示意图；

图5为实施例5中微流控芯片结果示意图；

图6为对比例1中微流控芯片底板层结构示意图；

图7为对比例1中微流控芯片盖板层结构示意图；

图8为对比例2中微流控芯片在检测中样品溶液位置示意图；

图9为对比例3中微流控芯片在检测中样品溶液位置示意图。

其中：100、底板层；110、旋转中心；120、样品池；130、过渡流道；141、过渡池；142、第一流道；143、第一反应池；144、第二流道；145、第二反应池；146、第三流道；150、平衡流道；151、连通流道；152、阀门孔；160、废液池；171、第一孔；172、第二孔；200、盖板层；210、加样孔；220、检测孔；231、第三孔；232、第四孔。

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。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

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

一种微流控芯片，包括：底板层100和与所述底板层100密封配合的盖板层200，所述底板层100上设有位于所述底板层100圆心的用于连接旋转轴的旋转中心110，以及依次连通的样品池120、过渡流道130、检测单元、平衡流道150和废液池160。

本实施例中，所述检测单元为30个，每个检测单元均包括依次连通的过渡池141、第一流道142、第一反应池143、第二流道144、第二反应池145和第三流道146，所述过渡流道130和所述平衡流道150均环绕所述旋转中心110设置，所述过渡流道130较所述平衡流道150靠近所述旋转中心110，所述检测单元设于所述过渡流道130和所述平衡流道150之间的区域；且若干个检测单元以过渡流道130为内圆环，以平衡流道150为外圆环，均匀分布于过渡流道130和平衡流道150之间，每个检测单元大体沿底板层100半径方向延伸，有利于样品在离心力的作用下依次进入预设流道和反应池。所述样品池120设于所述旋转中心110与所述过渡流道130之间，所述废液池160位于所述过渡流道130和平衡流道150之间。

具体的，所述过渡池141、第一反应池143和第二反应池145依次远离所述旋转中心110设置。上述设置有利于样品优先在过渡池141中利用过渡池141的体积量取反应所需样品量(即可通过控制该过渡池141的容积控制检测样品量)，再依次进入第一反应池143和第二反应池145中进行反应。

更具体的，所述第一流道142在与所述过渡池141连通端具有S型通路，所述第三流道146具有C型通路(也可称为U型通路，即流道具有180°转向)。上述S型通路用于阻断样品从所述过渡池141向所述第一反应池143流动，采用曲率较大的S型弧度，控制该微流控芯片需在特定转速下才可进入第一反应池143。同样的，C型通路用于增加样品流经第三流道146进入平衡流道150的难度，使样品优先进入第二反应池145进行反应，保持检测效果。

进一步，所述第一流道142出口和所述第三流道146入口均设于所述第一反应池143近圆心侧，所述第二流道144入口设于所述第一反应池143远离圆心侧。上述设置有利于样品在离心力的作用下，优先通过所述第二入口进入第二反应池145中，待第二反应池145填满才通过第三流道146进入平衡流道150。

本实施例中，所述平衡流道150为波浪状圆环设置，且所述波浪状平衡流道150在与所述第二反应池145相对应的位置向远离圆心方向突出，所述检测孔220与所述平衡流道150向远离圆心方向突出端重叠。通过该平衡流道150的波浪线设计，使其远离圆心方向的突出位置与检测孔220在竖直方向重叠，能够更好的完成对应每个反应通道的定位。且所述第三流道146与所述平衡流道150连通于所述波浪状平衡流道150向圆心方向突出位置。连通处设置于与检测孔220不同的半径处，既能正常实现连通功能，又不会影响检测孔220定位，并且节省空间位置，不需要为不同结构扩大芯片半径。

该平衡流道150在与废液池160连通一端还包括连通流道151，所述连通流道151一端通过阀门孔152与所述废液池160连通，另一端与所述平衡流道150连通，所述阀门孔152的径向通道宽度大于所述连通流道151径向通道宽度。通过改变此径向通道宽度，可阻断废液池160液体过量时可能发生的虹吸作用，保证剩余样品废液不泄露，且有效避免气溶胶污染。优选的，本实施例中所述阀门孔152的径向通道宽度在连通流道151径向通道宽度的8倍。

第一流道142和平衡流道150均采用曲率较大的S型和波浪形弧度，能维持芯片内气压平衡和平稳控制液体流动，且保证各通道不会相互干扰。而当气压不平衡和控制不稳定时，各通道的液体无法均一地流入各自的反应池，造成每个反应体积不可控的差异，将严重影响反应结果，无法保证结果的准确性和可靠性。因此，本实施例中第一流道142的S型流道设计和平衡流道150的波浪形设计，对维持芯片内气压平衡和平稳控制液体流动具有较好的效果。

所述盖板层200上设有加样孔210和检测孔220，所述加样孔210位置与所述样品池120对应，所述检测孔220位置与所述第二反应池145对应。本实施例中，所述检测孔220和第二反应池145均设置在由旋转中心110向外周延伸射线的竖向剖面上。

且所述底板层100上还设有底板透气孔，在本实施例中为2个，具体为第一孔171、第二孔172，所述盖板层200上分别设有与所述底板透气孔对应的盖板透气孔，具体为第三孔231、第四孔232。上述底板透气孔和盖板透气孔具有维持芯片与大气连通，保持芯片内气压平衡的作用。

本实施例中，所述底板层100厚度为3mm，直径为120mm，所述过渡流道130的孔径为1.0mm，所述第一流道142、第二流道144、第三流道146和平衡流道150的孔径分别独立的选自0.3mm，所述过渡池141的容纳体积为20μL，所述第一反应池143的容纳体积为40μL，所述第二反应池145的容纳体积为20μL。可以理解的，上述规格尺寸可根据具体反应条件和检测要求调整，但按照上述尺寸规格设计，具有精准控制液体流动，不同反应池和通道间分隔清晰互不干扰，同时减小芯片尺寸的优势。

所述第一反应池143和第二反应池145内分别预埋有反应试剂。可以理解的，上述反应试剂根据具体反映要求设置，如第一反应池143为新冠核酸RPA扩增反应，则预埋新冠RPA扩增试剂，如第一反应池143为结核核酸RPA扩增反应，则预埋结核RPA扩增试剂等，如第二反应池145为新冠CRISPR反应，则预埋新冠CRISPR检测试剂，如第二反应池145为结核CRISPR反应，则预埋结核CRISPR检测试剂等。

上述微流控芯片的检测原理为：将待测样品通过所述加样孔210注入所述样品池120，控制所述微流控芯片旋转，样品流经所述过渡流道130进入所述过渡池141；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第一流道142进入所述第一反应池143，与预埋在第一反应池143的反应试剂充分反应；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第二流道144进入所述第二反应池145，与预埋在第二反应池145的反应试剂充分反应，生成检测信号，由检测机构通过所述检测孔220读取所述检测信号。而在检测过程中多余的废液，在离心力的作用下依次通过所述第三流道146和所述平衡流道150进入所述废液池160。

实施例2

一种基于微流控的恒温扩增检测装置，包括：实施例1的微流控芯片，离心机构，加热机构，检测机构和控制机构。

该离心机构包括用于连接所述旋转中心，驱动所述微流控芯片旋转的驱动机构，例如步进电机、伺服电机等常规驱动电机；

加热机构，包括用于对所述检测单元进行加热的热源机构，如加热丝、加热膜、加热板等，可在1小时内维持温度40摄氏度左右即可；

检测机构，包括用于读取所述第二反应池的反应信号的光学检测机构；

控制机构，包括控制主板，所述控制主板与所述离心机构、加热机构和检测机构电连接或信号连接，用于控制所述离心机构、加热机构和检测机构。

采用上述恒温扩增检测装置进行检测，包括以下步骤：将待测样品通过所述加样孔注入所述样品池，控制所述微流控芯片旋转，样品流经所述过渡流道进入所述过渡池；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第一流道进入所述第一反应池，与预埋在第一反应池的反应试剂充分反应；再控制所述微流控芯片旋转，样品通过所述第二流道进入所述第二反应池，与预埋在第二反应池的反应试剂充分反应，生成检测信号，由检测机构通过所述检测孔读取所述检测信号。而在检测过程中产生多余的废液，在离心力的作用下依次通过所述第三流道和所述平衡流道进入所述废液池。

实施例3

取痰液液化液、肺泡灌洗液、鼻咽拭子样品等类型的样品，以实施例2的检测装置，进行30种病原体的核酸检测，包括以下步骤：

将上述样品经过预处理，取820微升核酸样品通过加样孔，流进样品池，如图3中A所示，图中深色部分为样品溶液。在离心力的驱动下，样品流经过渡流道进入过渡池。每个过渡池量取20微升样品，如图3中B所示，然后通过第一流道大曲率S型弧度流道的控制，在适宜的转速下，液体流入第一反应池，如图3中C所示，通过转速控制流速，当流速过快液体时，样品溶液无法停留在第一反应池进行反应，会提前流入第二反应池；而当流速过慢，样品溶液又无法流入第一反应池完成反应，适宜的转速可通过调整观察液体进程进行调整获得。

样品在第一反应池与预埋的RPA试剂在40摄氏度条件下，充分混匀，反应30分钟。随后在此控制微流控芯片旋转，使样品溶液进入第二反应池，如图3中D所示，与预埋的CRISPR试剂在40摄氏度条件下，完成CRISPR检测反应，反应发出荧光，可通过检测孔被检测机构接收、检测和分析。

废液同样在离心力的作用下，流入废液池，且由于阀门孔的设置，增加了径向通道的宽度，改变了液体在该位置所受离心力的大小，阻断了液体过多时的虹吸作用，能有效保证废液池不漏液，且有效避免了气溶胶污染。

实施例4

一种微流控芯片，与实施例1的芯片相似，不同在于：其中的底板层厚度为2mm，直径为80mm，所述过渡流道的孔径为0.8mm，所述第一流道、第二流道、第三流道和平衡流道的孔径均为0.1mm，所述过渡池的容纳体积为10μL，所述第一反应池的容纳体积为20μL，所述第二反应池的容纳体积为10μL。

采用上述尺寸规则的微流控芯片进行测试，基本可满足实验要求，样本溶液可按照预期程序进入各流道和容纳池，如图4所示。

实施例5

一种微流控芯片，与实施例1的芯片相似，不同在于：其中的底板层厚度为4mm，直径为150mm，所述过渡流道的孔径为1.3mm，所述第一流道、第二流道、第三流道和平衡流道的孔径均为0.5mm，所述过渡池的容纳体积为40μL，所述第一反应池的容纳体积为50μL，所述第二反应池的容纳体积为30μL。

采用上述尺寸规则的微流控芯片进行测试，基本可满足实验要求，样本溶液可按照预期程序进入各流道和容纳池，如图5所示。

对比例1

一种微流控芯片，与实施例1的芯片相似，区别在于：检测孔与流道均在芯片同一面，且检测孔与平衡流道的波浪形突起互相交错，如图6-7所示。

此微流控芯片的定位检测效果差，旋转过程中平衡流道的突出部分会干扰检测孔的准确定位。在误读检测孔的情况下，检测失败，结果不可用。

对比例2

一种微流控芯片，与实施例1的芯片相似，区别在于：流道的尺寸较大，为实施例1流道尺寸的3倍。

液体控制效果较差，第一反应池和第二反应池同时进液，每个检测单元的液体进样量不均一，严重影响反应进行，如图8所示。

对比例3

一种微流控芯片，与实施例1的芯片相似，根据以下离心力的计算公式得到其中检测单元的过渡池、第一反应池和第二反应池的体积，均为实施例1中相应2倍。

Δp_c＝压力差；ρ＝密度；ω＝转速；r＝离圆心距离。

结果如图9所示，过渡池体积的变化，在流道尺寸不变时下，难精准控制液体流动，出现不同反应池进液量不同时、不均匀。而且过渡池的进液量过大，为标准反应体积的两倍，但预埋的反应试剂用量不变，浓度被稀释。检测机构的性能不变的情况下，最终检测荧光值偏低，影响测试分析结果。

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 (15)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：底板层和与所述底板层密封配合的盖板层，所述底板层上设有用于连接旋转轴的旋转中心，以及依次连通的样品池、过渡流道、检测单元、平衡流道和废液池，所述检测单元包括依次连通的过渡池、第一流道、第一反应池、第二流道、第二反应池和第三流道，所述过渡流道和所述平衡流道均环绕所述旋转中心设置，所述过渡流道较所述平衡流道靠近所述旋转中心，所述检测单元设于所述过渡流道和所述平衡流道之间的区域；

所述盖板层上设有加样孔和检测孔，所述加样孔位置与所述样品池对应，所述检测孔位置与所述第二反应池对应。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测单元为若干个，沿所述过渡流道均匀分布，每个所述检测单元均通过所述过渡池与所述过渡流道连通，且均通过所述第三流道与所述平衡流道连通。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测孔和第二反应池均设置在由旋转中心向外周延伸射线的竖向剖面上。

4.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述平衡流道为波浪状圆环设置，且所述波浪状平衡流道在与所述第二反应池相对应的位置向远离圆心方向突出，所述检测孔与所述平衡流道向远离圆心方向突出端重叠。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述第三流道与所述平衡流道连通于所述波浪状平衡流道向圆心方向突出位置。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述平衡流道还包括连通流道，所述连通流道一端通过阀门孔与所述废液池连通，另一端与所述平衡流道连通，所述阀门孔的径向通道宽度大于所述连通流道径向通道宽度。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道具有S型通路，所述第三流道具有C型通路。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，所述过渡池、第一反应池和第二反应池按依次远离所述旋转中心的次序设置。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道出口和所述第三流道入口均设于所述第一反应池近圆心侧，所述第二流道入口设于所述第一反应池远离圆心侧。

10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述样品池设于所述旋转中心与所述过渡流道之间，所述废液池位于所述过渡流道和平衡流道之间。

11.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述底板层上还设有底板透气孔，所述盖板层上设有与所述底板透气孔对应的盖板透气孔。

12.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述底板层厚度为2-4mm，直径为80-150mm，所述过渡流道的孔径为0.8-1.3mm，所述第一流道、第二流道、第三流道和平衡流道的孔径分别独立的选自0.1-0.5mm，所述过渡池的容纳体积为10-40μL，所述第一反应池的容纳体积为20-50μL，所述第二反应池的容纳体积为10-30μL。

13.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一反应池和第二反应池内分别预埋有反应试剂。

14.一种基于微流控的恒温扩增检测装置，其特征在于，包括权利要求1所述的微流控芯片。

15.根据权利要求14所述的基于微流控的恒温扩增检测装置，其特征在于，还包括：

离心机构，包括用于连接所述旋转中心，驱动所述微流控芯片旋转的驱动机构；

加热机构，包括用于对所述检测单元进行加热的热源机构；

检测机构，包括用于读取所述第一反应池和/或第二反应池的反应信号的检测机构；以及

控制机构，包括控制主板，所述控制主板与所述离心机构、加热机构和检测机构电连接或信号连接，用于控制所述离心机构、加热机构和检测机构。