CN219991592U - 用于核酸多重检测的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本公开涉及检测芯片技术领域，提供了一种用于核酸多重检测的微流控芯片，其包括芯片本体，且芯片本体沿自身径向由内向外设有腔室结构；腔室结构包括依次通过液路连接的第一反应腔室、缓冲腔室、混合腔室、预分配腔室和第二反应腔室；第一反应腔室的第一液路阀能够在芯片本体达到第一转速时打开；缓冲腔室与下游连接的液路的第二液路阀能够在芯片本体达到第二转速时打开；混合腔室与下游连接的液路中的虹吸结构能够在芯片本体达到第三转速时产生虹吸作用；预分配腔室与第二反应腔室连接的液路中设有第三液路阀，第三液路阀能够在芯片本体达到第四转速时打开，具有对恒温快速扩增反应兼容性好、对芯片本体的空间利用率高的优点。

Description

用于核酸多重检测的微流控芯片

技术领域

本公开涉及检测芯片技术领域，尤其涉及一种用于核酸多重检测的微流控芯片。

背景技术

现有技术中的微流控检测芯片能够将将样品处理、核酸扩增与检测、检测结果可视化呈递等复杂步骤集成在一起，实现“样本进，结果出”的简易检测流程，而且在完成加入样本步骤后的微流控芯片完全密闭，隔绝了自身内部腔室之间、芯片与外界环境之间的接触，从而避免了由气溶胶污染所导致的不可信的检测结果以及对环境的污染和对操作人员的健康威胁；以具有高特异性和敏感度。基于以微流控芯片为核心的检测设备的核酸检测摆脱了对精密移液装置以及具有较高训练程度的专业人员的依赖，有利于将核酸检测推向普通家庭自检领域。

但是，现有技术中的微流控检测芯片普遍存在有一定的弊端，例如流道缺乏防阻塞设计，一旦有异物阻塞，整个流道就无法正常工作；芯片层与层之间有渗漏风险等问题。

有鉴于此，市面上亟需一种新式的微流控芯片，用于解决现有技术中微流控检测芯片存在的上述问题。

实用新型内容

本公开提供了一种用于核酸多重检测的微流控芯片，用于解决或至少部分地解决现有技术中微流控检测芯片存在的上述技术问题。

本公开提供的用于核酸多重检测的微流控芯片包括芯片本体，且所述芯片本体沿自身径向由内向外设有腔室结构；

所述腔室结构包括依次通过液路连接的第一反应腔室、缓冲腔室、混合腔室、预分配腔室和第二反应腔室；

所述第一反应腔室与下游连接的液路中设有第一液路阀，且所述第一液路阀能够在所述芯片本体达到第一转速时打开；

所述缓冲腔室中具有缓冲液，且与下游连接的液路中设有第二液路阀，所述第二液路阀能够在所述芯片本体达到第二转速时打开；

所述混合腔室中具有冻干试剂，且在与下游连接的液路中设有虹吸结构，所述虹吸结构能够在所述芯片本体达到第三转速时产生虹吸作用；

所述预分配腔室与所述第二反应腔室连接的液路中设有第三液路阀，且所述第三液路阀能够在所述芯片本体达到第四转速时打开。

在一可实施方式中，所述虹吸结构包括V形虹吸管；

所述V形虹吸管沿所述芯片本体的径向由内向外延展设置，且具有与所述混合腔室连接的进液管口、与所述预分配腔室连接的出液管口。

在一可实施方式中，所述混合腔室设置为沿所述芯片本体周向延伸的弧形腔室；

所述进液管口沿所述芯片本体的周向连接于所述弧形腔室的一端；

所述出液管口设置为沿所述芯片本体周向延伸的弧形管口；

所述预分配腔室沿所述弧形管口间隔设置多个，并分别与所述弧形管口导通连接；

所述第二反应腔室与所述预分配腔室一一对应设置。

在一可实施方式中，所述腔室结构还包括连接设置于所述出液管口末端的废液腔室。

在一可实施方式中，所述缓冲腔室还包括位于自身靠近所述芯片本体中心一侧并通过稀释液路连接的稀释液贮存室；

所述稀释液路中设置有所述第一液路阀；

所述稀释液贮存室还设置有用于排气的贮存室排气道以及用于气路保护的贮存室挡板。

在一可实施方式中，所述芯片本体包括沿自身厚度方向相互背对设置的第一工位面和第二工位面；

其中，所述第一反应腔室、所述混合腔室、所述预分配腔室、所述废液腔室和所述第二反应腔室开设于所述第一工位面；

所述缓冲腔室和所述稀释液贮存室开设于所述第二工位面。

在一可实施方式中，所述混合腔室的底壁设有与自身延伸方向垂直的凹凸纹理部；

所述冻干试剂设置于所述凹凸纹理部中的凹陷处。

在一可实施方式中，所述第一反应腔室还包括加样口，所述加样口通过加样液路与所述第一反应腔室导通；

所述第一反应腔室还设置有用于排气的第一排气道以及用于气路保护的第一挡板。

在一可实施方式中，所述腔室结构在所述芯片本体中设置多个，且多个所述腔室结构关于所述芯片本体的中心呈环形阵列设置。

在一可实施方式中，所述芯片本体包括依次层叠密封设置的压敏胶封膜层、第一本体层、第二本体层和进样层；

其中，所述第一本体层和所述第二本体层共同形成所述芯片本体。

本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开的提供的用于核酸多重检测的微流控芯片，通过巧妙设置第一反应腔室、缓冲腔室、混合腔室、预分配腔室和第二反应腔室的位置关系，以及巧妙设计液路连接、通断关系，并且通过测试平台设备来对芯片本体输出不同的实验反应条件及离心转速，使得待测样本液能够依次逐步独立进行RPA反应、缓冲稀释混匀、与冻干试剂溶解混合、预分配以及LAMP扩增反应，具有能够对高灵敏度和高特异性的恒温快速扩增反应兼容、有效避免RPA反应及LAMP反应受到干扰污染、对芯片本体的空间灵活高效利用的有益效果。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例提供的用于核酸多重检测的微流控芯片的结构示意图；

图2示出了本公开实施例提供的用于核酸多重检测的微流控芯片的正视图；

图3示出了图2中A-A向的剖视图；

图4示出了本公开实施例提供的用于核酸多重检测的微流控芯片的背视图；

图5示出了本公开实施例提供的用于核酸多重检测的微流控芯片的步骤流程图；

图6示出了本公开实施例提供的用于核酸多重检测的微流控芯片的爆炸图。

图中标号说明：1、芯片本体；11、压敏胶封膜层；12、第一本体层；13、第二本体层；14、进样层；2、第一反应腔室；21、第一液路阀；22、加样口；23、第一挡板；24、第一排气道；3、缓冲腔室；31、第二液路阀；32、稀释液贮存室；321、贮存室排气道；322、贮存室挡板；4、混合腔室；41、虹吸结构；411、进液管口；412、出液管口；42、凹凸纹理部；5、预分配腔室；51、第三液路阀；6、第二反应腔室；7、废液腔室。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下面将结合附图详细地说明本公开的实施例。

结合图1～图5所示，本公开实施例提供了一种用于核酸多重检测的微流控芯片，其包括芯片本体1，且芯片本体1沿自身径向由内向外设有腔室结构；腔室结构包括依次通过液路连接的第一反应腔室2、缓冲腔室3、混合腔室4、预分配腔室5和第二反应腔室6；第一反应腔室2与下游连接的液路中设有第一液路阀21，且第一液路阀21能够在芯片本体1达到第一转速时打开；缓冲腔室3中具有缓冲液，且与下游连接的液路中设有第二液路阀31，第二液路阀31能够在芯片本体1达到第二转速时打开；混合腔室4中具有冻干试剂，且在与下游连接的液路中设有虹吸结构41，虹吸结构41能够在芯片本体1达到第三转速时产生虹吸作用；预分配腔室5与第二反应腔室6连接的液路中设有第三液路阀51，且第三液路阀51能够在芯片本体1达到第四转速时打开。

该用于核酸多重检测的微流控芯片可具体但不限于用于流感病毒传染病原体及人体突变基因片段等核酸检测，具体以流感病毒核酸检测进行示例说明。

该用于核酸多重检测的微流控芯片中的第一反应腔室2可以具体作为RPA反应腔室(重组酶聚合酶扩增，Recombinase Polymerase Amplification)、第二反应腔室6可以具体作为LAMP反应腔室(环介导等温扩增，Loop-mediated isothermal Amplification)。在具体使用时，首先将待测样本液添加密封到第一反应腔室2，并按照预定的实验条件(例如，将反应温度设定在39℃、反应时间设置为15min)使RPA反应充分进行；然后再通过测试平台设备将芯片本体1加速达到第一转速(例如，可以将第一转速设置为转速为1200rpm，旋转时间3min)，这样第一反应腔室2中RPA反应后的待测样本液便可通过第一液路阀21进入到缓冲腔室3进行缓冲稀释、混匀；接着再通过测试平台设备将芯片本体1加速达到第二转速(例如，可以将第二转速设置为转速为3900rpm，持续旋转)，这样缓冲腔室3中稀释、混匀后的待测样本液便可通过第二液路阀31进入到混合腔室4与冻干试剂进行溶解混合，而且混合后的待测样本液在离心作用下会暂时停留在混合腔室4中，随后再过测试平台设备将芯片本体1调整到第三转速(例如，可以将第三转速设置为转速为300rpm，持续旋转)，此时待测样本液受到的离心作用会大幅降低，从而可以在虹吸结构41的虹吸作用下进入到预分配腔室5；最后再过测试平台设备将芯片本体1调整到第四转速(例如，可以将第四转速设置为转速为3000rpm，持续旋转)，预分配腔室5中的待测样本液便可通过第三液路阀51进入到第二反应腔室6；最终再过测试平台设备将芯片本体1停止转动，并在按照预定的实验条件(例如，将反应温度设定在65℃、反应时间设置为10～30min)使LAMP扩增反应充分进行。

该用于核酸多重检测的微流控芯片通过巧妙设置第一反应腔室2、缓冲腔室3、混合腔室4、预分配腔室5和第二反应腔室6的位置关系，以及巧妙设计液路连接、通断关系，并且通过测试平台设备来对芯片本体1输出不同的实验反应条件及离心转速，使得待测样本液能够依次逐步独立进行RPA反应、缓冲稀释混匀、与冻干试剂溶解混合、预分配以及LAMP扩增反应，具有能够对高灵敏度和高特异性的恒温快速扩增反应兼容、有效避免RPA反应及LAMP反应受到干扰污染、对芯片本体1的空间灵活高效利用、液路通断控制无需外部复杂机构并且能够有效防止液路阻塞的有益效果。

在一可实施方式中，虹吸结构41包括V形虹吸管；V形虹吸管沿芯片本体1的径向由内向外延展设置，且具有与混合腔室4连接的进液管口411、与预分配腔室5连接的出液管口412。

具体的，结合图1和图2进行详细的说明，将虹吸结构41具体设置成一个V形虹吸管，且V形虹吸管沿芯片本体1的径向由内向外延展设置，即图1中V形虹吸管开口朝向芯片本体1的边沿，这样当测试平台设备将芯片本体1加速达到最高的第二转速(具体转速为3900rpm)时，待测样本液在强大离心作用下可以完全被V形虹吸管阻挡在进液管口411处，当测试平台设备将芯片本体1减速达到最低的第三转速(具体转速为300rpm)时，待测样本液受到的离心作用会急剧减小，从而使得待测样本液可以通过进液管口411并越过V形虹吸管的“最内尖端”从出液管口412流出，也即待测样本液可以有效通过虹吸结构41的虹吸作用进入到预分配腔室5。

上述V形虹吸管的具体设置结构，具有结构简单、可以通过控制芯片本体1的实际转速来精准开启或关闭虹吸作用、适用于大规模化生产制造的有益效果。

在一可实施方式中，混合腔室4设置为沿芯片本体1周向延伸的弧形腔室；进液管口411沿芯片本体1的周向连接于弧形腔室的一端；出液管口412设置为沿芯片本体1周向延伸的弧形管口；预分配腔室5沿弧形管口间隔设置多个，并分别与弧形管口导通连接；第二反应腔室6与预分配腔室5一一对应设置。

具体的，结合图1和图2进行详细的说明，将混合腔室4具体设置成沿芯片本体1周向延伸的弧形腔室，这样当芯片本体1在第二转速下转动时，待测样本液在离心作用下能够更均匀的分布于混合腔室4的靠外一侧的腔壁。

将V形虹吸管的出液管口412也设置成沿芯片本体1周向延伸的弧形管口，而且弧形腔室、出液管口412可以具体设置成关于芯片本体1的圆心同心对应设置，另外V形虹吸管的进液管口411的延伸方向可以与出液管口412的延伸方向相反设置，这样能够避免虹吸结构41产生过强的虹吸作用，而且出液管口412与V形虹吸管之间还能形成一个类似“防倒流”的液路结构，使出液管口412中的待测样本液能够更充分的进入到预分配腔室5。

上述混合腔室4、进液管口411及出液管口412的具体设置方式，具有结构简单、能够使待测样本液在离心作用下能够更均匀的分布于混合腔室4，以及防止出液管口412中的待测样本回流的有益效果。

在一可实施方式中，腔室结构还包括连接设置于出液管口412末端的废液腔室7。

具体的，结合图1和图2进行详细的说明，在出液管口412的末端设置一个废液腔室7，这样当出液管口412中的待测样本液将各个预分配腔室5注满后，多余的待测样本液便可以流向出液管口412末端的废液腔室7，通过废液腔室7进行收集，从而避免预分配腔室5出现液压力过大突破第三液路阀51、致使待测样本液过早进入第二反应腔室6的问题。

在一可实施方式中，缓冲腔室3还包括位于自身靠近芯片本体1中心一侧并通过稀释液路连接的稀释液贮存室32；稀释液路中设置有第一液路阀21；稀释液贮存室32还设置有用于排气的贮存室排气道321以及用于气路保护的贮存室挡板322。

具体的，结合图4和图5进一步详细的说明，在缓冲腔室3靠近芯片本体1中心一侧设置一个稀释液贮存室32，并通过稀释液路连接导通连接，而且还在稀释液路中也设置有第一液路阀21，这样当芯片本体1加速达到第一转速时，第一反应腔室2中RPA反应后的待测样本液通过第一液路阀21进入到缓冲腔室3、稀释液贮存室32中的稀释液同时通过稀释液路中的第一液路阀21进入到缓冲腔室3，从而使的稀释液与RPA反应后的待测样本可以进行缓冲稀释、混匀。通过将稀释液放置于稀释液贮存室32，而非直接放置于缓冲腔室3，这样能够避免稀释液未与待测样本稀释混匀直接进入到混合腔室4。

另外，稀释液贮存室32中设置用于排气的贮存室排气道321，能够平衡稀释液贮存室32与缓冲腔室3之间气压差，使稀释液可以更完全充分、更容易地进入到缓冲腔室3；稀释液贮存室32中设置用于气路保护的贮存室挡板322，能够避免稀释液通过贮存室排气道321流出。

在一可实施方式中，芯片本体1包括沿自身厚度方向相互背对设置的第一工位面和第二工位面；其中，第一反应腔室2、混合腔室4、预分配腔室5、废液腔室7和第二反应腔室6开设于第一工位面；缓冲腔室3和稀释液贮存室32开设于第二工位面。

具体的，结合图3进一步详细的说明，将芯片本体1沿自身厚度方向相互背对设置的第一工位面和第二工位面，并且将第一反应腔室2、混合腔室4、预分配腔室5、废液腔室7和第二反应腔室6开设于第一工位面；将缓冲腔室3和稀释液贮存室32开设于第二工位面，这样可以更加充分巧妙的利用芯片本体1的径向空间，使得稀释液贮存室32、第一反应腔室2、缓冲腔室3、混合腔室4、预分配腔室5、废液腔室7和第二反应腔室6可以更加紧凑的沿芯片本体1的径向由内向外排布。

在一可实施方式中，混合腔室4的底壁设有与自身延伸方向垂直的凹凸纹理部42；冻干试剂设置于凹凸纹理部42中的凹陷处。

具体的，结合图1和图2进一步详细的说明，上述凹凸纹理部42的具体形状可以设置成凹凸纹、锯齿纹、波浪纹、鳞片纹等形状，并且将冻干试剂设置于凹凸纹理部42中的凹陷处，这样当稀释混匀后的待测样本液进入到混合腔室4后，待测样本液会与凹凸纹理部42中凹陷处产生激流，并会依次逐渐的与凹凸纹理部42中凹陷处冻干试剂进行溶解，从而使得混合腔室4中的冻干试剂能够更充分、快速、均匀地与待测样本液溶解。

在一可实施方式中，第一反应腔室2还包括加样口22，加样口22通过加样液路与第一反应腔室2导通；第一反应腔室2还设置有用于排气的第一排气道24以及用于气路保护的第一挡板23。

具体的，结合图1和图2进一步详细的说明，在第一反应腔室2中设置一个通过加样液路导通的加样口22，这样可以便捷快速的向第一反应腔室2中添加待测样本液。

另外，第一反应腔室2中设置有用于排气的第一排气道24，这样可以通过第一排气道24来平衡第一反应腔室2与缓冲腔室3之间的气压差，使得第一反应腔室2中待测样本液可以更完全充分地进入到缓冲腔室3；而且用于气路保护的第一挡板23，可以避免待测样本液通过第一排气道24流出。

在一可实施方式中，腔室结构在芯片本体1中设置多个，且多个腔室结构关于芯片本体1的中心呈环形阵列设置。

具体的，结合图1和图2进一步详细的说明，此时是具体将腔室结构在芯片本体1中关于芯片本体1的中心呈环形阵列设置四个，这样可以同时通过四个腔室结构来进行四组待测样本的平行检测，大幅提高该用于核酸多重检测的微流控芯片的检测效率、以及可以有效消除偶然检测误差。

在一可实施方式中，芯片本体1包括依次层叠密封设置的压敏胶封膜层11、第一本体层12、第二本体层13和进样层14；其中，第一本体层12和第二本体层13共同形成芯片本体1。

具体的，结合图6进一步详细的说明，上述的第一本体层12、第二本体层13和进样层14可以具体采用PMMA材料制作(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate)，另外，第一本体层12中的虹吸结构41及液路进行亲水处理，第一本体层12中第一排气道24、贮存室排气道321等气道结构进行疏水处理，另外将LAMP扩增所需的冻干试剂装入混合腔室4，将阴性对照、阳性对照、流感病毒相应的LAMP扩增引物装入第二反应腔室6。第一本体层12与第二本体层13通过双面胶黏合，第二本体层13与进样层14之间通过双面胶黏合，然后再通过热压键将压敏胶封膜层11与第一本体层12进行合机处理即可制成该芯片本体1。

上述芯片本体1的具体结构设置方式，具有结构紧凑简单、可有效避免层体之间渗漏、适用于规模化生产制造的有益效果。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，包括芯片本体(1)，且所述芯片本体(1)沿自身径向由内向外设有腔室结构；

所述腔室结构包括依次通过液路连接的第一反应腔室(2)、缓冲腔室(3)、混合腔室(4)、预分配腔室(5)和第二反应腔室(6)；

所述第一反应腔室(2)与下游连接的液路中设有第一液路阀(21)，且所述第一液路阀(21)能够在所述芯片本体(1)达到第一转速时打开；

所述缓冲腔室(3)中具有缓冲液，且与下游连接的液路中设有第二液路阀(31)，所述第二液路阀(31)能够在所述芯片本体(1)达到第二转速时打开；

所述混合腔室(4)中具有冻干试剂，且在与下游连接的液路中设有虹吸结构(41)，所述虹吸结构(41)能够在所述芯片本体(1)达到第三转速时产生虹吸作用；

所述预分配腔室(5)与所述第二反应腔室(6)连接的液路中设有第三液路阀(51)，且所述第三液路阀(51)能够在所述芯片本体(1)达到第四转速时打开。

2.根据权利要求1所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述虹吸结构(41)包括V形虹吸管；

所述V形虹吸管沿所述芯片本体(1)的径向由内向外延展设置，且具有与所述混合腔室(4)连接的进液管口(411)、与所述预分配腔室(5)连接的出液管口(412)。

3.根据权利要求2所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述混合腔室(4)设置为沿所述芯片本体(1)周向延伸的弧形腔室；

所述进液管口(411)沿所述芯片本体(1)的周向连接于所述弧形腔室的一端；

所述出液管口(412)设置为沿所述芯片本体(1)周向延伸的弧形管口；

所述预分配腔室(5)沿所述弧形管口间隔设置多个，并分别与所述弧形管口导通连接；

所述第二反应腔室(6)与所述预分配腔室(5)一一对应设置。

4.根据权利要求2所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述腔室结构还包括连接设置于所述出液管口(412)末端的废液腔室(7)。

5.根据权利要求4所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述缓冲腔室(3)还包括位于自身靠近所述芯片本体(1)中心一侧并通过稀释液路连接的稀释液贮存室(32)；

所述稀释液路中设置有所述第一液路阀(21)；

所述稀释液贮存室(32)还设置有用于排气的贮存室排气道(321)以及用于气路保护的贮存室挡板(322)。

6.根据权利要求5所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体(1)包括沿自身厚度方向相互背对设置的第一工位面和第二工位面；

其中，所述第一反应腔室(2)、所述混合腔室(4)、所述预分配腔室(5)、所述废液腔室(7)和所述第二反应腔室(6)开设于所述第一工位面；

所述缓冲腔室(3)和所述稀释液贮存室(32)开设于所述第二工位面。

7.根据权利要求1所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述混合腔室(4)的底壁设有与自身延伸方向垂直的凹凸纹理部(42)；

所述冻干试剂设置于所述凹凸纹理部(42)中的凹陷处。

8.根据权利要求1所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述第一反应腔室(2)还包括加样口(22)，所述加样口(22)通过加样液路与所述第一反应腔室(2)导通；

所述第一反应腔室(2)还设置有用于排气的第一排气道(24)以及用于气路保护的第一挡板(23)。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述腔室结构在所述芯片本体(1)中设置多个，且多个所述腔室结构关于所述芯片本体(1)的中心呈环形阵列设置。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的用于核酸多重检测的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体(1)包括依次层叠密封设置的压敏胶封膜层(11)、第一本体层(12)、第二本体层(13)和进样层(14)；

其中，所述第一本体层(12)和所述第二本体层(13)共同形成所述芯片本体(1)。