CN220040471U - 一种微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微流控芯片，包括载体，载体的一侧面上设有样品进液口和沟道，样品进液口连接沟道的一端，沟道的另一端设有收集孔，沟道的表面覆盖有第一封装膜，载体的另一侧设有微流道，微流道的表面也覆盖有第二封装膜，微流道与收集孔连通，沟道与第一封装膜之间还设有材料滤膜，所述材料滤膜将沟道分成上下两层仅通过材料滤膜上的滤孔连通的通道，样品进液口与上层通道连通，沟道底面设有若干凸台，材料滤膜置于凸台上，凸台的外表面涂覆有用于捕获固定血细胞的涂层。本实用新型结合了膜过滤以及微流道芯片的特点，在过滤膜下部设置凸台，对过滤膜起到支撑作用，增加过滤面积，提升对血细胞的截留效果。

Description

一种微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及全血处理及检测的技术领域，更具体地，涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控技术是近些年新发展起来的一项技术，该技术以分析化学为主，在微米级结构中操控流体进行反应监测，具有体积小、试剂和样品用量少、可以多指标同时检测等优点。以往需要样品量为几毫升的检测，在采用微流控芯片技术后，仅需要几微升的样品量，大大节省了样品和试剂的消耗量。

临床中的血液检测的样本大多数为血浆，获得血浆的常规方式之一是膜过滤分离。现有将膜过滤分离方法和微流控技术结合，设计出一种带有过滤膜的微流控芯片，其具备了微流控技术的优点，但是，也包含了常见的膜过滤的弊端。首先，过滤膜的两侧一般不与侧壁之间留有太小的空间，甚至是紧贴，这样会导致过滤膜的实用面积大大减小，过滤的效果变差，过滤物容易堵塞在过滤膜上。为了克服这种缺陷，通常的做法是在微流控芯片上设置多层，过滤膜位于中间层，各层之间留有足够大的空隙。但是这种方式会增加微流控芯片的制造难度，尤其是如何在边缘处固定该过滤膜，使其能够在微流控芯片中间保持“悬空”状态，这无疑会增加微流控芯片制造的成本，同时也提高了其损坏率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的微流控芯片上过滤膜难以悬空固定的缺陷，提供一种微流控芯片，在微流控芯片上设置过滤膜以及带有凸台的流道结构，可以对过滤膜起到支撑作用，增大过滤面积，提高对血细胞的截留效果，实现全血样本的快速处理。

本实用新型采用的技术方案是：

一种微流控芯片，包括载体，载体的一侧面上设有样品进液口和沟道，样品进液口连接沟道的一端，沟道的另一端设有收集孔，沟道的表面覆盖有第一封装膜，载体上与沟道相对的另一侧面设有微流道，微流道的表面也覆盖有第二封装膜，微流道一端与收集孔连通，沟道与第一封装膜之间还设有材料滤膜，所述材料滤膜将沟道分成上下两层仅通过材料滤膜上的滤孔连通的通道，样品进液口与上层通道连通，沟道底面设有若干凸台，材料滤膜置于凸台上，凸台的外表面涂覆有用于捕获固定血细胞的涂层。

本实用新型的工作原理如下：所述载体是表面设有微流道的平面状薄片，载体的两侧分别为上表面和下表面，其中，上表面设有样品进液口和沟道，待测样本从样品进液口处注入，沿沟道流动至沟道末端连接的收集孔。载体的下表面设有微流道，微流道与收集孔连接，待测样本通过毛细作用从沟道进入到微流道中。沟道、微流道的表面分别覆盖有第一、第二封装膜，这样无论载体的放置角度如何，沟道以及微流道内的待测样本都不会泄露。为分离出血浆与血细胞，沟道与第一封装膜之间还设有用于过滤血细胞的材料滤膜，并且，沟道的底面设有若干凸台，所述材料滤膜铺设在凸台上，使得材料滤膜部分悬空，不会紧贴沟道的内壁，影响血浆的滤过效果。与此同时，对于少部分通过材料滤膜的血细胞，凸台由于其结构和外表面上涂覆的涂层，能够增加对于血细胞的截留捕获效果，确保血细胞不会持续沿着沟道流至沟道末端的收集孔，从而堵塞收集孔。

进一步地，为了增加血细胞的滤过性，凸台的外表面采用了抗红细胞抗体固载，实现对下沉的血细胞(主要为血红细胞)进行快速的沉降捕获固定。凸台自身的结构就对流动中的血细胞具有一定的阻挡作用，加上其外表面涂覆的抗红细胞抗体固载，能够进一步增强对于血细胞的吸附效果，起到更好的分离效果。

进一步地，作为其中一种方案，凸台沿沟道的走向单列间隔分布，所述凸台设置在沟道的中轴线上，将沟道均分成两个流道。

进一步地，作为其他的优选实施方案，凸台也可以设置成两列，同样沿沟道的走向并排或者间隔分布。

进一步地，沟道的内表面还涂覆有亲水试剂，亲水试剂对于血浆具有“加速扩散”的效果，增加血浆的流动性，可以快速将通过材料滤膜的血浆铺满沟道并加快血浆的流动速度，使血浆迅速流动至沟道末端的收集孔，并流入微流道。

进一步地，材料滤膜为多层膜结构，常见的作为滤膜的材料包括聚醚砜膜、聚酯膜、聚氨酯膜等，发明人采用不同材料膜进行过滤膜的替换，对同一个全血样本进行过滤，并观察处理时间以及测试处理后的样本中CRP的浓度。经过试验，聚醚砜膜在上述三种材料膜中进行全血样本处理时所需的时间最短，并且处理后的样本CRP浓度与实际浓度的偏差最小，因此选用聚醚砜膜作为本实用新型的其中一个优选方案。

进一步地，所述材料滤膜包括两层，其中上层为聚醚砜膜，下层为玻璃纤维素膜或者带孔尼龙膜其中的一种。所述玻璃纤维素膜属于深层过滤膜，其孔径很小，一般需要预处理(如去除大颗粒物等)，玻璃纤维素膜的孔径比较均匀，孔隙率高，滤速小；而尼龙膜的化学性质稳定，能耐受多种有机物，可根据检测条件、要求使用不同类型的材料滤膜。

进一步地，微流道呈回型分布，微流道的末端连接液体排放口，检测完成后的血浆由液体排放口处排出，进行统一收集。

进一步地，微流道靠近液体排放口的一段从其所在的载体的侧面上穿透至与微流道相对的载体的另一侧面上，这样可以灵活地设置检测样本排放的方向，即可以在载体的两个相对侧面上进行排除。也就是说，所述液体排放口可以设置在载体的两个相对侧面上。另一方面，由于所述的一段微流道设置在载体的另一侧面上，样本在微流道中由于高度差的影响不会直接流出液体排放口，而是会在微流道内停留，方便对样本进行检测。检测完成后，通过泵体或者其他可以提供压力的结构将样本从微流道中挤出，排空微流道。

进一步地，载体表面设有硅胶塞和囊腔组成的微泵结构，硅胶塞承插密封连接在囊腔内，囊腔与微流道连通。当血浆进入到微流道时，硅胶塞与囊腔作为血浆泵出压力来源实现了处理后血浆的泵出。硅胶塞可以手动挤压，也可以通过检测装置或者其他关联装置上的部件进行自动化挤压，其中，自动控制可以用电机作用于硅胶塞，通过对电机的控制来精确控制施加于硅胶塞的压力，从而控制血浆释放的速度以及释放体积。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、结合了膜过滤以及微流道芯片的特点，在过滤膜下部设置凸台结构，对过滤膜起到支撑作用，增加过滤面积，提升对血细胞的截留效果；

2、凸台的外表面上涂覆抗红细胞抗体固载量，从其物理结构和化学涂层两个方面提高对血细胞的吸附效果。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1中的A视图；

图3为本实用新型的爆炸图。

附图中：

1-载体；2-沟道；3-收集孔；401-第一封装膜；402-第二封装膜；5-微流道；6-材料滤膜；7-凸台；8-硅胶塞；9-囊腔；10-样品进液口；11-液体排放口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

实施例一：

如图1或者图2或者图3所示，本实施例提供一种适用于全血样本检测的微流控芯片，包括载体1，所述载体1为树脂或者塑料制成的薄片。载体1的一侧面上设有样品进液口10和回型沟道2，其中样品进液口10连接沟道2的一端，用于全血样本的注入；沟道2的另一端设有阵列排布的收集孔3，用于收集、输送过滤后的血浆样本。载体1与沟道2相对的另一侧面上设有微流道5，载体1的两侧面上都覆盖有封装膜，分别为第一封装膜401和第二封装膜402，第一封装膜401覆盖在沟道2的表面，而第二封装膜402覆盖在微流道5的表面，这样，在加样、转移、检测过程中无论载体1如何翻转，其两侧的样本均不会泄露。沟道2和微流道5通过收集孔3连通，过滤后的血浆样本在到达收集孔3时，利用毛细作用，从沟道2转移到微流道5内。为了更好地过滤全血样本，沟道2与第一封装膜401之间设有材料滤膜6，所述材料滤膜6将沟道2分成上下两侧通道，两层通道通过材料滤膜6上的滤孔连通，也就是说，血浆仅能够通过滤孔进入到下层通道，因此血细胞会被材料滤膜6过滤、阻挡住。沟道2底面设有凸台7，凸台7将材料滤膜6顶起，使材料滤膜6部分悬空，此时材料滤膜3不会紧贴沟道2的内壁，因此增加了其过滤区域的有效面积，提高全血样品的过滤效果。凸台7为材料滤膜6提供了部分支撑，在全血样本过滤的过程中能够更好地保持材料滤膜6的结构，延长材料滤膜6的过滤周期。

与此同时，凸台7的外表面上涂覆有用于捕获固定血细胞的涂层，对于少部分通过材料滤膜6的血细胞，凸台7能够增加对血细胞的截留捕获效果，辅助材料滤膜6对血细胞进行阻挡，确保血细胞不会持续沿着沟道2流至沟道2末端的收集孔3，从而堵塞收集孔3。

在生物、医药领域中，全血样本的过滤方式常采用离心法处理，尽管处理时间较长，但是离心法可以有效分离全血样本中的血浆和血细胞，检测结果准确。发明人使用本实施例所述的微流控芯片进行过滤膜式全血样本检测，全血样本的编号为DW02D23010023-DW02D23010265(总计29份样本)，采用离心法和本实施例应用的膜过滤法进行处理，处理后的血浆进行CRP(荧光免疫层析法)检测，检测结果记录如下：

通过处理所述29份样本，其测试结果的偏差均值为3.8％，且所有测试偏差均低于10％，说明采用传统的离心法制备的血浆与本实施例所使用的微流控芯片制备的血浆对检测CRP指标不存在明显的影响。在此基础上，所述微流控芯片在制备血浆样品的过程中无需使用离心机或者其他辅助设备，制备过程简单，能够简化操作人员的制备流程。

实施例二：

在实施例一的基础上，参阅图3，本实施例中，凸台7沿沟道2的走向单列间隔分布，凸台7设置在沟道2的轴线上，将沟道2均分成两个流道。凸台7的外表面，采用了抗红细胞抗体固载，实现对少部分通过材料滤膜6的血细胞进行快速的沉降捕获固定。由于沟道2内设置的凸台7，其内表面积增加的同时也使得沟道内的抗红细胞抗体固载量增加，对于血细胞的吸附效果更好，起到更好的分离效果。

沟道2的内表面还涂覆有亲水试剂，本实施例中，所述亲水试剂为羧酸酯溶剂类的乙酸乙酯。乙酸乙酯在增加血液的流动性的同时也能够在滤过血细胞后加快血浆的流动。

实施例三：

如图3所示，在上述任一实施例的基础上，本实施例中，材料滤膜6为双层结构，包括聚醚砜膜以及玻璃纤维素膜。使用编号为GW03D23010321、浓度为2.752mg/L的全血样本，以及聚醚砜膜、聚酯膜、聚氨酯膜作为材料滤膜6的控制变量。将上述三种不同的滤膜设置在微流控芯片上面的对应位置，并对同一全血样本进行过滤，观察处理时间以及测试处理后的样本中的CRP浓度。测试结果如下表所示：

测试结果表明，采用聚醚砜膜进行全血样本处理所需的时间最短，并且处理后的样本CRP浓度与实际浓度的偏差最小。

实施例四：

如图3所示，本实施例与实施例三不同的是，实施例三中的玻璃纤维素膜替换成带孔尼龙膜，与前者相比，带孔尼龙膜的化学性质稳定，能耐受多种有机物，更有利于延长微流控芯片的使用寿命。

实施例五：

如图1或者图2或者图3所示，本实施例提供一种适用于全血样本检测的微流控芯片，包括载体1，所述载体1为树脂或者塑料制成的薄片。载体1的一侧面上设有样品进液口10和回型沟道2，其中样品进液口10连接沟道2的一端，用于全血样本的注入；沟道2的另一端设有阵列排布的收集孔3，用于收集、输送过滤后的血浆样本。载体1另一侧面上设有微流道5，载体1的两侧都覆盖有封装膜，分别为第一封装膜401和第二封装膜402，第一封装膜401覆盖在沟道2的表面，而第二封装膜402覆盖在微流道5的表面，这样，在加样、转移、检测过程中无论载体1如何翻转，其两侧的样本均不会泄露。沟道2和微流道5通过收集孔3连通，过滤后的血浆样本在到达收集孔3时，利用毛细作用，从沟道2转移到微流道5内。为了更好地过滤全血样本，沟道2与第一封装膜401之间设有材料滤膜6，沟道2底面设有凸台7，凸台7将材料滤膜6顶起，使材料滤膜6部分悬空，此时材料滤膜3不会紧贴沟道2的内壁，因此增加了其过滤区域的有效面积，提高全血样品的过滤效果。凸台7为材料滤膜6提供了部分支撑，在全血样本过滤的过程中能够更好地保持材料滤膜6的结构，延长材料滤膜6的过滤周期。

与实施例一不同的是，为了进一步简化全血样本的制备流程，本实施例所述的载体1表明设有微泵结构，可以使本实施例在检测过程中无需依靠外部泵体，即可自行产生对于待测样本的驱动力。所述微泵结构包括硅胶塞8和囊腔9，硅胶塞8承插密封连接在囊腔9内，囊腔9与微流道5连通。当血浆进入到微流道5时，硅胶塞8与囊腔9作为血浆泵出压力来源实现了处理后血浆的泵出，也可以用作清空微流道5内血浆的用途。硅胶塞8可以手动挤压，也可以通过检测装置或者其他关联装置上的部件进行自动化挤压，其中，自动控制可以用电机作用于硅胶塞8，通过对电机的控制来精确控制施加于硅胶塞8的压力，从而控制血浆释放的速度以及释放体积。其中，所述微流道5呈回型分布，微流道5的末端连接液体排放口11，检测完成后的血浆由液体排放口11处排出，进行统一收集。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述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。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，包括载体(1)，载体(1)的一侧面上设有样品进液口(10)和沟道(2)，样品进液口(10)连接沟道(2)的一端，沟道(2)的另一端设有收集孔(3)，沟道(2)的表面覆盖有第一封装膜(401)，载体(1)上与沟道(2)相对的另一侧面上设有微流道(5)，微流道(5)的表面也覆盖有第二封装膜(402)，微流道(5)一端与收集孔(3)连通，其特征在于，沟道(2)与第一封装膜(401)之间还设有材料滤膜(6)，材料滤膜(6)将沟道(2)分成上下两层仅通过材料滤膜(6)上的滤孔连通的通道，样品进液口(10)与上层通道连通，沟道(2)底面设有若干凸台(7)，材料滤膜(6)置于凸台(7)上，凸台(7)的外表面上涂覆有用于捕获固定血细胞的涂层。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，凸台(7)外表面上的涂层为抗红细胞抗体固载。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，凸台(7)沿沟道(2)的走向单列间隔分布。

4.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，凸台(7)沿沟道(2)的走向双列并排或者间隔排布。

5.根据权利要求1-4任一项所述的微流控芯片，其特征在于，沟道(2)的内表面还涂覆有亲水试剂。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，材料滤膜(6)为多层膜结构。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，材料滤膜(6)包括两层，上层为聚醚砜膜，下层为玻璃纤维素膜或带孔尼龙膜其中一种。

8.根据权利要求1或7所述的微流控芯片，其特征在于，微流道(5)呈回型分布，微流道(5)的末端连接液体排放口(11)。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，微流道(5)靠近液体排放口(11)的一段从其所在的载体(1)的侧面上穿至与微流道(5)相对的载体(1)的另一侧面上。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，载体(1)表面设有由硅胶塞(8)和囊腔(9)组成的微泵结构，硅胶塞(8)承插密封连接在囊腔(9)内，囊腔(9)与微流道(5)靠近收集孔(3)一端连通。