CN105289763B - 一种定量分流的多指标检测微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定量分流的多指标检测微流控芯片，涉及微流控芯片医疗检验领域。多指标微流控芯片包括基片和盖片，二者键合形成片状芯片，盖片上设进样口，基片上设多级分流支路，分流支路与相应的平行反应腔一端连通，反应腔大小相同，另一端通过液体缓冲通道与多个缓冲池连通，缓冲池间串连，缓冲池大小随液体流动方向依次减小，液体缓冲通道末端与上层盖片上的出气口连通。加样时，通过逐渐减小的缓冲池负压作用，精准控制各平行反应腔中的样品量，减小各指标中参与反应的样品量间的误差。芯片结构简单，可根据平行反应腔的需求灵活添加，实现多指标检测反应同时保证反应腔样品量相同，反应精确度大幅提高，结果准确可靠。

Description

一种定量分流的多指标检测微流控芯片

技术领域

本发明涉及一种液体分流装置，尤其涉及一种可设于微流控芯片上的可实现多指标检测中精确定量反应腔内样品量的分流装置。

背景技术

微流体的微流控芯片内微通道尺寸大小处于微纳米结构，芯片材料如玻璃、硅片、高分子聚合物材料等多为疏水性材料，微通道表面的粗糙程度也不尽相同，这些因素造成了微尺寸效应、表面效应以及壁面滑移效应，这些效应都会对微流体流动时所受的阻力大小造成影响。微通道在加工过程中各通道间的尺寸、粗糙程度等表面特征存在一定的差异，使得微流体在微通道中的流体流速不均匀，进而在进行多通道分流时，各通道间的微流体流动存在差异性。

对同一样品进行多指标检测时，同一样品需要进行多个检测反应，在实现样品一次分布至多个反应腔的同时需要控制各反应间的样品反应量相同，保证各个反应腔中的样品检测量一致有利于进行反应过程的控制及反应结果的分析，减小各反应腔内样品量间的误差对反应结果的影响。

发明专利CN102671729公开了一种用于多指标生化检测的微流控芯片，该芯片包括微流体通道、若干个反应池和气动微阀，反应池内固定有生化反应所需的试剂，若干个反应池通过微流体通道串行连接或并行连接，气动微阀中的控制通道可将各反应腔进行隔离，控制通道的开口端与气体钢瓶或注射器相联通。该芯片虽可通过将串行连接的相同大小反应池内一次注入足够样品后利用微阀隔离实现各反应池内都充满等量样品，但是样品在持续流动过程中所造成的各反应池间的干扰造成了不同位置反应池中的参加反应的样品量产生较大误差，也会引起各反应间的参杂和污染，不利于反应结果的准确分析。

发明专利US20150093760中公开了一种可将样品分流至多个检测反应腔的多通道结构，设有连通多条流体通道的进样口，各流体通道末端连接有一个供指标检测反应发生的大小相同的圆形反应腔，反应腔内固定有指标检测用试剂，该发明结构中与进样口连通的的多条液体通道与进样口的距离不同，样品在流动过程中受到微通道结构所造成的尺寸效应及壁面滑移效应的影响，会出现各反应腔内不能达到同时充满样品，导致进行检测时各反应腔内最终参加反应的样品量不同，影响检测结果的准确分析，要保证各反应腔内均充满样品则必须控制总样品量达到过量和足够的进样时间，不利于反应的高效进行且易造成样品浪费及污染。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可用于多指标检测中定量样品量的分流装置，一次进样即可实现多个指标检测反应且可以保证各反应腔内的样品检测量达到一致，保证了总样品经分流后参与平行反应腔内各反应的样品用量相同，便于精确控制反应的发生及分析。

本发明采取的技术方案如下：

一种定量分流的多指标检测微流控芯片，包括下层基片(4)和上层盖片(2)，键合形成片状芯片，其特征在于盖片(2)上设有进样口(1)，基片(4)上设有多级分流支路(5)和反应腔，大小相同的反应腔(6)的一端连通对应的各分流支路(5)，另一端通过液体缓冲通道(7)与多个缓冲池(8)连通，缓冲池(8)之间串连，缓冲池(8)的大小随液体流动方向依次减小，液体缓冲通道(7)末端与盖片(2)上的出气口(3)相连通。

所述的平行反应腔(6)有多个，优选为4-12个，反应腔(6)中预先固定多指标检测试剂，根据不同反应设置相应的反应腔大小和形状。

所述的进样口(1)可根据不同的加样装置或加样量设为不同的形状和大小。

所述的分流支路(5)的级数和每级流道分支数根据不同需要灵活设置，优选级数为2-4级，流道分支数为4-12个。

所述的液体缓冲通道(7)呈弧状，其弧度和长度根据反应腔内样品量大小进行调整。

所述的缓冲池(8)沿液体流动方向依次减小，缓冲池(8)数量和大小根据样品总量和分流装置空间调整变化。

所述的平行反应腔(6)及缓冲池(8)连通的各段液体缓冲通道(7)均从平行反应腔(6)及缓冲池(8)的上沿接入与接出，分流支路的宽度大于液体缓冲通道(7)宽度，在样品流动过程中产生尺寸效应进而产生负压。

所述的基片(4)和盖片(2)的材料选择聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、中的任意一种，所述的基片(4)和盖片(2)微加工设置相应的进样口、反应腔、缓冲通道、缓冲池及出气口后经表面处理实现芯片的表面亲水性改性，后键合实现密闭封接。

有益效果

本发明相比于现有技术的优点在于：在进行样品分流时，样品的总进样量被允许多于各平行反应腔中的样品量总和，扩大了分流时总样品量的范围，易于操作。在总样品量过量的情况下，精准控制分流后各平行反应腔中的样品量，减小被隔离开的各指标检测中参与反应的样品量间的误差。本发明装置中分流后多余的样品储存于各缓冲池中，避免了样品的污染，方便进行废液处理。本分流芯片装置结构简单，易于控制，使用简便，分流支路可根据平行反应腔的需求灵活添加，一次进样即可实现多个指标检测反应且可以保证各反应腔内的样品检测量相同，提高了反应的精确度，有利于多指标检测结果的准确分析。

附图说明

图1为可用于四种指标检测的分流装置的上层盖片示意图。

图2为可用于四种指标检测的分流装置的下层基片示意图。

图3为可用于四种指标检测的分流装置的整体结构俯视图。

图4为可用于六种指标检测的分流装置的整体结构俯视图。

图5为可用于八种指标检测的分流装置的整体结构俯视图。

1为进样口，2为上层盖片，3为出气口，4为下层基片，5为分流支路，6为平行反应腔，7为液体缓冲通道，8为缓冲池。

具体实施方式

下面的实例对本发明做进一步说明，该实例仅是本发明装置的实施方式之一，并不对本发明做出任何限制。

实施例一：多指标微流控芯片结构

如图1、2、3所示，一种用于四种指标检测的分流装置，可精确定量分流至四个反应腔内的样品量，该分流装置是由上层盖片2和下层基片4键合而成的片状体。上层盖片2上设有进样口1，下层基片4上设有与样品进样口连通的多级分流支路5，各分流支路5与相应的平行反应腔6的一端相连通，平行反应腔6的大小相同，平行反应腔的另一端通过弧状液体缓冲通道7与多个缓冲池8连通，缓冲池8间呈串形连接，大小随着液体流动方向依次减小，液体缓冲通道7末端与上层盖片上的出气口3相连通。

本实施例中，平行反应腔个数为4、6、8个(图1、2、3、4、5所示)，在实际中根据反应情况，反应腔个数优选4-12个之间，同时反应腔中预先固定多指标检测用试剂，根据不同反应设置相应的反应腔大小和形状，通常分流支路采用T型流体通道。

本实施例中优选反应腔形状为圆形，各反应腔容量大小一致，直径在6-12mm之间，高度0.5mm。

本实施例中装置的进样口1横截面为圆形，孔径为4mm，在实际中根据不同的加样装置或加样量设为不同的形状和大小。

本实施例中四个平行反应腔6及两个缓冲池8连通的各段弧状液体缓冲通道7均从平行反应腔6及缓冲池8的上沿接入与接出，

本实施例中用来进行样品分流的各级分流支路5的宽度大于弧状的液体缓冲通道7，分流支路5的宽度为300um，深度为100um，液体缓冲通道的宽度为200um，深度为100um，在其他实施例中，分流支路和缓冲通道宽度、深度根据不同需求适当改变。液体缓冲通道呈弧状，其弧度和长度根据反应腔内样品量大小进行调整。

本实施例中的各分流支路5中的缓冲池8呈串行连接，设有两个缓冲池，横截面均为圆形，高度均为0.5mm，靠前的第一个缓冲池的直径为4mm，第二个缓冲池的直径为2mm(仅限于本实施例，其他实施例根据需求自行变化，仍在本发明保护范围之内)。

本发明微流控芯片结构中的平行反应腔及缓冲池连通的各段液体缓冲通道均从平行反应腔及缓冲池的上沿接入与接出，分流支路的宽度大于液体缓冲通道宽度，在样品流动过程中产生尺寸效应进而产生负压。

本分流装置选用PDMS、PMMA、PC等高分子聚合材料中的任何一种作为芯片装置的材料，微加工设置相应的进样口1、反应腔6、缓冲通道7、缓冲池8及出气口3后表面处理实现芯片的表面亲水性改性，键合实现密闭封接。

实施例二：微流控芯片制备方法

步骤一：用计算机辅助设计软件设计分流装置芯片的微通道与微结构，将绘制的芯片构道图利用高分辨率打印机将图形打印在SU-8胶上作为掩模，采用标准光刻工艺制作模具，获得具分流装置上层盖片及下层基片微通道和微结构的SU-8阳模。

步骤二：将PDMS预聚体及固化剂按质量比10:1混匀，在真空干燥箱中抽气，倾倒在步骤一得到的模具表面，80℃烘烤1h后取出，冷却后缓慢将PDMS与模具剥离，用专门的打孔工具在相应位置钻出样品进样口和出气口。

步骤三：将切割成合适大小后的上层盖片和下层基片放入等离子清洗机真空轰击1min，迅速将两层PDMS对准贴合，进行不可逆封合，得到分流装置芯片。

实施例三：微流控芯片工作流程

从样品进样口1注入需要进行分流的样品溶液，样品溶液流经各级分流支路5后从各平行反应腔6的一端的上沿流入，当样品充满反应腔时，样品经反应腔另一端上沿接出的弧状液体缓冲通道7缓慢流入大小逐渐减小的缓冲池8中；与平行反应腔6及缓冲池8连通的各段弧状液体缓冲通道7均从反应腔6及缓冲池8的上沿接入与接出，使得反应腔6内的样品在未充满的情况下不会流出。样品流动过程中，从体积较大的平行反应腔6经液体通道流入体积较小的缓冲池8中，宽度小于分流支路5的弧状的液体缓冲通道7及串行连接的大小依次减小的缓冲池8在样品流动时产生尺寸效应，在通道内形成负压，减缓了样品流入该样品腔的速度，使得样品持续进样分流过程中，在保证该样品腔内充满样品的情况下使样品分流至其他的平行反应腔内，解决由各通道间样品流动速度不同引起的样品分流不均匀的问题；各分流支路中的样品流动均遵循此规律，分流结束后，各平行反应腔内的的样品量相同。

Claims (7)

1.一种定量分流的多指标检测微流控芯片，包括下层基片（4）和上层盖片（2），键合形成片状芯片，其特征在于：上层盖片（2）上设有进样口（1），下层基片（4）上设有多级分流支路（5）和平行反应腔（6），大小相同的平行反应腔（6）的一端连通对应的各分流支路（5），另一端通过液体缓冲通道（7）与缓冲池（8）连通，缓冲池（8）之间串连，缓冲池（8）的大小随液体流动方向依次减小，液体缓冲通道（7）末端与上层盖片（2）上的出气口（3）相连通；所述的平行反应腔（6）及缓冲池（8）连通的各段液体缓冲通道（7）均从平行反应腔（6）及缓冲池（8）的上沿接入与接出，分流支路（5）的宽度大于液体缓冲通道（7）宽度，在样品流动过程中产生尺寸效应进而产生负压。

2.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的平行反应腔（6）有4-12个，平行反应腔（6）中预先固定多指标检测试剂，根据不同反应设置相应的平行反应腔（6）大小和形状。

3.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的进样口（1）根据不同的加样装置或加样量设为不同的形状和大小。

4.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的分流支路（5）的级数为2-4级且每级流道分支数为4-12个。

5.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的液体缓冲通道（7）呈弧状，其弧度和长度根据平行反应腔（6）内样品量大小进行调整。

6.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的缓冲池（8）沿液体流动方向依次减小，缓冲池（8）数量和大小根据样品总量和分流装置空间调整变化。

7.根据权利要求1所述的定量分流的多指标检测微流控芯片，其特征在于：所述的下层基片（4）和上层盖片（2）的材料选择聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、中的任意一种，所述的下层基片（4）和上层盖片（2）微加工设置相应的进样口（1）、平行反应腔（6）、液体缓冲通道（7）、缓冲池（8）及出气口（3）后经表面处理实现芯片的表面亲水性改性，后键合实现密闭封接。