CN105728069B - 用于快速自检血液的多通道微流控芯片 - Google Patents

用于快速自检血液的多通道微流控芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于快速自检血液的多通道微流控芯片，包括基底和盖片。所述盖片中集成有进样通道、惯性分离通道、分流通道、血浆分析通道以及血细胞分析通道。所述进样通道、惯性分离通道和分流通道依次相连，所述分流通道采用Y型结构连接至血浆分析通道和血细胞分析通道。所述进样通道用于输入待检血液；所述惯性分离通道将所述血液分离为血浆和血细胞，所述血浆和血细胞流入分流通道；所述分流通道通过所述Y型结构将血浆引入血浆分析通道对血浆进行检测分析，并将血细胞引入血细胞分析通道对血细胞进行检测分析。本发明采用高度集成的多通道微流控芯片，在便携的基础上一次性实现多种血液检测功能。

Description

用于快速自检血液的多通道微流控芯片
技术领域
本发明涉及血液检测技术领域，尤其涉及一种用于快速自检血液的多通道微流控芯片。
背景技术
微流控芯片是一个集血液样品制备、反应、分离、检测等功能于一体的小型分析实验平台。微流控芯片分析以微米尺度的芯片为操作平台完成自动分析全过程，其装置特征主要是具有容纳流体的有效结构，比如通道或者反应室，具有强大的集成性，其优点包括体积轻巧，使用样品少，反应速度快，高通量，低污染，即用即弃等，这使其在生物、化学、医学、电子、机械等学科交叉的研究领域展示出巨大的发展潜力，用于生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域。
微流控芯片能承载多种单元技术并使之灵活组合和规模集成的特征使其成为各种***研究的重要平台，在细胞生物学中的应用不断扩展，是生物医药分析领域的未来发展方向。随着现在社会的发展，家庭医疗保健的观念不断深入人心，各种家用医疗产品不断推出，然而血液检测这一基本健康体检内容仍然依赖于医院的诊疗设备，这些诊疗设备无法实现一次性多种血液检测功能，且医疗设备体积大不便于携带，从而给家庭自检血液操作困难，带来不方便。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于快速自检血液的多通道微流控芯片，旨在解决现有诊疗设备无法实现一次性多种血液检测功能且携带不便的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于快速自检血液的多通道微流控芯片，包括基底和盖片，所述盖片中集成有进样通道、惯性分离通道、分流通道、血浆分析通道以及血细胞分析通道，所述进样通道、惯性分离通道和分流通道依次相连，所述分流通道采用Y型结构连接至所述血浆分析通道和所述血细胞分析通道，其中：
所述进样通道用于输入待检血液；
所述惯性分离通道将所述血液分离为血浆和血细胞，所述血浆和血细胞流入所述分流通道；
所述分流通道通过所述Y型结构将所述血浆引入所述血浆分析通道对血浆进行检测分析，并将所述血细胞引入所述血细胞分析通道对血细胞进行检测分析。
优选的，所述盖片中还集成有废液通道，所述血浆分析通道和血细胞分析通道均与所述废液通道相连，所述废液通道用于将已分析的血浆和血细胞产生的废液导出。
优选的，所述血浆分析通道包括甲肝分析平台、乙肝分析平台、关节炎分析平台以及心肌梗死分析平台。
优选的，所述甲肝分析平台包括IgM探测单元和IgA探测单元；所述乙肝分析平台包括HBsAg探测单元、HBsAb探测单元、HBeAg探测单元、HBeAb探测单元以及HBcAb探测单元；所述关节炎分析平台包括RF-IgM探测单元、RF-IgA探测单元、RF-IgG探测单元以及RF-IgE探测单元；所述心肌梗死分析平台包括hs-CRP探测单元和CK-MB探测单元；所述免疫分析平台通过综合其内部的各个探测单元对血浆的检测数据判定血浆的检测结果。
优选的，所述血细胞分析通道包括血小板计数平台、红细胞计数平台、血红蛋白分析平台、白细胞计数平台以及血型分析平台。
优选的，所述血小板计数平台包括血小板筛和血小板计数器；所述红细胞计数平台包括红细胞筛、红细胞引流管和红细胞计数器；所述血小板计数平台通过控制所述血小板筛的管道尺寸分离出血细胞中的血小板，并通血小板计数器进行计数；所述红细胞计数平台通过控制所述红细胞筛的管道尺寸分离出血细胞中的红细胞，并通过红细胞计数器进行计数；所述白细胞计数平台通过控制自身的管道尺寸分离出血细胞中的白细胞并进行计数。
优选的，当血细胞流过所述血细胞分析通道时，血小板被滞留在所述血小板计数平台，红细胞经过所述红细胞计数平台，由所述红细胞引流管进入所述血红蛋白分析平台进行血红蛋白分离测定，剩余的白细胞通过所述白细胞计数平台进行计数，并进入所述血型分析平台进行血型基因型分析。
优选的，所述血红蛋白分析平台包括红细胞裂解单元、血红蛋白测试单元和阀门，其中：
所述红细胞裂解单元和所述血红蛋白测试单元均为圆盘结构，且两者垂直设置；
所述阀门设置在所述红细胞裂解单元和所述血红蛋白测试单元之间；
所述红细胞裂解单元中设有溶血剂。
优选的，所述进样通道、惯性分离通道、分流通道、血浆分析通道、血细胞分析通道以及废液通道均采用弧度结构。
相较于现有技术，本发明所述用于快速自检血液的多通道微流控芯片采用了上述技术方案，达到了如下有益效果：该多通道微流控芯片通过在厘米尺度的芯片上集成进样通道、分离区域、分流通道、分析平台和废液通道，实现一次性多种血液检测功能，且体积小便于携带，方便家庭自检使用。
附图说明
图1是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的惯性分离通道较佳实施例的结构示意图；
图3是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的血浆分析通道较佳实施例的结构示意图；
图4是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的血细胞分析通道较佳实施例的结构示意图；
图5是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的血红蛋白测定平台较佳实施例的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行说明。应当指出的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不以任何形式限定本发明。
如图1所示，图1是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，所述多通道微流控芯片包括基底1和盖片2，所述盖片2可以，但不仅限于，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，所述盖片2中集成有实现多种血检功能的微流控通道结构，包括进样通道21、惯性分离通道22、分流通道23、血浆分析通道24、血细胞分析通道25以及废液通道26。所述进样通道21采用开孔结构连接所述惯性分离通道22，该进样通道21用于与输血管相连输入待检血液。所述惯性通道22与所述分流通道23的入口相通。所述分流通道23为Y型结构，包括一个入口和两个出口，所述分流通道23的两个出口分别连接所述血浆分析通道24和血细胞分析通道25。所述血浆分析通道24包括平行设置的甲肝分析平台241、乙肝分析平台242、关节炎分析平台243以及心肌梗死分析平台244。所述血细胞分析通道25包括血小板计数平台251、红细胞计数平台252、血红蛋白分析平台253、白细胞计数平台254以及血型分析平台255。所述血浆分析通道24和血细胞分析通道25均与所述废液通道26相连，所述废液通道26出口为开孔结构，用于将已分析的血浆和血细胞产生的废液导出。
如图2所示，图2是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的惯性分离通道较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，微升数量级的血液量由毛细导管导入所述进样通道21中，所述进样通道21将待检血液导入所述惯性分离通道22中，所述惯性分离通道22基于惯性微流原理将所述血液分离成血浆和血细胞两部分。本实施例中的血浆分离示意图由图2所示，所述血液中的血浆和血细胞的分离在所述惯性分离通道22中实施，所述惯性分离通道22的剖视图显示所述惯性分离通道22为不对称弯管状结构，所述血液经过所述不对称弯管状结构时通过液体在管道中的流动产生层流。基于管道的不对称性，所述血液在管道中流动时产生一对反向旋转且对称的涡流，所述涡流被称为迪恩涡流，所述层流对所述血液中的血细胞施加惯性升力，所述惯性升力使血细胞稳定在横截面中的平衡位置，所述迪恩涡流对所述血液中的血细胞产生迪恩曳力，所述血细胞在所述惯性升力和迪恩曳力的共同作用下流动。在本实施例中，经过设计所述不对称弯管状结构的尺寸与长度，血细胞在适当的流速条件下只在通道截面的一侧产生受力平衡，所述血液的流动为单束聚焦流动，所述血液经过所述惯性分离通道22分离为两层流动液体，所述两层流动液体分别为血细胞和血浆。一并参考图1所示，在所述分流通道23的不对称Y型结构的分流作用下，所述血浆进入所述血浆分析通道24，依次通过所述甲肝分析平台241、乙肝分析平台242、关节炎分析平台243以及心肌梗死分析平台244进行特异性抗体检测；所述血细胞被引流入所述血细胞分析通道25，依次通过所述血小板计数平台251、红细胞计数平台252、血红蛋白分析平台253、白细胞计数平台254以及血型分析平台255。经过分析检测后的血浆和血细胞废液均通过所述废液通道26排出。
如图3所示，图3是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片中的血浆分析通道较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，所述甲肝分析平台241包括IgM探测单元2411和IgA探测单元2412，所述IgM探测单元2411和IgA探测单元2412集成在所述微流控芯片基底1上。所述IgM探测单元2411上包被有甲肝病毒抗原(HAV-Ag)免疫层，所述HAV-Ag作为抗原用于捕获血浆中特异性抗HAV-IgM，形成抗原-抗体复合物，所述抗原-抗体之间的特意性结合产生电化学信号，所述电化学信号由所述IgM探测单元2411定量检测、分析和传导。所述IgA探测单元2412上包被有抗人μ链免疫层，所述抗人μ链用于捕获血浆中特异性抗HAV-IgA形成抗原-抗体复合物并产生电化学信号，所述IgA探测单元2412用于定量检测、分析和传导所述血浆中的抗HAV-IgA的含量。所述甲肝分析平台241通过综合所述IgM探测单元2411和IgA探测单元2412的检测结果分析甲肝感染水平。
所述乙肝分析平台242包括乙肝表面抗原(HBsAg)探测单元2421、乙肝表面抗体(HBsAb)探测单元2422、乙肝e抗原(HBeAg)探测单元2423、乙肝e抗体(HBeAb)探测单元2424以及乙肝核心抗体(HBcAb)探测单元2425。所述HBsAg探测单元2421、HBsAb探测单元2422、HBeAg探测单元2423、HBeAb探测单元2424以及HBcAb探测单元2425上通过抗原-抗体特异性识别和结合产生的电化学信号，分别用于定量检测、分析和传导血浆中的HBsAg、HBsAb、HBeAg、HBeAb以及HBcAb的含量。所述心肌梗死分析平台243通过综合所述HBsAg探测单元2421、HBsAb探测单元2422、HBeAg探测单元2423、HBeAb探测单元2424以及HBcAb探测单元2425的结果分析得到乙肝五项的检查结果，据以判断乙肝感染情况。
所述关节炎分析平台243包括四个类风湿因子(rheumatoid factor,RF)探测单元，分别为RF-IgM探测单元2431、RF-IgA探测单元2432、RF-IgG探测单元2433以及RF-IgE探测单元2434。所述RF-IgM探测单元2431、RF-IgA探测单元2432、RF-IgG探测单元2433以及RF-IgE探测单元2434分别用于特异性捕获血清中IgM型、IgG型IgA型和IgE型类风湿因子，并通过形成抗原-抗体复合物产生的电化学信号分析出所述血浆中的各类型类风湿因子的含量。所述甲关节炎分析平台243通过综合所述RF-IgM探测单元2431、RF-IgA探测单元2432、RF-IgG探测单元2433以及RF-IgE探测单元2434的检测结果判断类风湿关节炎的情况。
所述心肌梗死分析平台244包括超敏C反应蛋白(hs-CRP)探测单元2441和肌酸激酶同工酶(CK-MB)探测单元2442。所述hs-CRP探测单元2441和CK-MB探测单元2442分别用于特异性捕获hs-CRP和CK-MB，而hs-CRP和CK-MB被认定为具有高度特异性的心肌梗死血清标志物。心肌梗死分析平台244通过综合所述hs-CRP探测单元2441和CK-MB探测单元2442的检测结果，可以对心肌梗死进行快速判定。
如图4所示，图4是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片中的血细胞分析通道较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，所述血细胞分析通道25包括所述血小板计数平台251、红细胞计数平台252、血红蛋白分析平台253、白细胞计数平台254以及血型分析平台255。基于红细胞、血小板与白细胞之间的体积差别，所述血小板计数平台251、红细胞计数平台252以及白细胞计数平台253通过使用不同大小的管道来分选不同大小的血细胞。
在本实施例中，结合图4所示，所述血小板计数平台251包括血小板筛2511和血小板计数器2512。所述红细胞计数平台252包括红细胞筛2521、红细胞引流管2522和红细胞计数器2523。所述血小板筛2511包括微平行管道(例如直径5μm)，所述血小板计数器2512设置在所述血小板计数平台251的下方。所述红细胞筛2521包括平行筛选管道(例如直径10μm)，所述红细胞筛2521的底部设置有所述红细胞计数器2522，所述红细胞筛2521的侧部设置有所述红细胞引流管2523，所述红细胞引流管2523与血红蛋白测定平台253相连，所述血细胞分析通道25与白细胞计数平台254相连。
当血细胞由所述血细胞分析通道25引导经过所述血小板计数平台251时，体积最小的血小板进入所述血小板筛2511并沉入所述血小板筛2511的底部，筛选得到的血小板由所述血小板计数器2512基于电阻抗原理分析计量，余下的血细胞继续通过所述红细胞计数平台252，其中体积较小的红细胞由所述红细胞筛2521筛选并流入所述红细胞引流管2523，所述红细胞引流管2523仅供红细胞排队通过。所述红细胞计数器2522在红细胞通过时使用，但不仅限于，激光计数原理统计红细胞数量。所述红细胞进入所述血红蛋白测定平台253。
如图5所示，图5是本发明用于快速自检血液的多通道微流控芯片的血红蛋白测定平台的结构示意图。在本实施例中，所述血红蛋白测定平台253包括红细胞裂解单元2531、血红蛋白测试单元2532和阀门2533。所述红细胞裂解单元2531和所述血红蛋白测试单元2532均为圆盘结构且相互垂直设置，有益于溶液混合。所述阀门2533设置在所述红细胞裂解单元2531和血红蛋白测试单元253之间，所述红细胞裂解单元2531内有溶血剂。当红细胞进入所述血红蛋白测试单元2532，所述阀门2533打开，所述溶血剂流入所述血红蛋白测试单元2532，使红细胞释放出血红蛋白，所述血红蛋白与溶血剂结合形成血红蛋白衍生物。所述血红蛋白测试单元2532通过吸光度测定所述血红蛋白衍生物的浓度，经过测试后的废液由所述废液通道26排出。
再参考图4所示，留在所述血细胞分析通道25中的白细胞继续通过所述白细胞计数平台254，所述白细胞计数平台254为微管道结构(例如直径21μm)，仅供单个白细胞排队通过。所述白细胞计数平台254后部设置有白细胞计数器2541，用于基于激光计数原理统计通过白细胞计数平台254的白细胞数量。所述白细胞流经所述白细胞计数平台254进入所述血型分析平台255。所述血型分析平台255包括细胞裂解单元2551和血型分析单元2552，所述细胞裂解单元2551内设置有白细胞裂解液。当所述白细胞流进入所述细胞裂解单元2551时，所述白细胞裂解液与所述白细胞充分混合，白细胞破裂形成混合液，所述混合液流入所述血型分析单元2552，所述血型分析单元2552利用，但不仅限于，PCR技术分析出ABO血型的基因型，分析后的废液经过所述废液通道26排出。
本发明所述用于快速自检血液的多通道微流控芯片可重复利用，当血液检测完成后，所述进样通道21连接水泵冲洗的内部的各个管道，并由所述废液通道26排出，所述溶血剂和白细胞裂解液等试剂在使用完之后可以，但不仅限于，通过注射补充。此外，所述多通道微流控芯片中的各个管道结构和管道连接处均采用弧度结构设计，便于液体流动。所述多通道微流控芯片通过集成在厘米尺度上的微流控芯片结构一次性实现多种血液检测功能，且体积小便于携带，方便家庭自检使用。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于快速自检血液的多通道微流控芯片，包括基底和盖片，其特征在于，所述盖片中集成有进样通道、惯性分离通道、分流通道、血浆分析通道以及血细胞分析通道，所述进样通道、惯性分离通道和分流通道依次相连，所述分流通道采用Y型结构连接至所述血浆分析通道和所述血细胞分析通道，其中：
所述进样通道用于输入待检血液；
所述惯性分离通道将所述血液分离为血浆和血细胞，所述血浆和血细胞流入所述分流通道；
所述分流通道通过所述Y型结构将所述血浆引入所述血浆分析通道对血浆进行检测分析，并将所述血细胞引入所述血细胞分析通道对血细胞进行检测分析;
所述血细胞分析通道包括血小板计数平台、红细胞计数平台、血红蛋白分析平台、白细胞计数平台以及血型分析平台;
所述血小板计数平台包括血小板筛和血小板计数器；
所述红细胞计数平台包括红细胞筛、红细胞引流管和红细胞计数器；
所述血小板计数平台通过控制所述血小板筛的管道尺寸分离出血细胞中的血小板，并通过所述血小板计数器进行计数；
所述红细胞计数平台通过控制所述红细胞筛的管道尺寸分离出血细胞中的红细胞，并通过所述红细胞计数器进行计数；
所述白细胞计数平台通过控制自身的管道尺寸分离出血细胞中的白细胞并进行计数。
2.根据权利要求1所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于，所述盖片中还集成有废液通道，所述血浆分析通道和血细胞分析通道均与所述废液通道相连，所述废液通道用于将已分析的血浆和血细胞产生的废液导出。
3.根据权利要求1所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于，所述血浆分析通道包括甲肝分析平台、乙肝分析平台、关节炎分析平台以及心肌梗死分析平台。
4.根据权利要求3所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于：
所述甲肝分析平台包括IgM探测单元和IgA探测单元；
所述乙肝分析平台包括HBsAg探测单元、HBsAb探测单元、HBeAg探测单元、HBeAb探测单元以及HBcAb探测单元；
所述关节炎分析平台包括RF-IgM探测单元、RF-IgA探测单元、RF-IgG探测单元以及RF-IgE探测单元；
所述心肌梗死分析平台包括hs-CRP探测单元和CK-MB探测单元；
免疫分析平台通过综合其内部的各个探测单元对血浆的检测数据判定血浆的检测结果。
5.根据权利要求1所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于，当血细胞流过所述血细胞分析通道时，血小板被滞留在所述血小板计数平台，红细胞经过所述红细胞计数平台，由所述红细胞引流管进入所述血红蛋白分析平台进行血红蛋白分离测定，剩余的白细胞通过所述白细胞计数平台进行计数，并进入所述血型分析平台进行血型基因型分析。
6.根据权利要求1所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于，所述血红蛋白分析平台包括红细胞裂解单元、血红蛋白测试单元和阀门，其中：
所述红细胞裂解单元和所述血红蛋白测试单元均为圆盘结构，且相互垂直设置；
所述阀门设置在所述红细胞裂解单元和所述血红蛋白测试单元之间；
所述红细胞裂解单元中设有溶血剂。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于快速自检血液的多通道微流控芯片，其特征在于，进样通道、惯性分离通道、分流通道、血浆分析通道、血细胞分析通道以及废液通道均采用弧度结构。
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