CN109283174A - 一种定量检测光盘和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量检测光盘和检测方法，在离心式光盘微流控芯片的微通道上设置溢流通道、储液池和凸台通道，溢流通道将储液池的进液通道分流开，储液池后的凸台通道的通过面较储液池高，凸台通道另一端与浸液池相连，试纸进样端置于浸液池内。本发明采用光盘与试纸结合的检测手段，利用两相态之间反应的方向性，通过光盘的旋转使得两相态之间有相对位移，反应可在某一区域累加从而加强信号，获取检测数据。这种检测方式自动化程度高，无需人工滴定，省去点样机这一复杂设备，降低成本，同时可在光盘上集成多条检测试纸，同时进行多项相同或不同的检测，检测样本也可多样化，大大提高了检测效率和检测精度。

Description

一种定量检测光盘和检测方法

技术领域

本发明涉及免疫检验领域，尤其涉及一种定量检测光盘和检测方法。

背景技术

随着社会发展，人们对健康和食品安全越来越重视，因此体检和食品检测也随之发展。非均相检验是免疫检验中的常用技术，即通过固、液、气三相中任意两相或三相之间的反应来获取所需数据，因不同相位之间的反应可在某一反应区域进行数据叠加，所获得的数据信号比起均相反应时分散的数据信号呈数十倍或百倍的增长，因此被广泛用于检测领域。

常见的试纸检测即是固液间的非均相检测手段中的一种，主要是利用试纸的毛细管对液体的虹吸作用，自然扩散，在反应区叠加呈现各种不同颜色而获得检测数据，这种检测方法对检测液体滴定的位置、滴定的数量和反应的时间要求非常高，人工滴定很难精确，需要借助点样机等设备进行。因此设备多，体积大，成本高，携带不便。

很多现场的取样检测，常因体积过大而影响检测时间和检测效率，甚至因为样品保存时间过长影响检测结果，因此减少检测设备，缩小体积是发展趋势之一。

本发明是基于国家自然科学基金项目“31371444”“IPS细胞——肿瘤细胞体外精密实时微环境控制芯片实验室新技术研究”的内容展开。

发明内容

本发明提供一种定量检测光盘和检测方法，以改变现有检测设备体积大，不易携带的问题，可准确控制进液量和进液位置，提高检测精度。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种定量检测光盘，是一种离心式光盘微流控芯片，其特征是：包括光盘本体、样品放置区、微通道、浸液池、试纸放置槽，所述光盘本体的中心用于与电机输出轴相连，中心周围设有样品放置区，所述样品放置区连接多条微通道，所示微通道后连接浸液池和试纸放置槽，所述微通道包括溢流通道、储液池和凸台通道，所述溢流通道为旁通道，设置在储液池进液通道一侧，将储液池的进液通道分流开，限定了储液池的最大储液量，储液池后端为凸台通道，凸台通道的通过面较储液池高，凸台通道的另一端与浸液池相连，所述试纸放置槽与浸液池相连，不与微通道相通，所述试纸放置槽内放置试纸，所述试纸的进样端置于浸液池内。

优选的，所述样品放置区为环形状联通的一个或隔开的多个区域中的一种。

优选的，所述浸液池较凸台通道低，与储液池同一平面，所述浸液池的宽度较凸台通道的宽度大。

一种定量检测方法，采用权利要求1所述的一种定量检测光盘进行检测，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：控制光盘转速，来控制光盘径向驱动力的方向和强度；

步骤二：驱动力方向的改变造成有凸台通道阻挡的储液池内所能保留的液体产生液面角度，并让所能保留的液体最大体积发生可用函数计算的变化；

步骤三：改变所述储液池的容积以及凸台通道的高度，通过控制转速来控制液面角度，以确定储液池和浸液池中液体的量；

步骤四：控制光盘的转速，让液体样品始终保持在浸液池之中；

步骤五：控制离心力，让液体通过所述试纸的虹吸作用克服离心力向上运动到一定的高度；并在到达反应区域时累加加强信号，通过反应区域的颜色变化得出检测结果。

本发明采用光盘与试纸结合的检测手段，利用两相态之间反应的方向性，通过光盘的旋转使得两相态之间有相对位移，反应可在某一区域累加从而加强信号，获取检测数据。同时在微流控芯片式光盘中设置储液池和旁通道，通过控制转速就可控制进液量，在试纸进液端设置浸液池，保证试纸进液处能充分浸泡，根据试纸渗透的速度控制光盘转动的时间，实现精确的定量定位定时检测。

这种检测方式自动化程度高，无需人工滴定，省去点样机这一复杂设备，降低成本，同时可在光盘上集成多条检测试纸，同时进行多项相同或不同的检测，检测样本也可多样化，大大提高了检测效率和检测精度。本发明体积小巧，携带方便，便于就地取样检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是液体运动示意图，其中，图2a为较低转速时液面角度示意图，图2b是提高转速时的液面角度示意图，图2c为最终转速时的液面角度示意图。

图中，1-光盘本体、2-样品放置区、3-微通道、4-浸液池、5-试纸放置槽、6-试纸、31-溢流通道、32-储液池、33-凸台通道、61-进样端。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-2为本发明的一种实施方式，包括光盘本体1、样品放置区2、微通道3、浸液池4、试纸放置槽5。

光盘本体1采用透明塑料制成(如压克力板或聚碳酸酯等透明材料)，中心用于与电机输出轴固定连接，中心周围设有样品放置区2，本实施例适用于液体样品，样品放置区2可以是联通的，如环形状，仅放置一种样品，也可以是隔开的，放置多种样品。样品放置区2连接多条微通道3，如图1所示，每条微通道3可以单独连接一个样品放置区2，也可以是多条微通道3连接同一个样品放置区2，即可以检测同一样品，也可以检测不同样品，样品放置区2连接的微通道3的最大数目由光盘本体1的空间大小决定。微通道3而后连接浸液池4和试纸放置槽5。试纸放置槽5内放置有试纸6。

本发明的光盘是一种离心式光盘微流控芯片，它是以离心力为液流驱动力，实现对液流检测分析的微流控体系。近年来，离心式光盘微流控芯片以其高通量、多重平行分析、易操作、高集成化等优点获得了快速发展。目前胶体金试纸尚未在离心式光盘微流控芯片检测中应用，试纸能否在光盘通道中得以充分浸润是检测的关键。

离心式光盘微流控芯片上微通道中液体总的流动方向是从中心向边缘的。由于液体会受到来自于阀门、重力、表面张力、摩擦力等各种阻碍作用，在没有驱动力克服这些阻碍作用的时候，液体，特别是微小的液滴，并不会主动向前流动。只有当驱动力超过阻碍力的时候，液体才会向前流动。

驱动力受到转速的精密控制，在0-2000rpm的时候水平方向上准确产生范围0-223.8g的驱动力，使液体的向前运动可以被精密控制。以旋转光盘本身作为参考坐标系，旋转光盘上的任意质点所受到的加速度(a)来自于地球的重力(g)，旋转产生的离心加速度(ar，与向心加速度大小相等方向相反)以及光盘旋转的速度变化(ac)。

其中a＝g+ar+ac。(它们都是向量，以光盘水平旋转为例，g向地心，ar沿半径向外，ac则是切线方向)

当光盘的转速变化不大的时候，ac可以忽略不计，而g不变，当转速在2000rpm时(每分钟转动圈数)之间设定值的5cm半径光盘边缘质点的离心加速度为(2Pi*2000/60)^2*0.05＝2193ms-2＝223.8g。与1g的重力加速度叠加，其结果是1/223.8的斜度，几乎是沿着半径水平向外的方向。

因此通过控制转速，可以达到控制光盘径向驱动力的方向(水平角度)和强度的目的。

微通道3包括溢流通道31、储液池32和凸台通道33，溢流通道31为旁通道，设置在储液池32的进液通道一侧，将储液池32的进液通道分流开，限定了储液池32的最大储液量，储液池32后端为凸台通道33，凸台通道33的通过面较储液池32高，凸台通道33的另一端与浸液池4相连。溢流通道31可以是一条或者多条。

驱动力方向的改变造成有凸台通道33阻挡的储液池32内所能保留的液体产生液面角度，并让所能保留的液体最大体积发生可用函数计算的变化。

通过转速控制液面角度，通过结构上设计旁通道位置控制储液池32的体积，可以实现储液池32的初始体积与流出体积的精确控制。

图2为光盘旋转时的液体运动示意图，图中所示为一条微通道3的液体运动，图2a为较低转速时，液体进入储液池32，多余的液体从旁边流出，储液池32中保留定量的液体，图2b是提高转速，液面角度改变，液体流入浸液池4的情形，图2c为最终转速，液面到达最终角度，储液池32中的量被液面角度确定，流入浸液池4中的量也被确定。

不同微通道3的进液量要求不同时，可改变储液池32的容积以及凸台通道33的高度，通过控制转速来控制液面角度实现确定储液池32和浸液池4中液体的量。

浸液池4较凸台通道33低，可与储液池32同一平面，浸液池4的宽度较凸台通道33的宽度大，光盘旋转后，浸液池4中的液体不会倒流回凸台通道33内，也随着驱动力产生液面角度，同时由于宽度加大，储液容积大，光盘上表面高于凸台通道33，液体不会溢出浸液池4。

试纸放置槽5与浸液池4相连，不与微通道3相通，试纸6安放在试纸放置槽5中，进样端61则置于浸液池4内。光盘旋转后，浸液池4内产生的液面角度可以让进样端61的浸液面加大，更利于虹吸。

在光盘1旋转的时候,随着光盘1上一起旋转的微通道3及微通道3中的液体的受力方向是接近径向向外的，液体样品沿微通道3进入浸液池4中。当光盘1加速旋转增加离心力的时候，液体样品逐渐累积在浸液池4中。从高处(相对于离心力而言)伸入浸液池4中的检测试纸6，会因为浸液池4中出现的液体而得到浸润，试纸6的虹吸作用使液体样品能够沿试纸6向上运动，控制光盘1的转速也就可以控制离心力，当离心力达到一定大小时，就可以让液体样品始终保持在浸液池4之中。控制离心力不至于太大，就可以让液体能够通过虹吸作用克服离心力向上运动到一定的高度。液体在到达反应区域时累加加强信号，通过反应区域的颜色变化得出检测结果。检测结果可用肉眼直读。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种定量检测光盘，是一种离心式光盘微流控芯片，其特征是：包括光盘本体、样品放置区、微通道、浸液池、试纸放置槽，所述光盘本体的中心用于与电机输出轴相连，中心周围设有样品放置区，所述样品放置区连接多条微通道，所示微通道后连接浸液池和试纸放置槽，所述微通道包括溢流通道、储液池和凸台通道，所述溢流通道为旁通道，设置在储液池进液通道一侧，将储液池的进液通道分流开，限定了储液池的最大储液量，储液池后端为凸台通道，凸台通道的通过面较储液池高，凸台通道的另一端与浸液池相连，所述试纸放置槽与浸液池相连，不与微通道相通，所述试纸放置槽内放置试纸，所述试纸的进样端置于浸液池内。

2.根据权利要求1所述的一种定量检测光盘，其特征是：所述样品放置区为环形状联通的一个或隔开的多个区域中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种定量检测光盘，其特征是：所述浸液池较凸台通道低，与储液池同一平面，所述浸液池的宽度较凸台通道的宽度大。

4.一种定量检测方法，采用权利要求1所述的一种定量检测光盘进行检测，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：控制光盘转速，来控制光盘径向驱动力的方向和强度；

步骤二：驱动力方向的改变造成有凸台通道阻挡的储液池内所能保留的液体产生液面角度，并让所能保留的液体最大体积发生可用函数计算的变化；

步骤三：改变所述储液池的容积以及凸台通道的高度，通过控制转速来控制液面角度，以确定储液池和浸液池中液体的量；

步骤四：控制光盘的转速，让液体样品始终保持在浸液池之中；

步骤五：控制离心力，让液体通过所述试纸的虹吸作用克服离心力向上运动到一定的高度；并在到达反应区域时累加加强信号，通过反应区域的颜色变化得出检测结果。