CN109425733A - 微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备 - Google Patents

微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备,该发明将注射器与微流控芯片结合,利用注射器储存试剂,注射器的锥头***芯片接口后起到封闭通道通路的作用,使用时,按压注射器按手可以推动液体在芯片内的流动,来实现反应、检测的目的。该发明制作简单、操作简便。

Description

微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备
技术领域
本发明属于微流控结构设计领域,具体涉及一种微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备。
背景技术
注射器是一种常见的医疗用具,注射器由前端带有小孔的针筒以及与之匹配的活塞芯杆组成,在芯杆拔出的时候,将液体或者气体从针筒前端小孔吸入,在芯杆推入时,将液体或者气体挤出。
微流控是一项跨学科的新技术,以分析化学为主,综合生物化学、物理化学、免疫学等相关学科的成果,通过设备的微型化与集成化,将分析实验室的各项功能集中于分析芯片中,实现检测分析的微型化,在疾病诊断、环境检测、生命科学等领域具有重要的应用价值。分析物及试剂在芯片通道内的流动及控制是实现微流控芯片全集成操作的前提和基础。目前,用于微流控芯片液体控制操作的泵和阀有很多种。外接泵和阀稳定性好,但配套设备复杂、体积大。内置泵和阀可以将***集成化,但一般制作繁琐、结构复杂,操作较难控制。
发明内容
因此,本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷,提供一种微流控芯片检测装置、其使用方法及应用设备。
在阐述本发明的技术方案之前,定义本文中所使用的术语如下:
术语“PC”是指:聚碳酸酯;
术语“PDMS”是指:聚二甲基硅氧烷。
术语“高分子聚合物”是指:由键重复连接而成的分子量为10~106的化合物。
为实现上述目的,本发明的第一方面提供了一种微流控芯片检测装置,所述装置包括:
注射器;和
与所述注射器配合的包含微流控芯片的上下两层结构,其中:
所述两层结构的上层为微流控芯片通道层,包括微流通道、反应区、废液池和注射器锥头接口,所述两层结构的下层为微流控芯片基底层,所述注射器可通过锥头***所述两层结构的注射器锥头接口与所述两层结构连接。
根据本发明第一方面的微流控芯片检测装置,其中,所述微流控芯片通道层的材质为硬质或软质材料。
优选地,所述硬质材料选自以下一种或多种:塑料、石英和玻璃;和/或
所述软质材料选自以下一种或多种:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。
根据本发明第一方面的微流控芯片检测装置,其中,所述微流控芯片基底层的材质为硬质或软质材料。
优选地,所述硬质材料能够与所述微流控芯片通道层紧密贴合,选自以下一种或多种:石英、玻璃、硅片、高分子聚合物;优选地,所述高分子聚合物选自以下一种或多种:聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、烯烃共聚物;和/或
所述软质材料选自以下一种或多种:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。
根据本发明第一方面的微流控芯片检测装置,其中,所述注射器通过其锥头***芯片通道层的注射器锥头接口,***后可以暂时或长时间储存试剂,并封闭所述注射器锥头接口连接的通道通路。
根据本发明第一方面的微流控芯片检测装置,其中,所述微流控芯片通道层的所述注射器锥头接口与所述微流通道一一相连;
优选地,所述微流控芯片通道层具有一个或多个注射器锥头接口。
本发明的第二方面提供了第一方面所述的微流控芯片检测装置的使用方法,该方法可以包括以下步骤:
(1)使用注射器吸入液体后,拔下针头,***微流控芯片通道层的注射器锥头接口;
(2)按照一定顺序按压注射器按手,将不同注射器的液体依次推入反应区进行反应;和/或
同时按压多个注射器按手,将混合液体推入反应区进行反应。
根据本发明第二方面的使用方法,其中,所述方法还包括:反应时将所述微流控芯片检测装置置于恒温箱中进行反应。
本发明的第三方面提供了一种用于检测、合成、混和和/或运送液体或气体的设备,所述设备包含:根据本发明第一方面所述的微流控芯片检测装置;
优选地,所述液体或气体包含选自以下一种或多种物质的:蛋白、核酸、组织、细胞、小分子生物或化学物质。
本发明通过将微流控芯片与注射器相结合,利用注射器储存试剂并驱动液体在微流通道内的流动,以实现检测的目的,制作简单,使用简便。
本设计具有两层结构以及注射器。上层为微流控芯片通道层,主要结构包括微流通道、反应区、废液池和注射器锥头接口。微流通道用来引导液体的在芯片内的流动;反应区是芯片内微流控芯片基底上试剂发生反应的区域;废液池与大气连通用,使通道内液体能够流动,并存储废液;注射器锥头接口用于与注射器锥头对接。微流控芯片通道层材质可以是塑料、石英、玻璃等硬质材料,也可以是橡胶等软质材料(本文中所述软质材料包括:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等);下层为微流控芯片基底层,可以是检测、反应的载体,其材料可以是软质材料,也可以是能够通过超声焊等工艺与微流控芯片通道层紧密贴合的硬质材料。注射器为普通医用注射器,可以通过其锥头***芯片通道层的接口,注射器锥头***芯片通道层的接口后均可以暂时或者长时间储存试剂,并封闭该接口连接的通道通路。(见附图1、2)
该设计利用注射器储存试剂并驱动液体在微流通道内流动,来实现检测反应的目的。在使用注射器吸入液体后,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层的注射器锥头接口。进行反应时,按下注射器按手,注入液体,液体在微流控芯片的通道内流动、反应。反应结束后,通过注射器将液体推入废液池。
微流控芯片通道层可以设计多个注射器锥头接口和多条微流通道,使用多只注射器吸入液体后,拔下针头,***微流控芯片通道层的注射器锥头接口。使用时,按照一定顺序按压注射器按手,可以将不同注射器的液体依次推入反应区进行反应;或者同时按压多个注射器按手,将混合液体推入反应区进行反应。
本发明的微流控芯片检测装置可以具有但不限于以下有益效果:
1、本发明利用注射器储存试剂,注射器的锥头***芯片接口后起到封闭通道通路的作用,使用时,按压注射器按手可以推动液体在芯片内的流动,来实现反应、检测的目的。
2、本发明制作简单、操作简便,可用于微流控芯片的蛋白、核酸或小分子检测,化学合成,混和液体,运送细胞等。
附图说明
以下,结合附图来详细说明本发明的实施方案,其中:
图1示出了本发明提供的微流控芯片通道层俯视图。
图2示出了本发明提供的微流控芯片检测装置横切面图。
图3示出了本发明提供的微流控芯片检测装置免疫检测示意图。
图4示出了本发明提供的微流控芯片检测装置核酸检测示意图。
图5示出了本发明提供的微流控芯片检测装置免疫检测结果图,其中从左到右依次为:胰岛素检测结果、细胞白介素6检测结果、19-C反应蛋白检测结果。
图6示出了本发明提供的微流控芯片检测装置核酸检测结果图。
附图标记说明:
1、微流控芯片通道层;2、注射器锥头接口1;3、注射器锥头接口2;4、注射器锥头接口3;5、注射器锥头接口4;6、注射器锥头接口5;7、注射器锥头接口6;8、微流通道1;9、反应区1;10、废液池1;11、注射器;12、注射器锥头;13、微流控芯片基底层;14、胰岛素捕获抗体条带;15、细胞白介素6捕获抗体条带;16、C反应蛋白捕获抗体条带;17、微流控芯片通道层;18、注射器锥头接口7;19、注射器锥头接口8;20、微流通道2;21、反应区2;22、废液池2。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明,但是,应当理解为,这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用,而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的,但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚,在上下文中,如果未特别说明,本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下:
试剂:
胰岛素、胰岛素捕获抗体、辣根过氧化物酶标记的胰岛素抗体、细胞白介素6、细胞白介素6捕获抗体、辣根过氧化物酶标记的细胞白介素6抗体、C反应蛋白、C反应蛋白捕获抗体、辣根过氧化物酶标记的C反应蛋白抗体、小牛血清白蛋白溶液、磷酸盐缓冲液、吐温,购自北京沫之东生物技术有限公司;
化学发光液,购自美国millipore公司;
猪流感病毒DNA模版及引物,购自生工生物工程(上海)股份有限公司。
仪器:
医用注射器,购自北京沫之东生物技术有限公司;
仪器:
免疫检测成像分析装置,购自北京纳迅科技股份有限公司,型号:NanoAce 1010P;
恒温箱,购自上海圣欣科学仪器有限公司,型号:DHG-9030A;
光纤阅读器,购自日本基恩士公司,型号:FS-V31M;
精雕机,购自东莞市东城阿莫电子经营部,型号AMCNC-01。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的微流控芯片检测装置的结构。
本发明装置具有两层结构及注射器,如图1、图2所示,上层为微流控芯片通道层(1),主要结构包括微流通道1(8)、反应区1(9)、废液池1(10)和注射器锥头接口1~6(2~7)。微流通道1(8)用来引导液体的在芯片内的流动;反应区1(9)是芯片内微流控芯片基底上试剂发生反应的区域;废液池1(10)与大气连通用,使通道内液体能够流动,并存储废液;注射器锥头接口1~6(2~7)用于与注射器锥头对接。
微流控芯片通道层材质可以是塑料、石英、玻璃等硬质材料,也可以是橡胶等软质材料(本文中所述软质材料包括:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等);下层为微流控芯片基底层,可以是检测、反应的载体,其材料可以是软质材料,也可以是能够通过超声焊等工艺与微流控芯片通道层紧密贴合的硬质材料。注射器为普通医用注射器,可以通过其锥头***芯片通道层的接口,注射器锥头***芯片通道层的接口后均可以暂时或者长时间储存试剂,并封闭该接口连接的通道通路。
试验例1、免疫检测
检测血液样本中的胰岛素、细胞白介素6、C反应蛋白含量。
微流控芯片通道层(1)材质为聚碳酸酯(PC),通过精雕机加工而成,微流控芯片基底层材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在聚二甲基硅氧烷表面,预先固定胰岛素、细胞白介素6、C反应蛋白的捕获抗体,形成胰岛素捕获抗体条带(14),细胞白介素6捕获抗体条带(15),C反应蛋白捕获抗体条带(16),如附图3所示。将PDMS贴合于微流控芯片通道层(1),取一支注射器,吸入100微升5%小牛血清白蛋白溶液,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口1(2);取一只注射器,吸入100微升含有吐温的磷酸盐缓冲液,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口3(4);取一只注射器,吸入100微升胰岛素、细胞白介素6、C反应蛋白的标记有辣根过氧化物酶(或其他氧化还原酶)的抗体混合液,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口4(5);取一只注射器,吸入100微升含有吐温的磷酸盐缓冲液,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口5(6)。
检测时,取一只注射器,吸入100微升血清样本,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口2(3);取一只注射器,吸入100微升化学发光底物液(显色液),拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层(1)的注射器锥头接口6(7)。然后依次进行下列操作:按下注射器锥头接口1(2)上方注射器的按手,将5%小牛血清白蛋白溶液推到反应区1(9),封闭30分钟后,将液体推入废液池1(10);按下注射器锥头接口2(3)上方注射器的按手,将血清样本推到反应区1(9),孵育30分钟后,将液体推入废液池1(10);按下注射器锥头接口3(4)上方注射器的按手,将含有吐温的磷酸盐缓冲液推到反应区1(9),进行清洗后,将液体推入废液池1(10);按下注射器锥头接口4(5)上方注射器的按手,将胰岛素、细胞白介素6、C反应蛋白的标记有辣根过氧化物酶(或其他氧化还原酶)的抗体混合液推到反应区1(9),孵育30分钟后,将液体推入废液池1(10);按下注射器锥头接口5(6)上方注射器的按手,将含有吐温的磷酸盐缓冲液推到反应区1(9),进行清洗后,将液体推入废液池1(10);按下注射器锥头接口6(7)上方注射器的按手,将化学发光底物液(显色液)推到反应区1(9)后,随即进行成像、分析。结果照片如附图5所示,从左向右第一列为胰岛素检测结果,第二列为细胞白介素6检测结果,第三列为C反应蛋白检测结果,图像中信号点的灰度值代表检测物的浓度,浓度越高灰度值越高,使用标准曲线法进行定量分析,得到胰岛素检测结果为0.53ng/mL,细胞白介素6检测结果为0.26ng/mL,C反应蛋白检测结果为3.2μg/mL。
试验例2、核酸检测
利用环介导等温扩增方法,检测猪流感病毒(Swine influence virus,SIV)。见附图4。
查找出检测猪流感病毒(Swine influence virus,SIV)的NP蛋白基因片段并设计出引物。将软质材料通过粘贴或使用夹具紧密贴合于微流控管道层,取一支注射器,吸入试剂混合液,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层的注射器锥头接口7(18)。
检测时,取一支注射器,吸入检测样本,拔下针头,将注射器的锥头对准、***微流控芯片通道层的注射器锥头接口8(19)。然后,同时按下注射器锥头接口7(18)上方及注射器锥头接口8(19)上方的两个注射器的按手,将试剂混合液与检测样本推到反应区2(21)进行混合,然后,将其置于65℃恒温箱中进行反应。反应一段时间后,通过光纤阅读器对浊度变化进行分析。试验中,样本1,样本2,样本3、样本4的溶液中依次加入模板核酸片段0.5、1、1.5和2μL,然后将样品1,样品2,样品3,样品4,空白1,空白2依次加入到芯片内进行反应,实验证明模板的量越多,产生的沉淀越多,浊度变化越大。检测结果如附图6所示。
尽管本发明已进行了一定程度的描述,明显地,在不脱离本发明的精神和范围的条件下,可进行各个条件的适当变化。可以理解,本发明不限于所述实施方案,而归于权利要求的范围,其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (10)

1.一种微流控芯片检测装置,其特征在于,所述装置包括:
注射器;和
与所述注射器配合的包含微流控芯片的上下两层结构,其中:
所述两层结构的上层为微流控芯片通道层,包括微流通道、反应区、废液池和注射器锥头接口,所述两层结构的下层为微流控芯片基底层,所述注射器可通过锥头***所述两层结构的注射器锥头接口与所述两层结构连接。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片检测装置,其特征在于,所述微流控芯片通道层的材质为硬质或软质材料。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片检测装置,其特征在于,所述硬质材料选自以下一种或多种:塑料、石英和玻璃;和/或
所述软质材料选自以下一种或多种:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。
4.根据权利要求1~3任一项所述的微流控芯片检测装置,其特征在于,所述微流控芯片基底层的材质为硬质或软质材料。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片检测装置,其特征在于:
所述硬质材料能够与所述微流控芯片通道层紧密贴合,选自以下一种或多种:石英、玻璃、硅片、高分子聚合物;优选地,所述高分子聚合物选自以下一种或多种:聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、烯烃共聚物;和/或
所述软质材料选自以下一种或多种:丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。
6.根据权利要求1~5任一项所述的微流控芯片检测装置,其特征在于,所述注射器通过其锥头***芯片通道层的注射器锥头接口,***后可以暂时或长时间储存试剂,并封闭所述注射器锥头接口连接的通道通路。
7.根据权利要求1~6任一项所述的微流控芯片检测装置,其特征在于,所述微流控芯片通道层的所述注射器锥头接口与所述微流通道一一相连;
优选地,所述微流控芯片通道层具有一个或多个注射器锥头接口。
8.根据权利要求1~7任一项所述的微流控芯片检测装置的使用方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)使用注射器吸入液体后,拔下针头,***微流控芯片通道层的注射器锥头接口;
(2)按照一定顺序按压注射器按手,将不同注射器的液体依次推入反应区进行反应;和/或
同时按压多个注射器按手,将混合液体推入反应区进行反应。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:反应时将所述微流控芯片检测装置置于恒温箱中进行反应。
10.一种用于检测、合成、混和和/或运送液体或气体的设备,其特征在于,所述设备包含:根据权利要求1~7任一项所述的微流控芯片检测装置;
优选地,所述液体或气体包含选自以下一种或多种物质的:蛋白、核酸、组织、细胞、小分子生物或化学物质。
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