CN115364915A - 一种人体生化检测传感芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人体生化检测传感芯片，包括人体血液或组织液采集机构和人体血液或组织液体外处理机构，所述人体血液或组织液采集机构包括单根中空微针或由多根中空微针排列组成的微针阵列，所述人体血液或组织液体外处理机构之中设有若干条微通道和若干个检测腔，各条所述微通道分别以人体血液或组织液采集机构为中心而螺旋盘绕设置且一端与单根或多根中空微针的针头开口相连通而另一端与其中一个检测腔相连通，各条所述微通道和各个检测腔内分别涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质，能够将微流控芯片与微针结合于一体，解决现有人体生化传感技术中人体生物质的采集及其处理过程中的环境和时效问题。

Description

一种人体生化检测传感芯片
【技术领域】
本发明涉及人体生化检测装置的技术领域，特别是一种人体生化检测传感芯片的技术领域。
【背景技术】
微流控(Microfluidics)技术是一种采用微通道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵极微量液体(10-9～10-18升)的技术，涉及医学、化学、物理、电子、材料和生物学及其工程学的新兴交叉学科。微流控的重要特征之一是微尺度下超强的表面张力，具有独特的流体性质，如层流、涡流和液滴等。鉴于这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的人体内血液或组织液的传输动力学的模拟和研究，也可以实现一些非常规化学反应。因为具有微型化和集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on Chip)和微全分析***(Micro-Total Analytical System)，在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景，目前主要应用于医疗体外诊断，被誉为床边的实验室。
微针(Microneedles,MN)技术是一种新型的物理促透技术，由单个或多个微米级的细小针头以单一或阵列的方式连接在基座上组成，能定向穿过角质层，产生微米尺寸的机械通道，将药物或其它电、波信号直接置于表皮层或上部真皮层，不用通过角质层即可参与微循环，发挥药理或其它物理反应，与传统的针头不同，几乎不产生疼痛感，给药方便，也不需要专业义务人员进行扎针，这样有效地改善患者的顺应性。按照微针的特点，可将微针具体分为实心微针、空心微针、包衣微针、可溶微针和水凝胶微针，其中空心微针其实质是微米级别的微型注射器。药物可被预先装载于空心微针的针腔内，再在空心微针的针尖刺入皮肤之后，在组织液浓度梯度的压力驱动之下而自动进入体内，实现递送。近年来，微针的应用范围逐渐扩大，除了递送药物、输入和输出电学信号外，还能够以微创的方式进入皮下，采集含有生物分析物的组织液或血液，以进行后续测试。尤其是组织液，其不仅具有与血液相似的蛋白质和RNA，还包含比血液更富集的特定生物标志物。
然而，现有的微流控芯片与微针通常分离设置并单独使用，无法使它们的功能得到最充分的应用。此外，现有的微流控芯片为了保证其独特的流体性质，通常需要设置较长的微通道，这便导致了微流控芯片的尺寸增大，成本增高，市场竞争力下降，亟待解决。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种人体生化检测传感芯片，能够将微流控芯片与微针结合于一体，解决现有人体生化传感技术中人体生物质的采集及其处理过程中的环境和时效问题，且尺寸较小，制备成本低廉。
为实现上述目的，本发明提出了一种人体生化检测传感芯片，包括人体血液或组织液采集机构和人体血液或组织液体外处理机构，所述人体血液或组织液采集机构包括单根中空微针或由多根中空微针排列组成的微针阵列，所述人体血液或组织液体外处理机构之中设有若干条微通道和若干个检测腔，各条所述微通道分别以人体血液或组织液采集机构为中心而螺旋盘绕设置且一端与单根或多根中空微针的针头开口相连通而另一端与其中一个检测腔相连通，各条所述微通道和各个检测腔内分别涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。其中，微通道的数量根据芯片所需检测的项目而进行设计，例如同时检测抗原和抗体则需要2个通道，呼吸道病毒检测则需要10个以上的通道，而过敏源筛查则可能需要几十个通道。
作为优选，所述人体血液或组织液体外处理机构包括基板和透明封装盖板，各条所述微通道和各个检测腔均设置在基板的顶部，所述透明封装盖板安装在基板的顶面以封闭各条微通道和各个检测腔并形成与外界相隔离的真空环境或充有非氧气体的封闭环境。
更进一步的，所述非氧气体为氮气。
更进一步的，所述基板采用高聚物材料、纯金属材料、合金材料或非金属材料。
再进一步的，所述高聚物材料为PDMS或聚苯乙烯等，所述纯金属材料为钨或钛等，所述非金属材料为碳基材料等。
更进一步的，所述透明封装盖板为透明无机玻璃、透明有机玻璃或光学有机薄膜。
再进一步的，所述透明封装盖板的正反两表面以及检测腔的底部表面均涂覆有光学抗反射无机材料涂层。
作为优选，所述微通道的长度L的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000031
其中，n为微通道的螺旋圈数，D为中空微针的针头开口直径，N为微通道的数量，W为微通道的顶部宽度，w为相邻两条微通道的顶部间距，a为微通道与中空微针的针头开口的连接段长度，L、D、W、w和a的单位均为μm。
由于组织液或血液在微通道中流过时与所涂覆的物质的反应程度取决于微通道的流体横截面积、长度以及螺旋圈曲度等因素。通过此长度计算公式，还可以根据微通道的长度L而反向计算出微通道的螺旋圈数n等参数，从而设计出芯片内微通道的排布。
更进一步的，所述微通道的流量Q的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000041
其中，Δp为微通道的入口和出口之间的压力差，W为微通道的顶部宽度，γ为流体粘度系数，L为微通道的长度，Δp的单位为Pa(帕)，W和L的单位均为μm，γ的单位为cPs(厘泊·秒)。
通过此流量计算公式，再配合检测腔体积和微通道的长度L，可以预测出中空微针***人体内抽取组织液或血液的工作时间，一般1～10分钟。
作为优选，所述微通道的最大数量Nmax的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000042
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道与中空微针的针头开口的连接段长度，W为微通道的顶部宽度，w为相邻两条微通道的顶部间距，D、W、w和a的单位均为μm。
作为优选，所述芯片的面积C的计算公式如下：
C≈(D+a+2(N·n·(W+w)+J)+100)2；
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道与中空微针的针头开口的连接段长度，N为微通道的数量，n为微通道的螺旋圈数，W为微通道的顶部宽度，w为相邻两条微通道的顶部间距，J为检测腔的宽度或直径，D、W、w、a和J的单位均为μm。
作为优选，所述微通道的横截面为方形、圆形、梯形或三角形。其中，由于迪恩流效应，微通道的横截面的形状也会影响液体的流动性能，因此微通道的横截面的可根据生化检测的需求而自行选择。
更进一步的，所述微通道的底部拐角处设有圆角。
作为优选，各个所述检测腔分别以人体血液或组织液采集机构为中心而环绕设置在各条微通道的***，从而有效地减小芯片面积。其中，检测腔的数量可为一个或多个，并且当检测腔的数量为多个时，微通道和检测腔之间可一对一对应或多对一对应，这取决于待检测的生化物质的检测需求。此外，检测腔的形状和尺寸取决于检测光束的形状和大小，检测腔的深度也决定了反射或吸收信号的强度。
作为优选，所述人体血液或组织液体外处理机构之中还设有与检测腔相连通的质控腔，所述质控腔内涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。
作为优选，所述中空微针的长度为50～1500μm，所述中空微针的针头开口直径为1～20μm。其中，中空微针可***人体的适当部位(如腹部和手臂内侧等)并穿越表皮层，再通过毛细作用力、压力差或与其相连接的硅微静电马达从表皮层下提取微升级的血液或组织液。
作为优选，所述中空微针的表面设有纳米级金薄膜涂层，所述中空微针的针尖由生物融合薄膜进行密封处理，所述生物融合薄膜可在中空微针扎入体内后被血液或组织液所溶化。
本发明的有益效果：
1.本发明通过将微流控芯片与微针相结合并形成的集成芯片，从而将微针、微通道和微反应室集成于一体，可根据待检测的物质预先在微通道内涂覆合适的物质，进而在测试时先利用微针吸取人体组织液或血液，再使所吸取的人体组织液或血液在流经微通道期间与其内的物质充分混合并直接流入检测腔内，可在完全隔离周围环境的影响且无需专业的医务人员的条件下完成人体的组织液或血液的抽取和处理，最后可通过连接相应的生物传感器形成微型检测平台，利用光学检测实现待检测的生化物质的浓度测定，解决了现有人体生化传感技术中人体生物质的采集及其处理过程中的环境和时效问题，为便携式或个人穿戴式的人体生化快速检测装置的制造提供可能，达到了“口袋里的实验室”或“手腕上的实验室”的目标，同时也为临床医生的精准医疗提供了快速检测设备，十分适用于实现人体组织液或血液之中的葡萄糖、黑色素瘤、PH值、过氧化氢、病毒或抗原抗体等浓度的原位检测，且可采用微米级大规模集成电路生产中常用的生产工艺和设备进行制造，制备工艺简单、成熟和稳定，制备成本低廉，符合普通百姓日常使用医疗耗材的支出要求；
2.本发明通过将微通道设置成以人体血液或组织液采集机构为中心的蚊香形，可有效地增强微通道中流体的涡流效应，从而缩短微通道的长度，同时圆形结构也可以大大地减小芯片尺寸，进而降低芯片的生产成本；
3.本发明通过在基板之上增设透明封装盖板，可利用透明封装盖板的材料选择实现对检测腔内的物质的光学检测，还可在基板和透明封装盖板之间形成与外界相隔离的真空环境或充有非氧气体的封闭环境，从而避免微量的人体生物组织液或血液与大气接触，保证检测的准确性；
4.本发明通过将中空微针的长度控制在50～1500μm，同时将中空微针的针头开口直径控制在1～20μm，既可保证中空微针顺利扎入皮下，又可避免或减少疼痛感；
5.本发明通过利用物理溅射或电镀的方式在中空微针的表面生成纳米级金薄膜涂层，可有效增加其导电率、机械性能化学和生物稳定性。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是实施例一的立体结构示意图；
图2是实施例一在去除透明封装盖板时的立体结构示意图；
图3是实施例一在去除透明封装盖板时的主视剖视图；
图4是实施例一的制备流程图；
图5是迪恩流示意图；
图6是实施例二在去除透明封装盖板时的主视剖视图；
图7是实施例三在去除透明封装盖板时的主视剖视图；
图8是实施例四在去除透明封装盖板时的主视剖视图；
图9是实施例五在去除透明封装盖板时的俯视图；
图10是实施例六在去除透明封装盖板时的俯视图；
图11是实施例七在去除透明封装盖板时的俯视图；
图中：1-人体血液或组织液采集机构、2-人体血液或组织液体外处理机构、21-基板、211-微通道、212-检测腔、213-质控腔、22-透明封装盖板。
【具体实施方式】
实施例一：
参阅图1至图3，本发明一种人体生化检测传感芯片，包括人体血液或组织液采集机构1和人体血液或组织液体外处理机构2，所述人体血液或组织液采集机构1为单根中空微针，所述人体血液或组织液体外处理机构2之中设有3条微通道211和2个检测腔212，各条所述微通道211分别以人体血液或组织液采集机构1为中心而螺旋盘绕设置且一端与单根中空微针的针头开口相连通而另一端与其中一个检测腔212相连通，各条所述微通道211和各个检测腔212内分别涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。其中一个检测腔212与其中两条微通道211相连通，而另一个检测腔212与另一条微通道211相连通。
所述人体血液或组织液体外处理机构2包括基板21和透明封装盖板22，各条所述微通道211和各个检测腔212均设置在基板21的顶部，所述透明封装盖板22安装在基板21的顶面以封闭各条微通道211和各个检测腔212并形成与外界相隔离的真空环境或充有非氧气体的封闭环境。
所述微通道211的长度L的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000081
其中，n为微通道211的螺旋圈数，D为中空微针的针头开口直径，N为微通道211的数量，W为微通道211的顶部宽度，w为相邻两条微通道211的顶部间距，a为微通道211与中空微针的针头开口的连接段长度，L、D、W、w和a的单位均为μm。
所述微通道211的流量Q的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000082
其中，Δp为微通道211的入口和出口之间的压力差，W为微通道211的顶部宽度，γ为流体粘度系数，L为微通道211的长度，Δp的单位为Pa(帕)，W和L的单位均为μm，γ的单位为cPs(厘泊·秒)。
所述微通道211的最大数量Nmax的计算公式如下：
Figure BDA0003785751740000083
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道211与中空微针的针头开口的连接段长度，W为微通道211的顶部宽度，w为相邻两条微通道211的顶部间距，D、W、w和a的单位均为μm。
以中空微针的针头开口直径D＝100μm，微通道211与中空微针的针头开口的连接段长度a＝20μm，微通道211的顶部宽度W＝10μm，相邻两条微通道211的顶部间距w＝5μm为例，则Nmax＝25。
所述芯片的面积C的计算公式如下：
C≈(D+a+2(N·n·(W+w)+J)+100)2；
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道211与中空微针的针头开口的连接段长度，N为微通道211的数量，n为微通道211的螺旋圈数，W为微通道211的顶部宽度，w为相邻两条微通道211的顶部间距，J为检测腔212的宽度或直径，D、W、w、a和J的单位均为μm。
以中空微针的针头开口直径D＝100μm，微通道211与中空微针的针头开口的连接段长度a＝20μm，微通道211的顶部宽度W＝10μm，相邻两条微通道211的顶部间距w＝5μm为例，微通道211的数量N＝3，微通道211的螺旋圈数n＝3，检测腔212的宽度或直径J＝50μm为例，则芯片的面积C＝0.45mm2。考虑到芯片切割线等区域，此时若采用6英寸的生产线，则每个晶圆可制造出约4.5万片集成芯片，而若采用8英寸的生产线，则每个晶圆可制造出约8万片集成芯片，这样的生产效率是极其高的，且生产成本则非常低。
所述微通道211的横截面为方形。所述微通道的底部拐角处设有圆角。
各个所述检测腔212分别以人体血液或组织液采集机构1为中心而环绕设置在各条微通道211的***。两个所述检测腔212相靠近设置且位于人体血液或组织液采集机构1的同一侧。
所述中空微针的长度为50～1500μm，所述中空微针的针头开口直径为1～20μm。
所述中空微针的表面设有纳米级金薄膜涂层，所述中空微针的针尖由生物融合薄膜进行密封处理，所述生物融合薄膜可在中空微针扎入体内后被血液或组织液所溶化。
参阅图4，人体生化检测传感芯片的制造方法包括如下步骤：
a)开口：根据所需选择合适厚度的衬底，再在衬底的顶面刻蚀若干个不贯穿(亦可贯穿)底面的内凹部，所述衬底为玻璃衬底或硅材料衬底，所述内凹部呈倒锥形，所述内凹部的深度为20～1500μm，所述内凹部的开口直径为5～500μm，所述内凹部采用光胶刻蚀技术或无掩模刻蚀技术而一次或分多次刻蚀得到；
其中，无掩模刻蚀技术可为激光刻蚀技术，能够利用高能量密度的激光照射衬底的顶面，使被照射区域表面材料经受热、融化、汽化、形成等离子体、挥发和溅射等一系列复杂的物理甚至化学等过程，最终形成内凹部；
b)成膜：在衬底的顶面生成基础膜层，同时使部分所述基础膜层沉入各个内凹部之中并分别形成针膜空心下沉结构或针膜实心下沉结构，所述基础膜层为采用化学气相沉积技术镀设而成的具有导电性的纯金属薄膜或合金薄膜，优选为采用化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition,CVD)镀设而成的膜层厚度在各个方向接近的纯金属薄膜，如钨薄膜或钛薄膜等，可使其在拥有良好的生物相容性的同时，具备稳定光学、电学和机械性能，进而实现长时间稳定的皮下组织液原位检测，基础膜层的厚度为5～1000μm，可根据实际需求控制基础膜层的厚度；
c)刻蚀：对于基础膜层的非针膜空心下沉结构或针膜实心下沉结构处，根据设计刻蚀形成不穿透基础膜层的微通道211和检测腔212，而对于基础膜层的针膜空心下沉结构或针膜实心下沉结构处，则刻蚀形成穿透基础膜层的中空微针的中空通道，所述微通道211、检测腔212和中空微针的中空通道均采用光胶刻蚀技术或无掩模刻蚀技术而一次或分多次刻蚀得到，所述微通道211和检测腔212的刻蚀深度均为1～500μm，所述中空微针的中空通道的长度为50～1500μm，所述中空微针的中空通道的直径为1～20μm，可通过对刻蚀面积、时长和数量的调节，进而实现对刻蚀的深度和形状以及这些微结构所占用区域的个性化精确控制；
d)去衬：通过化学腐蚀洗去衬底；
e)涂膜：在针膜空心下沉结构或针膜实心下沉结构之外通过物理溅射或电镀生成纳米级金薄膜涂层，在针膜空心下沉结构或针膜实心下沉结构之外利用生物融合薄膜对针尖进行密封处理，在微通道211内涂覆可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质，从而实现对人体组织液或血液的分离和标记等功能，有效地提高组织液或血液的生物指标可检性；
f)封装和切割：在基础膜层之上采用透明无机玻璃、透明有机玻璃或光学有机薄膜作为透明封装盖板22进行封装，同时在基础膜层与透明封装盖板22之间形成与外界相隔离的真空环境或充入非氧气体的封闭环境，再采用激光切割机或线切割机进行分离切割得到多片芯片。
在工作过程中，经中空微针吸出的组织液或血液沿着各条微通道211逐渐流动并经涂覆在微通道211内的物质所标志，最后直接流入检测腔212内。当具有一定粘度的组织液或血液在微通道211的圆弧中的流动时，由于流速低，会出现层流现象。层流中的悬浮颗粒在垂直于主流方向上还会发生迁移，且通常迁移至距管轴心线大约0.6倍半径处(管道收缩效应)。由于层流中的悬浮颗粒的位置取决于颗粒的大小和质量，利用管道收缩效应可有效分离不同尺寸和质量的细胞或其它颗粒，如癌细胞的分离等。参阅图5，在微通道211的圆弧中，由于曲率的存在，当流体经过弯道时，离心力和径向压力梯度的不平衡致使流道中心线向外流动，而封闭流道中为了满足质量守恒，靠近外壁面处流体将沿着流道在上下底面回流，于是在垂直主流动方向相反的涡流，该效应被称为迪恩(DEAN)流或二次流。迪恩流效应有效地提高了组织液或血液中待检测物质与所涂覆物质之间接触反应，从而可以缩短微通道长度和流动时间。
实施例二：
参阅图6，所述微通道211的横截面梯形。
其他同实施例一。
实施例三：
参阅图7，所述微通道211的横截面为三角形。
其他同实施例一。
实施例四：
参阅图8，所述微通道211的横截面为圆形。
其他同实施例一。
实施例五：
参阅图9，两个所述检测腔212相远离设置且位于人体血液或组织液采集机构1的不同侧。
实施例六：
参阅图10，所述人体血液或组织液体外处理机构2之中设有3条微通道211和3个检测腔212。3条所述微通道211与3个检测腔212一一对应连通。3个所述检测腔212分别位于人体血液或组织液采集机构1的不同侧。
其他同实施例一。
具体工作过程：
以凝血四项的实时检测为例。凝血四项的实时检测包含凝血酶原时间(PT)的测定、活化部分凝血酶时间(APTT)的测定、凝血酶时间(TT)的测定及血浆纤维蛋白原检测。在3条微通道211的底部分别预涂并交联葡聚糖和琼脂糖等类网状凝聚胶体以及红细胞抗体来将截留层流中的血细胞，而分离出的血浆流入各个检测腔212内。此时，可通过优化微通道的截面积和长度来保证血细胞在各条微通道211中得到充分截留。此外，在3个检测腔212内分别施加凝血酶、激活剂以及钙离子的凝血剂，再采用光学比浊法检测血浆的凝聚状态。具体而言，在第一个检测腔212内分别负载组织因子III和钙离子，以监测检测腔212内血浆凝固状态，从而计算出血浆凝血酶原时间(PT)；在第二个微通道211的后端负载激活剂(如鞣花酸、磷脂)以及钙离子，使血液在微通道211中经过激活剂的催化后到达第二个检测腔212，再通过钙离子参与下监测血浆凝固状态的变化，从而获得活化部分凝血活酶时间(APTT)；在第三个检测腔212内涂上标准凝血酶，再监测凝固状态以计算出凝血酶时间(TT)；同时，在第三个检测腔212内通过检测散射光的强度比以计算出血浆纤维蛋白原的浓度。本芯片可应用于手术进展中的实时凝血功能检测。此外，亦可在微通道211和检测腔212内涂覆其他现有的可用于检测凝血四项的物质。其中，微针芯片的针尖高度在100μm以上，以保证达到或者穿过真皮层来采集血液。
实施例七：
参阅图11，所述人体血液或组织液体外处理机构2之中设有1条微通道211、1个检测腔212和1个质控腔213。所述检测腔212分别与微通道211和质控腔213相连通。所述质控腔213内涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。
其他同实施例一。
具体工作过程：
以猴痘病毒的实时检测为例。所述微通道211内负载有经过标记物质标记的猴痘抗原蛋白以及经过标记物质标记的亲和素，所述测试腔212之中固定负载有抗人免疫球蛋白抗体，所述质控腔213之中固定负载有生物素。将中空微针扎入人体并穿越表皮层，使血液或组织液先后流经微通道211、测试腔212和质控腔213。在流动过程中，若血液或组织液内存在猴痘病毒抗体IgM或者IgG，而与负载于微通道211之中猴痘抗原蛋白充分结合，再共同到达测试腔212。当样本流至测试腔212时，流速会显著变慢，且样本中的抗体与被标记的抗原结合后，将被化学交联固定在测试腔212之中的鼠抗人IgG抗体和/或鼠抗人IgM抗体所捕获，并产生变色或者经入射光激发下产生荧光，再由分光光度计或光谱仪探测变化强度。此外，未被捕获的成分将随整体体液继续流动，直至流至质控腔213。此时，被化学交联固定在质控腔213之中的生物素将捕获经过标记物质标记的亲和素，从而产生变色或者经入射光激发下产生荧光，再由分光光度计或光谱仪探测变化强度，从而形成对照。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：包括人体血液或组织液采集机构(1)和人体血液或组织液体外处理机构(2)，所述人体血液或组织液采集机构(1)包括单根中空微针或由多根中空微针排列组成的微针阵列，所述人体血液或组织液体外处理机构(2)之中设有若干条微通道(211)和若干个检测腔(212)，各条所述微通道(211)分别以人体血液或组织液采集机构(1)为中心而螺旋盘绕设置且一端与单根或多根中空微针的针头开口相连通而另一端与其中一个检测腔(212)相连通，各条所述微通道(211)和各个检测腔(212)内分别涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。
2.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述人体血液或组织液体外处理机构(2)包括基板(21)和透明封装盖板(22)，各条所述微通道(211)和各个检测腔(212)均设置在基板(21)的顶部，所述透明封装盖板(22)安装在基板(21)的顶面以封闭各条微通道(211)和各个检测腔(212)并形成与外界相隔离的真空环境或充有非氧气体的封闭环境。
3.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述微通道(211)的长度L的计算公式如下：
Figure FDA0003785751730000011
其中，n为微通道(211)的螺旋圈数，D为中空微针的针头开口直径，N为微通道(211)的数量，W为微通道(211)的顶部宽度，w为相邻两条微通道(211)的顶部间距，a为微通道(211)与中空微针的针头开口的连接段长度，L、D、W、w和a的单位均为μm。
4.如权利要求3所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述微通道(211)的流量Q的计算公式如下：
Figure FDA0003785751730000021
其中，Δp为微通道(211)的入口和出口之间的压力差，W为微通道(211)的顶部宽度，γ为流体粘度系数，L为微通道(211)的长度，Δp的单位为Pa，W和L的单位均为μm，γ的单位为cPs。
5.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述微通道(211)的最大数量Nmax的计算公式如下：
Figure FDA0003785751730000022
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道(211)与中空微针的针头开口的连接段长度，W为微通道(211)的顶部宽度，w为相邻两条微通道(211)的顶部间距，D、W、w和a的单位均为μm。
6.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述芯片的面积C的计算公式如下：
C≈(D+a+2(N·n·(W+w)+J)+100)2；
其中，D为中空微针的针头开口直径，a为微通道(211)与中空微针的针头开口的连接段长度，N为微通道(211)的数量，n为微通道(211)的螺旋圈数，W为微通道(211)的顶部宽度，w为相邻两条微通道(211)的顶部间距，J为检测腔(212)的宽度或直径，D、W、w、a和J的单位均为μm。
7.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：各个所述检测腔(212)分别以人体血液或组织液采集机构(1)为中心而环绕设置在各条微通道(211)的***。
8.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述人体血液或组织液体外处理机构(2)之中还设有与检测腔(212)相连通的质控腔(213)，所述质控腔(213)内涂覆有可与待检测的物质结合、反应或者促进反应的物质。
9.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述中空微针的长度为50～1500μm，所述中空微针的针头开口直径为1～20μm。
10.如权利要求1所述的一种人体生化检测传感芯片，其特征在于：所述中空微针的表面设有纳米级金薄膜涂层，所述中空微针的针尖由生物融合薄膜进行密封处理，所述生物融合薄膜可在中空微针扎入体内后被血液或组织液所溶化。
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