CN205435772U - 一种微流控芯片磁珠混匀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微流控芯片磁珠混匀装置，包括：第一容器、第二容器、底座、进气孔、凹槽和膜片；所述底座包括第一表面、第二表面和第一通孔、第二通孔，所述第一容器靠近所述底座的表面设有第一开口，所述第一通孔与所述第一开口形状一致；所述第二容器靠近所述底座的表面设有第二开口，所述第二通孔与所述第二开口形状一致；所述凹槽设置在所述底座的第二表面上且位于所述底座的中心，所述底座上设有连通所述凹槽与所述第一通孔的第一通道、连通所述凹槽与所述第二通孔的第二通道，连通所述进气孔和所述第一通孔的第三通道；所述膜片覆盖所述凹槽、第一通孔、第二通孔和底座的第二表面。能在较小的空间内实现磁珠溶液中磁珠的快速混匀。

Description

一种微流控芯片磁珠混匀装置

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片领域，具体涉及一种微流控芯片磁珠混匀装置。

背景技术

磁珠混匀是一个物理过程，在微流控芯片中进行磁珠反应混匀是必需的步骤，其混匀效果取决于使用的装置和方法。微流控芯片作为化学和生物反应的载体，在这些领域中大量应用。更多的成熟技术被集成其中，磁珠技术对分析过程的高灵敏度贡献已经成为化学和生物反应必不可少的过程，但随着功能模块的增加，集成化程度也越来越高，流体在芯片中的空间日渐缩小，传统需要独立几步完成的微流体试验，现在根据试验需要集成在一个芯片上完成。传统依靠液流运动促进扩散的混匀方式，也已经无法满足在微流控芯片中磁珠快速高效混匀的要求。

目前，广泛应用的微流控芯片混匀装置主要分为被动混匀和主动混匀两类。被动混匀主要依赖液流自身的动力形成的自然扩散实现混匀，例如：振荡器混匀等，无法满足集成化需要；主动混匀多采用有源磁铁吸附方式，主要依赖外部磁体磁力的位置变化来引导磁珠混匀过程。这种方式可以达到比较理想的混匀效果，并且可以控制磁珠运动，但是有源电磁铁体积较大，并且需要在多个位置布置磁体，占用大量空间，不利于集成化，芯片化的实现，另外由于磁珠的移动需要通过调整不同方位的磁力来实现，需要花费大量的时间。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微流控芯片磁珠混匀装置，实现在较小的空间内磁珠溶液中磁珠的快速混匀。

本实用新型提出一种微流控芯片磁珠混匀装置，包括：第一容器、第二容器、底座、进气孔、凹槽和膜片；

所述底座包括第一表面、第二表面和第一通孔、第二通孔，所述第一容器靠近所述底座的表面设有第一开口，所述第一通孔与所述第一开口形状一致；所述第二容器靠近所述底座的表面设有第二开口，所述第二通孔与所述第二开口形状一致；所述凹槽设置在所述底座的第二表面上且位于所述底座的中心，所述底座上设有连通所述凹槽与所述第一通孔的第一通道、连通所述凹槽与所述第二通孔的第二通道，连通所述进气孔和所述第一通孔的第三通道；所述膜片覆盖所述凹槽、第一通孔、第二通孔和底座的第二表面。

优选的，所述装置还包括永磁体。

优选的，所述装置还包括透气不透水的滤膜，所述滤膜设置在所述第三通道内。

优选的，所述装置还包括吹气阀，所述吹气阀设置在所述第三通道与所述第一通孔连接的位置上，用于控制所述第三通道的打开与关闭。

优选的，所述装置还包括清洗液池所述清洗液池与所述底座之间设置有第三通孔。

优选的，所述装置还包括废液池，所述废液池与所述底座之间设置有第四通孔。

优选的，所述清洗液池和所述废液池之间设有隔板。

优选的，所述装置包括一个或多个第二容器。

本实用新型提供了一种微流控芯片磁珠混匀装置，将溶液通过第二容器流入到凹槽内，通过膜片的鼓起关闭第二通道，通过凹槽下膜片的鼓起迫使凹槽内的溶液流入第一容器，在第一容器经过上述步骤包含了磁珠溶液和样本溶液后，向进气孔通入正压气流，通过控制正压气流的压力和流量，推动第一容器溶液内磁珠的快速运动，实现磁珠链在反应杯中的溶液不断的混匀和扩散运动，从而在较小的空间内实现磁珠溶液中磁珠的快速混匀。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的微流控芯片磁珠混匀装置示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的图1中A-A’方向的剖视图；

图3示为本实用新型另一实施例提供的微流控芯片磁珠混匀装置示意图；

图4为本实用新型一实施例中气动混匀波形图；

图5为本实用新型一实施例中气动清洗波形图；

附图标记说明：

1、清洗液池；2、样本杯；3、标记杯；4、底物杯；5、包被杯；6、磁珠杯；7、废液池；8、凹槽；9、反应杯；10、第一通孔；11、进气孔；12、吹气阀；13、第二通孔；14、膜片；15、永磁体；16、底座；17、第一通道；18、第二通道；19、第三通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种微流控芯片磁珠混匀装置，将有磁珠的磁珠溶液，通过主膜泵从磁珠杯通过杯下膜片和主膜泵配合传送到反应杯中；同时包含有样本的样本溶液,通过主膜泵从样本杯通过杯下膜片和主膜泵配合也传送到反应杯中；这时两种溶液同时进入反应杯中。正压气流通过进气孔吹气阀连接到反应杯中，通过对外部正压气流的压力和流量程控调整，气流以脉动方式由反应杯底部侧面推动磁珠液体快速运动，实现磁珠链在反应杯中的溶液中作不断混匀和扩散运动。这时驱动反应杯附近的永磁体靠近磁珠溶液，会吸附磁珠链在永磁体附近的反应杯中聚集；驱动反应杯附近的永磁体离开反应杯，则会重新进行磁珠链的混匀和扩散运动。在气流动力的推动下通过重复磁珠链在微流控溶液中从聚集到扩散的次数可以保证溶液快速混合完全。

图1和图2示出了本实用新型一实施例提供的微流控芯片磁珠混匀装置示意图，如图1和图2所示，微流控芯片磁珠混匀装置包括：样本杯2、标记杯3、底物杯4、显色杯5、磁珠杯6、反应杯9、底座16、进气孔11、凹槽8和膜片14，底座16包括第一表面、第二表面和第一通孔、第二通孔，反应杯9靠近底座16的表面设有第一开口，第一通孔与所述第一开口形状保持一致，样品杯2靠近底座16的表面设有第二开口，第二通孔与所述第二开口形状一致；凹槽8设置在底座16的第二表面上且位于底座16的中心，底座16上设有连通凹槽8与第一通孔的第一通道、连通凹槽8与第二通孔的第二通道，连通进气孔11和第一通孔的第三通道，膜片14覆盖凹槽8、第一通孔、第二通孔和底座16的第二表面；标记杯3、底物杯4、显色杯5、磁珠杯6结构与样品杯2结构类似；

可以理解的是，这里的反应杯9为第一容器，样品杯2、标记杯3、底物杯4、显色杯5、磁珠杯6均为第二容器，本实用新型提供的微流控芯片磁珠混匀装置中的第二容器可以按实际需要扩展为多个，能够在较小的空间内实现与磁珠有关的各种反应，为了更好的举例说明，在本实施例中，第二容器为5个，但本实用新型并不限于只包含5个第二容器，在实际应用过程中，可以进行相应的扩展和缩减。

上述实施例中，反应杯9为上下开口的容器，底座16上与反应杯9对应的通孔形状和反应杯下表面的开口形状一致，以保持底座16上的通孔与反应杯9的下表面吻合；样品杯2为上表面开口，下表面封闭的容器，并且在下表面的中心位置设有一孔，底座16上与样品杯2对应的通孔形状与样品杯2下表面中心孔的形状一致，同样的，底座上与标记杯3、底物杯4、显色杯5、磁珠杯6对应的通孔形状与标记杯3、底物杯4、显色杯5、磁珠杯6下表面中心孔的形状一致。

另外，本实用新型提供的微流控芯片磁珠混匀装置还包括永磁体15，永磁体15设置在所述反应杯9的周围，永磁体15的位置可以在预设距离范围内移动。

在第三通道内，微流控磁珠混匀装置还包括透气不透水的滤膜10。在第三通道与第一通孔连接的位置上，微流控磁珠混匀装置还包括吹气阀，用于控制所述第三通道的打开与关闭。

值得说明的是，微流控磁珠混匀装置还包括清洗液池1，清洗液池1与底座16之间设置有第三通孔，该装置还包括废液池7，废液池7与底座16之间设置有第四通孔，同时，清洗液池1和所述废液池7之间设有隔板。

图3示出了本实用新型另一实施例提供的微流控芯片磁珠混匀装置示意图，如图3所示，永磁体15的位置可在反应杯9周围移动。

本实用新型提供的一种微流控芯片磁珠混匀装置，采用永磁磁体，聚集磁珠无需动力提供，且永磁体价格低廉，可选择性强，节能，并且结构简单，解决了有源磁铁复杂的电路控制***，简化了体积复杂不易集成化的难题；另外，本实用新型提供的微流控芯片磁珠混匀装置以气动方式主动驱动磁珠，通过气体流量调节和吹气阀的开关配合程序化控制气流驱动磁珠溶液流动，提高溶液混匀效率，解决了现有装置耗时长，以及磁珠静态沉积的难题。本实用新型体积小，通过将微流控膜泵、吹气阀、微型永磁体结合在微流控芯片上的集成化设计，可以在2x4cm面积范围内实现多种功能，本实用新型提供的微流控芯片磁珠混匀装置可对微流控磁珠溶液实现多种处理功能如磁珠快速混匀、转移、积聚、断裂、清洗、排废，不仅在用于混匀时可提高混匀效率，同时配合试验方法可实现完整生化试验。并且本实用新型具有可移植性，本结构的微流膜泵、永磁体、吹气阀、功能杯微流道可在微流控芯片上根据试验需要变化膜泵尺寸，液体和气体流道通径，永磁体磁通量还可以根据试验需要增加应用杯的数量，稍作调整就可应用在不同的试验场合中。上述微流控磁珠混匀装置能使磁珠快速混匀结构简单，混合效果好，体积紧凑，可集成化。

另外，本实用新型提供了一种微流控芯片磁珠混匀方法，包括：

第二容器中的溶液经第二通孔13和第二通道18流入凹槽8后，覆盖在第二通孔13上的膜片14接收正气压，膜片14鼓起，堵塞第二通道13；

覆盖在凹槽8中的膜片14接收到正气压，迫使凹槽8中的溶液经第一通道17流入第一容器后，膜片14鼓起，堵塞第一通道17；

通过进气孔11和第三通道19向第一容器中引入正压气流，以根据所述正压气流混匀所述第一容器中的磁珠溶液。

在通过进气孔11和第三通道19向第一容器中引入正压气流之后，所述方法还包括：

通过改变永磁体15与第一容器之间的距离，聚集和打散所述第一容器的溶液中的磁珠。

在进气孔11接收到正压气流后经第三通道进入第一容器之后，所述方法还包括：

永磁体15通过改变与第一容器之间的距离，聚集和打散所述第一容器的溶液中的磁珠。

具体的，本实用新型提供一种微流控磁珠混匀方法，该方法的具体过程描述如下：

(1)微流体样本溶液由样本杯2经第二通孔和第二通道流入凹槽8后，通过膜泵向覆盖在第二通孔上的膜片通入正气压，膜片鼓起，堵塞第二通道；

通过主膜泵想覆盖在凹槽8中的膜片通入正气压，迫使凹槽8中的样本溶液经第一通道流入反应杯9，随后膜片在正气压的作用下堵塞第一通道；

同样的，磁珠杯6中的磁珠溶液也通过上述方式进入反应杯9中；磁珠溶液中的每个磁珠都附有抗体，磁珠可以有不同直径，微流体溶液介质可以根据应用不同。

两种溶液在反应杯内形成混合溶液；

(2)进气孔11接收到正压气流后经第三通道进入反应杯9，以使反应杯9内的液体在正压气流的作用下混合均匀。

可以理解的是，从进气孔11进入正压气流，以脉动方式控制吹气阀12，从而有节奏的打开和关闭第三通道，正压气流推动反应杯内的磁珠混合溶液不停运动，促进磁珠链的形成，并快速混匀；

可以理解的是，具有可引入外部气路进气孔11和可开关控制的气动通道的吹气阀12，在反应杯9底部成切线位置引入气流从杯底侧向推动磁珠溶液旋转运动，进气孔11连接到外部气压源，滤膜10位置安装有透气疏水滤膜，可以过滤空气，调整气道的直径可以实现流量控制，控制吹气阀12的开关可以控制吹气阀12开关时间和间隔可以实现对磁珠溶液混匀动作的速度和频率的控制。通过程序控制可以实现流量、频次、压力的自定义控制，实现磁珠溶液的混匀；优选的，进入反应杯9中的气体流量范围为(0.05～240mL/min)，压力范围为(0.01～0.5MPa)，微流控进气孔11中气道面积范围为(0.25～4mm2)。

(3)永磁体15通过改变与反应杯9之间的距离，聚集和打散所述反应杯9内的溶液中的磁珠。

可以理解的是，上移永磁体15到反应杯9底部，使磁珠在永磁体附近进行聚集；具有远近位置可调的永磁体15，通过微型气缸驱动永磁体15变化距离磁珠溶液的远近距离，可改变磁珠溶液中磁珠的聚集效果；永磁体15可通过更换不同磁体材料和体积，实行磁场强度的变化，使用时可放置在具有磁力效应的任意角度或位置。永磁体15可轴向伸缩动作，距离反应杯9的距离和磁力作用呈比例关系变化。

值得说明的是，上述3种方式可组合使用或单一使用。

(4)在实验过程中，可以通过控制吹气阀12和加大压力脉动节奏，使磁珠链断裂；可以将标记杯3中的标记溶液导入反应杯9中进行标记；可以将底物杯4中的底物溶液导入到反应杯9中进行显色；可以将分离磁珠后的废液排放到废液池7中，可以从清洗液池1中导入清洗液进行清洗；标记杯和底物杯，标记杯3和底物杯4中的溶液导入反应杯9的过程和样品杯2的过程一致，在此不再赘述。

(5)磁珠溶液混合完毕以后，判断混合是否符合要求，可以程序化上述4个步骤完成后，将永磁体15离开反应杯，关闭吹气阀12和主膜泵。对显色杯5中的显色液进行检测。

下面通过一个具体的实验方法来来更好的对本实用新型提供的一种微流控芯片磁珠混匀方法进行说明：

化学发光双抗体夹心法磁珠快速混匀反应试验：

(1)加入磁珠溶液的磁珠杯6：抗体偶联的免疫磁珠(包括氨基磁珠、羧基磁珠)，磁珠粒径(1um-0.2μm)，溶液体积可在(20-50ul)。

(2)加入样品溶液到样品杯2：100-400μl样品。

(3)在反应杯中气动混匀：时间8-10min(气动混匀波形见图4)

(4)洗涤：洗涤三次。永磁体吸住磁珠后，待磁珠聚集完全后，用微流膜泵将废液排入废液池，加入清洗液气动清洗。(气动清洗波形见图5)

(5)加入酶标记的抗体溶液：100-200μl酶标抗体，从标记杯中加入酶标抗到反应孔中。

(6)气动混匀反应：

(7)洗涤：洗涤五次。永磁体吸住磁珠后，待磁珠聚集完全后，用微流膜泵将废液排入废液池，加入清洗液气动清洗。

(8)加入底物：100-200μl底物APS-5，从底物孔进入反应孔中。

(9)气动混匀：气源压力：10kpa，气动时间：30S。

(10)读取数值：室温平衡反应2min后，读取数值。

其中，描述的溶液体积可以根据实际应用变化。

本实用新型提供的微流控芯片磁珠混匀方法，通过在微流控芯片上采用膜泵技术，实现微流控磁珠溶液的传送，混匀，清洗，排废，磁珠聚集功能；通过气流提供混匀动力，可提高混匀的速度和效率；通过无源永磁体来实现聚集磁珠的效果。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

最后应说明的是：本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种微流控芯片磁珠混匀装置，其特征在于，包括：第一容器、第二容器、底座、进气孔、凹槽和膜片；

所述底座包括第一表面、第二表面和第一通孔、第二通孔，所述第一容器靠近所述底座的表面设有第一开口，所述第一通孔与所述第一开口形状一致；所述第二容器靠近所述底座的表面设有第二开口，所述第二通孔与所述第二开口形状一致；所述凹槽设置在所述底座的第二表面上且位于所述底座的中心，所述底座上设有连通所述凹槽与所述第一通孔的第一通道、连通所述凹槽与所述第二通孔的第二通道，连通所述进气孔和所述第一通孔的第三通道；所述膜片覆盖所述凹槽、第一通孔、第二通孔和底座的第二表面。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括永磁体。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括透气不透水的滤膜，所述滤膜设置在所述第三通道内。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括吹气阀，所述吹气阀设置在所述第三通道与所述第一通孔连接的位置上，用于控制所述第三通道的打开与关闭。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括清洗液池，所述清洗液池与所述底座之间设置有第三通孔。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括废液池，所述废液池与所述底座之间设置有第四通孔。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述清洗液池和所述废液池之间设有隔板。

8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个第二容器。