一种微液滴生物分析试剂卡及分析系统的制作方法

1.本实用新型属于生物检测分析技术领域，更具体地，涉及一种微液滴生物分析试剂卡及分析系统。


背景技术：

2.当前临床生物医学检测技术日新月异，大型仪器具有检测稳定，通量高，准确，灵敏度高，试剂检测灵活等各种优点，但其体积大，成本高，很难在一些急诊或者门诊等需要集约型机器的场景使用。
3.鉴于此，液滴分析技术逐渐发展成熟，其是通过磁力作用于包裹有磁粒的微小体积液体(一般为油相)，进而操控其进行移动，实现反应、洗涤、检测等检测步骤，这种技术通常在分析芯片上实现，可以将检测设备做到较小体积。
4.微液滴分析技术在测试研究中可以通过液相的转换(运动形式、运动状态、运动过程)达到生物反应过程的目的，也可以通过液相中固相的转换(移动分离、吸附分离、提取分离)达到生物分析过程的实现。其中通过固相转换结合吸附
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移动分离可以避免液体移动分析过程体积损失，实现较高的精密度的测试。现有技术应用中大部分基于平行的反应过程技术，在测试过程中，特别是机构测试应用次数越多，会发现部分的测试结果与其他测试结果差异较大，且随测试的次数增加，差异越大。如中国专利cn107983424a公开的一种液滴生物分析芯片，该芯片包含若干组相互平行的串联微池，每组串联微池由若干通过狭缝串联连通的微池单元组成；串联微池中的部分或全部微池单元具有开放式结构；串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构，其体积虽然较小、适合数微升至百微升的生物样品。在具体实施的过程中发现，其没有考虑到振荡过程中的流体动力，使得在相同测试条件下的不同批次测试得到的结果差异较大，达不到微液滴分析技术的要求精密度，且由于串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构，经常存在样品与试剂反应不充分的情况。


技术实现要素：

5.本实用新型为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种微液滴生物分析试剂卡，其能够使检测样品与试剂混合更加均匀、反应更加充分、检测结果更加精准可靠。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.提供一种微液滴生物分析试剂卡，包括弧形基板、设置于弧形基板上的多个弧形凹槽及多个弧形通道，相邻弧形凹槽之间通过弧形通道连通；弧形凹槽内壁设置有若干个凸起。
8.本方案中基于流体动力过程的考虑，设置弧形凹槽用于容纳检测样品或试剂，进行混合反应、洗涤、检测等，另外将基板及通道也设置为弧形，这样可将多个带有弧形凹槽的弧形基板环绕分布设置在测试平台上，通过电机直接带动测试平台进行往复转动，对弧形凹槽内的检测样品与试剂进行振荡混匀，相较于传统的直线振荡，这种方式下液体在弧形凹槽内运动不会与侧壁直接撞击而溢出，处于弧形凹槽内的微液滴运动轨迹也更加随
机、不确定，混匀效果较好，且不需要螺杆等其他传动机构，最大程度简化装置，同时，也可直接通过电机的带动，使得检测样品通过弧形通道在多个弧形凹槽内流动，完成移液操作；另外在弧形凹槽内壁设置凸起，使得凹槽内壁不光滑，这样在进行振荡操作时，凸起会与弧形凹槽中的油相液滴发生碰撞，液滴从而受到外力发生变形或分散，以使各种生物分子更好、更快速地混合，加快检测效率。
9.作为进一步改进的结构形式，上述的每个弧形凹槽外侧壁上均设置有向底壁倾斜的斜块，凸起设置于弧形凹槽的内侧壁或外侧壁或底壁上。
10.作为进一步改进的结构形式，上述的斜块与弧形凹槽的外侧壁、底壁相贴合、斜块较低的一侧与弧形凹槽的内侧壁之间具有间隙。
11.作为进一步改进的结构形式，上述的弧形基板为两侧具有相同弧度的长条型开环结构。
12.作为进一步改进的结构形式，上述的弧形基板上设有的多个弧形凹槽分别是至少一个反应槽、至少一个洗涤槽、至少一个检测槽，洗涤槽位于反应槽与检测槽之间。
13.作为进一步改进的结构形式，上述的多个弧形通道靠近反应槽的一端均设有倒角；多个弧形通道的宽度范围为0.2～20mm；反应槽、洗涤槽、检测槽的宽度均为1～15mm。
14.作为进一步改进的结构形式，上述的反应槽、洗涤槽、检测槽的深度均为3～15mm，底面面积均为10～100mm2；或反应槽的宽度为1～4mm，深度为3～15mm，底面面积为10～60mm2，洗涤槽的宽度为1～4mm，深度为3～15mm，底面面积为10～80mm2，检测槽的宽度为1～7mm，深度为3～15mm，底面面积为10～50mm2；弧形通道的宽度范围为0.5～3mm；弧形通道及弧形凹槽的内侧壁或外侧壁或底壁中任意一个的壁厚均为1～4mm。
15.作为进一步改进的结构形式，还包括与弧形基板盖合的盖板，盖板上设置有若干通孔，通孔可用于检测槽的透光或用于向反应槽内添加样品或试剂。
16.本方案中还提供一种分析系统，包括旋转盘、驱动电机、沿旋转盘周向设置的多个弧形试剂卡、设置于弧形试剂卡任意一面且可与弧形试剂卡相对转动的若干磁性装置、固定设置于弧形试剂卡上方的若干检测装置；驱动电机输出轴与旋转盘底部固定连接。
17.作为进一步改进的结构形式，还包括可用于前处理的微流控芯片，微流控芯片与旋转盘固定连接且高度高于弧形试剂卡，微流控芯片上设置有多个分别用于连通多个弧形试剂卡、以向弧形试剂卡注入检测样品的连接管。
18.作为进一步改进的结构形式，还包括设置于驱动电机底部、用于调节驱动电机高度的高度调节装置。
19.与现有技术相比，有益效果是：
20.本实用新型的弧形试剂卡可适应旋转振荡，这样的混匀效果更好，且可由驱动电机直接驱动，不需要过多的螺杆等传动部件，减少装置的制作成本，提高装置的工作可靠性；另外，在弧形凹槽内壁相应的设置凸起，可以对运动中的液滴作用，改变液滴的原有运动轨迹，使得混匀速率更快、效果更好，从而提高检测速率与准确性；同时，在弧形凹槽底部设置的斜块，可以避免旋转振荡过程中液滴在离心力作用下聚集到弧形凹槽远离圆心的一侧上，影响混匀效果。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例1微液滴生物分析试剂卡的整体结构示意图；
22.图2是本实用新型实施例1微液滴生物分析试剂卡的基板结构示意图；
23.图3是图2的a
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a方向的剖视图；
24.图4是本实用新型实施例1微液滴生物分析试剂卡的弧形凹槽结构示意图；
25.图5是本实用新型实施例1微液滴生物分析试剂卡的盖板结构示意图；
26.图6是本实用新型实施例1分析系统的整体结构第一角度示意图；
27.图7是本实用新型实施例1分析系统的整体结构第二角度示意图；
28.图8是图6的b部放大示意图；
29.图9是图7的c部放大示意图；
30.图10是本实用新型实施例2微液滴生物分析试剂卡的弧形凹槽结构示意图。
具体实施方式
31.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。
32.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
33.实施例1：
34.如图1至图9所示为一种微液滴生物分析试剂卡的第一实施例，包括弧形基板101、设置于弧形基板101上的五个弧形凹槽102及四个弧形通道103，相邻弧形凹槽102之间通过弧形通道103连通；弧形凹槽102内壁设置有若干个凸起104。
35.当然，弧形凹槽102与弧形通道103的数量仅为一种参考的实施方式，其是为了更清楚的描述本方案的结构原理，不能理解为对本方案的限定。
36.如图2、图3所示，每个弧形凹槽102远离圆心的一侧为外侧壁1025、靠近圆心的一侧为内侧壁1024、连接内侧壁1024与外侧壁1025的为底壁1026；由于弧形试剂卡适用于旋转振荡，在旋转振荡过程中，弧形凹槽102内的液滴会在离心力的作用下聚集到弧形凹槽102的外侧壁1025上，会影响液滴的混匀效果，因此多个弧形凹槽102的外侧壁1025上均设置有向底壁1026倾斜的斜块105，这样在斜块105上的液滴的重力分力可作为向心力，避免液滴被甩到弧形凹槽102的外侧壁1025上。
37.另外，本实施例中的凸起104设置在每个弧形凹槽102的外侧壁1025上，当然容易想到的是，相应的凸起104也可以设置在每个弧形凹槽102的内侧壁1024或底壁1026或斜块105的上表面，以作用于运动中的液滴，提高混匀速率与效果。
38.其中，斜块105与弧形凹槽102的外侧壁1025、底壁1026相贴合，斜块105较低的一
侧与弧形凹槽102的内侧壁1024之间具有间隙，这样可以避免液滴聚集在斜块105与弧形凹槽102的内侧壁1024或外侧壁1025的连接处。
39.在本实施例中的弧形基板101为两侧具有相同弧度的长条型开环结构，弧形通道103及弧形凹槽102的内侧壁1024壁厚均为1～4mm。由于一般的微液滴生物分析需要通过磁块对弧形凹槽102内的磁性液滴作用进行移液，使得磁性液滴从反应槽1021中移动到洗涤槽1022、再到检测槽1023中，因此这样设置可以将磁块放置在弧形基板101的内侧壁上，即靠近旋转中心的一侧，直接驱动弧形基板101转动，使得磁块与弧形基板101形成相对运动，即可完成相应的移液操作；当然容易想到的是，也可以将弧形通道103及弧形凹槽102的外侧壁1025或底壁1026的壁厚设置为1～4mm，这样可以将磁块设置在弧形基板101的外侧壁或者底部，也可实现与本实施例同样的功能，当然也可以设置在弧形凹槽102的上方。
40.如图4所示，本实施例中的弧形基板101上设有的五个弧形凹槽102分别是一个反应槽1021、三个洗涤槽1022、一个检测槽1023，三个洗涤槽1022位于反应槽1021与检测槽1023之间。当然反应槽1021、洗涤槽1022、检测槽1023的数量仅为一种参考的实施方式，不能理解为对本方案的限定，在具体实施过程中，反应槽1021、洗涤槽1022、检测槽1023的数量均至少为一个，且均可以根据需要增减，以提供合适的反应、洗涤、检测功能。
41.如图3、图4所示，本实施例中的多个弧形通道103靠近反应槽1021的一端均倒有圆角，多个弧形通道103的宽度为1mm；其能够实现移液过程中的导流作用，使得液滴能够顺利从反应槽1021中移动到洗涤槽1022、检测槽1023中，而不会被滞留在弧形通道103的端口上处。容易想到的是，倒圆角也可以替换为倒角；另外弧形通道103的宽度仅为一种优选的实施方式，在具体实施过程中，可根据需要改变弧形通道103的宽度，其可选范围为0.2～10mm，这样在降低制作难度、成本的同时，保证弧形通道103中可注入相应的油相物质，实现对相邻弧形凹槽103的物理隔绝，便于储存、运输。
42.本实施例中的反应槽1021、洗涤槽1022、检测槽1023的宽度均为3mm，深度均为7mm，底面面积均为80mm2，这样足以容纳相应的检测样本与试剂，完成检测分析工作，且将各个功能的槽设置为体积、底面积均相同，使得生产制作更为简单，使用上也更为便捷；当然这仅为一种优选的实施方式，不能理解为对本方案的限定，在具体实施过程中，宽度可选范围为1～15mm，深度可选范围为3～15mm，底面积可选范围为10～100mm2。
43.如图1、图5所示，本实施例中还包括与弧形基板101盖合的盖板106，盖板106上设置有两个通孔1061，通孔1061可用于检测槽1023的透光或用于向反应槽1021内添加样品或试剂。具体地，弧形基板101上设置若干插槽，盖板106上设置若干与插槽配合的插块，盖板106通过插块插接与弧形基板101的插槽上，这样在旋转振荡或者储存运输过程中，盖板106可以实现一定的密封功能，避免弧形凹槽102中试剂的溢出洒落造成浪费或影响检测结果，且可方便从通孔1061向弧形凹槽102内添加检测样品或试剂，或透过通孔对检测槽1023内的样品进行光学检测。当然这仅为一种优选的实施方式，其是为了生产制作工作更加简单，在具体实施过程中，当然也可以将盖板106与弧形基板101一体注塑而成，且通孔1061的数量可根据实际情况增减；另外容易想到的是，为了实现更好地密封性，还可以在盖板106上方覆盖一层薄膜。
44.如图6至图9所示，本实施例还提供一种分析系统，包括旋转盘201、驱动电机202、沿旋转盘201周向设置的多个弧形试剂卡100、设置于弧形试剂卡100内侧的若干磁性装置
203、固定设置于弧形试剂卡100上方的若干检测装置204；驱动电机202输出轴与旋转盘201底部固定连接。
45.其中，磁性装置203设置于弧形试剂卡100的内侧，仅为一种参考的实施方式，不能理解为对本方案的限定，具体实施过程中，磁性装置203当然也可以设置在弧形试剂卡100的外侧或底部或顶部。
46.当然还应包括用于安装定位磁性装置203、检测装置204等部件的机架207，机架207上设置有若干连接杆2031，磁性装置203、检测装置204固定在连接杆2031上。
47.其中，本实施例中的磁性装置203为磁铁，以保证磁性装置203能够保证其磁性的存在，同时减少系统的复杂度；当然这不能理解为对本方案的限定，采用电磁铁等其他的具有磁性的装置也在本方案的范围内。
48.为了提高检测效率，多个弧形试剂卡100可依次连接在旋转盘201上形成多个具有间隔的圆环结构(图中未示出)，这样可同时对多个圆环结构中的弧形试剂卡100进行检测分析。为了对多个圆环结构上的弧形试剂卡100进行检测，机架207上还可连接设置有可在水平面上伸缩的伸缩臂2041结构，与检测装置204固定的其中一个连接杆2031与伸缩臂2041固定连接，这样可调整检测装置204的位置以确保检测装置204位于检测槽1023的正上方。
49.本实施例中还包括可用于前处理的微流控芯片205，微流控芯片205上设置有多个连接管2051，微流控芯片205与旋转盘201固定连接，且通过多个连接管2051分别与盖板106上反应槽1021对应的通孔1061连通。这样可先运用微流控芯片205对检测样品进行前处理，然后在微流控芯片205中的检测样品经分流进入到各个弧形试剂卡100进行反应检测。另外，微流控芯片205底部还可设置有支撑杆2052，微流控芯片2052通过支撑杆2052与旋转盘201固定连接，这样可使得微流控芯片205的高度高于弧形试剂卡100，从而使得微流控芯片205中的检测样品可在重力作用下快速流入弧形试剂卡100中进行反应检测。
50.如图7所示，本实施例中还包括设置于驱动电机202底部、用于调节驱动电机202高度的高度调节装置206，其中高度调节装置206可采用气缸，气缸的活塞杆与驱动电机202底部固定连接，这样可以通过气缸活塞杆的伸缩调节驱动电机202以及与驱动电机202固定连接的旋转盘201的高度，以调节旋转盘201上的弧形试剂卡100与磁性装置203的距离，这样在控制旋转盘201往复振荡时，降低旋转盘201的高度，使得弧形试剂卡100内的磁性粒子远离磁性装置203，避免在振荡过程中磁性装置203的磁力作用于磁性粒子，影响振荡混匀效果。
51.另外，本实施例中的磁性装置203固定安装在机架207上，本实施例中的磁性装置203与弧形试剂卡100的相对转动由驱动电机202实现，其仅为一种参考的实施方式，容易想想到的是，也可以在磁性装置203上增加一个驱动结构，以实现驱动磁性装置203与弧形试剂卡100的相对转动，即可完成本实施例中的相同功能。
52.本实施例的工作过程如下：
53.经微流控芯片205处理过的检测样品经连接管2051进入各个弧形试剂卡100中，气缸活塞杆缩回，带动旋转盘201高度下降，接着驱动电机202高频往复转动，带动旋转盘201振荡，进而使得固定于旋转盘201上的弧形试剂卡100中的检测样品进行混匀；然后气缸活塞杆伸出，带动旋转盘201复位，接着驱动电机202顺时针转动设定角度，使得检测样品从弧
形试剂卡100的反应槽1021移动到洗涤槽1022中洗涤，再进入检测槽1023中，完成移液操作(若需混匀则重复上述振荡步骤)，之后检测装置204上的伸缩臂2041调整检测装置204位置，使得检测装置204位于其中一个检测槽1023的正上方，对凹槽内的液滴进行分析，完成一次检测后，气缸活塞杆缩回，带动旋转盘201高度下降，驱动电机202转动一定角度，使得另一个检测槽1023位于检测装置204的正下方，如此循环直到对所有的检测槽1023中的检测样品完成检测。
54.本方案中通过设置的弧形凹槽102用于容纳检测样品或试剂，进行混合反应、洗涤、检测等，另外将基板及通道也设置为弧形，这样可将多个带有弧形凹槽102的弧形基板连接起来形成圆环结构，安装在旋转盘201上，通过驱动电机202直接带动旋转盘201进行往复转动，对弧形凹槽102内的检测样品与试剂进行振荡混匀，相较于传统的直线振荡，这种方式下液体在弧形凹槽102内运动不会与侧壁直接撞击而溢出，处于弧形凹槽102内的微液滴运动轨迹也更加复杂混乱，混匀效果较好，且不需要螺杆等其他传动机构，最大程度简化装置；另外在弧形凹槽102内壁设置凸起104，使得弧形凹槽102内壁不光滑，这样在进行振荡操作时，凸起104会与弧形凹槽102中的油相液滴发生碰撞，液滴从而受到外力发生变形或分散，以使各种生物分子更好、更快速地混合，加快检测效率。
55.实施例2
56.如图10所示为一种微液滴生物分析试剂卡的第二实施例，本实施例与第一实施例的区别仅在于，本实施例中的反应槽1021、洗涤槽1022、检测槽1023的体积、底面积均不同，其中反应槽1021的宽度为2mm，深度为8mm，底面面积为30mm2；洗涤槽1022的宽度为3mm，深度为8mm，底面面积为40mm2；检测槽1023的宽度为4mm，深度为8mm，底面面积为80mm2。这样反应槽1021整体会更加狭窄，便于检测样品与试剂的结合，洗涤槽1022则较宽，这样磁性粒子从反应槽1021进入洗涤槽1022中后，可以被洗涤溶液充分包裹进行洗涤，而检测槽1023最宽，可以与检测装置204配合，不会遮挡检测装置204的光线，检测效果更好。当然，本实施例中所采用的尺寸均为优选，在具体实施过程中，尺寸可根据需要进行更改，其中，反应槽宽度范围为1～3mm，深度范围为3～10mm，底面面积范围为10～60mm2；洗涤槽宽度可选范围为1～4mm，深度范围为3～10mm，底面面积范围为10～80mm2；检测槽的宽度范围为1～5mm，深度范围3～10mm，底面面积为10～100mm2。
57.实施例3
58.本实施例与第二实施例的区别仅在于，本实施例中弧形通道103的宽度为0.5mm，反应槽1021的宽度为1mm，深度为3mm，底面面积为10mm2；洗涤槽1022的宽度为1mm，深度为3mm，底面面积为10mm2；检测槽1023的宽度为1mm，深度为3mm，底面面积为10mm2。
59.实施例4
60.本实施例与第二实施例的区别仅在于，本实施中的弧形通道103的宽度为2mm，反应槽1021的宽度为4mm，深度为15mm，底面面积为60mm2；洗涤槽1022的宽度为5mm，深度为15mm，底面面积为80mm2；检测槽1023的宽度为7mm，深度为15mm，底面面积为100mm2。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以
在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
62.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
63.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。