一种微流控芯片的制作方法

1.本实用新型涉及生物检测技术领域，具体涉及一种微流控芯片。


背景技术：

2.周知，微流控芯片（又称芯片实验室）指的是一种在一块几平方厘米的芯片上所构建的生物或化学实验室，其把生物和化学领域中所涉及的反应、分离、培养、分选、检测等基本操作单元分别做成微米/纳米量级的构件，并集成到一块很小的芯片上，用于实现常规生物或化学的各种功能，如以生化样品检测分析为目的而进行的酶反应、免疫反应、pcr反应、酶联免疫分析等都可以在微流控芯片上实现。
3.以现有的微流控芯片在应用于聚合酶链式反应（即pcr反应）方面为例，通常是将提取的生物样品通过微通道引入一个反应孔内，并在一个反应孔内实现pcr扩增、探针杂交、荧光信号检测等多项功能，进而获得多项不同的检测参数。然而，在同一反应孔内对生物样品进行多个检测项目时，各检测反应之间会存在交叉污染的风险，尤其是在进行多重或超多重pcr反应检测时，各检测反应试剂间容易产生抑制作用，从而导致各检测反应无法独立精确控制，并影响检测结果的准确分析。


技术实现要素：

4.本实用新型主要解决的技术问题是提供一种微流控芯片，以达到防止交叉污染的目的。
5.一种实施例中提供一种微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体具有微流体通道和反应孔，所述微流体通道包括一条根节通道和若干条枝节通道，所述根节通道的首端用于接收生物样品或试剂，若干条所述枝节通道的首端并联连通根节通道的尾端，每条所述枝节通道均串联连通有预设数量的反应孔，且所述枝节通道的尾端用于输出废液。
6.一个实施例中，所述微流体通道还包括干节通道，所述干节通道具有一条主干通道部和若干条分支通道部，若干条所述分支通道部的首端并联连通主干通道部的尾端，每条所述分支通道部的尾端与至少一条枝节通道的首端连通；所述根节通道对应有至少两条干节通道，且所述主干通道部的首端并联连通根节通道的尾端。
7.一个实施例中，每条所述枝节通道与根节通道之间均设有呈层级分布的多条干节通道，所述多条干节通道中包括一条首级干节通道、至少一条中级干节通道和一条尾级干节通道；
8.所述枝节通道的首端连通尾级干节通道的分支通道部的尾端，所述尾级干节通道的主干通道部通过中级干节通道连通首级干节通道的分支通道部，所述首级干节通道的主干通道部的首端连通根节通道的尾端。
9.一个实施例中，所述芯片主体还具有导流件，每个所述反应孔均对应有至少一个导流件，所述导流件用于将生物样品或试剂引入对应的反应孔内。
10.一个实施例中，所述导流件为柱体结构，且所述导流件的至少一部分位于对应的
反应孔内。
11.一个实施例中，所述芯片主体还具有：
12.储液供给件，所述储液供给件通过供给流道连通根节通道的首端，用于可控地向所述根节通道输送生物样品或试剂；以及
13.废液收集件，所述废液收集件与枝节通道的尾端连通，用于收集经所述枝节通道排出的废液。
14.一个实施例中，所述储液供给件包括：
15.储液腔室，用于存放生物样品或试剂以及用于连接流体驱动件，所述储液腔室的数量至少为两个，每个所述储液腔室均通过独立地一条供给流道连通根节通道的首端；以及
16.微流体阀，每条所述供给流道上均设有微流体阀，所述微流体阀用于导通或截断供给流道，以使所述储液腔室内的生物样品或试剂在流体驱动件的驱使下依序经由供给流道和微流体通道进入反应孔。
17.一个实施例中，所述储液腔室内设有隔离板，所述隔离板用于将储液腔室的腔室空间分隔为储液腔部和防护腔部；
18.所述储液腔部用于存放生物样品或试剂，且所述储液腔部具有出液孔和围绕出液孔分布的导流壁，所述出液孔连通供给流道；
19.所述防护腔部，用于连接流体驱动件，所述防护腔部通过开设于隔离板上的过流孔连通储液腔部。
20.一个实施例中，所述芯片主体包括盖板件和底板件，所述盖板件和底板件相对拼装并固定为一体，所述微流体通道和供给流道均形成于盖板件和底板件之间，所述反应孔设置在底板件上，所述储液腔室位于盖板件上，所述废液收集件位于底板件上。
21.一个实施例中，所述废液收集件为位于底板件内的腔体结构，所述废液收集件具有与外界环境连通的气压平衡孔。
22.依据上述实施例的微流控芯片，包括芯片主体，芯片主体具有微流体通道和反应孔，微流体通道包括一条根节通道和若干条枝节通道，若干条枝节通道的首端并联连通根节通道的尾端，每条枝节通道均串联连通有预设数量的反应孔。利用枝节通道与根节通道之间的并联连通关系，建立分布式的通道系统，可实现将众多反应孔集成在一块芯片主体上，通过充分利用芯片主体有限的空间面积，为实现对同一份样品的多靶点同步检测创造条件；同时，通过对每条枝节通道所串联的反应孔数量的约束限制，则既可以保证各反应孔进液的均匀性，又可以防止各反应孔内的液体之间发生交叉污染，保证各检测反应能够独立精确控制，为检测结果的准确性创造了有利条件。
附图说明
23.图1为一种实施例的微流控芯片的微流体通道的结构布局示意图（一）。
24.图2为一种实施例的微流控芯片在表面视角下的结构装配示意图。
25.图3为一种实施例的微流控芯片在底面视角下的结构分解示意图。
26.图4为一种实施例的微流控芯片的底板件的内部平面结构示意图。
27.图5为一种实施例的微流控芯片的盖板件的内部平面结构示意图。
28.图6为一种实施例的微流控芯片的侧面视角下的结构剖面示意图。
29.图7为一种实施例的微流控芯片的微流体通道的结构布局示意图（二）。
30.图中：
31.10、微流体通道；11、根节通道；12、枝节通道；13、干节通道；13
‑
1、主干通道部；13
‑
2、分支通道部；13a、首级干节通道；13b、尾级干节通道；20、反应孔；30、储液供给件；31、储液腔室；31
‑
1、储液腔部；31
‑
2、防护腔部；31
‑
3、出液孔；32、微流体阀；33、隔离板；33
‑
1、过流孔；40、供给流道；50、废液收集件；51、气压平衡孔；60、盖板件；70、底板件；80、导流件。
具体实施方式
32.下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
33.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
34.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
35.目前常见的微流控芯片在实际应用时，普遍存在靶点数量过少的问题，主要原因在于：在核酸提取完成之后，通常只能将提取产物引入一个反应孔内，利用不同的光学检测通道对反应孔内的提取产物进行检测，从而得到不同的检测结果。以pcr扩增反应及检测为例：首先，由于提取产物在进行多重或超多重pcr反应后，往往需要检测数量众多的靶点，如20个、30个或者更多；当靶点数量过多时，同一反应孔内的反应试剂之间所产生的抑制作用，很容易影响检测结果；因此，靶点的检测数量通常会受到限制。其次，现实中所使用的光学检测装置并不具备数量众多且类型不同的光学检测通道，也使得现有的微流控芯片无法一次性满足多项检测的需求，因此，往往需要对同一提取产物进行多次不同项目的检测，从而引发耗时长、检测效率低等系列问题。
36.鉴于应用现有的微控芯片进行多指标或多靶点生化检测时所存在的弊端，本技术基于通过在芯片上设置多个反应孔，可实现对同一份提取产物进行多项指标检测的这一基本构思，提供了一种微流控芯片，该微流控芯片通过微通道将众多反应孔进行连通，并通过对反应孔排布以及连通方式的优化设置，既可以在能够避免各反应孔内的提取产物之间出现交叉污染的前提下，将同一份提取产物自动且均匀地分配在多个反应孔内进行反应，又可以充分有效地利用芯片主体固有的空间面积，最大限度地扩展反应孔的数量，以为实现对同一份提取产物的众多靶点的同步检测作业创造条件。
37.请参考图1、图4、图5和图7，一种实施例提供的一种微流控芯片，包括芯片主体，该芯片主体内设有微流体通道10和反应孔20；其中，微流体通道10主要用于为如核酸提取产物等生物样品或者如液体石蜡等液体试剂提供输送通道，以使液体能够最终进入反应孔20内，而反应孔20则主要用于容纳反应介质，如液体试剂、反应引物、生物样品液等；该微流体通道10主要是由一条根节通道11和若干条枝节通道12组成，根节通道11的首端主要作为进样端口来使用，以接收生物样品液或液体试剂，枝节通道12的尾端则可用于输出废液（如残余在微流体通道10内的液体），以便同时通过枝节通道12实现对废液的收集；若干条枝节通道12以并联的方式同时与根节通道11的尾端连通，而枝节通道12与根节通道11在芯片主体内所呈现的形态，可以是树型分支状形态（如图1、图4、图5所示），也可以是圆形辐射状形态（如图7所示），从而利用枝节通道12和根节通道13可在芯片主体内建立分布式的通道系统，使得液体能够经由根节通道11被最终分流至各条枝节通道12内，而每条枝节通道12则分别串联连通有预设数量的反应孔20，从而利用每一条枝节通道12既可以将有限数量的多个反应孔20进行串联连通，以使得液体能够逐个地进入各反应孔20内，保证各反应孔20内的液体量（尤其是生物样品量）相同，实现反应孔20进液的均匀性或均一性；又可以利用枝节通道12对其所串联连通的反应孔20的数量以及所有反应孔20的排布方式进行约束限制，形成每条枝节通道12均可串联连通有限数量的反应孔20的结构构造，为防止不同反应孔20内的液体发生交叉污染创造了条件。
38.具体地，以pcr扩增反应及检测为例。首先，核酸提取液在经由根节通道11输送至各条枝节通道12内后，受反应孔20为微孔构造以及液体张力因素的影响，核酸提取液在枝节通道12内流动的过程中，会依序逐一地填满该条枝节通道12上的每个反应孔20，使得每个反应孔20内的核酸提取液的量是相同的，以此保证各反应孔20进液的均匀性；而后，将液态石蜡等经由根节通道11输送至各条枝节通道12内后，液态石蜡在枝节通道12内流动的过程中，在完成对每个反应孔20内的反应产物密封的同时，会推动枝节通道12内的残余液体进行流动，并最终将残余液体经由枝节通道12的尾端排出。在此过程中，由于核酸提取液在进入反应孔20内后会与反应孔20内的反应试剂发生混合，以形成反应体系溶液，一旦当反应孔20的数量超过一定的数值时（可将此数量值定义为临界值），在核酸提取液流动的过程中，前一个反应孔20中的底部液体就会溢出，并进入下一个反应孔20内，从而导致不同反应孔20之间发生交叉污染；故利用多条枝节通道12对反应孔20的数量及布局进行约束限制，可根据实际情况使每条枝节通道12所串联连通的反应孔20的数量（即：预设数量）不超过临界值，即可解决交叉污染的问题；同时，也可为扩展芯片主体上的反应孔20的数量创造了条件，实现对芯片主体有限空间面积的充分利用，达到多靶点同步检测的作用。
39.请参阅图1和图4，一个实施例中，微流体通道10还包括干节通道13，该干节通道13作为微流体通道10的分流通道来使用，以使得微流体通道10能够同时并联连通更多的枝节通道12，实现对枝节通道12以及反应孔20数量的进一步扩展；该干节通道13具有一条主干通道部13
‑
1和若干条（如2条、3条或更多条）分支通道部13
‑
2，所有分支通道部13
‑
2的首端以并联的形式连通主干通道部13
‑
1的尾端，而每条分支通道部13
‑
2的尾端则与至少一条枝节通道12的首端连通（即相当于每条分支通道部13
‑
2均对应地连通有2条、3条或更多条的枝节通道12）；根节通道11则对应有至少两条干节通道13，并且主干通道部13
‑
1的首端并联连通根节通道11的尾端。如此，可使得整个微流体通道10形成近似于具有三级架构的树型
拓扑结构，而整个芯片所具有的反应孔20的数量则实现倍增；同时，所有反应孔20在对应的枝节通道12的约束限制下，可在芯片上形成近似于矩形阵列的结构布局，从而有利于实现对芯片主体上有限的空间面积的充分利用，为增强芯片整体的结构紧凑性创造有利条件。
40.一个实施例中，请参阅图1和图4，每条枝节通道12与根节通道11之间均设有呈层级分布的多条干节通道13，即枝节通道12通过多条逐级分布的干节通道13与根节通道11进行连通；具体地，可将多条干节通道13区分为首级干节通道13a、中级干节通道和尾级干节通道13b三个级别，其中，邻近根基通道11一侧的干节通道13即为首级干节通道13a、邻近枝节通道12一侧的干节通道13即为尾级干节通道13b、处于首级干节通道13a与尾级干节通道13b之间的一级或多级干节通道13即为中级干节通道；枝节通道12的首端连通尾级干节通道13b的分支通道部13
‑
2的尾端，尾级干节通道13的主干通道部13
‑
1通过中级干节通道连通首级干节通道13a的分支通道部13
‑
2，首级干节通道13a的主干通道部13
‑
1的首端连通根节通道11的尾端；如此，可根据反应孔20的应用数量需求，通过增加干节通道13的数量，来衔接或连通更多的枝节通道12，以赋予整个芯片更多数量的反应孔20。
41.请参阅图2、图3、图4和图5，一种实施例提供的一种微流控芯片，芯片主体还包括用于可控地向根节通道11输送生物样品或试剂的储液供给件30和用于收集经枝节通道12排出的废液的废液收集件50；其中，储液供给件30主要由设置在芯片主体上的储液腔室31和微流体阀32两部分组成，储液腔室31至少为两个，并且每个储液腔室31均通过独立的一条供给流道40连通根节通道11的首端，其中一个储液腔室31可用于存放生物样品（如核酸提取液），另一个储液腔室31则可用于存放液态石蜡等液体试剂；同时储液腔室31具备与如真空泵等流体驱动件进行连接的条件。微流体阀32可根据实际情况采用现有的如气动微型阀等阀门装置，其设置在每条供给流道40上，用于导通或阶段对应的供给流道40，以使储液腔室31内的生物样品或试剂能够在流体驱动件的驱使下，依序经由供给流道40和微流体通道10流入反应孔20，并且微流体通道10内残余的液体能够进入与枝节通道12连通的废液收集件50内，实现对废液的收集。
42.具体地，以pcr扩增反应及检测为例，可首先将用于存放生物样品的储液腔室31与流体驱动件进行连接，而后打开对应供给流道40上的微流体阀32（同时，关闭存放液态石蜡的储液腔室31所对应的供给流道40上的微流体阀32），在启动流体驱动件后，即可利用流体驱动件在芯片主体内所产生的正压效应，促使该储液腔室31内的生物样品经微流体通道10流入各个反应孔20内，以使生物样品能够与对应的反应孔20内的反应试剂等进行反应，并形成反应产物；而后，在将流体驱动件与用于盛放液态石蜡的储液腔室31进行连接，而后关闭存放生物样品的储液腔室31所对应的微流体阀32并打开存放液态石蜡的储液腔室31所对应的微流体阀32，使得液态石蜡能够流入微流体通道10并最终覆盖各个反应孔20内，从而完成对各反应孔20内的反应产物的封闭；另外，在后续的流程中，亦可通过对流体驱动件转换控制，将供给流道40和微流体通道10内的残余液体排送至废液收集件50内。
43.当然，一些实施例中，也可省略储液供给件30、废液收集件50和供给流道40，直接由操作人员将生物样品或试剂等通过移液枪等试验器具注入至根节通道11内，或者将根节通道11的首端通过管路连接液体容器，并在诸如液泵、蠕动泵等动力设备的配合下将生物样品或试剂等注入至根节通道40内。
44.一个实施例中，请参阅图2，储液腔室31内设有隔离板33，利用隔离板33可将储液
腔室31的腔室空间分隔为储液腔部31
‑
1和防护腔部31
‑
2两部分；其中，利用储液腔室31
‑
1可用于存放生物样品或试剂，储液腔部13
‑
1具有一个或多个通过供给流道40连通根节通道11首端的出液孔31
‑
3和围绕出液孔13
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3分布的导流壁，导流壁可以采用斜面结构，以使得生物样品或试剂能够顺畅且集中地流向出液孔13
‑
3。防护腔部31
‑
2则主要用于连接如真空泵等流体驱动件，并且防护腔部31
‑
2通过开设于隔离板33上的过流孔33
‑
1连通储液腔部31
‑
1，从而可在流体驱动件向储液腔室31内吹气的过程中，使驱动气体能够首先进入防护腔部31
‑
2内，再经由过流孔33
‑
1进入储液腔部31
‑
1内，从而既可以在气压的作用下驱使生物样品或试剂经由供给流道40流入微流体通道10内，又可以利用防护腔部31
‑
2起到防止储液腔部31
‑
1内的液体被倒吸的作用。
45.一个实施例中，请参阅图2、图3、图4和图5，芯片主体可由聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等材料键合封接成型，具体地，其主要由盖板件60和底板件70两部分经粘结、超声波焊接、热封、卡合等工艺处理手段相对拼装并固定成型；其中，微流体通道10和供给流道40形成于盖板件60和底板件70之间，如通过在盖板件60和/或底板件70上以模压热塑成型、注塑成型等方式预制微流体通道10的纹路，通过对两者的相对拼装即可形成微流体通道10和供给流道40；反应孔20则设置在底板件70上，具体地，反应孔20可采用盲孔或盲槽结构，由底板件70邻近盖板件60一侧的表面朝背离盖板件60的方向进行下沉延伸成型。储液腔室31则为设置在盖板件60的外表面上的封闭腔体结构，该腔体结构可以是固定式的，也可以是可拆卸式的，如在盖板件60的外表面上设置槽腔结构，并通过盖板等部件对其槽口进行封盖，即可形成储液腔室31，此时可便于向储液腔部31内添加或注入生物样品、试剂等。废液收集件50则设置在底板件70的外表面侧的腔体结构，其可参考储液腔室31的设置方式进行选择设置，以在与枝节通道12相连通的情况下，实现对废液的收集。
46.一个实施例中，请参阅图3和图4，废液收集件50具有一个或多个气压平衡孔51，气压平衡孔51主要作用是将废液收集件50的内部空间与外界环境进行连通，以便在流体驱动件能够驱使生物样品或试剂在芯片主体内进行流动。需要说明的是，图1至图7中并未示出废液收集件50与枝节通道11之间的具体连通结构，在具体实施时，可根据实际情况（如芯片主体的空间面积等）在底板件70与盖板件60之间依照微流体通道10的设置方式来设计连通结构，亦可在底板70内部设置相应的连通结构。当然，其他一些实施例中，也可利用气压平衡孔51连接流体驱动件，以使得流体驱动件能够在芯片主体内产生负压效应，从而促使生物样品或试剂进行流动。
47.一个实施例中，请参阅图6，芯片主体还包括导流件80，主要用于将生物样品或试剂顺畅地引入反应孔20内；本实施例中，每个反应孔20均对应有一个导流件80，而导流件80则为柱状结构体，导流件80的一端位于微流体通道10内（如固定或者形成于盖板件60的内表面上），导流件80的另一端则延伸至对应的反应孔20内，从而使得导流件80以悬吊地方式被置于对应的反应孔20内；一般情况下，受反应孔20的微孔构造以及液体张力因素的影响，在生物样品或试剂等液体进入反应孔20时通常会存在一定的难度；因此，利用导流件80可便于液体在微小体积空间以及存在液体张力的情况下顺畅地进入反应孔20内，以便于反应孔20内的实际进行充分混合。其他实施例中，导流件80也可采用其他结构形式或者以其他方式进行替代，如改进反应孔20的结构构造，使其本身具有导流的作用；亦或者在反应孔20的端口侧设置导流结构。
48.以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。