一种微流控分配芯片的制作方法

1.本发明为一种微流控分配芯片，属于微流控技术领域。


背景技术：

2.在医学、生物学、化学等领域，常常需要利用一份样本进行多种测试和操作，需要利用样本分配技术。现有的样本分配技术通常需要用移液器多次吸取样本，再分别打入不同的反应槽或反应管中，这样的方式在分配过程中易引入杂质，造成污染；同时为了减小样本挥发带来的影响，分配的单个体系体积不能太小。微流控技术是以微流控芯片为载体，与化学、生物学等学科相互结合，在平台上小型化、集成化、自动化实现分析检测过程的技术。微流控技术为流体的自动化运输、分配提供了可能。授权公开号为cn102671729b的发明专利公开了一种用于多指标生化检测的微流控芯片，其反应池穿行或并行连接，利用气动微阀实现反应腔之间的隔离，但是样本在持续流动的过程中可能造成不同位置反应池之间的交叉污染，不利于反应结果的准确分析。授权公开号为cn110075935b的发明专利公开了多指标检测微流控卡盒及应用方法，该方法基于旋转阀进行样本分配，当旋转阀转至不同档位时，使用注射泵驱动样本，可使样本进入不同反应腔，但该方法结构复杂，成本高，且受到空间限制，可实现的分配数量有限。


技术实现要素：

3.本发明提供一种微流控分配芯片，结构简单、制作便捷、使用方便，在实现样本的自动化分配的同时，能确保样本的纯净度，从而完成对样本的多指标并行检测。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种微流控分配芯片，包括依次连通的加样孔、进样管道、分配腔、排气管道、出样管道、排气孔及旁路管道，所述旁路管道连通进样管道和出样管道，用于使通过所述加样孔添加的流体在充满分配腔后经由所述旁路管道流向所述出样管道。
6.作为优选方案，所述分配腔、进样管道、旁路管道、排气管道的横截面积依次递减。
7.作为优选方案，所述微流控分配芯片还包括设置于所述排气管道和出样管道之间的界面阀，所述界面阀数量至少为1个，用于对通过排气管道的流体进行辅助阻隔。进一步，所述进样管道、分配腔和排气管道的深度相同，所述界面阀、旁路管道、进样管道的深度依次递减。
8.作为优选方案，所述微流控分配芯片包括芯片本体和连接于芯片本体上方的盖板，所述分配腔设置于所述芯片本体上，所述加样孔、进样管道、排气管道、出样管道、排气孔以及旁路管道设置于所述盖板上。
9.作为优选方案，所述微流控分配芯片包括芯片本体和连接于芯片本体上方的盖板，所述分配腔、加样孔、进样管道、排气管道、出样管道、排气孔以及旁路管道均设置于所述芯片本体上，所述微流控分配芯片还包括设置于所述进样管道和分配腔之间的过渡管道。
10.作为优选方案，所述微流控分配芯片还包括设置于所述出样管道和排气孔之间的溢液腔，所述溢液腔用于储存多余的流体样品。
11.作为优选方案，所述溢液腔处设有光学检测传感器，用于检测流体的填充量。
12.作为优选方案，所述微流控分配芯片还包括过滤单元，所述过滤单元包括设置于所述加样孔下方的过滤膜以及设置于过滤膜下方的过滤腔，所述过滤膜至少为一层，所述过滤腔连通进样管道。
13.作为优选方案，所述分配腔中预存反应试剂，用于与样本反应完成检测。
14.作为优选方案，所述进样管道、分配腔、排气管道、出样管道和旁路管道组成一套分配单元，所述分配单元可设置若干套，相邻分配单元之间通过前一单元的出样管道和后一单元的进样管道连通。
15.本发明所提供的微流控分配芯片，具备以下有益效果：
16.(1)结构简单、制作便捷、使用方便，在实现样本的自动化分配的同时，能确保样本的纯净度，不同腔体之间的流体不会发生交叉污染；
17.(2)通过结构优化以及界面阀的引入，使得本发明提供的微流控分配芯片还可兼容不同性质的流体，尤其是可有效提高对低表面能样本的兼容性；
18.(3)通过过滤单元的引入，可实现全血样本的血清分离，从而实现以血清作为样本进行生化或免疫等指标的检测；
19.(4)对驱动液体的压力或流速有较大的兼容范围，从而完成对样本的多指标并行检测。
附图说明
20.图1为本发明微流控分配芯片实施例1的整体结构示意图；
21.图2为本发明微流控分配芯片实施例1中芯片本体的俯视图；
22.图3为本发明微流控分配芯片实施例1中盖板的仰视图；
23.图4为本发明微流控分配芯片实施例1的爆炸图；
24.图5为本发明微流控分配芯片实施例2中芯片本体的俯视图；
25.图6为本发明微流控分配芯片实施例2的整体结构示意图；
26.图7是本发明微流控分配芯片实施例3中芯片本体的俯视图；
27.图8是本发明中样本为水时驱动压力和填充时间的关系；
28.图9是本发明中样本为50％乙醇水溶液时驱动压力和填充时间的关系；
29.图10是本发明中全血样本通过过滤单元后填充分配腔，驱动压力和填充时间的关系。
30.图中1.芯片本体，2.盖板，11.21.31.分配腔，12.22.32.加样孔，13.23.33.进样管道，14.24.34.旁路管道，15.25.35.排气管道，16.26.36.界面阀，17.27.37.出样管道，18.溢液腔，19.29.39.排气孔，20.过渡管道，41.过滤腔，42.过滤膜。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
32.实施例1
33.参见图1
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图4，本实施例提供的微流控分配芯片包括芯片本体1和盖板2，芯片本体1和盖板2之间可以采用双面胶粘合、热压键合、超声焊接、激光焊接等方式实现密封配合。芯片本体1上设置有分配腔11，盖板2上设置有加样孔12，进样管道13，旁路管道14，排气管道15，出样管道17，以及排气孔19。加样孔12，进样管道13，分配腔11，排气管道15，出样管道17，以及排气孔19依次连通，旁路管道14连通进样管道13和出样管道17。
34.芯片本体1上的分配腔11与盖板2上的进样管道13，旁路管道14，排气管道15，出样管道17组成一套分配单元，实际使用时可根据测试需要任意设置分配单元的数量，相邻分配单元之间通过前一单元的出样管道17和后一单元的进样管道13连通。
35.本实施例中，旁路管道14的横截面积小于进样管道13，排气管道15的横截面积小于旁路管道14，具体的，进样管道13、旁路管道14、排气管道15的横截面积之比可为10～30:3～7:1，更具体的，三者横截面积之比为18:6:1。使用时，将流体样本从加样孔12加入，并在加样孔12处施加正压力，或在排气孔19处施加负压，从而持续驱动样品。流体样本通过进样管道13后，可进入旁路管道14和分配腔11两条流路，旁路管道14的横截面积较小，流阻较大，因此进样管道13中的流体样本会优先进入分配腔11，当液体充满分配腔11后，会进入排气管道15，由于排气管道15的横截面积小于旁路管道14，流体样本会优先通过旁路管道14，由旁路管道14流入出样管道17，汇入下一个分配单元。
36.当流体样本中含有表面活性剂成分或有机溶剂时，尽管排气管道15的横截面积小、流阻大，液体仍可能在毛细力的作用下填充排气管道15。为提高结构的可靠性、避免分配腔11之间的交叉污染，在排气管道15处加入界面阀16，具体的，界面阀16设置于排气管道15和出样管道17之间，结构设置为管道宽度突然扩大、深度突然扩大或二者同时突然扩大，当流体样本填充满排气管道15前段，达到界面阀16处时，由于表面张力的作用，流体样本会被阻隔在管道内，无法进入界面阀16，该结构可以进一步阻挡流体样品通过排气管道15，提升结构的可靠性，使结构允许的流体驱动压力范围更宽。若流体样本通过排气管道15到达界面阀16时仍具有较快的流速，界面阀16可能不足以阻隔流体样本，此时可以增加界面阀16的个数，进一步提升结构的可靠性。当液体经过旁路管道14和出样管道17进入到下一个平行的分配单元时，在排气管道15中会留存一段空气，从而保证在持续驱动样本的过程中，分配腔11中的液体无法流出腔室，避免交叉污染。重复上述分配过程，则流体样本可依次进入芯片本体1上的每一个分配腔11。
37.本发明所提供的微流控分配芯片，当流体样本为水或水溶液时，以恒定压力驱动样本，如图8所示，驱动压力在50pa
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3000pa范围内，结构均可实现稳定的样本分配，且压力越大完成填充所需时间越短。当驱动压力低于50pa时，不足以驱动流体流动，当驱动压力高于3000pa时，样本的流动速度过快，分配腔未充满时样本就有概率通过旁路管道，造成分配结构失效。当流体样本中含有表面活性剂或有机溶剂等低表面能成分时，样本在管道中受到更大的毛细力作用，从而导致样本更易通过细小的结构，通过本发明结构的优化以及界面阀的引入，可有效提高结构对低表面能样本的兼容性，例如，样本为50％乙醇水溶液时，如图9所示，结构可在20pa
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800pa的驱动压力下实现稳定的样本分配。
38.进一步，本实施例提供的微流控分配芯片还包括过滤单元，过滤单元包括设置于加样孔12下方的过滤膜42以及设置于过滤膜42下方的过滤腔41，过滤腔41连通进样管道
13。过滤膜42优选聚砜(ps)、聚芳砜(pasf)、聚苯醚砜(pes)、聚乙烯(pe)、和聚碳酸酯(pc)等具有多孔结构的物质，可以仅包括一层过滤膜，也可根据样品中待过滤的物质，选用双层，三层或者更多层过滤膜组合使用，该过滤单元可以直接使用，也可以进行处理后使用，如包被特定物质的抗体。在体外诊断领域，常需要以血清作为样本进行生化或免疫等指标的检测，在传统方法中，将全血进行血清分离通常需要离心机等大型设备，操作繁琐且对实验条件要求较高，在本实施例中，在进样端集成过滤单元，从而实现全血样本的血清分离，由于不同人的血液粘度和血细胞压积等参数都有显著的差别，滤血过程需要的驱动压力也有较大的差异，同时通过过滤膜42的血清样本成分也存在一定的差别，基于本实施例可以兼容不同的样本特性以及较宽范围的驱动压力，因此适合集成滤血步骤，实现血清生化指标的便携式检测。当样本为血液时，通过加样孔12的血液样品由过滤单元过滤掉血细胞，获得的血浆或者血清流入进样管道。由于不同血液样本的粘度和红细胞比容等参数存在显著差异，样本通过过滤膜后产生的驱动压力压降会在较宽的范围内波动，如图10所示，本实施例的分配结构可在2000pa
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4000pa的驱动压力下实现稳定的样本分配，因此可以很好的与各种过滤和前处理模块配合使用。
39.优选的，本实施例提供的微流控分配芯片还包括设置于出样管道17和排气孔19之间的溢液腔18，当样品分配完成后，继续驱动流体样品，则多余的流体样品以及在进样管道13、旁路管道14中的样品会流入溢液腔18中。由于排气管道15的流阻较大，分配腔11中的液体会保持在原位，实现分配样本的隔离。当样本较少时，进样管道13、旁路管道14中的样品可用于填充后续的分配腔11，从而实现高样本利用率。更进一步的，可以在溢液腔18处配置光学检测传感器，从透射的信号判断有没有流体样品进入到溢液腔18中，用于判断填充过程是否完成，以及样本量是否足够。
40.优选的，分配腔11中可以预存冻干或风干的试剂，与样本反应完成相应的检测功能。
41.实施例2
42.图5和图6示意性地示出了本发明所提供的微流控芯片的第二实施例，第二实施例所提供的微流控芯片与第一实施例提供的微流控芯片具有大致相同的构造，其中具有相似功能的结构被赋予相似的附图标记，为了简洁起见，在此，仅对区别部位进行详细描述。
43.与第一实施例不同的是，在第二实施例中，所有的管道和腔体都设置在芯片本体1上，即分配腔21、过滤腔41、加样孔22、进样管道23、排气管道25、出样管道27、排气孔29、旁路管24以及界面阀26均设置于芯片本体1上，当处于同一层面的进样管道23和分配腔21的深度不同时，为避免管道深度突变影响流体的分配，在进样管道23和分配腔21之间引入过渡管道20，使流体通道的横截面积平滑过渡，提升结构的可靠性。
44.实施例3
45.图7示意性地示出了本发明所提供的微流控芯片的第三实施例，第三实施例所提供的微流控芯片与第一实施例提供的微流控芯片具有大致相同的部件及连接关系，其中具有相似功能的结构被赋予相似的附图标记，为了简洁起见，在此，仅对区别部位进行详细描述。
46.与第一实施例不同的是，在第三实施例中，所有的管道和腔体都设置在芯片本体1上，即分配腔31、过滤腔41、加样孔32、进样管道33、排气管道35、出样管道37、排气孔39、旁
路管34以及界面阀36均设置于芯片本体1上，区别于第一实施例和第二实施例中利用管道横截面积的变化控制流阻，本实施例通过利用管道深度的变化，实现分配腔31的有序填充，本实施例往往适用于当需要的分配样本量少，分配腔31的横截面积小于旁路管道34的横截面积，无法通过流阻差异实现流体样本分配的情况。
47.具体的，进样管道33、分配腔31、排气管道35的深度相同，旁路管道34的深度大于进样管道33的深度，界面阀36的深度大于旁路管道34的深度，界面阀36、旁路管道34、进样管道33的深度比为4
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10:1.5
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2.5:1，更具体的，三者的深度比为5:2:1。由于旁路管道34与进样管道33之间存在深度突变，在二者交汇处会产生界面阀效果，阻碍流体的通过，而进样管道33与分配腔31之间不存在界面的深度突变，因此流体样本会优先填充分配腔31，在分配腔31填充满后，流体样本进入排气管道35，并接触到界面阀36，由于界面阀36的深度大于旁路管道34，阻碍流体通过的效果更强，因此流体样本会停止在界面阀36处，而是通过旁路管道34进入出样管道37，汇入下一个分配单元，进而重复这一过程实现样本分配。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。