多用途离心式微流控芯片的制作方法

1.本发明涉及生物医学和分析化学领域应用，尤其是涉及一种多用途离心式微流控芯片。


背景技术：

2.在微全分析系统中，样品与试剂的均分、反应和检测主要是通过微流控芯片实现。随着微流控技术的发展，微流控芯片的驱动方式主要有压力驱动、电渗流驱动、表面张力驱动和离心驱动等。其中，离心驱动方式是利用离心力将待测样品运送至芯片内部，具有结构紧凑，适用样品范围广和调节流速范围大等特点，在生物医学和分析化学领域应用较为广泛。
3.目前，利用离心驱动实现液体均分的方案有很多，主要有两种方式：一种是利用高转速将波浪形通道内的液体实现均分，如中国专利公开号为cn102369443a的专利文献，公开了一种离心式的试样分析芯片，该芯片由波浪形检测槽，缓冲孔和反应孔组成；该微流控芯片检测槽为波浪形，通道结构复杂，加工难度较大，加工成本高，且各反应孔皆分布在圆周式微流控芯片的边缘，样本检测通量小；由于该微流控芯片仅采用一条加样通道，检测样品单一，无法适应检测样品多样化的场合；另外，该微流控芯片需要采用较高的转速驱动液体运动，也会增加仪器的研发和制造成本。另一种是采用定量元件、分样元件和虹吸阀等结构实现液体的均分操作，如中国专利公开号为cn207586245u的专利文献，公开了一种检测病原微生物的离心式微流控芯片，该微流控芯片由加样池、分样元件和反应元件组成，利用离心力将加样池内的样品通过虹吸阀和分样元件输送到反应池内，该微流控芯片虽然能够保证液体均分时的均一性，但反应池的个数较少，检测通量小，同样无法适应样品检测指标多的场合；同时，该微流控芯片往往需要多段转速进行驱动，大大增加了研发和制造成本。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种具有高通量、检测样品类型多样化的多用途离心式微流控芯片，实现液体的均分和检测，且制造成本低。
5.为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：本发明所述的多用途离心式微流控芯片，包括盖片、疏水透气膜和基片；所述盖片、疏水透气膜和基片依次上、下叠置，并通过激光焊接或热压键合或胶黏结合为一体；所述基片上位于几何旋转中心开设有转轴连接结构，围绕所述几何旋转中心均布开设有多个分液池，基片上围绕所述几何旋转中心开设有废液槽，所述废液槽用于收集多余的样品；每个所述分液池与废液槽分别通过检测槽相连通，所述检测槽内或一侧的边缘处开设有反应池；基片上开设有上开口结构的废液排气孔、分液池排气孔和进样孔；所述分液池排气孔，用于在所述微流控芯片旋转过程中保持检测槽内的气压恒定；分液池排气孔和所述进样孔分别与分液池相连通，所述废液排气孔通过排气通道与废液槽相连通，分液池排气孔和废液排气孔的孔口分别通过所述疏水透气膜密封；盖片上对应于转轴连接结构、进样孔、分液
池排气孔和废液排气孔位置处，分别开设有通孔。
6.优选地，所述检测槽为直形槽或弧形槽，位于检测槽与所述分液池衔接处设置有毛细被动阀；所述毛细被动阀，用于阻止加样时液体进入检测槽内。
7.优选地，所述反应池的形状可以是圆形孔，方形孔或腰型孔等能实现储液功能的形状；圆形孔的直径或方形孔的宽度等于、小于或大于检测槽的宽度。
8.优选地，所述直形槽或弧形槽沿顺时针或逆时针倾斜设置，即倾斜方向与所微流控芯片工作时的旋转方向相反。
9.优选地，所述毛细被动阀为结构性阀。
10.优选地，所述进样孔为与标准移液枪头尺寸相匹配的锥形孔，其上方覆盖柔性模便于所述标准移液枪头插入和密封。
11.优选地，每个所述检测槽内设置有多个所述反应池，每个所述分液池的容积等于与其相连通的检测槽内反应池总容积的1.2～1.5倍，用于实现液体初步均分。
12.优选地，多个所述分液池相互连通，每个分液池的平面形状可以为扇形、半圆形或半椭圆形。
13.本发明采用低转速实现液体的均分和检测功能，适用于0~500r/min范围，降低了与之配套使用的仪器的研发成本。与现有技术比较，将储液池和分液池合并，不使用虹吸阀，结构简单，加工难度低；且仅使用一段转速即可实现液体的定量和均分操作，操作便捷。采用弧形检测槽结构，利用旋转过程中的离心力迫使检测槽内液体贴壁流动，实现液体在反应池中的均分操作。同时，相对于沿径向设置的直线形检测槽，延长了检测槽的长度，增加了样品检测的通量。设置多个分液池，实现不同种类样品的均分和检测。分液池以基片几何旋转中心向外围呈辐射分布，避免了分液池样本间的交叉污染。
附图说明
14.图1是本发明实施例1的轴测结构示意图。
15.图2是图1中基片的结构示意图。
16.图3是本发明实施例2的基片结构示意图。
17.图4是本发明实施例3的基片结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
20.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、
ꢀ“
固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两
个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
21.另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
22.实施例1：如图1、2所示，本发明所述的多用途离心式微流控芯片，包括圆盘结构的盖片1、疏水透气膜2和圆盘结构的基片3。盖片1、疏水透气膜2和基片3依次上、下叠置，并通过激光焊接或热压键合或胶黏结合为一体。
23.基片1上以圆心o点设定的半径位置均布开设有三个转轴连接孔4，用于实现微流控芯片的固定和旋转。
24.围绕基片1圆心o点均布开设有十二个分液池5，每个分液池5的平面形状可以为扇形、半圆形或半椭圆形，各分液池5依次连通；当然，分液池5可以根据检测样品类型的需求，可以任意进行分割阻断成不同的小室。
25.基片1上靠近边缘位置，以基片1圆心o开设有圆环形的废液槽7，用于收集检测过程中多余的样品。
26.每个分液池5分别通过一条检测槽8与废液槽7相连通，检测槽8为按照顺时针方向布置的弧形槽，与微流控芯片工作时的旋转方向（逆时针）相反，检测槽8内沿顺时针方向间隔开设有多个反应池9，通过分别预埋用于进行生化反应、免疫诊断或药敏检测的物质，来实现样品的检测。
27.按照顺时针方向布置的弧形槽目的是：1、在微流控芯片逆时针旋转时，离心力驱动液体贴弯曲侧壁流动，使液体更易突破检测槽8与反应池9之间的张力进入到反应池9内；2、起到延长检测槽8长度，增加样品检测的通量。
28.检测槽8的弧度可以是标准半圆弧、椭圆弧或符合阿基米德螺旋线轨迹的弧；反应池9可以是圆形孔，方形孔或腰型孔等任意能实现储液功能的形状；圆形孔的直径或方形孔的宽度等于、小于或大于检测槽8的宽度。
29.每个分液池5的容积等于与其相连通的检测槽8内所有反应池9总容积的1.2～1.5倍，用来实现液体的初步均分。
30.位于检测槽8与分液池5衔接处设置有十字形毛细被动阀10（也可选一字形毛细被动阀或其他任意形状）；毛细被动阀，用于阻止加样时液体进入检测槽8内。
31.基片3上开设有台阶孔结构的废液排气孔11、分液池排气孔12和进样孔13；分液池排气孔12，用于在微流控芯片旋转过程中保持检测槽8内的气压恒定；分液池排气孔12和进样孔13分别与分液池5相连通，废液排气孔11通过排气通道6与废液槽7相连通；进样孔13为与标准移液枪头尺寸相匹配的锥形孔，其上方覆盖柔性模便于标准移液枪头插入和密封。
32.疏水透气膜2的直径分别与对应的台阶孔结构的废液排气孔11和分液池排气孔12相匹配；实际制造时，将疏水透气膜2分别密封置于废液排气孔11和分液池排气孔12内，然
后通过激光焊接或热压键合或胶黏结合为一体。
33.盖片1上对应于转轴连接孔4、进样孔13、分液池排气孔12和废液排气孔11位置处，分别开设有与其相匹配的通孔4.1、13.1、12.1和11.1。
34.实施例2：如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，反应池9开设在检测槽8一侧边缘处，并与检测槽8连通；这样，可以降低弧形检测槽8的宽度。
35.实施例3：如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，检测槽8为按照顺时针方向布置的直槽。
36.如图1、2所示，现以实施例1为例，对本发明的工作过程简述如下：取1～4ml样品从进样孔13加入到分液池5内，加样过程中加样仓中的气体从分液池排气孔12排出，分液池5充满液体后液体中无气泡出现，液体依次充满各分液池5。
37.将加过样品的微流控芯片置于离心检测平台，以转速150~350r/min逆时针转动2~5s；在旋转过程中，分液池5内的液体，在离心力的驱动下突破毛细被动阀10进入到弧形检测槽8中，在离心力作用下，液体紧贴弧形检测槽8侧壁流动，当液体流至反应池9边缘时，由于受液体表面张力的影响，液体流动受阻，液体产生堆积，随着堆积液体质量的增大，液体突破张力，进入到反应池9内。
38.分液池5内的液体量大于对应弧形检测槽8内所有反应池9的总液体量，剩余的待测液体流入废液槽7中。离心过程中，微流控芯片中的气体从废液排气孔11排出，确保在旋转时整个微流控芯片内气压的平衡。