微球标记微流控芯片以及微球蛋白标记方法与流程

1.本发明涉及生物技术领域，特别是涉及一种微球标记微流控芯片以及微球 蛋白标记方法。


背景技术：

2.对某些抗原或特异性蛋白进行检测时，通常会应用到免疫标记技术。免疫 标记技术是将既容易测定又具有高敏感性的物质标记到特异性抗原或者抗体蛋 白上，通过这些标记物的增强放大作用来显示反应体系中抗原或者抗体的性质 和含量的技术。通过同一抗原相互配对的两个抗体，一个包被固相载体，一个 包被荧光微球，在固相载体上加入样本抗原，样本抗原被固相载体的抗体捕获， 再加入包被荧光微球的标记抗体结合样本抗原，标记抗体通过双抗夹心的方式 结合在固相载体上，后洗去多余未结合的抗原、抗体，即可实现检测。在检测 时，样品抗原的浓度与荧光强度成正比。免疫标记技术中所使用的微球的制备 至关重要。然而，传统的微球制备的流程较为繁琐，需要对微球进行多次清洗 与孵育，浪费时间，并且由于是人工操作，在重复性上也会存在差异。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现有的微球蛋白标记时费时费力、操作复杂、重复性 差异大的问题，提供一种微球标记微流控芯片以及微球蛋白标记方法。
4.一种微球标记微流控芯片，包括：
5.芯片本体，所述芯片本体上设置有反应腔、第一微流道、第二微流道以及 第三微流道；所述第一微流道、所述第二微流道以及所述第三微流道分别与所 述反应腔相连通，所述反应腔的其中一侧形成第一端部且在另一侧的相对位置 形成第二端部，所述第一微流道位于所述第一端部，所述第二微流道以及所述 第三微流道均位于所述第二端部，所述反应腔的腔底面由所述第一端部至所述 第二端部逐渐下沉；所述第二微流道用于清除上清液，所述第三微流道用于收 集微球；
6.加热模块，安装于所述芯片本体以用于对所述反应腔加热；及
7.超声模块，用于从所述反应腔的上方对所述反应腔进行纵向超声。
8.在其中一些实施例中，所述反应腔的腔底面呈坡面状结构。
9.在其中一些实施例中，所述反应腔的横向宽度由所述第一端部至所述第二 端部侧逐渐收窄。
10.在其中一些实施例中，所述反应腔的横向截面呈三角形形状，所述第二端 部位于所述反应腔的其中一个顶角处；
11.或者，所述反应腔的横向截面呈椭圆形形状，所述第二端部位于所述反应 腔的长轴方向的其中一个顶点；
12.或者，所述反应腔的横向截面呈棱形形状，所述第二端部位于所述反应腔 的其中一个顶角处；
13.或者，所述反应腔的横向截面呈喇叭状，所述第二端部位于所述反应腔的 开口较小的喇叭口处。
14.在其中一些实施例中，所述第三微流道与所述第一端部连通的位置较所述 第二微流道与所述第一端部连通的位置更靠近于所述反应腔的底部。
15.在其中一些实施例中，所述芯片本体上设置有进液口、出液口以及出样口， 所述进液口通过所述第一微流道连通于所述反应腔，所述出液口通过所述第二 微流道连通于所述反应腔，所述出样口通过所述第三微流道连通于所述反应腔。
16.在其中一些实施例中，所述微球标记微流控芯片还包括第一驱动模块和/或 第二驱动模块；
17.所述第一驱动模块安装于所述芯片本体且与所述第二微流道相通，所述第 一驱动模块用于为所述第二微流道内的液体流动提供动力；
18.所述第二驱动模块安装于所述芯片本体且与所述第三微流道相通，所述第 二驱动模块用于为所述第三微流道内的微球流动提供动力。
19.在其中一些实施例中，所述第一微流道呈倾斜状，以使得所述第一微流道 内的液体能够在自重作用下流入所述反应腔内。
20.在其中一些实施例中，所述加热模块设置于所述反应腔的底部。
21.在其中一些实施例中，所述微球标记微流控芯片还包括转动阀门模块，所 述转动阀门模块的出液端与所述第一微流道连通，所述转动阀门模块的多个进 液端分别用于连接不同的试剂通道。
22.本发明另一目的还在于提供一种微球蛋白标记方法。
23.一种使用所述的微球标记微流控芯片的微球蛋白标记方法，包括如下步骤：
24.s1、控制加热模块维持反应腔的温度至预设温度，将含有缓冲液的微球溶 液通过第一微流道加入至反应腔内；
25.s2、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过第二微流道去除所述反应腔内的上清液，通过所述第一 微流道向所述反应腔内加入缓冲液；
26.s3、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过所述第一微流道向所述反应腔内加入活化剂，反应预设 时间；
27.s4、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过第二微流道去除所述反应腔内的上清液，通过所述第一 微流道向所述反应腔内加入缓冲液；
28.s5、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过所述第一微流道向所述反应腔内加入抗体，反应预设时 间；
29.s6、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过第二微流道去除所述反应腔内的上清液，通过所述第一 微流道向所述反应腔内加入缓冲液；
30.s7、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球颗粒沉降，通过所述第一微流道向所述反应腔内加入封闭液，反应预设 时间；
31.s8、控制超声模块对所述反应腔内的微球溶液纵向超声，使得微球溶液中 的微球
颗粒沉降，通过第二微流道去除所述反应腔内的上清液，通过所述第一 微流道向所述反应腔内加入缓冲液；
32.s9、通过所述第一微流道向所述反应腔内加入储存液；
33.s10、通过第三微流道收集蛋白标记的微球。
34.上述微球标记微流控芯片，在用于微球蛋白标记时，能够节省人工操作， 提升自动化程度，提高重复性。上述微球标记微流控芯片在使用时，通过超声 模块进行纵向超声(垂直超声)，能够替代传统的离心的操作，反应腔内可以 通过第一微流道轮换添加对应的试剂如缓冲液、活化剂、抗体、封闭液以及储 存液等，对应地，通过第二微流道进行上清液的去除，上述各种试剂的添加均 可以是自动化操作，超声后反应腔内的上清液的去除也可以通过自动化实现， 能够大幅减少人工操作，提高了重复性。上述微球标记微流控芯片通过设置反 应腔的腔底面由靠近于所述第一端部至所述第二端部方向逐渐下沉能够实现微 球与上清液的分离，当超声模块对反应腔内的液体进行超声时，微球粒子受声 辐射力和重力，沿着腔底面逐渐向第二端部沉淀，腔底面逐渐下沉的设计能够 便于微球粒子的沉降且能够实现沉降后微球粒子的聚集。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术 的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
36.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其 中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
37.图1为本发明一实施例所述的微球标记微流控芯片侧面示意图；
38.图2为本发明一实施例所述的微球标记微流控芯片俯视示意图。
39.附图标记说明
40.10、微球标记微流控芯片；100、芯片本体；101、反应腔；1021、第一微 流道；1022、第二微流道；1023、第三微流道；1031、进液口；1032、出液口； 1033、出样口；200、加热模块；300、超声模块；410、第一驱动模块；420、 第二驱动模块；500、转动阀门模块。
具体实施方式
41.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以 便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实 施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发 明不受下面公开的具体实施例的限制。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、
ꢀ“
宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
ꢀ“
底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和 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，因此不能理解为对本发明的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二
”ꢀ
的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个
”ꢀ
的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、
ꢀ“
固定”等术语应做广义理解，例如，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。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下
”ꢀ
可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。 而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正 上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二 特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅 仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接 在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个 元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使 用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为 了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
47.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
48.本技术实施例提供一种微球标记微流控芯片10，以解决现有的微球蛋白标 记时费时费力、操作复杂、重复性差异大的问题。以下将结合附图对进行说明。
49.本技术实施例提供的微球标记微流控芯片10，示例性的，请参阅图1所示， 图1为本技术实施例提供的微球标记微流控芯片10的结构示意图。本技术的微 球标记微流控芯片10能够用于微球蛋白标记用途。
50.为了更清楚的说明微球标记微流控芯片10的结构，以下将结合附图对微球 标记微流控芯片10进行介绍。
51.请参阅图1以及图2所示，图1为本技术实施例提供的微球标记微流控芯 片10的结构示意图。图2为本发明一实施例的微球标记微流控芯片10俯视示 意图。
52.一种微球标记微流控芯片10，包括芯片本体100、加热模块200以及超声 模块300。
53.芯片本体100上设置有反应腔101、第一微流道1021、第二微流道1022以 及第三微流道1023。第一微流道1021、第二微流道1022以及第三微流道1023 分别与反应腔101相连通。反应腔101的其中一侧形成第一端部且相对位置的 另一侧形成第二端部。第一微流道1021位于第一端部。第二微流道1022以及 第三微流道1023均位于第二端部。反应腔101的腔底面由第一端部至第二端部 逐渐下沉。第二微流道1022用于清除上清液，第三微流道1023用于收集标记 后的微球。
54.加热模块200安装于芯片本体100以用于对反应腔101加热。
55.超声模块300用于从反应腔101的上方对反应腔101进行纵向超声。需要 说明的是，纵向超声指的是由反应腔101的上方对反应腔101进行超声，请参 见图1所示，图1所示的角度中，超声模块300设置于反应腔101的上方，并 垂直对反应腔101进行超声。
56.需要说明的是，超声模块300可以与芯片本体100集成设置，超声模块300 与芯片本体100构成一体式结构，超声模块300还可以与芯片本体100分开设 置，超声模块300单独安装于第三居中单元上。
57.在一些实施例中，反应腔101的腔底面可以是从第一端部至第二端部呈逐 渐下沉的平面状结构。反应腔101的腔底面还可以是从第一端部至第二端部呈 逐渐下沉的坡面状结构。
58.优选地，参见图2所示，反应腔101的腔底面呈从第一端部至第二端部呈 逐渐下沉的坡面状结构。需要说明的是，反应腔101的腔底面的坡度可以根据 实际需要进行设置。
59.在一些实施例中，反应腔101的横向宽度由第一端部至第二端部逐渐收窄。 反应腔101的横向宽度指的是平行于芯片主体平面的尺寸。参见图2所示，反 应腔101的横向尺寸由第一端部至第二端部收窄使得反应腔101的横向形状呈 三角形结构。不难理解，在其他实施例中，反应腔101的横向形状还可以呈其 他形状，至少能够便于微球聚集即可，具体的形状不做限定。
60.在一些实施例中，第三微流道1023与第一端部连通的位置较第二微流道 1022与第一端部连通的位置更靠近于反应腔101的底部。
61.在一些实施例中，第一微流道1021呈倾斜状，以使得第一微流道1021内 的液体能够在自重作用下流入反应腔101内。第一微流道1021呈倾斜状能够便 于自第一微流道1021添加的试剂如缓冲液、活化剂、抗体、封闭液以及储存液 等在自重作用下流入反应腔101内。
62.在一些实施例中，芯片本体100上设置有进液口1031、出液口1032以及出 样口1033。进液口1031通过第一微流道1021连通于反应腔101，出液口1032 通过第二微流道1022连通于反应腔101，出样口1033通过第三微流道1023连 通于反应腔101。进液口1031、出液口1032以及出样口1033的位置均设置与 芯片本体100的表面。进液口1031、出液口1032以及出样口1033在芯片本体 100表面上的具体位置不做限定。例如，参见图2所示，进液口1031、出液口 1032以及出样口1033在芯片本体100表面上分布于同一直线上。
63.需要说明的是，坡面状结构主要作用能够达到如下效果：(1)微球被进液 口1031进来的液体冲击而远离第一端部，但由于与进液口1031连通的第一微 流道1021的高度较反应腔101的腔底面的最低位置高，因此，来自第一微流道 1021的液体的进液冲击是在反应腔101的腔底面较高位置(顶部)的横向冲击， 减少了对反应腔101的腔底面的最低位置已沉积微球的冲散。(2)微球多聚集 在反应腔101的腔底面的最低位置，因此，反应腔101的腔底面呈从第一端部 至第二端部呈逐渐下沉的坡面状结构，反应腔101的横向宽度由第一端部至第 二端部逐渐收窄的设置能够在横向、纵向上均能够聚集微球，提高微球抽取效 率。(3)，相比于平底面的反应池容易残留微球，本发明中，微球在横向、纵 向上均能够聚集，能够实现微球抽取完全，减少微球在反应腔101的腔底面的 残留。
64.在一些实施例中，反应腔101呈三角形形状，不难理解，在其他实施例中， 反应腔
101还可以呈椭圆形形状、棱形形状、喇叭状等，只要是带有尖角结构 能够实现渐缩的图形即可，其中，反应腔101的第二端部位于其中一个尖角位 置处，所述反应腔101的横向截面呈三角形形状，第二端部位于反应腔101的 其中一个顶角处；或者，反应腔101的横向截面呈椭圆形形状，第二端部位于 反应腔的长轴方向的其中一个顶点；或者，反应腔101的横向截面呈棱形形状， 第二端部位于反应腔101的其中一个顶角处；或者，反应腔101的横向截面呈 喇叭状，第二端部位于反应腔101的开口较小的喇叭口处。如此设置能够利于 沉积的微球朝向一个方向聚集，便于抽取沉积的微球。
65.在一些实施例中，微球标记微流控芯片10还包括第一驱动模块410和/或第 二驱动模块420。其中，第一驱动模块410安装于芯片本体100且与第二微流道 1022相通，第一驱动模块410用于为第二微流道1022内的液体流动提供动力。 第二驱动模块420安装于芯片本体100且与第三微流道1023相通，第二驱动模 块420用于为第三微流道1023内的微球流动提供动力。
66.在一些实施例中，第一驱动模块410和第二驱动模块420均可以是驱动泵。 具体地，第一驱动模块410通过管道与出液口1032连通。第二驱动模块420通 过管道与出样口1033连通。
67.在一些实施例中，加热模块200设置于反应腔101的底部。加热模块200 可以为反应腔101提供恒定的温度，例如，加热模块200维持反应腔101的温 度为37℃。
68.在一些实施例中，微球标记微流控芯片10还包括转动阀门模块500。转动 阀门模块500的出液端与第一微流道1021连通，转动阀门模块500的多个进液 端分别连通于不同的试剂通道。具体地，转动阀门模块500的多个进液端分别 连通的试剂通道包括但不限于缓冲液通道、活化剂通道、抗体通道、封闭液通 道以及储存液通道等。转动阀门模块500转动时，能够实现缓冲液通道、活化 剂通道、抗体通道、封闭液通道或者储存液通道分别与第一微流道1021相通。 转动阀门模块500的转动动力可以是外接驱动电机。
69.需要说明的是，本技术实施例中的微球标记微流控芯片10还可以包括壳体 等结构，其中壳体内设置有电源模块以及控制单元，上述的加热模块200、超声 模块300、第一驱动模块410、第二驱动模块420以及转动阀门模块500分别与 控制单元电性连接，电源模块用于为加热模块200、超声模块300、第一驱动模 块410、第二驱动模块420以及转动阀门模块500提供电源。
70.需要说明的是，本技术实施例中的微球标记微流控芯片10的超声模块300 的超声功率可以根据具体的处理对象进行设定。
71.本发明另一目的还在于提供一种微球蛋白标记方法。
72.一种使用的微球标记微流控芯片10的微球蛋白标记方法，包括如下步骤：
73.s1、控制加热模块200维持反应腔101的温度至预设温度，将含有缓冲液 的微球溶液通过第一微流道1021向反应腔101内。
74.s2、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制第一驱动模块410动作以通过第二微流道1022去除 反应腔101内的上清液，通过第一微流道1021向反应腔101内加入新缓冲液。
75.s3、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制转动阀门模块500转动以实现通过第一微流道1021 向反应腔101内加入
活化剂，反应预设时间。
76.s4、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制第一驱动模块410动作以通过第二微流道1022去除 反应腔101内的上清液，通过第一微流道1021向反应腔101内加入新缓冲液。
77.s5、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制转动阀门模块500转动以实现通过第一微流道1021 向反应腔101内加入抗体，反应预设时间。
78.s6、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制第一驱动模块410动作以通过第二微流道1022去除 反应腔101内的上清液，通过第一微流道1021向反应腔101内加入新缓冲液。
79.s7、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制转动阀门模块500转动以实现通过第一微流道1021 向反应腔101内加入封闭液，反应预设时间。
80.s8、控制超声模块300对反应腔101内的微球溶液纵向超声，使得微球溶 液中的微球颗粒沉降，控制第一驱动模块410动作以通过第二微流道1022去除 反应腔101内的上清液，通过第一微流道1021向反应腔101内加入新缓冲液。
81.s9、控制转动阀门模块500转动以实现通过第一微流道1021向反应腔101 内加入储存液。
82.s10、控制第二驱动模块420动作以通过第三微流道1023收集蛋白标记的 微球。
83.需要说明的是，上述的蛋白包括抗原、抗体等。s2、s4、s6中超声条件可 以相同也可以根据实际需要进行适应性调整。
84.综上所述，上述微球标记微流控芯片10，在用于微球蛋白标记时，能够节 省人工操作，提升自动化程度，提高重复性。上述微球标记微流控芯片10在使 用时，通过超声模块300进行纵向超声(垂直超声)，能够替代传统的离心的 操作，反应腔101内可以通过第一微流道1021轮换添加对应的试剂如缓冲液、 活化剂、抗体、封闭液以及储存液等，对应地，通过第二微流道1022进行上清 液的去除，上述各种试剂的添加均可以是自动化操作，超声后反应腔101内的 上清液的去除也可以通过自动化实现，能够大幅减少人工操作，提高了重复性。 上述微球标记微流控芯片10通过设置反应腔101的腔底面由靠近于第一端部至 第二端部方向逐渐下沉能够实现微球与上清液的分离，当超声模块300对反应 腔101内的液体进行超声时，微球粒子受声辐射力和重力，沿着腔底面逐渐向 第二端部沉淀，腔底面逐渐下沉的设计能够便于微球粒子的沉降且能够实现沉 降后微球粒子的聚集。
85.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详 述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
86.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
87.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的
保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。