微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备与流程

1.本技术涉及生物医学技术领域，特别是涉及一种微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备。


背景技术：

2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
3.微流控芯片是一种集成有各种进样、混合、反应、分离及检测过程且具有微米尺度管道的微型化芯片。微流控芯片能够操控微米尺度空间内的流体，且微流控芯片的微米级结构显著增大了流体的比表面积(流体表面积与体积的比例)，从而能够使流体形成一系列的特殊反应，如层流效应、表面张力、毛细效应、快速热传导效应、扩散效应等。微流控芯片由于其优异的可控性，使其能够广泛应用于化学反应、有机合成、纳米材料合成、生化分析及免疫分析等众多领域。
4.数字聚合酶链式反应芯片技术(dpcr)是一种提供数字化dna量化信息的定量分析方法。将dpcr与微流控芯片结合，可通过微流控技术将样品、pcr试剂混合物分散在芯片中一个个微型的反应腔室中，能够对每个腔室中的目标分子进行独立pcr扩增，提高了样本检测的精确性与灵敏程度。
5.相关技术中，为使每个反应单元内的分子能够独立反应，需要对各个反应单元进行封装，防止各个反应单元间的试剂发生串扰。相关技术中，多通过油封的方式对各个反应单元进行封装，即使油相进入并填充腔室外的流道以将各个反应单元分隔开来并分别密封。而在油封过程中，油相易于进入反应单元内并将反应单元内的试剂赶出，且在循环升温的过程中，油相压力不足或周围封装不严密进气等因素均会降低油封效果，会使反应单元内的反应液体串扰，使得封装效果较差。


技术实现要素：

6.本技术实施例的目的在于提供一种微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备，以提高微流控芯片的封装性能。具体技术方案如下：
7.本技术第一方面的实施例提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片包括：
8.基板；
9.加热层，所述加热层位于所述基板的一侧；
10.反应腔室层，所述反应腔室层位于所述加热层的远离所述基板的一侧，所述反应腔室层包括多个阵列分布的反应单元，所述反应单元包括第一挡墙结构，所述第一挡墙结构限定出反应区域，所述反应单元还包括第二挡墙结构，所述第二挡墙结构位于所述第一挡墙结构外侧且围绕所述第一挡墙结构设置，所述第二挡墙结构与所述第一挡墙结构间具有间隙；
11.盖板，所述盖板位于所述反应腔室层的远离所述基板的一侧。
12.一些实施例中，所述加热层包括位于所述基板一侧且沿远离所述基板的方向依次
设置的第一金属层、第一绝缘层、第二金属层及第二绝缘层，所述第一绝缘层上设有过孔结构，所述第二金属层与所述第一金属层通过所述过孔结构连接。
13.一些实施例中，所述微流控芯片还包括遮光层，所述遮光层位于所述第二绝缘层与所述反应腔室层之间，所述遮光层上具有多个观察区域，且所述反应区域在所述基板上的正投影落入所述观察区域在所述基板上的正投影内。
14.一些实施例中，所述第二挡墙结构的靠近所述盖板的一侧相较于所述第一挡墙结构靠近所述盖板的一侧更加靠近所述盖板。
15.一些实施例中，所述第一挡墙结构的靠近所述盖板的一侧表面为倾斜面，且所述倾斜面的靠近所述盖板的一侧高于所述倾斜面的远离所述盖板的一侧。
16.一些实施例中，所述微流控芯片还包括亲水层，所述亲水层至少部分覆盖所述倾斜面及所述第一挡墙结构的内壁。
17.一些实施例中，所述微流控芯片还包括连接层，所述连接层位于所述盖板与所述基板之间且连接所述盖板与所述基板。
18.一些实施例中，所述微流控芯片还包括温度感应器，所述温度感应器位于所述盖板的远离所述基板的一侧，所述温度感应器用于检测所述多个反应单元的温度。
19.一些实施例中，所述第一挡墙结构及所述第二挡墙结构呈圆环柱状，且所述第一挡墙结构的内径为d，所述第一挡墙结构沿垂直于自身轴线的方向上的厚度为w，所述第一挡墙结构的高为h，所述第二挡墙结构的内径为d，所述第二挡墙结构的高为h，其中，
20.本技术第二方面的实施例提供了一种微流控芯片的制作方法，所述方法包括：
21.提供一基板；
22.在所述基板的一侧形成加热层；
23.在所述加热层的远离所述基板的一侧形成反应腔室层，所述反应腔室层包括多个阵列分布的反应单元，所述反应单元包括第一挡墙结构，所述第一挡墙结构限定出反应区域，所述反应单元还包括第二挡墙结构，所述第二挡墙结构位于所述第一挡墙结构外侧且围绕所述第一挡墙结构设置，所述第二挡墙结构与所述第一挡墙结构间具有间隙；
24.提供一盖板，所述盖板位于所述反应腔室层的远离所述基板的一侧。
25.本技术第三方面的实施例提供了一种医疗检测设备，所述医疗检测设备包括上述任一所述的微流控芯片。
26.本技术实施例有益效果：
27.本技术实施例提供的一种微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备，微流控芯片包括基板、位于基板上的加热层、位于加热层上的反应腔室层及位于反应腔室层上的盖板。其中，反应腔室层内具有多个反应单元，每一反应单元包括第一挡墙结构，且第一挡墙结构围绕限定出反应区域。其中，第一挡墙结构及其围绕形成的反应区域用于承载待检测样本或试剂，即待检测样本在反应区域内进行扩增等反应。第二挡墙结构位于第一挡墙结构外侧且围绕第一挡墙结构设置。由此，第二挡墙结构可对每一反应单元起密封作用，对反应区域内的待检测样本起限位保护作用，可以降低待检测样本由反应区域内流出的概率，从而降低多个反应单元间出现样本串扰的概率。此外，由于第二挡墙结构及第一挡墙结构间具
有间隙，若其他反应区域内的样本在温升等作用下流出，样本经过某一反应单元的第二挡墙结构后会进入第二挡墙结构与第一挡墙结构间的间隙，不会与该反应单元内的样本接触，可以进一步降低多个反应单元间出现样本串扰的概率。
28.当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
30.图1为本技术一些实施例提供的一种微流控芯片的一种结构示意图；
31.图2为图1中a区域的一种放大图；
32.图3为图1中沿b-b方向的一种剖面示意图；
33.图4为图2中沿c-c方向的一种剖面示意图；
34.图5为本技术一些实施例提供的一种微流控芯片的制作方法的一种流程示意图。
35.附图标记：10-微流控芯片；1-基板；2-加热层；21-第一金属层；22-第一绝缘层；221-过孔结构；23-第二金属层；24-第二绝缘层；3-反应腔室层；31-反应单元；311-第一挡墙结构；3111-倾斜面；312-反应区域；313-第二挡墙结构；314-间隙；4-盖板；5-温度感应器；6-遮光层；61-观察区域。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
38.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
39.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向，例如旋转90度或者在其它方向，并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
40.需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
41.相关技术中，微流控芯片内具有反应腔室层，反应腔室层内具有多个反应单元，多个反应单元为待检测样本提供反应空间，为防止多个反应单元间的待检测样本出现串扰，多采用油封(油相密封)等方式对多个反应单元进行密封。具体的，当采用油相密封多个反应单元时，先将待检测样本注入微流控芯片的反应腔室层，然后向反应腔室层内注入油相，利用微流控芯片内微流道的亲疏水性及毛细作用，使油相填充反应腔室层内各个反应单元外的流道，并使待检测试剂位于各个反应单元内，实现待反应试剂的分割。但在油相注入反应腔室层内时，油相易于进入反应单元并将反应单元内的试剂赶出。此外在循环升温的过程中，油相压力不足或周围封装不严密进气等因素均会降低油封效果，会使反应单元内的反应液体串扰，使得封装效果较差。
42.为解决上述问题，提高微流控芯片的密封性，本技术实施例提供了一种微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备。下面将结合附图对本技术实施例提供的微流控芯片及其制作方法、医疗检测设备进行详细说明。
43.如图1至图3所示，本技术第一方面的实施例提供的微流控芯片10包括基板1、加热层2、反应腔室层3及盖板4。其中，加热层2位于基板1的一侧。反应腔室层3位于加热层2的远离基板1的一侧，反应腔室层3包括多个阵列分布的反应单元31，反应单元31包括第一挡墙结构311，第一挡墙结构311限定出反应区域312，反应单元31还包括第二挡墙结构313，第二挡墙结构313位于第一挡墙结构311外侧且围绕第一挡墙结构311设置，第二挡墙结构313与第一挡墙结构311间具有间隙314。盖板4位于反应腔室层3的远离基板1的一侧。
44.在本技术实施例提供的微流控芯片10中，如图2所示，反应腔室层3内具有多个反应单元31，每一反应单元31可以包括第一挡墙结构311，且第一挡墙结构311围绕限定出反应区域312。其中，第一挡墙结构311及其围绕形成的反应区域312用于承载待检测样本或试剂，即待检测样本在反应区域312内进行扩增等反应。第二挡墙结构313位于第一挡墙结构311外侧且围绕第一挡墙结构311设置。由此，第二挡墙结构313可对每一反应单元31起密封作用，对反应区域312内的待检测样本起限位保护作用，可以降低待检测样本由反应区域312内流出的概率，从而降低多个反应单元31间出现样本串扰的概率。此外，由于第二挡墙
结构313及第一挡墙结构311间具有间隙314，若其他反应区域312内的样本在温升等作用下流出，样本经过某一反应单元31的第二挡墙结构313后会进入第二挡墙结构313与第一挡墙结构311间的间隙314，不会与该反应单元31内的样本接触，可以进一步降低多个反应单元31间出现样本串扰的概率。
45.其中，基板1可以为透明玻璃基板。第一挡墙结构311及第二挡墙结构313的材料可以为ps光刻胶等。基于此，形成第一挡墙结构311及第二挡墙结构313的过程可以为：在加热层2上涂覆ps光刻胶，然后对ps光刻胶进行曝光显影，形成多个反应单元31及反应单元31内的第一挡墙结构311和第二挡墙结构313，得到反应腔室层3。
46.本技术实施例中，加热层2位于反应腔室层3的下方，用于对反应腔室层3内的多个反应单元31进行加热，从而满足不同待反应样本所需要的反应温度，为待反应样本提供更加适宜的反应环境。
47.一些实施例中，如图3所示，加热层2包括位于基板1一侧且沿远离基板1的方向依次设置的第一金属层21、第一绝缘层22、第二金属层23及第二绝缘层24，第一绝缘层22上设有过孔结构221，第二金属层23与第一金属层21通过过孔结构221连接。
48.本技术实施例中，微流控芯片10还包括程序控制电压单元，程序控制电压单元与第一金属层21及第二金属层23连接。程序控制电压单元用于向第二金属层23内输入电压，从而使第二金属层23对反应腔室层3内的多个反应单元31进行加热，使得多个反应单元31内的温度升高至目标温度。第二金属层23与第一金属层21通过过孔结构221连接，第一金属层21用作向第二金属层23内输入电压的电压电路。
49.其中，第一金属层21的材料可以为银、铜、铝、钛和钼中的任意一种或多种，或包含上述金属的合金材料。第一金属层21的材料也可以为ito(氧化铟锡)、izo(氧化铟锌)等透明金属氧化物，以降低第一金属层21对多个反应单元31的遮挡，便于对多个反应单元31内的样本进行观察。此外，第二金属层23的材料也可以为ito(氧化铟锡)、izo(氧化铟锌)等透明金属氧化物，以进一步降低第一金属层21对多个反应单元31的遮挡，便于对多个反应单元31内的样本进行观察。第一绝缘层22用于隔开第一金属层21及第二金属层23，降低第一金属层21及第二金属层23因大面积接触而产生异常的概率。第二绝缘层24用于隔开第二金属层23及反应腔室层3。其中，第一绝缘层22及第二金属层23的材料可以包括氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种，本技术实施例对此不作具体限定。
50.一些实施例中，如图3所示，微流控芯片10还包括温度感应器5，温度感应器5位于盖板4的远离基板1的一侧，温度感应器5用于检测多个反应单元31的温度。
51.本技术实施例中，温度感应器5与程序控制电压单元电连接，温度感应器5用于采集反应腔室层3内多个反应单元31的电压，并将多个反应单元31的电压发送给程序控制电压单元，由此，当多个反应单元31内的温度小于目标温度时，程度电压控制单元向第二金属层23内输入电压，以对多个反应单元31进行加温。
52.一些实施例中，微流控芯片还包括散热器，散热器与多个反应单元31及程序电压控制单元电连接。当温度感应器5检测到多个反应单元31内的温度大于目标温度时，程序电压控制单元控制散热器对多个反应单元31进行散热，以降低多个反应单元31的温度。本技术实施例中，程序电压控制单元通过加热层2及散热器实现对多个反应单元31内的温度的精准调控，使得多个反应单元31内的温度更加贴近于各个样本的反应温度。
53.在本技术实施例提供的微流控芯片10中，由于反应区域312外围绕有多重挡墙结构，即第一挡墙结构311及第二挡墙结构313，本技术实施例提供的微流控芯片10采用点样的方式进样。具体的，将制好的基板1(形成有加热层2及反应腔室层3的基板1)放入点样仪，使点样仪按照反应腔室层3中多个反应单元31的阵列位置进行点样，使得样本加入至每一反应单元31中的反应区域312内。由此，可以提高微流控芯片10进样的精确性。
54.一些实施例中，如图4所示，第一挡墙结构311的靠近盖板4的一侧表面为倾斜面3111，且倾斜面3111的靠近盖板4的一侧高于倾斜面3111的远离盖板4的一侧。具体的，如图4所示，第一挡墙结构311的上侧表面倾斜设置，且第一挡墙结构311的上侧表面朝向第一挡墙结构311的内侧倾斜。由此，当通过点样仪向第一挡墙结构311内的反应区域312内点样时，样本接触到第一挡墙结构311的上表面时，第一挡墙结构311的上表面可对样本起导向作用，使得样本可根据自身的倾斜方向进入第一挡墙结构311内的反应区域312，可以进一步提高微流控芯片10进样的精确性。
55.进一步的，倾斜面3111的切斜角度范围可以为0度至90度。
56.一些实施例中，微流控芯片10还包括亲水层，亲水层至少部分覆盖倾斜面3111及第一挡墙结构311的内壁。其中，亲水层的材料可以为亲水性材料，如于氧化硅、氮化硅等。在第一挡墙结构311的倾斜面3111及内壁上涂覆亲水层，可使液体样本能更加准确的进入反应区域312内，可以进一步提高微流控芯片10进样的精确性。
57.进一步的，亲水层完全覆盖第一挡墙结构311的上侧表面(倾斜面3111)及第一挡墙结构311的内壁，以进一步提高微流控芯片10进样的精确性。
58.一些实施例中，如图4所示，第二挡墙结构313的靠近盖板4的一侧相较于第一挡墙结构311靠近盖板4的一侧更加靠近盖板4。具体的，第二挡墙结构313的上表面相较于第一挡墙结构311的上表面更加靠近盖板4，即第二挡墙结构313的高度h高于第一挡墙结构311的高度h，如图4所示。由于第二挡墙结构313位于第一挡墙结构311的外侧以对反应单元31进行封装，使第二挡墙结构313的高度高于第一挡墙结构311的高度，可以在样本反应过程中，降低反应单元31内的样本越过第二挡墙结构313流出反应单元31的概率，同时降低反应单元31外部的样本越过第二挡墙结构313进入该反应单元31内的反应区域312的概率，从而降低多个反应单元31间出现样本串扰的概率。
59.进一步的，第二挡墙结构313的高度与第一挡墙结构311的高度可以相等。
60.一些实施例中，如图3及图4所示，第一挡墙结构311及第二挡墙结构313呈圆环柱状，且第一挡墙结构311的内径为d，第一挡墙结构311沿垂直于自身轴线的方向上的厚度为w，第一挡墙结构311的高为h，第二挡墙结构313的内径为d，第二挡墙结构313的高为h，其中，
61.本技术实施例中，第一挡墙结构311的外径d、高度h及第二挡墙结构313的外径d、高度h满足上述公式关系，表示第二挡墙结构313与第一挡墙结构311之间的间隙314的容纳空间大于第一挡墙结构311的容纳空间。基于此，当第一挡墙结构311内的样本越过第一挡墙结构311进入间隙314内时，间隙314可容纳第一挡墙结构311内的所有样本，可以降低样本由反应单元31流出的概率，从而进一步降低各反应单元31间出现样本串扰的概率。其中，第一挡墙结构311的壁厚w的值可根据工艺精度确定，本技术实施例对此不作具体限定。
62.一些实施例中，如图3所示，微流控芯片10还包括遮光层6，遮光层6位于第二绝缘层24与反应腔室层3之间，遮光层6上具有多个观察区域61，且反应区域312在基板1上的正投影落入观察区域61在基板1上的正投影内。
63.本技术实施例中，遮光层6用于对反应腔室层3中除各个反应区域312外的其他区域进行遮挡。其中，由于第一挡墙结构311及第二挡墙结构313的材料中可能具有荧光背景信号，而荧光背景信号为样本反应中用于记录样本反应情况的一种标识，因此，遮光层6对反应腔室层3中除各个反应区域312外的其他区域进行遮挡，降低了多个反应单元31中第一挡墙结构311及第二挡墙结构313对反应区域312内样本的荧光干扰。
64.进一步的，如图3所示，遮光层6用于对反应腔室层3中除各个反应区域312及各个间隙314外的其他区域进行遮挡。由于遮光层6不对各个间隙314进行遮挡，可直接观察到各个间隙314内是否具有样本，以检测第二挡墙结构313的密封性能。
65.一些实施例中，微流控芯片10还包括连接层，连接层位于盖板4与基板1之间且连接盖板4与基板1。具体的，连接层覆盖盖板4及基板1的相靠近的两侧的表面的边缘，以连接盖板4及基板1，并在盖板4与基板1之间形成供样本反应的密闭腔室。其中，连接层的材料包括但不限于热固胶膜材料。当连接层为热固胶膜材料时，热固胶膜材料包括相对设置的硬离型膜及软离型膜。基于此，通过热固胶膜材料连接盖板4及基板1的过程可以为：揭开热固胶膜材料的硬离型膜，通过夹具将热固胶膜材料贴合于盖板4上，然后加热盖板4及热固胶膜材料，使热固胶膜材料产生粘性与盖板4粘合，然后去除热固胶膜材料的软离型膜，将热固胶膜材料与基板1对准，再次加热热固胶膜材料，使得热固胶膜材料与基板1粘合，从而使盖板4与基板1封装连接。
66.本技术第二方面的实施例提供了一种微流控芯片的制作方法，如图5所示，该制作方法包括以下步骤。
67.步骤501，提供一基板。
68.步骤502，在基板的一侧形成加热层。
69.步骤503，在加热层的远离基板的一侧形成反应腔室层，反应腔室层包括多个阵列分布的反应单元，反应单元包括第一挡墙结构，第一挡墙结构限定出反应区域，反应单元还包括第二挡墙结构，第二挡墙结构位于第一挡墙结构外侧且围绕第一挡墙结构设置，第二挡墙结构与第一挡墙结构间具有间隙。
70.步骤504，提供一盖板，盖板位于反应腔室层的远离基板的一侧。
71.通过本技术实施例提供的微流控芯片的制作方法所制作的微流控芯片中，反应腔室层内具有多个反应单元，每一反应单元可以包括第一挡墙结构，且第一挡墙结构围绕限定出反应区域。其中，第一挡墙结构及其围绕形成的反应区域用于承载待检测样本或试剂，即待检测样本在反应区域内进行扩增等反应。第二挡墙结构位于第一挡墙结构外侧且围绕第一挡墙结构设置。由此，第二挡墙结构可对每一反应单元起密封作用，对反应区域内的待检测样本起限位保护作用，可以降低待检测样本由反应区域内流出的概率，从而降低多个反应单元间出现样本串扰的概率。此外，由于第二挡墙结构及第一挡墙结构间具有间隙，若其他反应区域内的样本在温升等作用下流出，样本经过某一反应单元的第二挡墙结构后会进入第二挡墙结构与第一挡墙结构间的间隙，不会与该反应单元内的样本接触，可以进一步降低多个反应单元间出现样本串扰的概率。
72.本技术第三方面的实施例提供了一种医疗检测设备，该医疗检测设备包括本技术第一方面实施例中的微流控芯片10。其中，医疗检测设备可以为ivd(in vitro diagnostic，体外诊断检测)设备，如dna检测设备、核酸检测设备等。
73.根据本技术实施例中的医疗检测设备，其与上述第一方面的实施例中的微流控芯片10出于相同的发明构思，因此，本技术实施例中的医疗检测设备能够获得上述第一方面的实施例中的微流控芯片10的全部有益效果。
74.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。