一种生物芯片及基于生物芯片的定量多级混匀方法与流程

1.本发明涉及一种生物芯片及基于生物芯片的定量多级混匀方法，属于生物芯片领域。


背景技术：

2.现有混匀方式有超声混匀、机械振动混匀、空气抽吸混匀。而每种混匀方式都能实现剧烈混匀和轻微混匀。而在生物芯片中，试剂体系存在因为极性或是密度差异较大的问题造成难以混匀，需要剧烈混匀才能实现充分混匀。而剧烈混匀会带来试剂体系飞溅及升温蒸发的问题。
3.所以对于需要剧烈混匀的试剂体系需要实现密封混匀，而如何在不影响试剂定量加入的情况下，又能实现自动简单密封，成为需要解决的问题。
4.混匀后的试剂体系还需要实现定量转移，而因为很难在微小的芯片中植入可以控制开度或是实现反复开关的微阀，所以在微小的生物芯片中实现液体的定量转移是无法依靠常规的阀门开度及阀门开关的时间控制来实现的。
5.在生物芯片反应过程中，很多试剂都是需要充分混匀反应的，而在充分混匀过程中，有三个技术难题是需要解决的：
6.1、加入的试剂量及转移的试剂需要精准定量；
7.2、试剂体系需要能充分混匀；
8.3、振动时候需实现密封，试剂蒸发量可控及液体不会飞溅到容器外部。


技术实现要素：

9.本发明旨在提供一种生物芯片及基于生物芯片的定量多级混匀方法，该混匀方法可以实现容易混匀试剂体系的多次排废液及重复混匀，且可以保证混匀时试剂蒸发量可控及液体不会飞溅到混匀腔外部。
10.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
11.一种生物芯片，包括芯片本体，该芯片本体具有至少两个装有柱塞的试剂腔，其结构特点是，所述芯片本体设有至少一个第一混匀腔和一个开放式的混匀反应器；
12.所述第一混匀腔内均装有混匀腔柱塞，至少两个所述试剂腔分别通过相应的第一管路与第一混匀腔连通，所述第一混匀腔内的混匀腔柱塞在试剂腔内的试剂加入到第一混匀腔后封闭所述第一管路的出口形成封闭式的混匀腔；
13.所述第一混匀腔通过相应的第二管路与混匀反应器连通；
14.所述第一管路内设有常闭的第一加样阀，所述第二管路内设有常闭的第二加样阀；所述第一混匀腔处设有对第一混匀腔内的混合试剂进行剧烈混匀的第一混匀机构，所述混匀反应器处设有对混匀反应器内的混合试剂进行混匀的第二混匀机构，第一混匀机构的振动混匀频率至少是第二混匀机构的振动混匀频率的2倍。
15.本发明创造性地设计多级混匀方式，在封闭的第一混匀腔内实现了生物芯片领域
难以混匀的试剂体系的定量充分混匀，并且通过定量转移在混匀反应器内可以实现容易混匀试剂体系的多次排废液及重复混匀，第一混匀腔(一级混匀)和混匀反应器(二级混匀)相互协作，解决了背景技术中提及的生物芯片反应过程的三个技术难题。
16.本发明的核心点是保持第一混匀腔处于密闭状态，这样使得快速剧烈混匀难混试剂体系成为可能，同时避免液体飞溅或试剂混匀发热导致的蒸发量不可控的问题。
17.根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
18.由于第一混匀腔是密闭装填，无论如何剧烈混匀都不为过，优选地，所述第一混匀机构为超声混匀机构、机械振动机构或旋转机构。
19.对于混匀反应器需要实现混匀试剂体系的多次排废液及重复混匀，优选所述第二混匀机构为振动片。
20.为了方便开启各加样阀，所述第一加样阀和第二加样阀均为利用激光作为致动力开启的常闭微阀。
21.在某些特别的情况，所述第一混匀腔为至少两级，相邻两级第一混匀腔通过带常闭微阀的管路串联连通。这样可以实现多次剧烈混匀，同时多次定量加样。
22.为了方便实现定量加样和快速密封第一混匀腔所述第一管路的出口设置在第一混匀腔的侧壁上部，所述第一管路具有斜坡加样结构；所述混匀腔柱塞在试剂腔向第一混匀腔加样时位于第一管路的出口的上方，在试剂腔向第一混匀腔加样完毕后封堵所述第一管路的出口。
23.基于同一个发明构思，本发明还提供了一种基于所述生物芯片的定量多级混匀方法，其包括如下步骤：
24.s1、开启第一加样阀，通过柱塞将预存在各试剂腔中的试剂定量加入到第一混匀腔内形成待混匀试剂体系；
25.s2、推动混匀腔柱塞下压，使得第一混匀腔保持密封状态，然后在密封环境下通过第一混匀机构实现第一混匀腔内待混匀试剂体系的剧烈混匀；
26.s3、开启第二加样阀，继续下压混匀腔柱塞，根据需要将第一混匀腔中的混匀试剂体系通过第二加样阀和第二管路精准定量加到混匀反应器中。
27.s4、第一混匀腔中的混匀试剂体系精准定量转移到开放式的混匀反应器后，通过第二混匀机构实现混匀试剂体系的二级混匀。
28.在其中一个优选的实施例中，所述精准定量依靠视觉识别数液滴的方法实现。
29.优选地，所述第一混匀机构的振动混匀频率≥20khz，第二混匀机构的振动混匀频率≤10khz。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1、对于生物芯片中较难混匀的试剂体系，在第一混匀腔内实现了剧烈快速混匀；
32.2、通过斜坡加样结构配合混匀腔柱塞，实现了在剧烈混匀条件下快速简单密封，且不影响试剂的定量加入；
33.3、因为第一混匀腔在混匀时处于密封环境，所以剧烈混匀产生的飞溅及液体蒸发都不会逃逸到容器外部，造成试剂减少，从而避免了混匀时试剂发热导致的蒸发量不可控；
34.4、一级混匀转移到二级混匀过程中能实现精准定量转移。
附图说明
35.图1是本发明一种实施例在一级混匀前的状态图，其中a为正视图，b为后视图；
36.图2是本发明一种实施例混匀反应过程中的状态图；
37.图3是本发明一种实施例在二级混匀过程中的状态图。
38.在图中
39.1、芯片本体；2、试剂存储腔；3、混匀腔柱塞；4、第一加样阀；5、第一混匀腔；6、第二加样阀；7、混匀反应器；8、第一管路；9、第二管路；10、振动片。
具体实施方式
40.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
41.一种生物芯片，如图1-3所示，包括芯片本体1，该芯片本体1具有两个装有柱塞的试剂腔2，所述芯片本体1设有一个第一混匀腔5和一个开放式的混匀反应器7。所述第一混匀腔5内均装有混匀腔柱塞3，两个所述试剂腔2分别通过相应的第一管路8与第一混匀腔5连通，所述第一混匀腔5内的混匀腔柱塞3在试剂腔2内的试剂加入到第一混匀腔5后封闭所述第一管路8的出口形成封闭式的混匀腔。所述第一混匀腔5通过相应的第二管路9与混匀反应器7连通。所述第一管路8内设有常闭的第一加样阀4，所述第二管路9内设有常闭的第二加样阀6。所述第一混匀腔5处设有对第一混匀腔5内的混合试剂进行剧烈混匀的第一混匀机构，例如超声混匀机构、机械振动机构或旋转机构。
42.所述混匀反应器7处设有对混匀反应器7内的混合试剂进行混匀的第二混匀机构，例如振动片。
43.为了方便封闭第一混匀腔5，同时方便加样，所述第一管路8的出口设置在第一混匀腔5的侧壁上部，所述第一管路8具有斜坡加样结构。所述混匀腔柱塞3在试剂腔2向第一混匀腔5加样时位于第一管路8的出口的上方，在试剂腔2向第一混匀腔5加样完毕后封堵所述第一管路8的出口。
44.为了方便开启微阀，所述第一加样阀4和第二加样阀6均为利用激光作为致动力开启的常闭微阀，这样，激光穿过透明的芯片本体，激光直接作用于常闭微阀上，可以快速打开第一管路8或第二管路9。
45.在某些情况下，所述第一混匀腔5可以设两级或者三级，相邻两级第一混匀腔5通过带常闭微阀的管路串联连通。
46.对于生物芯片领域，整个反应过程存在需要混匀的试剂体系因极性差异或是密度差异而难以混匀反应，所以需要剧烈混匀才能实现充分混匀。而且有部分混匀反应是容易实现但是需要反复倾倒混匀反应的废液和加入新的反应液来实现。针对生物芯片中遇到的这种问题，本实施例提供的一种基于生物芯片的定量多级混匀方法包括如下步骤：
47.如图1所示，首先试剂都是预存在芯片本体1的试剂腔2中，试剂腔2的试剂都用柱塞密封，且加样本的时候也是用柱塞驱动。在预反应阶段，因为试剂体系存在极性或是密度差异需要剧烈混匀才能实现充分混匀。所以第一混匀腔5设计了斜坡加样结构，这种结构可
以方便预混匀的试剂通过第一加样阀4配合视觉识别数液滴的方法实现精准加样，将需要一级混匀的试剂体系通过第一加样阀4和第一管路8都精准加到第一混匀腔5中。
48.需要剧烈混匀的试剂体系加入到第一混匀腔5后，如图2所示，推动混匀腔柱塞3下压，密封第一混匀腔5，试剂体系在剧烈混匀(混匀手段包括超声波、机械振动、旋转等)中实现充分混匀，因为在密封环境下，剧烈混匀产生的飞溅不会飞溅到混匀腔外部，产生的热量也不会蒸发到芯片外部。
49.如图3所示，试剂体系通过第一混匀机构在第一混匀腔5充分混匀后，通过混匀腔柱塞3下压，第二加样阀6配合视觉识别数液滴的方法实现精准加样，将需要第一混匀腔中的试剂通过第二加样阀6和第二管路9精准加到混匀反应器7中。
50.第一混匀腔中的试剂定量转移到混匀反应器7后，因为后续的混匀容易实现充分混匀，在第二混匀机构(如振动片10)的驱动下实现便能充分混匀反应，而且不会有飞溅。而二级混匀因为是开口结构，能实现多次的重复排废液及加液混匀反应。
51.关于视觉识别数液滴的方法请参照湖南乐准智芯生物科技有限公司申请的专利cn201910286996.x介绍的方法。
52.值得说明的是，第一混匀机构和第二混匀机构的振动幅度都小于1mm。此外，第一混匀机构进行剧烈振动的混匀频率一般≥20khz，第二混匀机构的振动混匀频率≤10khz。
53.上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。