一種離心式多通道微流體芯片的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種離心式多通道微流體芯片，在芯片第一層面設置有第一流體套件包括：第一反應池、流路和溶液注入口，所述流路具有用于向上述第一反應池輸送液體的第一溶液暫存區；所述流路包括第一流路和支路，第一流路自所述谷部延伸至所述第一反應池形成第一連通點，所述支路與所述第一反應池形成第二連通點并自此第二連通點朝向旋轉中心的方向延伸至一個出口端。第一層面的流體器件與第二層面的可通過上下互聯通道聯通，第一流體套件與第二流體套件可相互連通。本發明的微流控芯片結構巧妙，可以在不同反應器件中預先裝載可與待檢樣品中不同物質或成分發生反應的物質及輔助成分，通過單次或多次溶液添加得到反應結果。
【專利說明】
一種離心式多通道微流體芯片
技術領域
[0001]本發明涉及生物反應的檢測或分析等中使用的試樣分析流體芯片和試樣分析方法、以及試樣分析流體芯片的制造方法。特別是，涉及能夠用于蛋白或DNA分析的生物芯片(disposable b1chip)及其制造方法。
【背景技術】
[0002]以往，例如在DNA反應、蛋白質反應等的生化反應領域中，作為處理微量試樣溶液的反應裝置，公知的有被稱為微全分析系統(μ-TAS;TotalAnalysis System)或片上實驗室(Lab-on-Chip)的技術。該技術是向一個芯片或反應盒提供多個反應室(以下也稱為“反應池”)或流路的技術，能夠對多個檢測隊形進行分析，或能夠進行多個反應。這些技術通過使芯片和反應盒小型化，由此可以減少藥品的使用量，一直被認為具有各種優點。
[0003]專利文獻1(CN 101609088A)公開了在外部電場的作用下，對帶電液滴施加電場力，控制微粒子在微流體管道中向各個分支區域移動的送流裝置。但是，在該方法中，需要向芯片引入生成電場的復雜機構和設備;又因為輸送液體在電場區域需要先轉換成液滴，并以液滴的方式向指定區域送流，大大降低了樣品的處理速度。
[0004]專利文獻2(CN103055973A)公開了利用驅動樣品的電滲栗，將帶電不同的待測物質分離的裝置。但該方法僅適用于必須帶有電荷被測樣品，對一般生物樣品及不帶電荷的樣品不起作用。
[0005]專利文獻3(CN102369443A)披露了一種離心式輸液芯片，即液體從芯片中央的存儲部向周圍的各個加樣孔進行離心配送。該主流路的設計，即山部與谷部同寬的主流路的設計仍未能解決各加樣孔配液均勻性的問題；另外谷部比山部過寬的設計，造成加樣過程中主流路有氣泡產生的問題。此外，通過添加廢液室承載過量的溶液，雖在一定程度上實現了各加樣孔分配液體體積的一致性，但并不能保證反應過程中液體始終充滿加樣孔，并且需要在微流體管道內部進行局部表面改性處理，即與加樣孔連接的分支流路內表面的親水處理，與收集剩余溶液的廢液室相連的分支流路內表面的疏水處理，增加了芯片制造的復雜性，加工成本及加工難度。

【發明內容】

[0006]本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。
[0007]鑒于上述和/或現有離心式多通道微流體芯片及其方法中存在的問題，提出了本發明。
[0008]因此，本發明其中一個目的是，提供一種在向加樣孔送液的試樣分析流體芯片中，送液方法簡單、各加樣孔的液量之間不存在偏差、且成本低的離心式多通道微流體芯片。
[0009]為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案:一種離心式多通道微流體芯片，在芯片第一層面設置有第一流體套件，所述第一流體套件由上下兩個基材配合組成;第一流體套件包含多個流體器件:第一反應池、與第一反應池連接的流路和向流路注入溶液的溶液注入口，并通過旋轉該芯片，將溶液分配給第一反應池，所述流路具有用于向上述第一反應池輸送液體的第一溶液暫存區，該第一溶液暫存區具有相對于旋轉中心方向的一個谷部;所述流路包括第一流路和支路，第一流路自所述谷部延伸至所述第一反應池形成第一連通點，所述支路與所述第一反應池形成第二連通點并自此第二連通點朝向旋轉中心的方向延伸至一個出口端，該出口端可獨立，也可以與其他流路器件合并。
[0010]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述支路與所述第一反應池形成第二連通點并自此第二連通點延伸至所述第一溶液暫存區或第一流路后通向出口端。
[0011]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一流體套件中從第一溶液暫存區及其向后的流體器件的任何一個點，可從所述芯片的第一層面向上表面或下表面的一定深度延伸，形成上下互通流路，將第一流體套件從芯片的第一層面設置或延伸到第二層面，讓第一流體套件中的氣體和溶液從第一層面流動到第二層面的流體器件。
[0012]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一流體套件上還包括有第二反應池，所述第二反應池設置于所述支路上。
[0013]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一流體套件上還包括有第一反應倉，所述第一反應倉與所述第一反應池、或第二反應池、或支路相連通，且所述第一反應倉與氣體排氣孔相連通。
[0014]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一反應倉與氣體排氣孔之間還設置有第二反應倉。
[0015]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一溶液暫存區為多個且能夠彼此相互連通，溶液從溶液注入口進入到最近第一溶液暫存區將其充滿后，依次流入其他第一溶液暫存區，最后通向溶液注入回流口。溶液暫存區與所述溶液注入回流口之間可通過存儲池相連通。
[0016]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一溶液暫存區為多個且能夠彼此連通，第一溶液暫存區通過側流路與加氣通道相連通，相連的加氣通道形成一體式連通結構，且具有至少一個加氣孔。
[0017]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述溶液暫存區為多個且能夠彼此連通，其出口端通過排氣通道形成一體式連通結構，最終具有共同的氣體排氣孔。
[0018]根據本發明的另一個方面，提供了如下技術方案:一種離心式多通道微流體芯片，所述芯片的第一層或第二層設置有第二流體套件，包含有第二溶液暫存區、連通第二溶液暫存區且與第一流體套件中相同的全部或部分的流體器件;第二流體套件與第一流體套件相連通。
[0019]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述反應池及反應倉中至少一個反應池或反應倉中設置有顯示生物化學反應結果的試紙，所述試紙包括干式化學試紙、干式生化試紙或免疫層析試紙。
[0020]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:配套設置有檢測儀器，其能對芯片的任何反應池中的溶液產生的特定光譜信號進行檢測，得到被檢測樣品的分析結果。
[0021]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:所述第一互通流路上有能夠設置水化膜的沉孔，所述水化膜能夠將所述流道內的空氣隔離使得空氣不能通過，而當有溶液流過來，溶液能夠溶解所述水化膜。所述水化膜的主要成分是聚乙二醇、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺殼聚糖、透明質酸、聚乙烯醇、蔗糖產品中的一個或若干個的混合物。
[0022]作為本發明所述離心式多通道微流體芯片的一種優選方案，其中:當溶液從第一溶液暫存區(102)被離心驅動流入第一反應池(101)及第二反應池(106)時，至少一個反應池能被充滿。
[0023]使用本發明提供的離心式多通道微流體芯片，只要在芯片生產時在不同反應池內預先裝載不同的物質就可以在同一設計的芯片上進行核酸擴增反應、生化反應、免疫反應等多種形式的檢測，或者利用同一種反應形式檢測不同的物質，從而在一種芯片平臺上實現多種應用。舉例來說，若要在芯片上通過核酸擴增反應檢測樣品中的特定核酸片段(比如某個突變型基因或病原微生物的基因)，可以在不同反應池中預先裝載可與待檢樣品中不同核酸片段發生特異性反應的引物及輔助成分;若要在芯片上通過生化反應檢測樣品中的特定物質或成分(比如血糖或甘油三酯)，可以在不同反應池中預先裝載可與待檢樣品中不同物質或成分發生特異性生化反應的物質及輔助成分;若要在芯片上通過免疫反應檢測樣品中的特定成分(比如某種抗原或抗體)，可以在不同反應池中預先裝載可與待檢樣品中不同物質或成分發生特異性免疫反應的物質及輔助成分。
[0024]本發明的創新點在于在反應池和反應倉上設置了至少兩個連通點分別作為溶液氣體進入與流出的通道，使其溶液容易充滿，保證反應充分進行。溶液進入時，其氣體的流出通道可連通一個獨立的出氣口，避免了溶液與氣體在同一個流路上逆向流動。當溶液暫存區的溶液被離心分配到流體器件時，它能從測流道及時得到氣體補充平衡壓力，更能使其內的溶液均勻分配到各個流體器件。上下互聯通道能使反應器件處于不同高度的不同層面，可防止溶液不必要的測流;它能對在不同高度連通的反應器件內的溶液進行適當補充，保證部分進行生化反應的流體器件的溶液充滿;它也能通過在上下互聯通道的沉孔設置水化膜對反應氣體或反應成分進行隔離封閉，卻能被水溶液溶解后開放通道，成為一個巧妙的開關裝置。由于設置了額外的排氣孔并能選擇性打開，第一溶液暫存區能在首次離心分配溶液進入部分流體器件后，可再次添加溶液，離心驅動新加的溶液進行混合反應，并進入更多的流體器件。第二流體套件的第二溶液暫存區能額外提供一個溶液添加通道及其連通的反應池或反應倉，讓從第一溶液暫存區與第二溶液暫存區分別注入的溶液在某個反應器件匯合混合，提供更多的反應條件。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0026]圖1為本發明一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0027]圖2為本發明圖1所示實施例所述離心式多通道微流體芯片離心時液體擠壓空氣排出流向示意圖，此時所述支路連接至所述第一流路；
[0028]圖3為本發明圖1所示實施例所述離心式多通道微流體芯片離心時液體擠壓空氣排出流向示意圖，此時所述支路連接至所述溶液暫存區；
[0029]圖4為本發明圖1所示實施例所述離心式多通道微流體芯片離心時液體擠壓空氣排出流向示意圖，此時所述出口端作為獨立的氣體出口；
[0030]圖5為本發明另一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0031 ]圖6為本發明再一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0032]圖7為本發明還一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0033]圖8為本發明第五個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0034]圖9為本發明第六個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0035]圖10為本發明第七個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0036]圖11為本發明第八個實施例所述離心式多通道微流體芯片俯視圖部分局部放大視圖、反應池部分剖視圖和水化膜結構剖視示意圖；
[0037]圖12為本發明圖11所示實施例所述離心式多通道微流體芯片透視圖部分局部放大示意圖；
[0038]圖13為本發明第九個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0039]圖14為本發明第十個實施例所述離心式多通道微流體芯片的部分透視結構示意圖；
[0040]圖15為本發明第十一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的部分透視結構示意圖；
[0041]圖16為本發明第十一個實施例所述離心式多通道微流體芯片的部分透視結構示意圖；
[0042]圖17為本發明與上述實施例所述離心式多通道微流體芯片中上部基材為導熱材料的部分剖視示意圖；
[0043]圖18為本發明與上述實施例所述離心式多通道微流體芯片中下部基材覆蓋導熱材料的部分剖視示意圖；
[0044]圖19為本發明第十二個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖；
[0045]圖20為本發明第十三個實施例所述離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0046]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合說明書附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0047]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0048]其次，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0049]圖1是表示本發明離心式多通道微流體芯片的一實施方式的俯視圖。本發明的芯片具有:位于芯片100上的多個第一反應池101;以及用于向各個第一反應池101輸送溶液的、例如輸送液體試劑(溶液)的流路。為了將液體輸送到各個第一反應池101，流路至少包括與各個第一反應池101連接的一個第一溶液暫存區102，當然，第一溶液暫存區102通過第一流路103與第一反應池101相連。流路上具有用于注入溶液的注入口。在圖1的實施方式中，具有與第一溶液暫存區102相連的溶液注入口 105。
[0050]具體地，在芯片100第一層面設置有第一流體套件，第一流體套件由上下兩個基材配合組成;第一流體套件包含多個流體器件:第一反應池101、與第一反應池101連接的流路和向流路注入溶液的溶液注入口 105，并通過旋轉該芯片100，將溶液分配給第一反應池101，流路具有用于向上述第一反應池1I輸送液體的第一溶液暫存區102，該第一溶液暫存區102具有相對于旋轉中心方向的一個谷部G;流路包括第一流路103和支路104，第一流路103自谷部G延伸至第一反應池101形成第一連通點103a，支路104與第一反應池101形成第二連通點104a并自此第二連通點104a朝向旋轉中心的方向延伸至一個出口端115，該出口端可獨立，也可以與其他流路器件合并。在此所述的“第一層面”并非強調各個流體器件的深度或高度完全一致，而是能夠實現離心式多通道微流體芯片所有功能的多個流體器件處在相似高度的一個層面。
[0051]本發明的離心式多通道微流體芯片，其是通過旋轉該芯片而產生的離心力將液體分配給各個第一反應池101的微流體芯片，因此，優選為中央部具有貫穿旋轉軸的點(以下，稱為中心點)的圓盤狀，但是，只要其形成為能夠相對于貫穿芯片的旋轉軸旋轉即可，沒有特別的限制。如果芯片為圓盤狀，則能夠以其中心為旋轉軸，并可在該圓盤狀芯片上以同心圓狀配置第一反應池101，由此有效地利用空間。為了將液體均勻分配給第一反應池101，產生均勻離心力是非常重要的，可將芯片設計成除了注入口之外，以中心點為軸具有旋轉對稱性，由此可以容易實現上述目的。即，假設有N個第一反應池101，則就形成N個對稱，由此可產生均勻的離心力。當然，要想各第一反應池101的配液量不同時，則并不限定于此。另夕卜，通過以同心圓狀配置第一反應池101，由此，通過旋轉芯片100，可在一處檢測區域實現所有第一反應池1I的分析。
[0052]第一溶液暫存區102形成在比第一反應池101更接近于中心點側的位置上。而且，本發明的離心式多通道微流體芯片中，該第一溶液暫存區102形成為相對于旋轉中心方向的一個谷部G。另外，具有相對于中心點方向的谷部G，是指具有相對于中心點方向的最大點。如此地，通過在第一溶液暫存區102之間具有相對于中心點方向的一個谷部G，由此，被注入到第一溶液暫存區102的液體在芯片旋轉時，自然而然地在第一溶液暫存區102谷部G被匯集，因此各個第一溶液暫存區102向流路進行適量溶液分配取決于它自身的容積大小，為了保證各個第一反應池1I的溶液量均勻，第一溶液暫存區的容積也就設計為統一大小。
[0053]在這一實施例中，流路還包括第一流路103以及支路104，第一流路103自谷部G延伸至第一反應池101形成第一連通點103a，而支路104與第一反應池101形成第二連通點104a并自此第二連通點104a延伸至第一流路103，當然，也可以延伸至第一溶液暫存區102，并且保證第一連通點103a與旋轉中心的距離大于第二連通點104a與旋轉中心的距離。由此，參見圖2，旋轉該芯片而產生的離心力時，能夠保證第一溶液暫存區102內的液體試劑(溶液)經第一流路103先進入第一反應池101內并充滿第一反應池101，此時旋轉對溶液產生的離心力將壓迫原第一反應池101以及支路104內的氣體通過第二連通點104a回流入第一流路103后進入第一溶液暫存區102最終由溶液注入口 105排出。在一個實施例中，支路104與第一反應池101形成第二連通點104a并自此第二連通點104a延伸至第一溶液暫存區102或第一流路103后通向出口端115。
[0054]此時，因為原第一溶液暫存區102內的液體試劑(溶液)量大于第一反應池101的容量，則第一流路103以及支路104還充當了緩沖池的作用，由此不會發生每個第一反應池101內分配的液體試劑量不一致從而導致各第一反應池101內的反應結果不一致現象，直接影響反應結果的準確性。在這一實施例中，由于各個第一反應池101彼此之間是獨立的，并無連通，所以，第一溶液暫存區102內多余的液體不會導致第一反應池101內的反應產物向相鄰第一反應池內擴散，造成交叉污染。
[0055]支路104的特殊結構設置使存儲在每個第一反應池101對應的溶液離心后填滿至第一反應池101以及第一流路103和/或支路104，這樣可以使離心分配造成的不均勻分配僅體現在第一流路103和/或支路104上，而確保第一反應池1I是全滿的。
[0056]如果沒有支路104的特殊結構設置，假設即使在離心分配時液體試劑均勻分配到每個第一反應池101內，但是如果第一反應池101內發生的反應需要在一定溫度下進行時，第一反應池101內的液體試劑受熱氣化，造成第一反應池101內液體試劑量減少。液體試劑量的減少使第一反應池101內溶液濃度發生變化，而且每個第一反應池101內液體試劑減少量也并不一致。反應液濃度的變化以及第一反應池101液體試劑量的減少都會影響反應結果的準確性。而第一反應池101上設置支路104與第一流路103相通后，即使有液體量的損耗，第一流路103和/或支路104內的液體試劑也會向第一反應池補充，使第一反應池101內液體試劑持續保持全滿狀態。
[0057]同時，由于第一連通點103a與旋轉中心的距離大于第二連通點104a與旋轉中心的距離，則意味著離心時，第一連通點103a處產生的離心力將大于第二連通點104a處的離心力。故，液體試劑(溶液)將優先順利通過第一連通點103a進入第一反應池101內，排走其內的空氣，充滿第一反應池101，直至反應充分完成。
[0058]在另一個實施方式中，第一流體套件中從第一溶液暫存區102向后的流體器件的任何一個點，可從所述芯片100的第一層向上表面或下表面一定深度延伸，形成上下互通流路114，將第一流體套件從芯片100的第一層面設置或延伸到第二層面，讓第一流體套件中的氣體和溶液從第一層面流動到第二層面的流體器件。在此所述的“第二層面”也并非強調各個流體器件的深度或高度完全一致，而是能夠實現離心式多通道微流體芯片所有功能的流體器件處于類似高度的一個完整層面。第一流體套件上還包括有第二反應池106，第二反應池106設置于支路104上。第一流體套件上還包括有第一反應倉107，第一反應倉107與所述第一反應池101、或第二反應池106、或支路104相連通，且第一反應倉107與氣體排氣孔109相連通。第一反應倉107與氣體排氣孔109之間還設置有第二反應倉108。第一溶液暫存區102為多個且能夠彼此相互連通，溶液從溶液注入口 105進入到最近第一溶液暫存區102將其充滿后，依次流入其他第一溶液暫存區102，最后通向溶液注入回流口 102a。
[0059]在此實施方式中，第一溶液暫存區102為多個且能夠彼此連通，第一溶液暫存區102通過側流路113與加氣通道110相連通，相連的加氣通道110形成一體式連通結構，且具有至少一個加氣孔110a。所溶液暫存區102為多個且能夠彼此連通，其出口端通過排氣通道111形成一體式連通結構，最終具有共同的氣體排氣孔109。
[0060]如圖3?圖16所示，其示出了本發明離心式多通道微流體芯片的另一實施方式的俯視圖。這一實施方式與圖1所示實施方式的不同在于:第一反應池101與第二反應池106相連通。當然，第二反應池106設置在支路104上，即第二反應池106的位置介于第二連通點104a與支路104和第一流路103的連通點之間。在這一結構中，并沒有改變第一反應池101的第一連通點103a和第二連通點104a的位置關系，始終保證第一連通點103a與旋轉中心的距離大于第二連通點104a與旋轉中心的距離。因此，參見上一實施方式，旋轉該芯片而產生的離心力時，能夠保證第一溶液暫存區102內的液體試劑(溶液)經第一流路103先進入第一反應池101內并充滿第一反應池101，而后再進入第二反應池106內并充滿第二反應池106，此時旋轉對溶液產生的離心力將壓迫原第一反應池101、第二反應池106以及支路104內的氣體通過第一流路103進入第一溶液暫存區102最終由溶液注入口 105排出，在這里，第一反應池1I可以被用作緩沖液池，第二反應池102可以被生化反應池。
[0061]本領域技術人員應該能夠知道，本發明在此列舉的兩種實施方式，其涵蓋了只有第一反應池101以及同時具有第一反應池101和第二反應池106的兩種情況。但，具有第一反應池101和第二反應池106意味著還可能具有第三、第四等等反應池，類似結構及其變形，也應該涵蓋在我方發明的保護范圍之內。
[0062]如圖4所示，本發明的芯片具有:位于芯片100上的多個第一反應池101、第二反應池106;以及用于向反應池輸送溶液的、例如輸送液體試劑(溶液)的流路。為了將液體輸送到各個反應池，流路至少包括與各個反應池連接的一個具有谷部G的第一溶液暫存區102，還包括連接第一溶液暫存區102和反應池的第一流路103以及支路104。流路上具有用于注入溶液的注入口。在圖4的實施方式中，具有位于第一溶液暫存區102端部的溶液注入口 105和位于另一側端部的、兼任空氣排出的氣體排氣孔109。
[0063]在這一實施例中，位于另一側端部的、兼任空氣排出的氣體排氣孔109其實際上與設置于芯片100上的第一反應倉107相連通，而該第一反應倉107又與第二反應池106相連通，用于存放試紙條。例如，在病毒細菌的核酸擴增檢測實驗中，從第二反應池102釋放出完成擴增的反應液，進入設置了免疫層析試紙的第一反應倉中，待擴增的核酸反應液層析上硝酸纖維素膜開始計時，5分鐘時觀察結果:如試紙的檢測T線有明顯紅色線條，說明該病毒細菌的的檢測結果為陽性
[0064]圖5是表示本發明除上述實施例外的離心式多通道微流體芯片的俯視結構示意圖。本發明的芯片具有:位于芯片100上的多個第一反應池101、第二反應池106;以及用于向反應池輸送溶液的、例如輸送液體試劑(溶液)的流路。為了將液體輸送到各個反應池，流路至少包括與各個反應池連接的具有谷部G的第一溶液暫存區102，還包括連接第一溶液暫存區102和反應池的第一流路103以及支路104。
[0065]在圖7這一實施方式中，在本發明芯片的芯片100上第一溶液暫存區102相連通形成一體式連通結構，還設置有用于注入溶液或氣體液體流出的通口，如具有位于第一溶液暫存區102—端部的溶液注入口 105、另一端部的溶液注入回流口 102a、以及位于加氣通道110上的加氣孔110a。對應加氣孔I 1a還設置了加氣通道110，在第一溶液暫存區102的谷部G和谷部G之間的部位為山部S。此處山部S是指，在第一溶液暫存區102的谷部G與谷部G之間離中心點距離最近的部位加氣通道110通過側流路113和第一溶液暫存區102相連通。加氣通道110通過側流路113和第一溶液暫存區102相連通，當芯片進行離心時，當谷部G的溶液被離心力驅使流入第一流路103時，加氣通道110可通過側流路113可均勻給予第一溶液暫存區102進行氣體補充，較佳地，加氣通道110形成為圓形結構。當第一溶液暫存區102內部注滿溶液而不選擇離心方式進行液體分配時，可通過從加氣孔IlOa向加氣通道110進行氣體注入，從而分別對每個第一溶液暫存區102內的溶液進行加壓，驅動溶液進入第一流體103。在此實施例中，第一溶液暫存區102與溶液注入回流口 102a之間通過存儲池112相連通。第一溶液暫存區102形成在比第一反應池101更接近于中心點側的位置上。而且，本發明的離心式多通道微流體芯片中，該第一溶液暫存區102形成為相對于旋轉中心方向的一個谷部G。另外，具有相對于中心點方向的谷部G，是指具有相對于中心點方向的最大點。如此地，通過在第一溶液暫存區102之間具有相對于中心點方向的一個谷部G，由此，被注入到第一溶液暫存區102的液體在芯片旋轉時，自然而然地在第一溶液暫存區102谷部G被匯集，因此可以保證各個第一溶液暫存區102的向流路進行適量溶液分配。第一溶液暫存區102可以設置為波浪形，波浪形的第一溶液暫存區102形成一個圓形。在本發明中，與第一溶液暫存區102相連的反應池內分別預先裝載利用同一種反應形式檢測的不同物質，例如可以在不同反應池中預先裝載可與待測樣品中不同核酸片段發生特異性反應的引物及輔助成分，通過多組樣品的進樣離心且核酸擴增反應，便可在一張芯片上對多組待測樣品中的特定核酸片段進行檢測。
[0066]在這一實施例中，流路還包括第一流路103以及支路104，第一流路103自谷部G延伸至第一反應池101形成第一連通點103a，而支路104與第一反應池101形成第二連通點104a并自此第二連通點104a延伸至第一流路103，并且保證第一連通點103a與旋轉中心的距離大于第二連通點104a與旋轉中心的距離。
[0067]第一溶液暫存區102側流路113與加氣通道110相連通。在這一實施例中，第一反應池101通過第一流路103和第一溶液暫存區102相連，而第二反應池106設置在支路104上。為了更好的利用空間，如圖5所示，流路與第二反應倉108在相鄰第一反應池101之間具有朝向旋轉中心方向的一個波峰，且與排氣通道111相連。在此，波峰是指，在連接第二反應倉108上離中心點距離最近的部位。排氣通道111配置成與芯片100呈同心圓狀，與氣體排氣孔109相連。加氣通道110也配置成與芯片100呈同心圓狀，其一端設置有加氣孔110a，且與第一溶液暫存區102相連。
[0068]第二反應池106設置于所述支路104上。在這一實施例中，第二反應池106直接與第二反應倉108相連通并連接排氣通道111。為了更好的離心進行液體分配，支路104與第一流路103形成的連通點與旋轉中心的距離與第二連通點104a與旋轉中心的距離要優化設計，旋轉該芯片而產生的離心力時，能夠保證第一溶液暫存區102內的液體試劑(溶液)經第一流路103先進入第一反應池101內并充滿第一反應池101，而后進入第二反應池106，此時旋轉對溶液產生的離心力將壓迫原第一反應池101、第二反應池106以及支路104內的氣體通過第一流路103回流進入第一溶液暫存區102最終由溶液注入口 105排出。
[0069]如圖6所示，其與圖5所示實施例的區別在于，在芯片100上設置有第一反應倉107。第一反應倉107連接在第二反應池106與第二反應倉108之間。
[0070]圖7和圖8所示實施方式，都可以看作為圖6所示實施例的變形，但并不局限于此。如圖，側流路113在此被省略了。也即，在進行離心時，谷部G是必須的，由此，被注入到第一溶液暫存區102的液體在芯片旋轉時，自然而然地在第一溶液暫存區102谷部G被匯集，因此可以保證各個第一溶液暫存區102的向流路進行適量溶液分配。
[0071]圖11?圖20提供的實施例不同于之前的離心式多通道微流體芯片之處在于，其建立了不同層面或不同高度或不同表面的流體器件之間的連接。在這一實施方式中，離心式多通道微流體芯片，芯片100的第一層面或第二層面設置有第二流體套件，包含有第二溶液暫存區、連通第二溶液暫存區且與第一流體套件中相同的全部或部分的流體器件;第二流體套件與第一流體套件相連通，且通向一個共同的氣體排氣孔109。在反應池及反應倉中至少一個反應池或反應倉中設置有顯示生物化學反應結果的試紙，所述試紙包括干式化學試紙、干式生化試紙或免疫層析試紙。較佳地，離心式多通道微流體芯片中配套設置有檢測儀器，其能對芯片100的任何反應池中的溶液產生的特定光譜信號進行檢測，得到被檢測樣品的分析結果。
[0072]如圖15和圖16，在如圖4的實施例基礎上，多個支路104通過多個互通流路114與另一層上的一個排氣通道聯通，該排氣通道聯通統一的出口端115。
[0073]參見圖11和圖12，第一互通流路114上設置有能夠形成水化膜的沉孔120，該水化膜能夠將流道內的空氣隔離使得空氣不能通過，而當有溶液流過來，溶液能夠溶解水化膜。水化膜的主要成分是聚乙二醇、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺殼聚糖、透明質酸、聚乙烯醇、蔗糖等產品中的一個或若干個的混合物。
[0074]離心式多通道微流體芯片具有:形成有反應池、注入孔和流路的芯片100，其通過上下相配合或貼合設置的基材組成。作為基材，只要是不影響試劑的基材就沒有特別的限制，特別是，如果使用含有聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯酸中的任一種的樹脂材料，則能夠確保良好的可見光透過性。作為聚丙烯，可以使用均聚丙烯或聚丙烯與聚乙烯的無規共聚物。另夕卜，作為丙烯酸，可以使用聚甲基丙烯酸甲酯、或者可以使用甲基丙烯酸甲酯與其他的甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯等單體的共聚體。另外，使用這些樹脂材料的情況下，也可以確保芯片的耐熱性和強度。作為除樹脂材料以外的材料，可舉出鋁、銅、銀、鎳、黃銅、金等的金屬材料。使用金屬材料時，還在熱傳導率和密封性能方面優異。而且，通過使反應池的至少一側基材的保持透明，由此能夠從外部進行熒光等的檢測和分析。其中，本發明中的“透明”和“光透過性”是指，在檢測光的波長區域下的平均透過率為70%以上的情況。如果使用可見光區域(波長350?780nm)的光透過性材料，則易于辨認芯片內的試劑狀態，但并不限定于此。
[0075]作為形成加樣孔、流路和廢液部的基材的加工方法，當為樹脂材料時，可以采用注塑成型、真空成型等的各種樹脂成型方法或機械切割等。當為金屬材料時，可通過實施利用較厚基材的研磨加工或蝕刻、在較薄金屬片上實施壓力加工或拉伸加工而形成。另外，作為芯片100，特別是使用含有聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯酸中的任一種的樹脂材料時，能夠確保良好的光透過性、耐熱性和強度。另外，當基材的厚度為50μπι?3_范圍時，能夠確保良好的光透過性、耐熱性和強度，且能夠可靠地進行凹部加工。另外，當基材的厚度為ΙΟμπι?300μηι范圍時，可以同時滿足基材的熱傳導性和密封性。
[0076]作為貼合基材方法，可舉出在一個基材上設置作為粘接層的樹脂涂層，并使其熔融而粘接兩個基材的方法。優選樹脂涂層設置在熱傳導率高的金屬材料基材上并進行熔融粘接。作為樹脂涂層的材料，可以使用PET、聚縮醛、聚酯或聚丙烯等的樹脂材料。當然，還可以采用膠帶固定以及石蠟黏合的方式。
[0077]在上述的貼合方法中，優選作為基材使用容易進行微細加工且適合熒光測量的光透過性樹脂材料，作為基材使用熱傳導率高、且容易設置樹脂涂層并通過熔融粘接進行貼合的金屬材料。另外，通過在金屬基材表面形成樹脂涂層，在選定材料時可以不考慮金屬基材自身的耐藥品性。
[0078]另外，在基材表面形成樹脂涂層時，通過作為樹脂涂層的底層形成增粘(錨固，anchor)層，由此可采用激光來進行熔融粘接。在增粘層中混合有吸收激光波長光的碳黑(光吸收性材料)，通過照射激光產生熱，由此能夠對樹脂涂層進行熔融粘接。或者，也可以通過在樹脂涂層中添加碳黑、或將樹脂涂層的表面涂覆為黑色的方式來代替在增粘層中添加碳黑。例如，在照射波長為900nm左右的紅外激光二極管的光，也可以有效地熔融樹脂涂層。與熱熔接不同，激光熔接無需加熱芯片，因此，可在幾乎不會影響到芯片或被固定在芯片上的試劑的情況下，實施基材的貼合。
[0079]實際操作時，先在第二反應池106中分別滴加帶有核酸引物及擴增酶等溶液，將芯片進行干燥，得到固態的引物及擴增酶等，第一反應倉107內放置核酸免疫層析試紙條，將芯片100和第二基材200貼合，并用膠帶或其他物品封住氣體排氣孔109和，由溶液注入口105注入帶有待檢測核酸模板的溶液并逐漸充滿第一溶液暫存區102，此時，如圖5?圖8所示實施例，溶液注入回流口 102a在整個過程的作用為排出第一溶液暫存區102內的氣體，若是注入溶液過多，多余的會在離心時會被分配到存儲池。將整個芯片放在離心機上離心處理，利用離心力，第一溶液暫存區102中帶有核酸模板的溶液依次流入第一反應池101和第二反應池106，帶有核酸模板的溶液將干燥的引物及擴增酶溶解混合，將芯片放置在一定的溫度條件下進行核酸擴增反應后，將第一溶液暫存區102注入稀釋溶液，打開氣體排氣孔109，可從加氣孔IlOa注入氣體，壓力將從加氣通道110傳遞到側流道113及第一溶液暫存區102，因為第一反應池101等流體器件與氣體排氣孔109是相連接的，稀釋溶液將進入第二反應池106并將擴增的核酸溶液稀釋并擠壓流進第一反應倉107的試紙條上，試紙條反應顯示結果。
[0080]此外，也可以將第一溶液暫存區102注入稀釋溶液，通過離心芯片盤，將注入的溶液驅動進入各流體器件，稀釋溶液將進入第二反應池106并將擴增好的核酸溶液進行稀釋并擠壓流進第二反應倉108的試紙條上，試紙條反應顯示結果。
[0081]此外，還可以將第二溶液暫存區注入稀釋溶液，通過離心芯片盤，將注入的溶液驅動進入各流體器件，稀釋溶液將進入第二反應池106并將擴增好的核酸溶液進行稀釋并擠壓流進第一反應倉107的試紙條上，試紙條反應顯示結果。
[0082]此外，還可以將第一溶液暫存區第二溶液暫存區同時注入稀釋溶液，通過離心芯片盤，將注入的溶液驅動進入各流體器件，稀釋溶液將進入第二反應池106并將擴增好的核酸溶液進行稀釋并擠壓流進第一反應倉107的試紙條上，試紙條反應顯示結果。
[0083]在以上的三種稀釋液注入案例中，除核酸引物及擴增酶外，如果在第一流體套件的第二反應池內預先加入免疫反應的抗體，則該芯片盤可以用來進行免疫熒光檢測等試驗。如果在第一流體套件的第二反應池預先加入生化反應的相關反應成分，則該芯片盤可以用來進行多種生化分院。
[0084]相應地，如果第二流體套件中的第二溶液暫存區還連通有反應池或反應倉，也在其中一個反應池或反應倉中設置了以上的核酸反應，免疫反應，生化反應的相關反應成分，則當同時在第一溶液暫存區第二溶液暫存區注入稀釋溶液后，稀釋溶液會驅使第一流體套件何第二流體套件的反應完成的液體流出后合流，從而可以在后續的反應池或反應倉中進一步反應。
[0085]相應地芯片盤內的核酸反應，免疫反應，生化反應的結果可以通過試紙條的方式進行肉眼顏色判讀，或者通過光譜儀器對某個設置了透明基材的反應池或反應倉的溶液進行光譜判讀。
[0086]如圖19所示，位于芯片100上的多個第一反應池101以及用于向各個第一反應池1I輸送溶液的、例如輸送液體試劑(溶液)的流路。為了將液體輸送到各個第一反應池101，流路至少包括與各個第一反應池101連接的一個第一溶液暫存區102，當然，第一溶液暫存區102通過第一流路103與第一反應池101相連。第一反應池101—側與氣體排氣孔109聯通，流路上具有用于注入溶液的注入口。注入的液體試劑(溶液)到第一溶液暫存區102，通過離心運動，液體試劑(溶液)由第一流路103進入第一反應池101，第一流路103和第一反應池101的空氣經氣體排氣孔109排出，第一反應池101中裝有試紙條，試紙條吸收液體試劑(溶液)，試紙條反應顯示結果。
[0087]如圖20所示，為將圖19所述實施例中的各個第一溶液暫存區102首尾聯通起來有統一的注入溶液的注入口、將各個第一反應池101—側聯通至一個有統一的氣體排氣孔109的排氣回路的實施例，排氣回路可以設置在芯片100正面，也可以在反面，只要從統一的注入口注入液體試劑(溶液)，通過離心運動，液體試劑(溶液)由第一流路103進入所有的第一反應池101，所有的第一流路103和第一反應池101的空氣經統一的氣體排氣孔109排出，第一反應池101中裝有試紙條，試紙條吸收液體試劑(溶液)，試紙條反應顯示結果。
[0088]如圖11、12所示一實施方式，第二反應池106設置在芯片相對第一反應池101的另一層面，第二反應池106通過互通流路114與支路104聯通，當完成離心操作，第一反應池101和第二反應池106充滿液體試劑(溶液)時，第一反應池101朝上平放時，因為聯通第二反應池106都是豎直方向的互通流路114，故處在低位層面的第二反應池106中的液體試劑(溶液)不會因重力或晃動，而通過支路104擴散測流。
[0089]將芯片加熱處理時，第二反應池106中的液體試劑(溶液)會因蒸發后的氣體擴散至支路104及其連通的其他流體器件而變少，因為第一反應池101處于第二反應池106偏高的水平位置，所以第一反應池101中的液體試劑(溶液)會因為重力等原因適當流入第二反應池106中進行補充，從而能使第二反應池在芯片平放且反應過程中始終保持液體充滿，不會因第二反應池106中的液體試劑(溶液)減少而影響顯示反應結果。
[0090]在支路104—處有互通流路114，在互通流路114上有沉孔120，沉孔120底部通過互通流路114與支路104聯通，沉孔120上部與第一反應倉107聯通，沉孔120中加入主要成分是聚乙二醇、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺殼聚糖、透明質酸、聚乙烯醇、蔗糖等產品中的一個或若干個的混合物，干燥后在沉孔120底部形成水化膜120a，此狀態下水化膜120a平面是與芯片平面平行設置，此外，水化膜120a平面還可以與芯片平面垂直設置，SP不經過互通流路114對支路104起到氣體隔斷效果。
[0091]水化膜120a在無液體試劑(溶液)過來時，起到能將第一反應倉107和第二反應池106之間隔離封閉起來，防止反應氣體或反應成分流動影響實驗結果，當液體試劑(溶液)流到水化膜120a處時，水化膜120a溶解，液體試劑(溶液)可從第二反應池106流到第一反應倉107中，試紙條吸收體試劑(溶液)，試紙條反應顯示結果。
[0092]如圖13所示，為將圖11、12所述實施例中的各個第一溶液暫存區102首尾聯通起來有統一的注入溶液的注入口、將各個第一反應倉107—側聯通至一個有統一的氣體排氣孔109的排氣回路的實施例，且在支路104(圖中未示出)通過互通流路114(圖中未示出)與第二溶液暫存區(102)聯通，第二溶液暫存區(102)(圖中未示出)既可以作為排氣功能，又可以注入第二種液體試劑(溶液)。
[0093]當預先在第二反應池106中放置了PCR核酸擴增的引物及擴增酶，溶液中也存在待擴增的核酸模板時，第二反應池106能發生完整的PCR核酸擴增反應。當第一溶液暫存區稀釋液被離心力驅動進入第二反應池106后，PCR擴增反應溶液將進入第一反應倉107，通過試紙條顯示反應結果。
[0094]如果配置了適當的光譜檢測儀器時，則可以直接對第二反應池106進行PCR核酸擴增反應的信號檢測，通過儀器進行分析得出反應結果。
[0095]如果第二反應池106的下表面不設置為導熱材料時，可將芯片整體放置在特定的溫度環境中進行恒溫核酸擴增，通過是試紙條或光譜儀器進行反應結果判讀。
[0096]應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種離心式多通道微流體芯片，在芯片(100)第一層面設置有第一流體器件，所述第一流體器件由上下兩個基材配合組成；第一流體器件包含多個流體器件:第一反應池(101)、與第一反應池(101)連接的流路和向流路注入溶液的溶液注入口(105)，并通過旋轉該芯片(100)，將溶液分配給第一反應池(101)，其特征在于: 所述流路具有用于向上述第一反應池(101)輸送液體的第一溶液暫存區(102)，該第一溶液暫存區(102)具有相對于旋轉中心方向的一個谷部(G); 所述流路包括第一流路(103)和支路(104)，第一流路(103)自所述谷部(G)延伸至所述第一反應池(101)形成第一連通點(103a)，所述支路(104)與所述第一反應池(101)形成第二連通點(104a)并自此第二連通點(104a)朝向旋轉中心的方向延伸至一個出口端(I15)，該出口端(115)可獨立，也可以與其他流路器件合并。2.如權利要求1所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述支路(104)與所述第一反應池(101)形成第二連通點(104a)并自此第二連通點(104a)延伸至所述第一溶液暫存區(102)或第一流路(103)后通向出口端(115)。3.如權利要求1或2所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一流體器件中從第一溶液暫存區(102)及其向后的流體器件的任何一個點，可從所述芯片(100)的第一層面向上表面或下表面的一定深度延伸，形成上下互通流路(114)，將第一流體器件從芯片(100)的第一層面設置或延伸到第二層面，讓第一流體器件中的氣體和溶液從第一層面流動到第二層面的流體器件。4.如權利要求1或2所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一流體器件上還包括有第二反應池(106)，所述第二反應池(106)設置于所述支路(104)上。5.如權利要求4所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一流體器件上還包括有第一反應倉(107)，所述第一反應倉(107)與所述第一反應池(101)、或第二反應池(106)、或支路(104)相連通，且所述第一反應倉(107)與氣體排氣孔(109)相連通。6.如權利要求5所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一反應倉(107)與氣體排氣孔(109)之間還設置有第二反應倉(108)。7.如權利要求1、2、4?6任一所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一溶液暫存區(102)為多個且能夠彼此相互連通，溶液從溶液注入口(105)進入到最近第一溶液暫存區(102)后將其充滿后依次流入其他第一溶液暫存區(102)，最后通向溶液注入回流口(102a)。8.如權利要求7所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一溶液暫存區(102)為多個且能夠彼此連通，第一溶液暫存區(102)側流路(113)與加氣通道(110)相連通，相連的加氣通道(110)形成一體式連通結構，且具有至少一個加氣孔(110a)。9.如權利要求7所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述溶液暫存區(102)為多個且能夠彼此連通，其出口端(115)通過排氣通道(111)形成一體式連通結構，最終具有共同的氣體排氣孔(109)。10.一種如權利要求3所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述芯片的第一層面或第二層面設置有第二流體器件包含有第二溶液暫存區、連通第二溶液暫存區且與第一流體器件中相同的全部或部分的流體器件;第二流體器件與第一流體器件相連通。11.如權利要求1、2、4?6、8?10任一所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述反應池及反應倉中至少一個反應池或反應倉中設置有顯示生物化學反應結果的試紙，所述試紙包括干式化學試紙、干式生化試紙或免疫層析試紙。12.如權利要求1、2、4?6、8?10任一所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:配套設置有檢測儀器，其能對芯片(100)的某一個反應池中的溶液產生的特定光譜信號進行檢測，得到被檢測樣品的分析結果。13.如權利要求3所述的離心式多通道微流體芯片，其特征在于:所述第一上下互通流路(114)上有能夠設置水化膜的沉孔(120)，所述水化膜能夠將所述流道內的空氣隔離使得空氣不能通過，而當有溶液流過來，溶液能夠溶解所述水化膜，所述水化膜的主要成分是聚乙二醇、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺殼聚糖、透明質酸、聚乙烯醇、蔗糖產品中的一個或若干個的混合物。14.如權利要求4所述的離心式多通道微流體芯片，當溶液從第一溶液暫存區(102)被離心驅動流入第一反應池(101)及第二反應池(106)時，至少一個反應池能被充滿。
【文檔編號】B01L3/00GK105964313SQ201610261848
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】周中人, 張玲會, 劉波, 姜杰
【申請人】上海快靈生物科技有限公司