一種多指標試樣分析芯片及其使用方法與流程

本發明涉及一種多指標試樣分析芯片及其使用方法，屬于微流控芯片領域。

背景技術：

微流控技術是一種通過微管道及微結構在外界硬件的輔助下控制流體完成各種生物和化學過程的一種技術。目前已經廣泛應用于細胞培養與分析、核酸提取、核酸擴增反應、生化反應、免疫檢測、環境監測等相關研究中。這些應用往往需要多個反應單元實現對多個樣本或多個檢測指標的反應和檢測。而要實現多指標的并行分析，需要實現對樣本或試劑的分配，即實現將同一種液體分配到不同的反應腔體中。這種情況下在芯片中必然存在流路將不同的反應孔連接在一起，而對核酸擴增、生化分析等反應來說，不同反應孔相連帶來的潛在樣品交叉污染對結果影響非常大，因而需要實現對不同反應孔之間的互相隔離，以杜絕不同反應孔之間交叉污染的可能性。

現有的芯片利用離心力與微管道相結合方式實現樣品往不同反應孔中的分配，而不同反應孔之間通過空氣隔離。這類方法雖然操作簡單，但不同反應孔之間的距離較短，且水溶液的揮發和冷凝極易引起不同反應孔之間的液體串擾，所以僅靠空氣隔離存在很大的污染風險，尤其應用于核酸擴增分析時。為克服上述問題，現有方法是在樣品分配完成后使用礦物油來隔離不同反應孔，但該方法需要二次加樣，而且礦物油會溶蝕密封芯片進樣口的單面膠，從而造成試劑泄露，污染環境。還有方法是采用離心的方式將樣品分配到管道兩則的反應池中，然后利用外部設備讓附有壓敏膠的金屬基材變形，將主流路中的液體擠出并堵塞連通反應池的管道，從而實現主流路兩側的反應孔的物理隔離。該方法雖然能實現物理隔離，杜絕了不同反應孔之間的交叉污染，但這種方法會浪費在主流路中的大量樣本，且鋁箔變形堵死主流路后難以恢復，難以實現反應后的產物回收。另外，該方法擠壓鋁箔變形的過程需要專用的設備和手工操作，不利于自動化。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一避免交叉污染的多指標試樣分析芯片及其使用方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種多指標試樣分析芯片，其特征在于：包括基片、蓋片和托盤，所述基片、蓋片和托盤均為圓形，在所述基片的一側端面上開設有多個沿周向等間隔布置的反應孔，在位于所述反應孔內側的所述基片上開設有主流路，每一所述反應孔均通過一個連接流路與所述主流路連通，在位于所述 主流路內側的所述基片上開設有儲液池，所述主流路與所述儲液池連通，在所述儲液池上設置有至少一個注液孔；所述蓋片可拆卸地連接在所述基片開設有所述反應孔一側的端面上；所述托盤可拆卸地連接在所述蓋片的另一側，在所述托盤上與所述蓋片貼合的一側設置有封堵凸塊，當壓合所述托盤與所述基片時，所述封堵凸塊壓迫所述蓋片變形將各所述連接流路阻斷。

所述封堵凸塊為多個且與所述連接流路呈一一對應關系，當壓合所述托盤時，每個所述封堵凸塊壓迫所述蓋片變形而阻斷一個所述連接流路。

所述封堵凸塊設置為圓弧形且沿所述托盤的周向延伸，所述托盤和封堵凸塊均采用彈性材料制成，當壓合所述托盤時，所述封堵凸塊與各所述連接流路對應的位置發生變形，并且壓迫所述蓋片變形而阻斷各連接流路。

一種多指標試樣分析芯片的使用方法，包括以下步驟：1)將樣品溶液通過注液口注入儲液池中，并封堵注液口；2)將基片放在離心裝置中進行離心操作，使儲液池中的樣品溶液通過主流路12和連接流路流入各反應孔中；3)對托盤施加壓力，使托盤上的封堵凸塊擠壓蓋片，使位于封堵凸塊處的蓋片產生形變，將各連接流路阻斷，從而實現各反應孔之間的物理隔離。

一種多指標試樣分析芯片，其特征在于：包括基片、蓋片和托盤，所述基片、蓋片和托盤均為矩形；在所述基片的一側端面上呈線型間隔開設多排反應孔，在各排所述反應孔的同一側均設置有呈直線型布置的主流路，每一所述反應孔均通過一個連接流路與所述主流路連通，在每一所述主流路的至少一端設置有注液孔；所述蓋片可拆洗地連接在所述基片開設有反應孔一側的端面上；所述托盤可拆卸地連接在蓋片的另一側，在所述托盤上與所述蓋片貼合的一側設置有封堵凸塊，當壓合所述托盤與所述基片時，所述封堵凸塊壓迫所述蓋片變形將各所述連接流路阻斷。

所述封堵凸塊為多個且與所述連接流路呈一一對應關系，當壓合所述托盤時，每個所述封堵凸塊壓迫所述蓋片變形而阻斷一個所述連接流路。

所述封堵凸塊設置呈長條狀且經過各所述連接流路所在的位置，所述托盤3和封堵凸塊均采用彈性材料制成，當壓合所述托盤時，所述封堵凸塊與各所述連接流路對應的位置發生變形，并且壓迫蓋片變形從而阻斷各連接流路。

所述主流路由多個半圓形結構銜接而成，或由多個V字形結構串聯連接而成。

所述基片和蓋片均采用薄膜材料制成。

一種多指標試樣分析芯片的使用方法，包括以下步驟：1)將樣品溶液通過注液口注入主流路中，并封堵注液口；2)將基片放在離心裝置中進行離心操作，使主流路中的樣品溶液通過主流路和連接流路流入各反應孔中；3)對托盤施加壓力，使托盤上的 封堵凸塊擠壓蓋片，使位于封堵凸塊處的蓋片產生形變，將各連接流路阻斷，從而實現各反應孔之間的物理隔離。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明的托盤上的封堵凸塊擠壓蓋片，使位于封堵凸塊處的蓋片產生形變，與每一連接流路貼合封堵，從而實現各反應孔之間的物理隔離，避免各反應孔內樣品溶液交叉污染。2、本發明的每個反應孔中可預先放入不同的反應底物如抗體、引物、核酸探針等，待檢測溶液樣本分別進入不同反應孔中與反應底物反應，從而達成多指標分析的目的。本發明可廣泛應用于生物檢測或醫療檢驗領域，如免疫分析、核酸擴增反應、核酸雜交反應分析或蛋白一受體結合反應。

附圖說明

圖1是實施例1的整體結構示意圖；

圖2是實施例1的基片的結構示意圖；

圖3是實施例1基片沿反應孔的剖視示意圖；

圖4是實施例1蓋片變形封堵連接流路的示意圖；

圖5是實施例1托盤的結構示意圖；

圖6是實施例1托盤采用另一種結構的結構示意圖；

圖7是實施例2的整體結構示意圖；

圖8是實施例2的托盤的結構示意圖；

圖9是實施例2托盤采用另一種結構的結構示意圖；

圖10是實施例2主流路采用半圓形結構銜接而成時的結構示意圖

圖11是實施例2主流路采用V字形結構串聯連接而成時的結構示意圖；

圖12是實施例2蓋片變形封堵連接流路的示意圖；

圖13是實施例3的基片的結構示意圖；

圖14是實施例3的反應孔及連接流路的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

實施例1：

如圖1～4所示，本實施例多指標試樣分析芯片包括基片1、蓋片2和托盤3，其中，基片1、蓋片2和托盤3均為圓形。在基片1的一側端面上開設有多個沿周向等間隔布置的反應孔11，在位于反應孔11內側的基片1上開設有主流路12，每一反應孔11均通過一個連接流路13與主流路12連通。在位于主流路12內側的基片1上開設有儲液池14，主流路12與儲液池14連通。在儲液池14上設置有至少一個注液孔 15。蓋片2可拆卸地連接在基片1開設有反應孔11一側的端面上。托盤3可拆卸地連接在蓋片2的另一側，在托盤3上與蓋片2貼合的一側設置有封堵凸塊31，當壓合托盤3與基片1時，封堵凸塊31壓迫蓋片2變形將各連接流路13阻斷，從而實現各反應孔11之間的物理隔離。

在一個優選的實施例中，連接流路13的開設深度小于反應孔11和主流路12的深度。封堵凸塊31可以設置為多個(如圖5所示)，其與連接流路13呈一一對應關系，當壓合托盤3時，每個封堵凸塊31將壓迫蓋片2變形從而阻斷一個連接流路13。此時，封堵凸塊31的截面形狀與連接流路13的截面形狀一致。封堵凸塊31也可以設置呈圓弧形且沿托盤3的周向延伸(如圖6所示)，此時，托盤3和封堵凸塊31均采用彈性材料制成，當施加外界壓力時，封堵凸塊31與各連接流路13對應的位置發生變形，同時壓迫蓋片2變形從而阻斷各連接流路。

在一個優選的實施例中，連接流路13和主流路12的截面均為半圓形。

在一個優選的實施例中，基片1和蓋片2由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物材料以及金屬材料中的一種或兩種制成，并通過注塑、激光雕刻、機械加工和熱壓封接、激光焊接、超聲焊接、膠封等現有技術制作。

在一個優選的實施例中，在基片1上設置有與蓋片2可拆卸連接的連接柱16。

在一個優選的實施例中，反應孔11沿基片1周向對稱分布成多組，每一組反應孔11對應一條主流路12及一個儲液池14。

本實施例還提出了一種多指標試樣分析芯片使用方法，包括以下步驟：

1)將樣品溶液通過注液口15注入儲液池14中，并封堵注液口15；

2)將基片1放在離心裝置中進行離心操作，使儲液池14中的樣品溶液通過主流路12和連接流路13流入各反應孔11中；

3)對托盤3施加壓力，使托盤3上的封堵凸塊31擠壓蓋片2，使位于封堵凸塊31處的蓋片2產生形變，將各連接流路13阻斷(如圖6所示)，從而實現各反應孔11之間的物理隔離，避免各反應孔11內樣品溶液交叉污染。

實施例2：

如圖7所示，本實施例多指標試樣分析芯片包括基片1、蓋片2和托盤3，其中，基片1、蓋片2和托盤3均為矩形。在基片1的一側端面上呈線型間隔開設多排反應孔11，在各排反應孔11的同一側均設置有呈直線型布置的主流路12，每一反應孔11均通過一個連接流路13與主流路12連通。在每一主流路12的至少一端設置有注液孔15。蓋片2可拆洗地連接在基片1開設有反應孔11一側的端面上。托盤3可拆卸地連接在蓋片2的另一側，在托盤3上與蓋片2貼合的一側設置有封堵凸塊31，當壓合托 盤3與基片1時，封堵凸塊31壓迫蓋片2變形將各連接流路13阻斷，從而實現各反應孔11之間的物理隔離。

在一個優選的實施例中，封堵凸塊31可以設置為多個(如圖8所示)，其與連接流路13呈一一對應關系，當壓合托盤3時，每個封堵凸塊31將壓迫蓋片2變形從而阻斷一個連接流路13。封堵凸塊31也可以設置呈長條狀且經過各連接流路13所在的位置(如圖9所示)，此時，托盤3和封堵凸塊31均采用彈性材料制成，當施加外界壓力時，封堵凸塊31與各連接流路13對應的位置發生變形，同時壓迫蓋片2變形從而阻斷各連接流路。

在一個優選的實施例中，如圖10所示，主流路12由多個半圓形結構銜接而成，該結構有利于實現主流路12中的樣品均勻分配到反應孔11中。

在一個優選的實施例中，如圖11所示，主流路12由多個V字形結構串聯連接而成，該結構也有利于實現主流路12中的樣品均勻分配到反應孔11中。

本實施例還提出了一種多指標試樣分析芯片使用方法，包括以下步驟：

1)將樣品溶液通過注液口15注入主流路12中，并封堵注液口15；

2)將基片1放在離心裝置中進行離心操作，使主流路12中的樣品溶液通過主流路12和連接流路13流入各反應孔11中；

3)對托盤3施加壓力，使托盤3上的封堵凸塊31擠壓蓋片2，使位于封堵凸塊31處的蓋片2產生形變，將各連接流路13阻斷(如圖12所示)，從而實現各反應孔11之間的物理隔離，避免各反應孔11內樣品溶液交叉污染。

實施例3：

本實施例與實施例二的區別僅在于：基片1和蓋片2均采用薄膜材料制成(如圖13所示)，其加工方法可為注塑、吸塑、吹塑或沖壓成形。

在一個優選的實施例中，制作基片1和蓋片2所用的薄膜材料為COP、PP等具有一定彈性的材料。因基片1本身由彈性材料構成，所以除了設計從基片1正面壓合連通流路13的托盤3外，亦可從基片1的背面直接壓基片1片，使得薄膜變形，實現不同反應孔11的物理隔離。

實施例4：

本實施例與實施例一的區別僅在于：基片1和蓋片2均采用薄膜材料制成，其加工方法可為注塑、吸塑、吹塑或沖壓成形。

上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。