微量等比上樣微流控芯片系統和上樣方法與流程

本申請屬于微流控技術領域，特別是涉及一種微量等比上樣微流控芯片系統和上樣方法。

背景技術：

微流控芯片技術(microfluidics)是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。

由于其體積小、試劑消耗量低和高度集成化等特點，越來越多的研究人員開始關注微流控芯片。微流控芯片在使用過程中，需要將液體注入芯片上，發生相關的生化反應，進行檢測，從而應用于不同的領域。目前配合微流控芯片上樣的設備包括了注射泵、蠕動泵、壓力泵和機械手等手段。注射泵、蠕動泵和壓力泵等傳統手段，液體為連續操作，即使微流控芯片所需液體體積較少，如果采用上述上樣手段，由于液體連續推動，實際消耗量仍然非常大，不能發揮微流控芯片的優勢。機械手能夠按照實際需求量進行上樣，然后仍然需要動力將液體驅動至微流控芯片上的指定位置，才能完成相應的反應和檢測，在微流控芯片上，該動作可以采用正壓、負壓或者離心力進行驅動。

生化檢測過程中通常涉及到多種樣本等比(非等量)混合，才能完成目標待測物值的檢測。在采用機械手(手動定量上樣的前提下)，還需要提供穩定的等比動力源，才能實現上樣液體的等比混合或者反應，目前市場上或者實驗室中，缺乏能夠快速實現該功能的整體系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種微量等比上樣微流控芯片系統和上樣方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請實施例公開一種微量等比上樣微流控芯片系統，包括：

微流控芯片，包括微通道、多個進樣口和至少一個出樣口，所述進樣口和出樣口分別連通于所述微通道的兩端；

動力裝置，連接于所述進樣口和動力源之間，所述動力源采用氣壓驅動、壓電驅動或超聲波驅動。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述進樣口和微通道之間形成有儲液單元。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述動力裝置包括驅動夾具和連接接頭，所述連接接頭連接于所述動力源，所述驅動夾具上開設有至少一個通孔，每個所述通孔分別對應連通于一個所述進樣口，所述連接接頭插置于所述通孔的一端。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述通孔內凸伸有環形的擋圈，所述擋圈和微流控芯片表面之間擠壓有墊圈，所述墊圈的外徑大于所述進樣口的開口內徑。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述進樣口的內徑小于所述儲液單元的內徑，所述儲液單元連通于所述進樣口的下方。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述動力裝置具有一可以抽取液體的中空腔體，該中空腔體的一端連接于所述動力源，另一端連通于所述進樣口，所述動力源為氣壓源，所述中空腔體的底端凸伸有倒錐形的液體抽取和釋放結構，該液體抽取和釋放結構具有分別與所述進樣口和中空腔體連通的通孔。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，動力裝置與微流控芯片的接觸面之間設置有墊圈。

優選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統中，所述微流控芯片包括上下依次疊加的第一芯片、第二芯片和第三芯片，所述進樣口和出樣口開設于所述第一芯片上，所述微通道形成于所述第二芯片與第一芯片之間、第二芯片與第三芯片之間、或上下貫穿所述第二芯片。

相應的，本申請實施例還公開了一種微量等比上樣微流控芯片系統的上樣方法，包括：

s1、動力裝置在氣壓源負壓作用下將定量的目標液體抽取至中空腔體中進行緩存；

s2、將中空腔體底端的液體抽取和釋放結構對準微流控芯片的進樣口；

s3、在氣壓源正壓的作用下，將中空腔體內的目標液體推送至進樣口；

s4、繼續施壓正壓氣體，通過氣體推動定量的目標液體在微通道中移動。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明提供了一套簡單的系統，該體統能夠根據應用需求配備不同的微流控芯片單元，實現液體的上樣、混合、反應、分離、檢測等過程，能夠滿足微流控芯片商業化需求，以及實驗室級別的驗證要求，具有較高的應用前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發明具體實施例中微流控芯片的結構示意圖；

圖2所示為本發明第一實施例中第一芯片和驅動夾具的連接示意圖；

圖3所示為本發明第一實施例中連接接頭的結構示意圖；

圖4所示為本發明第二實施例中動力裝置的剖視圖；

圖5所示為本發明第二實施例中動力裝置的側視圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

結合圖1所示，微量等比上樣微流控芯片系統包括微流控芯片和動力裝置。

微流控芯片包括上下依次疊加的第一芯片1、第二芯片2和第三芯片3，第一芯片1上開設有上下相通的進樣口101和出樣口102，第二芯片2上開設有微通道201。進樣口101和出樣口102分別連通于微通道201的兩端。

在一優選的實施例中，進樣口設置有多個，更優選為3個，根據應用需求設計不同個數的進樣口；微通道上下貫穿所述第二芯片，第三芯片為空白板。

在其他實施例中，微通道也可以凹設形成于第一芯片的下表面、第二芯片的下表面或第三芯片的上表面。

當微通道形成于第一芯片下表面或第二芯片表面的上表面時，第三芯片可以不設置，或者第三芯片與第二芯片一體成型。

易于想到的是，也可以根據實際的要求設置四層芯片或以上，在技術條件可以實現的情況下，也可以僅設置一層芯片。

微通道201包括混合單元，還可以根據實際需求配備加樣、反應、過濾、檢測等功能單元。

微流控芯片材質不限，可以是玻璃、聚合物、金屬、硅等材料，加工方式可以是光刻、數控、熱壓、注塑等方法，根據實際應用需求進行調整。

結合圖2所示，進樣口101和微通道201之間形成有儲液單元103。進樣口和儲液單元103均開設于第一芯片1上，且進樣口101和儲液單元103上下相通。

該技術方案中，進樣口和儲液單元形成的結構類似一個倒錐口，上樣時采用機械臂或者移液槍加入指定體積的目標液體，存儲于下部的儲液單元中，儲液單元體積可以根據實際上樣量進行調整。

儲液單元的底端和微通道201的進液口對應在一起，從而在壓力存在的情況下，儲液單元中的液體可以進入到第二芯片的微通道結構中。微通道進液口數量根據進樣口的個數調整，每個進樣口分別對應連通于一個進液口。多個液體入口匯聚一處，并設置一個混合單元，滿足多個液體反應和檢測需求。第二芯片可以隨意設置加樣、反應、過濾、檢測等功能單元，滿足不同領域的反應和檢測需求。

動力裝置，連接于進樣口和動力源之間，主要功能是在給芯片上樣后，提供相應的動力，主要是氣壓，也可以選擇如壓電驅動或者超聲波驅動等其他方式。

動力裝置根據驅動方式不同而設置，如果是壓力上樣，動力系統可以是恒壓泵或者空壓機等裝置，并配備相應的控制系統。如果是壓電上樣或者超聲波上樣，動力系統則為壓電薄膜或者超聲波發生器。

實施例1

以氣壓為例，提供一種簡單的驅動夾具，實現對微流控芯片的微量液體等比上樣。

結合圖2和圖3所示，動力裝置包括驅動夾具4和連接接頭5，驅動夾具位于第一芯片上方，且與第一芯片之間面接觸，連接接頭4連接于動力源，驅動夾具4上開設有至少一個通孔401，每個通孔401分別對應連通于一個進樣口101，連接接頭4插置于通孔401的一端。

進一步地，通孔401內凸伸有環形的擋圈402，擋圈402和微流控芯片表面之間擠壓有墊圈6，墊圈6的外徑大于進樣口101的開口內徑。

通過墊圈6可以實現驅動夾具與芯片之間的密封。

該技術方案中，由于第一芯片1需要和驅動夾具4密封，所以之間存在密封墊圈6，考慮到部分液體上液量較大，所以儲液單元103直徑較大，防止墊圈6掉落于儲液單元103中，所以將進樣口和儲液單元設置成倒錐口結構，但是本案并且不限于倒錐口結構，只要保證墊圈不掉落、儲液量足夠，可以根據需要更改上樣和儲液單元結構。

驅動夾具和微流控芯片可以通過螺絲、夾具、卡扣、磁鐵或者其他加壓方式連接，從而實現驅動夾具和芯片的密封。通孔401的頂端目的是和連接接頭結合，連接接頭和氣源連接，從而給進樣口密封提供氣壓，通過氣源給每個進樣口提供不同的氣壓，從而實現不同進樣口中液體以不同的流量比例進入微流控芯片結構，從而完成不同的實驗目的。

工作是，首先通過移液槍或者其他工具將目標液體加入芯片上樣和儲液單元中，然后將驅動夾具和芯片組裝在一起，根據不同的驅動夾具，可以采用螺絲、夾具、卡扣、磁鐵或者其他加壓方式連接，實現密封。此時啟動動力源，按照目標上樣比例，對不同的儲液單元施加不同的壓力，整體實現了微量液體的等比上樣，通過芯片上的混合結構，實現了多種微量液體的等比同時上樣和混合同步進行，并在微流控芯片上設置不同的功能單元(加樣、反應、過濾、檢測)，實現不同的應用目的。

實施例2

在實際應用過程中，動力裝置可以設置為整體，主體結構由機械臂帶動，從而實現位置轉換。

結合圖4和圖5所示，該結構主體為中空結構601，前端有一個凸起602，為液體抽取和釋放結構，該結構通過上端的氣壓源控制，實現目標液體的抽取、以及在芯片進樣口中釋放，繼而通過氣壓源壓縮氣體，實現微量液體的上樣并且進入芯片目標結構中。

結構前段加工有墊圈槽603，并安裝有墊圈，在機械手移動該結構的時候，向結構施加壓力，實現該結構和芯片的密封，實現液體的上樣。該結構前端的液體抽取和釋放結構可以清晰，避免了交叉污染，具有較高的實用價值。

綜上所述，本發明優點至少包括：

(1)、微量樣本上樣，充分發揮了微流控芯片試劑消耗少的特點，避免了傳統以液推液等上樣方式造成的浪費。

(2)、等比上樣的簡易結構，傳統芯片的液體等比上樣通常涉及到注射泵結構，本發明通過氣壓實現了多種樣本的等比上樣和混合。

(3)、操作簡單，配備的上樣夾具簡單實用，成本低，且可多次重復使用，具有良好的商業化前景。

(4)、靈活性強，夾具和芯片系統的結構多變，可以根據實際需求更換功能單元，實現不同檢測目標。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。