一種用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法與流程

本發明實施例涉及粒子分析技術領域，尤其涉及一種用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法。

背景技術：

目前，在對液體中微小粒子進行計數和大小測定時，一般采用經典的庫爾特阻抗法。庫爾特阻抗法的基本原理是，懸浮在電解液中的細胞或顆粒，隨著電解液通過小孔時，因取代了相同體積的電解液，在恒流設計的電路中導致小孔管道內外兩電極電阻發生瞬時變化，而產生了電位脈沖，脈沖信號的大小和次數與顆粒的大小和數目成正比。

現有技術中，一般采用庫爾特阻抗分析儀對粒子進行計數和大小測定，但是傳統的庫爾特阻抗分析儀體積龐大，價格昂貴。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法，以提高粒子分析的便利性，并降低粒子分析的成本。

第一方面，本發明實施例提供了一種用于粒子分析的微流控芯片，該微流控芯片包括：四層芯板，分別為第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；

在所述第一芯板上具有進液孔；在所述第二芯板、第三芯板和第四芯板內具有第一微流通道，所述進液孔與所述第一微流通道相通；在所述第四芯板上具有第二微流通道，所述第二微流通道與所述第一微流通道通過過濾孔相通，所述過濾孔在所述第三芯板上；在所述第二芯板上具有第三微流通道，所述第三微流通道與所述第二微流通道通過測試孔相通，所述測試孔在所述第三芯板上；在所述測試孔兩端具有第一電極對，用于檢測粒子經過所述測試孔時產生的電壓脈沖信號，所述第一電極對的兩個電極分別放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中；

在所述第一芯板、所述第二芯板和所述第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空設備通過所述抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣，所述抽吸通孔與所述第三微流通道相通。

進一步地，所述第一電極對與上位機連接，當所述第一電極對檢測到電壓脈沖信號時，將所述電壓脈沖信號發送至所述上位機，以便所述上位機對所述電壓脈沖信號進行分析處理。

進一步地，在所述第四芯板上具有第四微流通道，所述第四微流通道與所述抽吸通孔相通；所述第四微流通道與所述第三微流通道通過液體終止孔相通，所述液體終止孔在所述第三芯板上。

進一步地，在所述液體終止孔與所述第三微流通道相通的位置具有第二電極對，用于當液體流至所述第二電極對，所述第二電極對電連接后時，上位機控制所述抽真空設備停止抽吸，所述第二電極對放置于所述第三微流通道中。

進一步地，在所述測試孔兩端還具有第三電極對，用于當液體流至所述第三電極對，所述第三電極對電連接后時，為所述測試孔兩端提供恒定的激勵電壓，所述第三電極對的兩個電極分別放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

進一步地，在所述測試孔兩端還有具有第四電極對，用于當液體流過所述第四電極對，所述第四電極對電連接時，指示上位機開始采集數據，所述第四電極對的兩個電極分別放置于所述第二微流通道和所述第三微流通道中。

進一步地，還包括第五芯板，位于所述第四芯板下方，用于作為所述第一微流通道和所述第二微流通道的底面。

進一步地，在所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板上還具有對準通孔，用于對準組裝所述第一芯板、所述第二芯板、所述第三芯板、所述第四芯板和所述第五芯板。

進一步地，相鄰芯板間通過壓敏膠或瞬間膠組裝固定。

第二方面，本發明實施例還提供了一種粒子分析方法，該方法采用第一方面所述的微流控芯片來執行，包括：

當抽真空設備通過抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，液體通過進液孔進入所述微流控芯片中的微流通道內；

當液體流至測試孔兩端的第一電極對時，所述第一電極對電連接；

當液體中有粒子經過所述測試孔時，所述第一電極對檢測到電壓脈沖信號；

所述第一電極對將所述電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便所述上位機對所述電壓脈沖信號進行分析處理。

本發明實施例提供的用于粒子分析的微流控芯片，包括四層芯板，分別為第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有進液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板內具有第一微流通道，進液孔與第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道與第一微流通道通過過濾孔相通，過濾孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道與第二微流通道通過測試孔相通，測試孔在第三芯板上；在測試孔兩端具有第一電極對，用于檢測粒子經過測試孔時產生的電壓脈沖信號；在第一芯板、第二芯板和第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空設備通過抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣，抽吸通孔與第三微流通道相通。當抽真空設備通過抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，液體通過進液孔進入第一微流通道，然后經過過濾孔進入第二微流通道，再然后通過測試孔進入第三微流通道，當液體經過測試孔時，會使測試孔兩端的第一電極對電連接，當液體中有粒子經過測試孔時，第一電極對檢測到電壓脈沖信號，第一電極對將電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便上位機對電壓脈沖信號進行分析處理，從而實現對液體中粒子的分析。本實施例中基于庫爾特基本原理設計制作的微流控芯片，具有多層芯板，液體可以在各層芯板的通道中橫向縱向流動，無需復雜的鞘流技術等輔助手段即可實現粒子分析的功能，提高粒子分析的便捷性，同時降低粒子分析的成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中的一種用于粒子分析的微流控芯片的結構示意圖；

圖2是本發明實施例二中的微流控芯片中第三芯板的正反面結構示意圖；

圖3是本發明實施例三中的一種粒子分析方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。

實施例一

圖1為本發明實施例一提供的一種用于粒子分析的微流控芯片的結構示意圖。本實施例可適用于對液體中的粒子進行的分析的情況，如圖1所示，該微流控芯片包括四層芯板，分別為第一芯板110，第二芯板120，第三芯板130和第四芯板140。本實施例中，四層芯板是依次疊放的，為了更好的展示每層芯板的內部結構，圖1中將四層芯板展開分別進行展示。

在第一芯板110上具有進液孔11。在第二芯板120、第三芯板130和第四芯板140內具有第一微流通道21，進液孔11與第一微流通道21相通。在第四芯板140上具有第二微流通道22，第二微流通道22與第一微流通道21通過過濾孔12相通，過濾孔12在第三芯板130上。在第二芯板120上具有第三微流通道23，第三微流通道23與第二微流通道22通過測試孔13相通，測試孔13在第三芯板上130。在測試孔23兩端具有第一電極對，用于檢測粒子經過測試孔時產生的電壓脈沖信號，第一電極對的兩個電極分別放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。在第一芯板110、第二芯板120和第三芯板130上具有抽吸通孔14，用于抽真空設備通過抽吸通孔14抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣，抽吸通孔14與第三微流通道相通23。

其中，芯板的材料可以是高分子聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，pmma)或者環烯烴共聚物(cycloolefincoplymer,，coc)。芯板的厚度可以為50-300um間的任意厚度。第一微流通道21是由第二芯板120、第三芯板130和第四芯板140這三個芯板內的通道疊放形成的，以增加第一微流通道21的深度，第一微流通道21在第二芯板120的長度大于在第三芯板130和第四芯板的長度。過濾孔12的形式可以是孔陣列的形式，作用是過濾掉液體中體積較大的雜質并使液體中各成分充分混勻。測試孔13兩端安裝有第一電極對，當液體流至第一電極對時，第一電極對發生電連接，可實時的檢測測試孔13兩端的電壓值。當液體中的粒子(如血細胞、癌細胞、細菌等)經過測試孔13時，粒子在測試孔13中取代相同體積的液體，導致測試孔13兩端的第一電極對電極電阻發生瞬時變化，從而產生電壓脈沖信號。抽真空設備可以是真空泵，抽真空設備與抽氣管道連接后，通過抽吸孔14抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣，從而使液體在負壓作用下通過進液孔11進入微流控芯片的微流通道中。

本應用場景下，微流控芯片進行粒子分析的原理可以是，抽真空設備通過抽吸孔14抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，待測樣本液體在負壓作用下通過進液孔11首先進入位于第四芯板140中的第一微流通道21，液體在負壓作用下繼續從進液孔11進入通道，隨著液體的增加，液體逐漸到達過濾孔12，過濾孔12將液體中體積較大的雜質過濾掉。液體經過過濾孔12到達第二微流通道22中，在第二微流通道22中一直流動至測試孔13，當液體到達測試孔13兩端的第一電極對時，第一電極對產生電連接，電連接后的第一電極對可以檢測液體中粒子經過測試孔13時產生的電壓脈沖信號。液體在經過測試孔13后進入第三微流通道23中。第三微流通道23的作用是使液體經過測試孔13后，還可繼續在微流通道中流動，可保證一定量的液體經過測試孔13。

優選的，第一電極對與上位機連接，當第一電極對檢測到電壓脈沖信號時，將電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便上位機對電壓脈沖信號進行分析處理。上位機通過分析電壓脈沖信號的大小并統計電壓脈沖信號的個數，確定液體中粒子體積的大小及液體中包含粒子的個數。其中，數模轉換由與第一電極對相連的主板完成。

優選的，如圖1所示，在第四芯板140上具有第四微流通道24，第四微流通道24與抽吸通孔14相通；第四微流通道24與第三微流通道23通過液體終止孔15相通，液體終止孔15在第三芯板上。第四微流通道24的作用是防止液體流出微流控芯片，避免液體對其它器件造成污染。

優選的，在液體終止孔15與第三微流通道23相通的位置具有第二電極對，用于當液體流至第二電極對，第二電極對電連接后時，上位機控制抽真空設備停止抽吸，第二電極對放置于第三微流通23中。本應用場景下，第二電極對與上位機連接，當液體流至第二電極對使第二電極對發生電連接后，上位機檢測到第二電極對發生電連接，則向抽真空設備發送停止抽吸的指令，控制抽真空設備停止抽吸微流控芯片內的空氣，此時微流控芯片中的負壓消失，液體不再從進液孔11進入微流控芯片中，液體停止向前流動。這樣做的好處是自動控制進入微流控芯片中的液體量。

優選的，該微流控芯片還包括第五芯板150，位于第四芯板140下方，用于作為第一微流通道21和第二微流通道22的底面。在本實施例中，每層芯板上的微流通道是由該層芯板上正反面相通的通道及與該層芯板相鄰的上下層芯板包圍形成的。可選的，抽吸孔設置在第五芯板150上，與第四微流通道24相通，即抽真空設備通過第五芯板150上的抽吸孔抽吸微流控芯片中空氣。

優選的，如圖1所示，在第一芯板110、第二芯板120、第三芯板130、第四芯板140和第五芯板150上還具有對準通孔16，用于對準組裝第一芯板110、第二芯板120、第三芯板130、第四芯板140和第五芯板150。

優選的，相鄰芯板間通過壓敏膠或瞬間膠組裝固定。其中，壓敏膠可以是彈性體型壓敏膠、樹脂型壓敏膠或兩液混合硬化膠等。

本實施例提供的用于粒子分析的微流控芯片，包括四層芯板，分別為第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有進液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板內具有第一微流通道，進液孔與第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道與第一微流通道通過過濾孔相通，過濾孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道與第二微流通道通過測試孔相通，測試孔在第三芯板上；在測試孔兩端具有第一電極對，用于檢測粒子經過測試孔時產生的電壓脈沖信號；在第一芯板、第二芯板和第三芯板上具有抽吸通孔，用于抽真空設備通過抽吸通孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣，抽吸通孔與第三微流通道相通。當抽真空設備通過抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，液體通過進液孔進入第一微流通道，然后經過過濾孔進入第二微流通道，再然后通過測試孔進入第三微流通道，當液體經過測試孔時，會使測試孔兩端的第一電極對電連接，當液體中有粒子經過測試孔時，第一電極對檢測到電壓脈沖信號，第一電極對將電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便上位機對電壓脈沖信號進行分析處理，從而實現對液體中粒子的分析。本實施例中基于庫爾特基本原理設計制作的微流控芯片，具有多層芯板，液體可以在各層芯板的通道中橫向縱向流動，無需復雜的鞘流技術等輔助手段即可實現粒子分析的功能，提高粒子分析的便捷性，同時降低粒子分析的成本。

實施例二

圖2為本發明實施例二提供的微流控芯片中第三芯板的正反面結構示意圖。以上述實施例為基礎，如圖2所示，第三芯板包括正面131和反面132，在測試孔13兩端安裝有第一電極對1/2，在液體終止孔15與第三微流通道23相通的位置具有第二電極對7/8，第二電極對7/8放置于第三微流通道23的末端。優選的，在測試孔13兩端還具有第三電極對3/4，用于當液體流至第三電極對3/4，第三電極對3/4電連接后時，為測試孔13兩端提供恒定的激勵電壓，第三電極對3/4的兩個電極分別放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。在測試孔13兩端還有具有第四電極對5/6，用于當液體流過第四電極對5/6，第四電極對5/6電連接時，指示上位機開始采集數據，第四電極對5/6的兩個電極分別放置于第二微流通道22和第三微流通道23中。如圖2所示，電極1、3和5的電極塊放置于第三微流通道23中，電極2、4和6的電極塊放置于第二微流通道22中。可選的，電極3和5可共用一個電極，或者電極4和6可共用一個電極。

本應用場景下，液體首先在第二微流通道22中依次漫過電極6、4和2的電極塊，然后液體流過測試孔13進入第三微流通道23后漫過電極1、3和5的電極塊，第一電極對1/2、第三電極對3/4和第四電極對5/6依次發生電連接。第三電極對3/4發生電連接后，為測試孔13兩端提供恒定的激勵電壓。第四電極對5/6發生電連接后，指示上位機采集數據。

本實施例的技術方案，通過在測試孔兩端安裝多個電極對，且第一電極對與第三電極對分別與上位機相連，從而使得微流控芯片實現對粒子分析的功能。

實施例三

圖3為本發明實施例二提供的一種粒子分析方法的流程圖。該方法采用上述實施例所述的微流控芯片來執行，如圖3所示，該方法包括：

步驟310，當抽真空設備通過抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，液體通過進液孔進入微流控芯片中的微流通道內。

步驟320，當液體流至測試孔兩端的第一電極對時，第一電極對電連接。

步驟330，當液體中有粒子經過測試孔時，第一電極對檢測到電壓脈沖信號。

步驟340，第一電極對將電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便上位機對電壓脈沖信號進行分析處理。

具體的，當抽真空設備通過抽吸孔抽吸微流控芯片中微流通道內的空氣時，液體通過進液孔進入第一微流通道，然后經過過濾孔進入第二微流通道，再然后通過測試孔進入第三微流通道，當液體經過測試孔時，會使測試孔兩端的第一電極對電連接，當液體中有粒子經過測試孔時，第一電極對檢測到電壓脈沖信號，第一電極對將電壓脈沖信號經數模轉換后發送至上位機，以便上位機對電壓脈沖信號進行分析處理，從而實現對液體中粒子的分析。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。