專利名稱：一種具有溶液儲室兼泵體結構的微流體樣品舟的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于化學和生物樣品檢測的微流體生物芯片，特別 是在微流體通道內裝載微小磁敏傳感器生物芯片，實現生物樣品、 化學樣品的進樣、反應、分離和檢測的微流體樣品舟。
背景技術：
由于使用微量溶液的微流體技術的發展，使得實驗室芯片(LOC) 或微流體芯片的用途得以脫離傳統研究實驗的束縛，更進一步邁向 較具實用性價值的商業應用上。在化學、生物等領域，微流體系統 得到越來越多的應用，如微量流體的傳輸、微量化合物合成、樣品 分離、成分分析及化學反應。
目前微流體芯片以電泳芯片為主，反應試劑的注入是靠電泳、 電滲來實現，雖然能實現微量注液的目的，但是重復性差。而使用 注射器注入的方法雖然簡單，但是使用的溶液量多，往往會有試劑 的浪費。針對準確微量進樣問題，特別是多種溶液順序進樣問題， 近年來，很多學者進行了廣泛的研究，并提出了多種不同方法，開 發各種微泵、微閥來實現溶液的準確順序定量注入系統。
發明內容
本發明的目的是為了能夠降低微流體芯片的生產成本，減小微 流體芯片體積，結合結構簡單的特殊微結構和外在壓力驅動的方式 提供定量供液并且促進微通道內微流體的充分混合反應，提高混合效率，從而提供裝載微小生物芯片的微流體樣品舟。該微流體樣品 舟具有實用性強、結構簡單、成本低等特點。
本發明提供了一種具有溶液儲室兼泵體結構的微流體樣品舟， 包括腔室通道層、腔室通道密封層、焊接有磁敏傳感器芯片的印 刷電路板、和流體注入口；其中
在腔室通道層中設置有廢液池、反應檢測室、溶液儲室兼泵室 以及微通道；所述廢液池帶有廢液的出口，該廢液池通過微通道與 反應檢測室連通，反應檢測室的另一端口通過微通道與溶液儲室兼 泵室以及流體注入口連通；
所述溶液儲室兼泵室包括樣品儲室和試劑儲室，由形狀為柱形 的腔室和起密封與閥作用的彈性球體構成，用于儲存樣品或反應試
劑；
所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對準密封，以形成完整 的廢液池、反應檢測室、可密封溶液注入口、溶液儲室兼泵室以及 微通道；
所述腔室通道密封層在對應所述反應室的位置開有芯片窗口； 所述焊接有磁敏傳感器芯片的印刷電路板和腔室通道密封層對準密 封后，磁敏傳感器芯片和芯片窗口對準形成坐落在反應室底部反應 檢測表面；
所述磁敏傳感器芯片表面被生物功能化后形成生物芯片，該生 物芯片通過印刷電路板上的導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
根據本發明，所述溶液儲室兼泵室由形狀為柱形的腔室和起密 封作用的彈性球體或柱體構成。
根據本發明，所述柱形腔室分為上中下三部分，上部直徑大于 中部直徑和下部直徑，靠近微通道端的出口直徑為下部直徑，下部 直徑等于或大于柱形腔室的中部直徑。
根據本發明，在一個柱形腔室內有兩個起密封與閥作用的彈性
5球體。其中， 一個彈性球體直徑略大于所述柱形腔室上部直徑；另 一個球體直徑略大于所述柱形腔室中部直徑，并且略小于靠近微通
道端的下部出口直徑；當上面的彈性球體被推向柱形腔室下部出口 方向時，上面彈性球體把溶液擠壓出柱形溶液儲室之出口，并且密 封柱體的腔室，同時在腔室中部的球體被受壓液體推向柱形腔室下 部出口和微通道相連的一端時，彈性球體密封作用消失，溶液流出 腔室出口，經微通道流入反應檢測室。
其中，所述彈性球體的直徑略大于所述柱形腔室上半部分的直 徑，當彈性球體被推向柱形腔室下方出口方向時，彈性球體把溶液 擠壓出柱形溶液儲室之出口，并且密封柱體的腔室。
根據本發明，所述焊接有芯片的印刷電路板包括印刷電路底板、
磁敏傳感器芯片和連接導線。
根據本發明，所述可密封溶液注入口的表面使用密封材料密封。 本發明所提供的具有溶液儲室兼泵體結構的微型磁敏傳感器生
物芯片的微流體樣品舟內含有溶液儲室兼泵室的結構，具有三個優
點1)溶液儲室和泵體一體化，使其同時又兼有了泵和閥的作用，
溶液儲室內能定量儲存溶液，通過外在壓力驅動彈性體的運動使溶 液定量注入微通道內，以簡便的方法解決了微量定量供給反應試劑
的難題；2)外在驅動能夠程序控制，非常容易達到順序注射的目的； 3)結構簡單，易于加工，特別適用于預先儲存反應試劑的一次性生 物芯片樣品舟類的產 品。
圖1為本發明實施例1的微流體樣品舟腔室通道層的正面俯視圖。
圖2A為本發明實施例1的腔體通道密封層上表面示意圖。 圖2B為本發明實施例1的腔體通道密封層下表面示意圖。圖3為本發明實施例1的焊接有芯片的印刷電路板示意圖。
圖4A為本發明實施例1中溶液儲室兼泵室在有溶液狀態下的示 意圖。
圖4B為本發明實施例1中溶液儲室兼泵室在溶液流出后狀態下 的示意圖。
圖4C為本發明實施例2中溶液儲室兼泵室的示意圖。
圖5為本發明實施例1的溶液注入口示意圖。
圖6為本發明實施例1的微流體樣品舟結構側面組裝示意圖。
圖7為本發明實施例3微流體樣品舟結構的下表面示意圖。
附圖標記
腔室通道層10;溶液儲室兼泵室lh柱形的腔室12;柱形的腔 室上部121;柱形的腔室中部122;柱形的腔室下部123;
彈性體13，彈性球體131， 132;彈性柱體133， 134;
襯底101;可密封溶液注入口 102;溶液儲室入口 103;微通道 104;反應檢測室105;廢液室106;廢液室出口107;
腔室通道密封層20;腔室通道密封層的上表面21;腔室通道密
封層的下表面22;芯片窗口20h芯片焊接線密封空間203;
焊接有芯片的印刷電路板30;磁敏傳感器芯片301;印刷電路 底板302;連接導線303;
溶液注射頭40。
具體實施方式
實施例l
請參見圖l、圖2A、圖2B、圖3、圖4A、圖4B、圖5和圖6。 微流體樣品舟基本結構包括腔室通道層10和腔室通道密封層20。
7如圖1所示，所述的腔室通道層10中建立有101襯底；102可 密封溶液注入口； 11溶液儲室兼泵室；104微通道；105反應檢測室； 106廢液室；107廢液室出口。
所述的廢液池106帶有廢液的出口 107，該廢液池106通過微通 道104與反應檢測室105連通，反應檢測室105的另一端口通過微 通道104與溶液儲室兼泵室11以及溶液注入口 102連通。
參見圖2A和圖2B，所述腔室通道密封層20分上表面21和下 表面22。腔室通道密封層20在對應所述反應檢測室105的位置開有 芯片窗口 201。所述腔室通道密封層20的上表面21和所述腔室通道 層IO對準密封以形成完整的廢液池106、反應檢測室105、可密封 溶液注入口 102、溶液儲室兼泵室11以及微通道104。
所述腔室通道密封層20的下表面22的芯片窗口 201邊緣有芯 片焊接線密封空間203。如圖3所示，焊接有磁敏傳感器的印刷電路 板30和腔室通道密封層20對準密封后，磁敏傳感器芯片301和芯 片窗口 201對準形成坐落在反應檢測室105底部反應檢測表面；所 述的焊接有芯片的印刷電路板30包括印刷電路底板302、磁敏傳感 器芯片301和連接導線303。
參見圖4A和圖4B，所述溶液儲室兼泵室11可以用來儲存樣品 或反應試劑，樣品或反應試劑通過溶液儲室兼泵室的入口 103加入 室內，溶液儲室兼泵室11主要由形狀為柱形的腔室12和起密封作 用的彈性體13構成。所述柱形的腔室12分為兩種， 一種是由兩個 不同直徑的柱體組成，上部121直徑大于下部123直徑；另一種是 由三個不同直徑的柱體組成，上部121直徑大于中部122和底部123 直徑，中部直徑略小于底部直徑。所述彈性體13即對溶液儲室起到 密封作用也起到閥的作用。彈性體13直徑略大于所述柱形腔室直徑。 如圖4B所示，當彈性球體131被推向柱形腔室下方時，彈性球體把 溶液擠壓出柱形腔室下方出口，溶液經微通道104流入反應檢測室
8105;
所述溶液儲室兼泵室ll內當有兩個彈性球體時， 一個彈性球體
131直徑略大于所述柱形腔室上部121直徑。一個彈性球體132直徑 略大于所述柱形腔室中部122直徑并略小于柱形腔室下部123直徑。 當溶液儲室內存有液體時，彈性球體132封在柱形腔室中部122，當 上面的彈性球體131被推向柱形腔室下方出口方向時，上面彈性球 體131把溶液擠壓出柱形溶液儲室之出口，并且密封柱形腔室121 下部。下面的球體132被受壓液體推向柱形腔室下方出口和微通道 104相連的一端時，下面的彈性球體132密封作用消失，溶液流出腔 室出口，經微通道104流入反應檢測室105。
如圖5所示，所述可密封溶液注入口 102，是用來注入緩沖液或 反應試劑的入口。注入口的表面使用密封材料密封，當需要注入溶 液時，使用溶液注射頭40 (樣品舟之外的器件)扎入可密封溶液注 入口 102即可注入溶液。
圖6是組裝后的樣品舟的側視圖。
該樣品舟使用時將待測樣品滴加到其中一個溶液儲池，用彈性 球或彈性柱封口，然后插到檢測儀的特定位置。檢測儀上對應的溶 液儲室上方是可程序驅動的移動桿(可以程序控制的上下移動的部 件，像柱狀活塞)，該驅動桿推動彈性球或柱向下移動同時將溶液擠 出腔室。
另外，樣品舟安放在儀器上后，可密封溶液注入口也對應著儀 器上相應的注射器的位置，注射器在程序控制下可以同時上下移動 或順序上下移動，當向下運動時溶液注射頭40扎入密封的溶液注入 口將溶液注入，當溶液注射頭離開注入口時，注入口被密封住。
如圖4C所示，本實施例與實施例1的區別是在于溶液儲室兼 泵室ll的結構不同，該泵室內由彈性柱體133， 134起密封作用。所述溶液儲室兼泵室11可以用來儲存樣品或反應試劑，樣品或
反應試劑通過溶液儲室兼泵室的入口 103加入室內，溶液儲室兼泵 室11主要由形狀為柱形的腔室12和起密封作用的彈性體13構成。 所述柱形的腔室12分為兩種， 一種是由兩個不同直徑的柱體組成， 上部121直徑大于下部123直徑；另一種是由三個不同直徑的柱體 組成，上部121直徑大于中部122和底部123直徑，中部直徑略小 于底部直徑。所述彈性體13即對溶液儲室起到密封作用也起到閥的 作用。彈性體13直徑略大于所述柱形腔室直徑。如圖4C所示，當 彈性柱體133被推向柱形腔室下方時，彈性柱體把溶液擠壓出柱形 腔室下方出口 ，溶液經微通道104流入反應檢測室105;
所述溶液儲室兼泵室11內當有兩個彈性柱體時， 一個彈性柱體 133直徑略大于所述柱形腔室上部121直徑。一個彈性柱體134直徑 略大于所述柱形腔室中部122直徑并略小于柱形腔室下部123直徑。 當溶液儲室內存有液體時，彈性柱體134封在柱形腔室中部122，當 上面的彈性柱體133被推向柱形腔室下方出口方向時，上面彈性柱 體133把溶液擠壓出柱形溶液儲室之出口，并且密封柱形腔室121 下部。下面的柱體134被受壓液體推向柱形腔室下方出口和微通道 104相連的一端時，下面的彈性柱體134密封作用消失，溶液流出腔 室出口，經微通道104流入反應檢測室105。
實施例3
如圖7所示，本實施例與實施例1的區別是在于溶液儲室兼泵 室11的位置與溶液注入口不在同一條微通道上。
微流體樣品舟基本結構包括腔室通道層10和腔室通道密封層20。
所述的腔室通道層10中建立有101襯底；102可密封溶液注入 口； ll溶液儲室兼泵室；104微通道；105反應檢測室；106廢液室；
10107廢液室出口。
所述的廢液池106帶有廢液的出口 107，該廢液池106通過微通 道104與反應檢測室105連通，反應檢測室105的另一端口通過微 通道104分別與溶液儲室兼泵室11以及溶液注入口 102連通。
其他結構如實施例l,所述腔室通道密封層20分上表面21和下 表面22。腔室通道密封層20在對應所述反應檢測室105的位置開有 芯片窗口 201。所述腔室通道密封層20的上表面21和所述腔室通道 層IO對準密封以形成完整的廢液池106、反應檢測室105、可密封 溶液注入口 102、溶液儲室兼泵室11以及微通道104。
所述腔室通道密封層20的下表面22的芯片窗口 201邊緣有芯 片焊接線密封空間203。如圖3所示，焊接有磁敏傳感器的印刷電路 板30和腔室通道密封層20對準密封后，磁敏傳感器芯片301和芯 片窗口 201對準形成坐落在反應檢測室105底部反應檢測表面；所 述的焊接有芯片的印刷電路板30包括印刷電路底板302、磁敏傳感 器芯片301和連接導線303。
所述可密封溶液注入口 102，是用來注入緩沖液或反應試劑的入 口。注入口的表面使用密封材料密封，當需要注入溶液時，使用溶 液注射頭40 (樣品舟之外的器件)扎入可密封溶液注入口 102即可 注入溶液。
本發明通過上面的實施例進行舉例說明，但是，本發明并不限 于這里所描述的特殊實例和實施方案。在這里包含這些特殊實例和 實施方案的目的在于幫助本領域中的技術人員實踐本發明。任何本 領域中的技術人員很容易在不脫離分發明精神和范圍的情況下進行 進一步的改進和完善，因此分發明只受到本發明權利要求的內容和 范圍的限制，其意圖涵蓋所有包括在由附錄權利要求所限定的本發 明精神和范圍內的備選方案和等同方案。
權利要求
1、一種具有溶液儲室兼泵體結構的微流體樣品舟，包括腔室通道層、腔室通道密封層、焊接有磁敏傳感器芯片的印刷電路板、和流體注入口；其特征在于在腔室通道層中設置有廢液池、反應檢測室、溶液儲室兼泵室以及微通道；所述廢液池帶有廢液的出口，該廢液池通過微通道與反應檢測室連通，反應檢測室的另一端口通過微通道與溶液儲室兼泵室以及流體注入口連通；所述溶液儲室兼泵室包括樣品儲室和試劑儲室，由形狀為柱形的腔室和起密封與閥作用的彈性球體構成，用于儲存樣品或反應試劑；所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對準密封，以形成完整的廢液池、反應檢測室、可密封溶液注入口、溶液儲室兼泵室以及微通道；所述腔室通道密封層在對應所述反應室的位置開有芯片窗口；所述焊接有磁敏傳感器芯片的印刷電路板和腔室通道密封層對準密封后，磁敏傳感器芯片和芯片窗口對準形成坐落在反應室底部反應檢測表面；所述磁敏傳感器芯片表面被生物功能化后形成生物芯片，該生物芯片通過印刷電路板上的導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
2、 根據權利要求1所述的微流體樣品舟，其特征在于所述溶 液儲室兼泵室由形狀為柱形的腔室和起密封作用的彈性球體或柱體 構成。
3、 根據權利要求2所述的微流體樣品舟，其特征在于所述柱 形腔室分為上中下三部分，上部直徑大于中部直徑和下部直徑，靠 近微通道端的出口直徑為下部直徑，下部直徑等于或大于柱形腔室的中部直徑。
4、 根據權利要求2所述的微流體樣品舟，其特征在于在一個 柱形腔室內有兩個起密封與閥作用的彈性球體。
5、 根據權利要求4所述的微流體樣品舟，其特征在于 一個彈性球體直徑略大于所述柱形腔室上部直徑；另一個球體直徑略大于 所述柱形腔室中部直徑，并且略小于靠近微通道端的下部出口直徑; 當上面的彈性球體被推向柱形腔室下部出口方向時，上面彈性球體 把溶液擠壓出柱形溶液儲室之出口，并且密封柱體的腔室，同時在 腔室中部的球體被受壓液體推向柱形腔室下部出口和微通道相連的 一端時，彈性球體密封作用消失，溶液流出腔室出口，經微通道流 入反應檢測室。
6、 根據權利要求2，所述的微流體樣品舟，其特征在于所述 彈性球體的直徑略大于所述柱形腔室上半部分的直徑，當彈性球體 被推向柱形腔室下方出口方向時，彈性球體把溶液擠壓出柱形溶液 儲室之出口，并且密封柱體的腔室。
7、 根據權利要求1所述的微流體樣品舟，其特征在于所述焊接有芯片的印刷電路板包括印刷電路底板、磁敏傳感器芯片和連接 導線。
8、 根據權利要求1所述的微流體樣品舟，其特征在于所述可密封溶液注入口的表面使用密封材料密封。
全文摘要
本發明涉及一種具有溶液儲室兼泵體結構的微流體樣品舟，包括腔室通道層、腔室通道密封層、焊接有磁敏傳感器芯片的印刷電路板、和流體注入口；其中，在腔室通道層中設置有廢液池、反應檢測室、溶液儲室兼泵室以及微通道；所述溶液儲室兼泵室包括樣品儲室和試劑儲室，所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對準密封，以形成完整的廢液池、反應檢測室、可密封溶液注入口、溶液儲室兼泵室以及微通道。本發明利用溶液儲室內安放有彈性密封體，在外在壓力下能夠推動儲室內的溶液進入微通道，便于定量，使用方便。
文檔編號G01N33/48GK101458249SQ200710198600
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者高云華 申請人:中國科學院理化技術研究所