本申請(qǐng)屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)和上樣方法。

背景技術(shù)：

微流控芯片技術(shù)(microfluidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程。由于它在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。

由于其體積小、試劑消耗量低和高度集成化等特點(diǎn)，越來(lái)越多的研究人員開始關(guān)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(fā)生相關(guān)的生化反應(yīng)，進(jìn)行檢測(cè)，從而應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。目前配合微流控芯片上樣的設(shè)備包括了注射泵、蠕動(dòng)泵、壓力泵和機(jī)械手等手段。注射泵、蠕動(dòng)泵和壓力泵等傳統(tǒng)手段，液體為連續(xù)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(xù)推動(dòng)，實(shí)際消耗量仍然非常大，不能發(fā)揮微流控芯片的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械手能夠按照實(shí)際需求量進(jìn)行上樣，然后仍然需要?jiǎng)恿⒁后w驅(qū)動(dòng)至微流控芯片上的指定位置，才能完成相應(yīng)的反應(yīng)和檢測(cè)，在微流控芯片上，該動(dòng)作可以采用正壓、負(fù)壓或者離心力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

生化檢測(cè)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(biāo)待測(cè)物值的檢測(cè)。在采用機(jī)械手(手動(dòng)定量上樣的前提下)，還需要提供穩(wěn)定的等比動(dòng)力源，才能實(shí)現(xiàn)上樣液體的等比混合或者反應(yīng)，目前市場(chǎng)上或者實(shí)驗(yàn)室中，缺乏能夠快速實(shí)現(xiàn)該功能的整體系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)和上樣方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請(qǐng)實(shí)施例公開一種微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)，包括：

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

動(dòng)力裝置，連接于所述進(jìn)樣口和動(dòng)力源之間，所述動(dòng)力源采用氣壓驅(qū)動(dòng)、壓電驅(qū)動(dòng)或超聲波驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，所述進(jìn)樣口和微通道之間形成有儲(chǔ)液?jiǎn)卧?/p>

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，所述動(dòng)力裝置包括驅(qū)動(dòng)夾具和連接接頭，所述連接接頭連接于所述動(dòng)力源，所述驅(qū)動(dòng)夾具上開設(shè)有至少一個(gè)通孔，每個(gè)所述通孔分別對(duì)應(yīng)連通于一個(gè)所述進(jìn)樣口，所述連接接頭插置于所述通孔的一端。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，所述通孔內(nèi)凸伸有環(huán)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(jìn)樣口的開口內(nèi)徑。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，所述進(jìn)樣口的內(nèi)徑小于所述儲(chǔ)液?jiǎn)卧膬?nèi)徑，所述儲(chǔ)液?jiǎn)卧B通于所述進(jìn)樣口的下方。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，所述動(dòng)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(dòng)力源，另一端連通于所述進(jìn)樣口，所述動(dòng)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(jié)構(gòu)，該液體抽取和釋放結(jié)構(gòu)具有分別與所述進(jìn)樣口和中空腔體連通的通孔。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)中，動(dòng)力裝置與微流控芯片的接觸面之間設(shè)置有墊圈。

優(yōu)選的，在上述的微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)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(jìn)樣口和出樣口開設(shè)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(yīng)的，本申請(qǐng)實(shí)施例還公開了一種微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)的上樣方法，包括：

s1、動(dòng)力裝置在氣壓源負(fù)壓作用下將定量的目標(biāo)液體抽取至中空腔體中進(jìn)行緩存；

s2、將中空腔體底端的液體抽取和釋放結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)微流控芯片的進(jìn)樣口；

s3、在氣壓源正壓的作用下，將中空腔體內(nèi)的目標(biāo)液體推送至進(jìn)樣口；

s4、繼續(xù)施壓正壓氣體，通過氣體推動(dòng)定量的目標(biāo)液體在微通道中移動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明提供了一套簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，該體統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用需求配備不同的微流控芯片單元，實(shí)現(xiàn)液體的上樣、混合、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等過程，能夠滿足微流控芯片商業(yè)化需求，以及實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的驗(yàn)證要求，具有較高的應(yīng)用前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為本發(fā)明第一實(shí)施例中第一芯片和驅(qū)動(dòng)夾具的連接示意圖；

圖3所示為本發(fā)明第一實(shí)施例中連接接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例中動(dòng)力裝置的剖視圖；

圖5所示為本發(fā)明第二實(shí)施例中動(dòng)力裝置的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“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(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

結(jié)合圖1所示，微量等比上樣微流控芯片系統(tǒng)包括微流控芯片和動(dòng)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(shè)有上下相通的進(jìn)樣口101和出樣口102，第二芯片2上開設(shè)有微通道201。進(jìn)樣口101和出樣口102分別連通于微通道201的兩端。

在一優(yōu)選的實(shí)施例中，進(jìn)樣口設(shè)置有多個(gè)，更優(yōu)選為3個(gè)，根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計(jì)不同個(gè)數(shù)的進(jìn)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(shí)施例中，微通道也可以凹設(shè)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(dāng)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(shí)，第三芯片可以不設(shè)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(jù)實(shí)際的要求設(shè)置四層芯片或以上，在技術(shù)條件可以實(shí)現(xiàn)的情況下，也可以僅設(shè)置一層芯片。

微通道201包括混合單元，還可以根據(jù)實(shí)際需求配備加樣、反應(yīng)、過濾、檢測(cè)等功能單元。

微流控芯片材質(zhì)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(shù)控、熱壓、注塑等方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。

結(jié)合圖2所示，進(jìn)樣口101和微通道201之間形成有儲(chǔ)液?jiǎn)卧?03。進(jìn)樣口和儲(chǔ)液?jiǎn)卧?03均開設(shè)于第一芯片1上，且進(jìn)樣口101和儲(chǔ)液?jiǎn)卧?03上下相通。

該技術(shù)方案中，進(jìn)樣口和儲(chǔ)液?jiǎn)卧纬傻慕Y(jié)構(gòu)類似一個(gè)倒錐口，上樣時(shí)采用機(jī)械臂或者移液槍加入指定體積的目標(biāo)液體，存儲(chǔ)于下部的儲(chǔ)液?jiǎn)卧校瑑?chǔ)液?jiǎn)卧w積可以根據(jù)實(shí)際上樣量進(jìn)行調(diào)整。

儲(chǔ)液?jiǎn)卧牡锥撕臀⑼ǖ?01的進(jìn)液口對(duì)應(yīng)在一起，從而在壓力存在的情況下，儲(chǔ)液?jiǎn)卧械囊后w可以進(jìn)入到第二芯片的微通道結(jié)構(gòu)中。微通道進(jìn)液口數(shù)量根據(jù)進(jìn)樣口的個(gè)數(shù)調(diào)整，每個(gè)進(jìn)樣口分別對(duì)應(yīng)連通于一個(gè)進(jìn)液口。多個(gè)液體入口匯聚一處，并設(shè)置一個(gè)混合單元，滿足多個(gè)液體反應(yīng)和檢測(cè)需求。第二芯片可以隨意設(shè)置加樣、反應(yīng)、過濾、檢測(cè)等功能單元，滿足不同領(lǐng)域的反應(yīng)和檢測(cè)需求。

動(dòng)力裝置，連接于進(jìn)樣口和動(dòng)力源之間，主要功能是在給芯片上樣后，提供相應(yīng)的動(dòng)力，主要是氣壓，也可以選擇如壓電驅(qū)動(dòng)或者超聲波驅(qū)動(dòng)等其他方式。

動(dòng)力裝置根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同而設(shè)置，如果是壓力上樣，動(dòng)力系統(tǒng)可以是恒壓泵或者空壓機(jī)等裝置，并配備相應(yīng)的控制系統(tǒng)。如果是壓電上樣或者超聲波上樣，動(dòng)力系統(tǒng)則為壓電薄膜或者超聲波發(fā)生器。

實(shí)施例1

以氣壓為例，提供一種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)夾具，實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片的微量液體等比上樣。

結(jié)合圖2和圖3所示，動(dòng)力裝置包括驅(qū)動(dòng)夾具4和連接接頭5，驅(qū)動(dòng)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(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)夾具4上開設(shè)有至少一個(gè)通孔401，每個(gè)通孔401分別對(duì)應(yīng)連通于一個(gè)進(jìn)樣口101，連接接頭4插置于通孔401的一端。

進(jìn)一步地，通孔401內(nèi)凸伸有環(huán)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(jìn)樣口101的開口內(nèi)徑。

通過墊圈6可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)夾具與芯片之間的密封。

該技術(shù)方案中，由于第一芯片1需要和驅(qū)動(dòng)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(chǔ)液?jiǎn)卧?03直徑較大，防止墊圈6掉落于儲(chǔ)液?jiǎn)卧?03中，所以將進(jìn)樣口和儲(chǔ)液?jiǎn)卧O(shè)置成倒錐口結(jié)構(gòu)，但是本案并且不限于倒錐口結(jié)構(gòu)，只要保證墊圈不掉落、儲(chǔ)液量足夠，可以根據(jù)需要更改上樣和儲(chǔ)液?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)。

驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)夾具和芯片的密封。通孔401的頂端目的是和連接接頭結(jié)合，連接接頭和氣源連接，從而給進(jìn)樣口密封提供氣壓，通過氣源給每個(gè)進(jìn)樣口提供不同的氣壓，從而實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)樣口中液體以不同的流量比例進(jìn)入微流控芯片結(jié)構(gòu)，從而完成不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

工作是，首先通過移液槍或者其他工具將目標(biāo)液體加入芯片上樣和儲(chǔ)液?jiǎn)卧?，然后將?qū)動(dòng)夾具和芯片組裝在一起，根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)密封。此時(shí)啟動(dòng)動(dòng)力源，按照目標(biāo)上樣比例，對(duì)不同的儲(chǔ)液?jiǎn)卧┘硬煌膲毫?，整體實(shí)現(xiàn)了微量液體的等比上樣，通過芯片上的混合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多種微量液體的等比同時(shí)上樣和混合同步進(jìn)行，并在微流控芯片上設(shè)置不同的功能單元(加樣、反應(yīng)、過濾、檢測(cè))，實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用目的。

實(shí)施例2

在實(shí)際應(yīng)用過程中，動(dòng)力裝置可以設(shè)置為整體，主體結(jié)構(gòu)由機(jī)械臂帶動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)位置轉(zhuǎn)換。

結(jié)合圖4和圖5所示，該結(jié)構(gòu)主體為中空結(jié)構(gòu)601，前端有一個(gè)凸起602，為液體抽取和釋放結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過上端的氣壓源控制，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)液體的抽取、以及在芯片進(jìn)樣口中釋放，繼而通過氣壓源壓縮氣體，實(shí)現(xiàn)微量液體的上樣并且進(jìn)入芯片目標(biāo)結(jié)構(gòu)中。

結(jié)構(gòu)前段加工有墊圈槽603，并安裝有墊圈，在機(jī)械手移動(dòng)該結(jié)構(gòu)的時(shí)候，向結(jié)構(gòu)施加壓力，實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)和芯片的密封，實(shí)現(xiàn)液體的上樣。該結(jié)構(gòu)前端的液體抽取和釋放結(jié)構(gòu)可以清晰，避免了交叉污染，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

綜上所述，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)至少包括：

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

(2)、等比上樣的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)芯片的液體等比上樣通常涉及到注射泵結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過氣壓實(shí)現(xiàn)了多種樣本的等比上樣和混合。

(3)、操作簡(jiǎn)單，配備的上樣夾具簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，且可多次重復(fù)使用，具有良好的商業(yè)化前景。

(4)、靈活性強(qiáng)，夾具和芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多變，可以根據(jù)實(shí)際需求更換功能單元，實(shí)現(xiàn)不同檢測(cè)目標(biāo)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。