離心式全血分析微流控芯片、制備方法及其應(yīng)用方法
【專利摘要】離心式全血分析微流控芯片、制備方法及其應(yīng)用方法，涉及基于歐拉力輔助作用的離心式微流控芯片、制作方法及其應(yīng)用方法。本發(fā)明的目的是基于芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)液體受到的歐拉力提出一種適合全血檢測(cè)的聚合物離心式微流控芯片、制作方法及其應(yīng)用方法，實(shí)現(xiàn)了血液分離、血清提取、血清定量、試劑預(yù)封裝、試劑提取、試劑定量、血清與實(shí)際混合、混合液體分配多種功能的集成，并避免了聚合物離心式微流控芯片表面處理和流動(dòng)控制中對(duì)表面張力的依賴性，保證了芯片的功能可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本發(fā)明具有集成度高、工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】離心式全血分析微流控芯片、制備方法及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于歐拉力輔助作用的離心式微流控芯片、制作方法及其應(yīng)用方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]微流控芯片是當(dāng)前微全分析系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域，是微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要平臺(tái)。其裝置特征主要是其容納流體的有效結(jié)構(gòu)(微通道、微閥、反應(yīng)腔和其它功能部件)尺寸在微米量級(jí)。由于微米級(jí)的結(jié)構(gòu)，流體在其中顯示和產(chǎn)生了與宏觀尺度不同的特殊性能，因此發(fā)展出獨(dú)特的分析性能。其產(chǎn)生的應(yīng)用目的是實(shí)現(xiàn)微全分析系統(tǒng)的終極目標(biāo)——芯片實(shí)驗(yàn)室。目前，微流控芯片發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域是生命科學(xué)領(lǐng)域。微流控芯片技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器檢測(cè)方法相比具有高通量、微型化、自動(dòng)化、成本低、防污染等優(yōu)點(diǎn)。微流控芯片分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式芯片主要是由高密度分子微陣列構(gòu)成，包括DNA芯片、肽芯片等，已在基因結(jié)構(gòu)與功能研究中得到應(yīng)用，也是目前最普遍的生物芯片。但這類芯片存在操作復(fù)雜、探針合成工作量大、成本高昂、單塊芯片功能較單一等缺點(diǎn)。而主動(dòng)式芯片則是以各種結(jié)構(gòu)微陣列為基礎(chǔ)，在芯片的構(gòu)建和應(yīng)用中引入了外力場(chǎng)的作用，從而使細(xì)胞分離、化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程及生物信息的檢測(cè)與分析自動(dòng)在片上高效、快速地進(jìn)行。與前者相比，主動(dòng)式芯片在結(jié)構(gòu)和功能上比較獨(dú)特，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片實(shí)驗(yàn)室、過(guò)程集成的功能，其發(fā)展和研究引人注目。在芯片上引入了外力場(chǎng)的作用的方法之一是采用微泵為液體流動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)源，但微泵存在芯片上集成困難的缺點(diǎn)。而在離心式微流控芯片上，離心力可以實(shí)現(xiàn)微流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，從而有效地避免了微泵集成帶來(lái)的困難。微流控芯片要求實(shí)現(xiàn)各微流控單元(微通道、微閥和液體儲(chǔ)存腔)和對(duì)應(yīng)功能的集成。微流控芯片的基本特征和最大優(yōu)勢(shì)是將各種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合、規(guī)模集成。
[0003]目前，聚合物是普遍采用的微流控芯片加工材料(如:PC, PMMA)。聚合物材料的微流控芯片上微流控結(jié)構(gòu)的加工方法包括熱壓、激光加工等。其中，激光加工方法具有效率高、對(duì)芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束小的優(yōu)點(diǎn)。在聚合物離心式微流控芯片上，對(duì)血液分離、血清提取和定量至關(guān)重要的虹吸閥內(nèi)發(fā)生虹吸流動(dòng)之前需要發(fā)生自發(fā)毛細(xì)流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)液體對(duì)虹吸管的充滿；而且除離心力外，芯片內(nèi)微流動(dòng)的控制多采用對(duì)材料表面性質(zhì)依賴性強(qiáng)的表面張力，相應(yīng)的微流控器件包括毛細(xì)被動(dòng)微閥。然而，聚合物材料表面性質(zhì)多為疏水且不穩(wěn)定。因此，聚合物離心式微流控芯片常需要表面處理。目前已有的表面處理技術(shù)普遍存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面的問(wèn)題，而且材料表面處理會(huì)導(dǎo)致芯片加工、組裝方面的困難。
[0004]試劑預(yù)封裝、分離、提取、定量、混合和液體分配是微流控芯片在便攜式分析檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的必須功能。當(dāng)前微流控芯片技術(shù)的發(fā)展需要上述各功能的集成，從而為取代常規(guī)化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室的各種功能的提供一種技術(shù)平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是基于芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)液體受到的歐拉力提出一種適合全血檢測(cè)的聚合物離心式微流控芯片、制備方法及其應(yīng)用方法，實(shí)現(xiàn)了血液分離、血清提取、血清定量、試劑預(yù)封裝、試劑提取、試劑定量、血清與實(shí)際混合、混合液體分配多種功能的集成，并避免了聚合物離心式微流控芯片表面處理和流動(dòng)控制中對(duì)表面張力的依賴性，保證了芯片的功能可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0006]離心式全血分析微流控芯片，包括兩個(gè)功能單元，每個(gè)功能單元包括試劑進(jìn)液孔、試劑預(yù)封裝腔、試劑出液孔、試劑進(jìn)樣微通道、試劑定量腔、試劑廢液腔、試劑虹吸管、血液進(jìn)樣孔、血液進(jìn)樣腔、血液進(jìn)樣微通道、血液分離腔、血液廢液腔、血清虹吸管、混合腔、混合液體虹吸管、混合液體分配腔、混合液體廢液腔以及通氣孔；還包括封裝條，將封裝條的兩端回折，并將回折的兩端粘貼在試劑出液孔上，預(yù)封裝試劑經(jīng)試劑進(jìn)液孔注入到試劑預(yù)封裝腔內(nèi)；
[0007]所述血液進(jìn)樣腔上連接有血液進(jìn)樣孔和通氣孔A ;血液進(jìn)樣腔通過(guò)血液進(jìn)樣微通道與血液分離腔連接，所述血液進(jìn)樣微通道與血液分離腔的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥A ;在血液分離腔兩側(cè)分別血液廢液腔和血清虹吸管連接；所述血清虹吸管的末端與混合腔連接；所述混合腔上分別與試劑虹吸管的一端、混合液體虹吸管的一端以及通氣孔B連接；試劑虹吸管的一端與試劑定量腔連接；所述試劑定量腔與試劑廢液腔和試劑進(jìn)樣微通道連接，在試劑進(jìn)樣微通道與試劑定量腔的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥B ;所述混合液體虹吸管的側(cè)壁連接多個(gè)混合液體分配腔；混合液體虹吸管的另一端連接混合液體廢液腔。
[0008]離心式全血分析微流控芯片的制備方法，采用六個(gè)PMMA圓片依次粘貼制成；具體步驟為:
[0009]步驟一、采用激光雕刻機(jī)加工PMMA板材，獲得第一 PMMA圓片，在所述第一 PMMA圓片上加工有微控芯片的通氣孔和血液進(jìn)樣孔；采用激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，獲得第二 PMMA圓片、第三PMMA圓片、第四PMMA圓片、第五PMMA圓片和第六PMMA圓片；在所述第二 PMMA圓片上加工形成微流控結(jié)構(gòu)以及與第一 PMMA圓片對(duì)應(yīng)的通氣孔和血液進(jìn)樣孔；在第三PMMA圓片上形成試劑預(yù)封裝腔的試劑出液孔；在第四PMMA圓片上形成試劑預(yù)封裝腔；在第五PMMA圓片上形成試劑預(yù)封裝腔的通氣孔和試劑進(jìn)液孔；
[0010]步驟二、將封裝條的兩端回折，然后將兩回折端粘貼于第三PMMA圓片上附有壓敏膠的一側(cè)，同時(shí)將試劑預(yù)封裝腔的試劑出液孔封閉；
[0011]步驟三、將第一 PMMA圓片與第二 PMMA圓片附有壓敏膠的一面粘貼；將第二 PMMA圓片的另一面與第三PMMA圓片附有壓敏膠的一面粘貼；將第三PMMA圓片的另一面與第四PMMA圓片附有壓敏膠的一面粘貼；將第四PMMA圓片的另一面與第五PMMA圓片附有壓敏膠的一面粘貼；
[0012]步驟四、將預(yù)封裝試劑通過(guò)第五PMMA圓片上的試劑進(jìn)液孔注入，然后將第五PMMA圓片的另一面與第六PMMA圓片帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼，實(shí)現(xiàn)微流控芯片上的試劑預(yù)封裝，完成離心式全血分析微流控芯片的制作。
[0013]離心式全血分析微流控芯片的應(yīng)用方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0014]步驟A、將微流控芯片安裝在離心機(jī)軸上，具體為:通過(guò)離心機(jī)軸穿過(guò)芯片上的安裝孔；穿過(guò)過(guò)程中，離心機(jī)軸對(duì)封裝條施力，使封裝條回折的兩端受拉后打開(kāi)試劑出液孔；
[0015]步驟B、通過(guò)血液進(jìn)樣孔，向血液進(jìn)樣腔內(nèi)注入血液，啟動(dòng)離心機(jī)，以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速將微流控芯片旋轉(zhuǎn)120秒后停止，通過(guò)離心力使試劑預(yù)封腔內(nèi)的試劑由試劑出液孔流入試劑定量腔，同時(shí)血液進(jìn)樣腔內(nèi)的血液流入血液分離腔，完成試劑定量腔對(duì)試劑的定量以及血液分離腔內(nèi)對(duì)血液的分離；
[0016]步驟C、以2000轉(zhuǎn)/分.秒的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)，使轉(zhuǎn)速達(dá)到2000轉(zhuǎn)/分后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒后停止，使步驟二中的血液分離腔內(nèi)的血清和試劑定量腔內(nèi)的試劑在離心機(jī)加速度產(chǎn)生的歐拉力作用下分別通過(guò)血清虹吸管和試劑虹吸管流入混合腔；
[0017]步驟D、啟動(dòng)離心機(jī)以3000轉(zhuǎn)/分?秒的角加速度加速至離心機(jī)達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后停止，返復(fù)循環(huán)N次，完成步驟C中混合腔內(nèi)的血清與試劑的震蕩混合，獲得混合液體；[0018]步驟E、以6000轉(zhuǎn)/分?秒的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)至離心機(jī)達(dá)到6000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒，使得混合腔內(nèi)的混合液體在離心機(jī)加速時(shí)產(chǎn)生的歐拉力作用下依次流入多個(gè)混合液體分配腔，多余的混合液體流入混合液體廢液腔，最終完成對(duì)微流控芯片的全血分析功能。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明為了保證用于全血檢測(cè)的聚合物離心式微流控芯片的功能可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，提出基于歐拉力輔助作用的離心式全血分析微流控芯片及其制作方法。在本發(fā)明中，芯片內(nèi)微流動(dòng)將擺脫對(duì)材料表面性質(zhì)和液面表面張力的依賴，取而代之的是芯片加速旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的垂直于芯片半徑方向的歐拉力，從而有效地避免聚合物離心式微流控芯片表面處理和流動(dòng)控制中對(duì)表面張力的依賴性，并保證芯片的功能可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性；且所發(fā)明芯片集成了血液分離、血清提取、血清定量、試劑預(yù)封裝、試劑提取、試劑定量、血清與實(shí)際混合、混合液體分配多種功能。本發(fā)明具有集成度高、工藝簡(jiǎn)單，可靠性聞，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第一PMMA圓片的不意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第二PMMA圓片的不意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第三PMMA圓片的不意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第四PMMA圓片的不意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第五PMMA圓片的不意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中第六PMMA圓片的不意圖；
[0026]圖7為本發(fā)明所述的離心式全血分析微流控芯片、制備方法及應(yīng)用方法中兩端回折的封裝條的示意圖；
[0027]圖8為第一 PMMA圓片至第六PMMA圓片依次粘貼形成的離心式全血分析微流控芯片不意圖；
[0028]圖9為通過(guò)離心機(jī)軸對(duì)封裝條的作用開(kāi)啟離心式全血分析微流控芯片內(nèi)的試劑預(yù)封裝并安裝芯片的示意圖；[0029]圖10中a?g分別為本發(fā)明所述的離心式微流控芯片全血分析過(guò)程中液體操作的過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，離心式全血分析微流控芯片，由第一 PMMA圓片、第二 PMMA圓片B、封裝條、第三PMMA圓片D、第四PMMA圓片E、第五PMMA圓片F(xiàn)和第六PMMA圓片G，依次通過(guò)壓敏膠粘貼構(gòu)成；預(yù)封裝試劑在粘貼第六PMMA圓片G之前，通過(guò)試劑進(jìn)液孔19注入封裝條C、第三PMMA圓片D、第四PMMA圓片E和第五PMMA圓片F(xiàn)粘貼形成的試劑預(yù)封裝腔18，最后第六PMMA圓片G的粘貼完成對(duì)試劑進(jìn)液孔19的封閉，包括兩個(gè)功能單元，每個(gè)功能單元包括試劑進(jìn)液孔19、試劑預(yù)封裝腔18、試劑出液孔17、試劑進(jìn)樣微通道9、試劑定量腔12、試劑廢液腔10、試劑虹吸管16、血液進(jìn)樣孔3、血液進(jìn)樣腔4、血液進(jìn)樣微通道6、擴(kuò)張閥A、血液分離腔7、血液廢液腔5、血清虹吸管8、混合腔14、混合液體虹吸管15、混合液體分配腔13、混合液體廢液腔11、以及通氣孔若干個(gè)。
[0031]所述血液進(jìn)樣腔4上連接有血液進(jìn)樣孔3和通氣孔A ;血液進(jìn)樣腔4通過(guò)血液進(jìn)樣微通道6與血液分離腔7連接，所述血液進(jìn)樣微通道6與血液分離腔7的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥A ;在血液分離腔7兩側(cè)分別血液廢液腔5和血清虹吸管8連接；所述血清虹吸管8的末端與混合腔14連接；所述混合腔14上分別與試劑虹吸管16的一端、混合液體虹吸管15的一端以及通氣孔B連接；試劑虹吸管16的一端與試劑定量腔12連接；所述試劑定量腔12與試劑廢液腔10和試劑進(jìn)樣微通道9連接，在試劑進(jìn)樣微通道9與試劑定量腔12的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥B ;所述混合液體虹吸管15的側(cè)壁連接多個(gè)混合液體分配腔13 ;混合液體虹吸管15的另一端連接混合液體廢液腔11。
[0032]【具體實(shí)施方式】二、結(jié)合圖1至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為【具體實(shí)施方式】一所述的離心式全血分析微流控芯片的制作方法:其具體過(guò)程為:
[0033]一、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工PMMA板材，得到第一 PMMA圓片A，結(jié)合圖1，其上帶有若干個(gè)通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成微流控芯片的通氣孔、定位孔I和安裝孔2;
[0034]二、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第二PMMA圓片B，結(jié)合圖2，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的微流控結(jié)構(gòu)，包括血液進(jìn)樣腔4、血液廢液腔5、血液進(jìn)樣微通道6、兩個(gè)擴(kuò)張閥、兩個(gè)通氣孔、血液分離腔7、血清虹吸管8、試劑進(jìn)樣微通道9、試劑廢液腔10、混合液體廢液腔11、試劑虹吸管16、試劑定量腔12、混合液體虹吸管15、混合腔14、混合液體分配腔13、；
[0035]三、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第三PMMA圓片D，結(jié)合圖3，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成試劑預(yù)封裝腔的試劑出液孔17、定位孔I和微流控芯片的安裝孔2 ；
[0036]四、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第四PMMA圓片E，結(jié)合圖4，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成試劑預(yù)封裝腔18、微流控芯片的安裝孔2和定位孔I ;
[0037]五、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，得到第五PMMA圓片F(xiàn)，結(jié)合圖5，其上帶有通過(guò)切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成試劑預(yù)封裝腔的通氣孔、試劑進(jìn)液孔19和微流控芯片的安裝孔2和定位孔I ;
[0038]六、通過(guò)激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材(厚度0.8mm)，得到第六PMMA圓片G，結(jié)合圖6，其上通孔用于形成定位孔I和微流控芯片的安裝孔2 ；
[0039]七、將封裝條C，(附有PET薄膜的牛皮紙條)兩端回折，結(jié)合圖7，然后將回折的兩端M粘貼于第三PMMA圓片D上附有壓敏膠的一側(cè)，使得封裝條C的兩回折端M將第三PMMA圓片上的試劑出液孔17封閉；
[0040]八、通過(guò)定位孔定位，將第一 PMMA圓片A與第二 PMMA圓片B帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼；
[0041]九、通過(guò)定位孔定位，將第二 PMMA圓片B與第三PMMA圓片D帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼；
[0042]十、通過(guò)第四PMMA圓片E上的試劑預(yù)封裝腔和安裝孔定位，將第三PMMA圓片D與第四PMMA圓片E帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼；
[0043]-| 、通過(guò)定位孔定位,將第四PMMA圓片E與第五PMMA圓片F(xiàn)帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼；
[0044]十二、通過(guò)第五PMMA圓片F(xiàn)上的進(jìn)液孔注入適量試劑，然后通過(guò)定位孔定位1，將第五PMMA圓片F(xiàn)與第六PMMA圓片G帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼，從而完成微流控芯片上的試劑預(yù)封裝。
[0045]本實(shí)施方式所述的第一 PMMA圓片A、第三PMMA圓片D、第五PMMA圓片F(xiàn)以及第六PMMA圓片G的厚度為0.8mm,第二 PMMA圓片B、第四PMMA圓片E的厚度為1mm，第一 PMMA圓片A、第二 PMMA圓片B、第三PMMA圓片D的直徑為11cm，第四PMMA圓片E、第五PMMA圓片
F、第六PMMA圓片G的直徑為4cm，各圓片上通孔的尺寸分別為:通氣孔直徑為1mm、試劑進(jìn)液孔19的直徑2mm、試劑出液孔17直徑2mm、試劑預(yù)封裝腔18的直徑1cm、定位孔I的直徑2mm、第一 PMMA圓片A上的安裝孔2直徑8mm、其余圓片上的安裝孔直徑6mm、血清虹吸管8和混合液體虹吸管15的寬度為600 μ m。所采用壓敏膠厚度為250 μ m。
[0046]【具體實(shí)施方式】三、結(jié)合圖9和圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為【具體實(shí)施方式】一所述的離心式全血分析微流控芯片的應(yīng)用方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0047]步驟A、將離心式全血分析微流控芯片安裝于為芯片提供離心力的離心機(jī)軸H上。安裝通過(guò)軸穿過(guò)芯片上的安裝孔來(lái)實(shí)現(xiàn)；穿過(guò)過(guò)程中，離心機(jī)軸H對(duì)封裝條C施力，使得封裝條C的回折端M受拉，進(jìn)而打開(kāi)第三PMMA圓片D上的試劑出液孔17 ；
[0048]步驟B、通過(guò)血液進(jìn)樣孔3，向血液進(jìn)樣腔4內(nèi)注入血液，啟動(dòng)離心機(jī)I，以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速將安裝于離心機(jī)軸H上的微流控芯片旋轉(zhuǎn)120秒后停止，從而通過(guò)離心力使得試劑預(yù)封裝腔18內(nèi)的試劑由試劑出液孔17流入試劑定量腔12，并使得血液進(jìn)樣腔4內(nèi)的血液流入血液分離腔7，并完成試劑定量腔12對(duì)試劑的定量和血液分離腔7內(nèi)血液的分離；
[0049]步驟C、以2000轉(zhuǎn)/ (分?秒)的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)I至轉(zhuǎn)速達(dá)到2000轉(zhuǎn)/分后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒后停止，進(jìn)而使得血液分離腔7內(nèi)的血清和試劑定量腔12內(nèi)的試劑在伴隨離心機(jī)I加速度產(chǎn)生的歐拉力作用下分別通過(guò)血清虹吸管8和試劑虹吸管16流入混合腔14 ；
[0050]步驟D、啟動(dòng)離心機(jī)I以3000轉(zhuǎn)/ (分?秒)的角加速度加速至3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后減速至停止，如此循環(huán)5次，以完成混合腔14內(nèi)血清與試劑的震蕩混合；[0051]步驟E、以6000轉(zhuǎn)/ (分?秒)的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)I至達(dá)到6000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒，從而使得混合腔14內(nèi)的混合液體在加速時(shí)產(chǎn)生的歐拉力作用下依次流入五個(gè)試劑分配腔13，多余混合液體最后流入混合液體廢液腔11，進(jìn)而完成芯片的全血分析功能。
[0052]結(jié)合圖10對(duì)本實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明，由血液進(jìn)樣孔3向血液進(jìn)樣腔4內(nèi)注入適量血液，血液進(jìn)樣微通道6與血液分離腔7連接處存在尺寸擴(kuò)張而形成擴(kuò)張閥A，該擴(kuò)張閥A將血液截止于血液進(jìn)樣腔4內(nèi)，以防止芯片旋轉(zhuǎn)之前血液進(jìn)入血液分離腔7，結(jié)合圖10a，其中，線X血液，線Y為預(yù)封裝試劑；然后，開(kāi)啟離心機(jī)I，為芯片提供轉(zhuǎn)速，使得試劑預(yù)封裝腔18內(nèi)的試劑和血液進(jìn)樣腔4內(nèi)的血液在離心力的作用下分別進(jìn)入試劑定量腔12和血液分離腔7，且待試劑定量腔12和血液分離腔7分別被充滿后，多余的試劑和血液分別溢出到試劑廢液腔10和血液廢液腔5中，結(jié)合圖1Ob ;繼續(xù)旋轉(zhuǎn)芯片，使得血液分離腔7內(nèi)的血液在離心力的作用下分離，結(jié)合圖1Oc ;待血液分離腔7內(nèi)的血液完全分離后，加速旋轉(zhuǎn)芯片，為芯片提供角加速度，從而使得芯片內(nèi)的液體受垂直于芯片半徑方向的歐拉力，進(jìn)而使得試劑定量腔12內(nèi)的部分試劑持續(xù)流入試劑虹吸管16，并充滿試劑虹吸管16，同時(shí)血液分離腔7內(nèi)的血清也在歐拉力作用下持續(xù)流入血清虹吸管8，并充滿血清虹吸管8，結(jié)合圖1Od ；試劑虹吸管16和血清虹吸管8的充滿為持續(xù)旋轉(zhuǎn)的芯片內(nèi)發(fā)生虹吸流動(dòng)提供了條件，因而在離心力的作用下，試劑定量腔12和血液分離腔7內(nèi)的試劑和血清，分別通過(guò)試劑虹吸管16和血清虹吸管8內(nèi)的虹吸流動(dòng)，持續(xù)流入混合腔14內(nèi)，直到試劑定量腔12和血液分離腔7內(nèi)的液面到達(dá)試劑虹吸管16和血清虹吸管8的入口處時(shí)虹吸流動(dòng)停止，結(jié)合圖1Oe ；然后，震蕩旋轉(zhuǎn)芯片，使得混合腔14內(nèi)的液體在科氏力和歐拉力的作用下，震蕩流動(dòng)，從而完成混合腔14內(nèi)試劑和血清的混合，結(jié)合圖1Of ;在加速旋轉(zhuǎn)芯片，使得混合腔14內(nèi)的混合液體受歐拉力作用，而充滿混合液體虹吸管，并持續(xù)旋轉(zhuǎn)芯片，使得混合液體虹吸管內(nèi)發(fā)生虹吸流動(dòng)，從而使混合腔14內(nèi)的混合液體流入混合液體分配微通道內(nèi)，然后依次流入各混合液體分配腔13，多余的混合液體溢出最后一個(gè)分配腔而流入混合液體廢液腔11，進(jìn)而完成所發(fā)明芯片全部的流動(dòng)控制 功能，結(jié)合圖10g。
【權(quán)利要求】
1.離心式全血分析微流控芯片，包括兩個(gè)功能單元，每個(gè)功能單元包括試劑進(jìn)液孔(19),試劑預(yù)封裝腔(18 )、試劑出液孔(17 )、試劑進(jìn)樣微通道(9 )、試劑定量腔(12 )、試劑廢液腔(10 )、試劑虹吸管(16 )、血液進(jìn)樣孔(3 )、血液進(jìn)樣腔(4 )、血液進(jìn)樣微通道(6 )、血液分離腔(7 )、血液廢液腔(5 )、血清虹吸管(8 )、混合腔(14 )、混合液體虹吸管(15 )、混合液體分配腔(13)、混合液體廢液腔(11)以及通氣孔；其特征是，還包括封裝條(C)，將封裝條(C)的兩端回折，并將兩回折端(M)粘貼在試劑出液孔(17)上，預(yù)封裝試劑經(jīng)試劑進(jìn)液孔(19)注入到試劑預(yù)封裝腔(18)內(nèi)； 所述血液進(jìn)樣腔(4)上連接有血液進(jìn)樣孔(3)和通氣孔A (c);血液進(jìn)樣腔(4)通過(guò)血液進(jìn)樣微通道(6 )與血液分離腔(7 )連接，所述血液進(jìn)樣微通道(6 )與血液分離腔(7 )的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥A (a);在血液分離腔(7)兩側(cè)分別血液廢液腔(5)和血清虹吸管(8)連接；所述血清虹吸管(8)的末端與混合腔(14)連接；所述混合腔(14)上分別與試劑虹吸管(16)的一端、混合液體虹吸管(15)的一端以及通氣孔B (d)連接；試劑虹吸管(16)的一端與試劑定量腔(12 )連接；所述試劑定量腔(12 )與試劑廢液腔(10 )和試劑進(jìn)樣微通道(9 )連接，在試劑進(jìn)樣微通道(9)與試劑定量腔(12)的連接處設(shè)置擴(kuò)張閥B (b);所述混合液體虹吸管(15)的側(cè)壁連接多 個(gè)混合液體分配腔(13);混合液體虹吸管(15)的另一端連接混合液體廢液腔(11)。
2.制作權(quán)利要求1所述的離心式全血分析微流控芯片的方法，其特征是，采用六個(gè)PMMA圓片依次粘貼制成；具體步驟為: 步驟一、采用激光雕刻機(jī)加工PMMA板材，獲得第一 PMMA圓片(A)，在所述第一 PMMA圓片(A)上加工有微流控芯片的通氣孔和血液進(jìn)樣孔(3);采用激光雕刻機(jī)加工一面附有壓敏膠的PMMA板材，獲得第二 PMMA圓片(B)、第三PMMA圓片(D)、第四PMMA圓片(E)、第五PMMA圓片(F)和第六PMMA圓片(G);在所述第二 PMMA圓片(B)上加工形成微流控結(jié)構(gòu)以及與第一 PMMA圓片(A)對(duì)應(yīng)的通氣孔和血液進(jìn)樣孔(3);在第三PMMA圓片(D)上形成試劑預(yù)封裝腔(18)的試劑出液孔(17);在第四PMMA圓片(E)上形成試劑預(yù)封裝腔(18);在第五PMMA圓片(F)上形成與第一 PMMA圓片(A)對(duì)應(yīng)的試劑預(yù)封裝腔(18)的通氣孔和試劑進(jìn)液孔(19); 步驟二、將封裝條(C)的兩端回折，然后將回折的兩端粘貼于第三PMMA圓片(D)上附有壓敏膠的一側(cè)，同時(shí)將試劑預(yù)封裝腔(18)的試劑出液孔(17)封閉； 步驟三、將第一 PMMA圓片(A)與第二 PMMA圓片(B)附有壓敏膠的一面粘貼；將第二PMMA圓片(B)的另一面與第三PMMA圓片(D)附有壓敏膠的一面粘貼；將第三PMMA圓片(D)的另一面與第四PMMA圓片(E)附有壓敏膠的一面粘貼；將第四PMMA圓片(E)的另一面與第五PMMA圓片(F)附有壓敏膠的一面粘貼； 步驟四、將預(yù)封裝試劑通過(guò)第五PMMA圓片(F)上的試劑進(jìn)液孔(19)注入，然后將第五PMMA圓片(F)的另一面與第六PMMA圓片(G)帶有壓敏膠的一側(cè)粘貼，實(shí)現(xiàn)微流控芯片上的試劑預(yù)封裝，完成離心式全血分析微流控芯片的制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式全血分析微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述第一 PMMA圓片(A)、第二 PMMA圓片(B)、第三PMMA圓片(D)、第四PMMA圓片(E)、第五PMMA圓片(F)以及第六PMMA圓片(G)上分別加工有安裝孔(2)和定位孔(1)，且每個(gè)圓片上的安裝孔(2)相對(duì)應(yīng)，所述第一 PMMA圓片(A)、第二 PMMA圓片(B)和第三PMMA圓片(D)上的定位孔(I)分別對(duì)應(yīng)，第四PMMA圓片(E)、第五PMMA圓片(F)和第六PMMA圓片(G)上的定位孔(I)分別對(duì)應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式全血分析微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述第一 PMMA圓片(A)、第三PMMA圓片(D)、第五PMMA圓片(F)和第六PMMA圓片(G)的厚度相同，第二 PMMA圓片(B)和第四PMMA圓片(E)的厚度相同，所述第一 PMMA圓片(A)、第二 PMMA圓片(B)和第三PMMA圓片(D)的直徑相同，第四PMMA圓片(E)、第五PMMA圓片(F)和第六PMMA圓片(G)的直徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式全血分析微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述第一 PMMA圓片(A)上的通氣孔、第二 PMMA圓片(B)上的通氣孔A (C)、通氣孔B (d)和第五PMMA圓片(F)上的通氣孔C (e)、通氣孔D (f)的直徑相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心式全血分析微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述在第二 PMMA圓片(B)上加工形成微流控結(jié)構(gòu)具體包括:通過(guò)血液進(jìn)樣微通道(6)與血液分離腔(7)連接的血液進(jìn)樣腔(4)，與血液進(jìn)樣腔(4)連接的血液進(jìn)樣孔(3)和通氣孔A (c)；設(shè)置在血液進(jìn)樣微通道(6)與血液分離腔(7)連接處的擴(kuò)張閥A (a);與血液分離腔(7)兩側(cè)分別連接的血液廢液腔(5)和血清虹吸管(8);連接在血清虹吸管(8)末端的混合腔(14);與混合腔(14)連接的試劑虹吸管(16)、混合液體虹吸管(15)以及通氣孔B Cd);與試劑虹吸管(16)末端連接試劑定量腔(12);與試劑定量腔(12)連接的試劑廢液腔(10)和試劑進(jìn)樣微通道(9)，設(shè)置在試劑進(jìn)樣微通道(9)與試劑定量腔(12)連接處的擴(kuò)張閥B (b);在混合液體虹吸管(15)側(cè)壁連接的多個(gè)混合液體分配腔(13)以及連接在混合液體虹吸管(15)末端的混合液體廢液腔(11)。
7.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的離心式全血分析微流控芯片的方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):步驟A、將微流控芯片.安裝在離心機(jī)軸上，具體為:通過(guò)離心機(jī)軸穿過(guò)芯片上的安裝孔(2);穿過(guò)過(guò)程中，離心機(jī)軸對(duì)封裝條(C)施力，使封裝條(C)的兩回折端(M)受拉后打開(kāi)試劑出液孔(17)； 步驟B、通過(guò)血液進(jìn)樣孔(3)，向血液進(jìn)樣腔(4)內(nèi)注入血液，啟動(dòng)離心機(jī)，以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速將微流控芯片旋轉(zhuǎn)120秒后停止，通過(guò)離心力使試劑預(yù)封腔內(nèi)的試劑由試劑出液孔(17)流入試劑定量腔(12)，同時(shí)血液進(jìn)樣腔(4)內(nèi)的血液流入血液分離腔(7)，完成試劑定量腔(12)對(duì)試劑的定量以及血液分離腔(7)內(nèi)對(duì)血液的分離； 步驟C、以2000轉(zhuǎn)/分.秒的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)，使轉(zhuǎn)速達(dá)到2000轉(zhuǎn)/分后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒后停止，使步驟二中的血液分離腔(7)內(nèi)的血清和試劑定量腔(12)內(nèi)的試劑在離心機(jī)加速度產(chǎn)生的歐拉力作用下分別通過(guò)血清虹吸管(8)和試劑虹吸管(16)流入混合腔(14)； 步驟D、啟動(dòng)離心機(jī)以3000轉(zhuǎn)/分?秒的角加速度加速至離心機(jī)達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后停止，返復(fù)循環(huán)N次，完成步驟C中混合腔(14)內(nèi)的血清與試劑的震蕩混合，獲得混合液體； 步驟E、以6000轉(zhuǎn)/分?秒的角加速度啟動(dòng)離心機(jī)至離心機(jī)達(dá)到6000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速后持續(xù)旋轉(zhuǎn)30秒，使得混合腔(14)內(nèi)的混合液體在離心機(jī)加速時(shí)產(chǎn)生的歐拉力作用下依次流入多個(gè)混合液體分配腔(13)，多余的混合液體流入混合液體廢液腔(11)，最終完成對(duì)微流控芯片的全血分析功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離 心式全血分析微流控芯片的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟D中的N的取值為5。
【文檔編號(hào)】G01N35/00GK103464230SQ201310442679
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】鄧永波, 吳一輝, 范建華, 周松, 武俊峰, 李胤, 劉永順 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所