活動型微流控晶片進樣裝置製造方法
2024-03-10 09:22:15 3
活動型微流控晶片進樣裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及適用於微流控晶片的進樣裝置。活動型微流控晶片進樣裝置，包括一晶片基底，晶片基底上設有樣品分析通道，還包括試劑槽組；晶片基底上設有第一導軌，第一導軌開有進液孔，進液孔與樣品分析通道聯通；晶片基底上還設有第二導軌，第二導軌與第一導軌無交叉排布，構成一雙導軌結構；活動型微流控晶片進樣裝置還包括一試劑槽組固定裝置，試劑槽組固定裝置上固定有試劑槽組，試劑槽組固定裝置被第一導軌和第二導軌夾緊，且試劑槽組固定裝置可沿雙導軌結構移動。使用時，可通過使試劑槽組固定裝置移動，來調整試劑槽組固定裝置上的各試劑槽與進液孔的位置關係，進而對與樣品分析通道聯通的試劑槽作出選擇。
【專利說明】活動型微流控晶片進樣裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及分子生物檢測【技術領域】，尤其涉及一種適用於微流控晶片的進樣 裝直。
【背景技術】
[0002] 目前微流控晶片主要應用在生命科學領域，其目的在於將整個化驗室的功能，包 括採樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在微晶片上。由於流體在微米級結構中顯示 和產生了與宏觀尺度不同的特殊性能，發展出微流控晶片獨特的分析性能。在微流控晶片 實驗中，穩定、可靠的進樣是不可忽視的重要環節。進樣通常來講針對液態樣品，如晶片電 泳，氣態樣品也可直接進樣，固態樣品在微粒化後，通過氣流或者液流也可被引入樣品分析 通道。
[0003] 進樣方式按驅動力不同，分為電動進樣、完全壓力進樣和壓力電動進樣等。其中， 電動進樣的方法利用待測樣品本身電泳的特性，只需簡單的電源施加電場，便可驅動液態 環境下的樣品運動，進而實現進樣。因其性能穩定可控，結果易於量化、便於分析等特點，成 為普遍採用的進樣手段。
[0004] 向樣品分析通道中引入樣品區帶，是常用的液體進樣方式之一。通常需要在晶片 上建立輔助通道。最簡單的如十字交叉形的單通道輔助進樣，填充有樣品的輔助通道與樣 品分析通道十字相交，輔助通道與分析通道兩端分別設立樣品池/樣品廢液池和緩衝液池 /緩衝液廢液池。輔助通道中的樣品在十字相交處受到與之垂直，即沿著樣品分析通道方向 的外力，隨即樣品以區帶形式進入樣品分析通道。除此之外，向樣品分析通道中引入區帶的 案例還有雙十字形進樣通道，多Τ形進樣通道。這些進樣方案都要求複雜的輔助通道，且通 常需要徑向、法向多維的驅動力，增加了晶片設計的難度。每個樣品分析通道都需要至少一 個輔助通道和一對進樣電極，增加了系統的複雜性。前後多個操作步驟也為整個實驗的操 作帶來了不便。
[0005] 液滴引入方式也是較普遍研究的方法。但該方案同樣需要引入樣品的輔助通道， 為了形成液滴，該方案還要求所處理的樣品與背景緩衝液不相溶，導致該方法不能夠被普 遍應用。
[0006] 總的來說，以上兩種進樣方式都需要複雜的輔助通道，為晶片設計增加了難度。在 多樣品分析通道的微流控晶片中，用於進樣的輔助通道（及其電極）在晶片上所佔用的面 積，往往比樣品分析通道本身大得多，不利於實現陣列式檢測晶片。而且有的進樣方法對實 驗對象物理化學性質要求過高，不利於應用普及。 實用新型內容
[0007] 本實用新型的目的在於提供一種活動型微流控晶片進樣裝置，以解決上述問題。
[0008] 本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現：
[0009] 活動型微流控晶片進樣裝置，包括一呈板狀的晶片基底，所述晶片基底上設有呈 溝狀或管狀的樣品分析通道，還包括至少一組試劑槽組，其特徵在於，所述試劑槽組包括至 少兩個試劑槽；
[0010] 所述晶片基底上設有第一導軌，所述第一導軌位於所述樣品分析通道的一端，所 述第一導軌與所述樣品分析通道接觸的地方開有一可與所述試劑槽組固定裝置上的各試 劑槽分別聯通的進液孔，所述進液孔與所述樣品分析通道聯通；
[0011] 所述晶片基底上還設有第二導軌，所述第二導軌與所述第一導軌無交叉排布，構 成一雙導軌結構；
[0012] 活動型微流控晶片進樣裝置還包括一與所述雙導軌結構配套的試劑槽組固定裝 置，所述試劑槽組固定裝置上固定有所述試劑槽組，所述試劑槽組固定裝置被所述第一導 軌和所述第二導軌夾緊，且所述試劑槽組固定裝置可沿所述雙導軌結構移動。
[0013] 使用時，可通過使試劑槽組固定裝置移動，來調整試劑槽組固定裝置上的各試劑 槽與進液孔的位置關係，進而對與樣品分析通道聯通的試劑槽作出選擇。
[0014] 所述樣品分析通道內可填充有緩衝液，作為分析樣品的介質通道。所述至少兩個 試劑槽中至少有一個作為樣品槽，至少有一個緩衝液槽，所述樣品槽內填充有樣品溶液，所 述緩衝液槽內填充有緩衝液。以通過移動所述試劑槽組，更換樣品溶液或緩衝液。
[0015] 作為一種優選方案，所述第一導軌與所述第二導軌均為呈直線狀的直線導軌，所 述第一導軌與所述第二導軌平行，所述試劑槽組固定裝置橫截面的外輪廓呈方形框狀，所 述試劑槽組固定裝置可沿所述雙導軌結構水平直線移動。所述試劑槽組中的各試劑槽均優 選呈方形盒狀的試劑槽。
[0016] 作為另一種優選方案，所述第一導軌與所述第二導軌均為呈弧形的弧形導軌，所 述第一導軌各處到所述第二導軌的最短距離相等，所述試劑槽組固定裝置橫截面的外輪廓 呈扇形框狀，所述試劑槽組固定裝置可沿所述雙導軌結構做水平弧形滑動。所述試劑槽組 中的各試劑槽均優選呈扇形盒狀的試劑槽。
[0017] 上述兩個優選方案中，所述第一導軌、所述第二導軌均可以為條狀凸起。條狀凸起 均可以採用彈性材料製成的彈性條狀凸起，以使試劑槽的運動平滑。
[0018] 作為另一種優選方案，所述第一導軌呈圓環狀，所述第二導軌為呈圓環狀的第一 導軌的轉軸，所述試劑槽組固定裝置橫截面的外輪廓呈圓環狀，所述試劑槽組固定裝置可 沿所述第二導軌轉動。所述試劑槽組中的各試劑槽均優選呈扇形盒狀的試劑槽。當然在這 種情況下，第二導軌也可省略不設。
[0019] 上述優選方案中，所述第一導軌可以為環狀凸起。環狀凸起可以採用彈性材料制 成的彈性環狀凸起，以使試劑槽的運動平滑。
[0020] 上述各優選方案中，所述試劑槽組固定裝置是一呈板狀的板狀試劑槽組固定裝 置，所述板狀試劑槽組固定裝置的厚度不小於所述試劑槽的厚度，且不大於所述第一導軌 的高度；
[0021] 所述板狀試劑槽組固定裝置上開有卡槽，所述卡槽開口朝向所述第一導軌，且所 述卡槽的槽深不大於所述試劑槽組的寬度；
[0022] 所述進液孔的最小高度大於所述試劑槽組的高度，且所述進液孔的最大高度不大 於所述板狀試劑槽組固定裝置的高度。所述卡槽的槽深不大於所述試劑槽組的寬度，使得 第二導軌對固定裝置的作用力可將試劑槽組壓緊在所述第一導軌上，並可使試劑槽組的側 壁貼近所述第一導軌。所述進液孔的最小高度大於所述試劑槽組的高度，且所述進液孔的 最大高度不大於所述板狀試劑槽組固定裝置的高度。這樣所述板狀試劑槽組固定裝置移動 過程中，所述板狀試劑槽組固定裝置的側壁可實現對進液孔的密封。
[0023] 所述樣品分析通道優選是一呈直線狀的直線型樣品分析通道，以減少樣品分析通 道內的液體流動阻力。為了方便進液，所述樣品分析通道的前端開口位於所述晶片基底的 左側邊上。
[0024] 活動型微流控晶片進樣裝置，還包括一驅動所述試劑槽組固定裝置移動的驅動裝 置，所述驅動裝置可以是一把手，所述把手連接所述試劑槽組固定裝置。所述驅動裝置還可 以包括一驅動電機，所述驅動電機通過傳動機構連接所述試劑槽組固定裝置，可提高所述 試劑槽組沿所述導向裝置移動時，位移控制的準確性，並減少試劑被汙染的可能性。
[0025] 所述晶片基底上設有至少一個所述樣品分析通道，所述樣品分析通道的個數與所 述試劑槽組的組數相同。優選，所述樣品分析通道為三個。以允許同時進行多次或多個實 驗。
[0026] 在所述試劑槽組至少有兩組時，相鄰的兩組所述試劑槽組之間設有間隔，以避免 各組試劑槽組在切換和運動過程中對其他的樣品分析通道造成幹擾。為了進一步避免幹 擾，各樣品分析通道之間、各進液孔之間的間隔與相鄰的兩個試劑槽組之間的距離相等。
[0027] 活動型微流控晶片進樣裝置，還包括至少兩個電極，分別位於至少兩個試劑槽中。 也可以電極獨立，在使用時，直接插入樣品槽或緩衝液槽中。兩個電極還可以分別設置在所 述樣品分析通道的前端和末端。兩個電極，可分別連接電源的正極和負極。兩電極在工作 時與樣品分析通道兩端的試劑良好接觸，形成迴路，用於樣品電動進樣或者樣品電泳分析。
[0028] 有益效果：本實用新型（1)以試劑槽位移代替交錯的輔助進樣通道，簡化微流控 晶片內進樣環節的微通道結構，節省了寶貴的晶片面積，為多分析通道晶片提供了全新的 進樣方案。（2)試劑槽組固定裝置上可集成多組試劑槽，每組試劑槽內可形成多個樣品槽， 因此可實現多通道、多樣品進樣，降低實驗的操作難度，便於微流控晶片技術的推廣和普 及。（3)進樣和樣品分析過程可共用一個電極，最少時可以只採用一對電極，減少晶片上使 用電極的數目。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1為本實用新型的實施例1的部分結構示意圖；
[0030] 圖2為本實用新型的實施例2的一種結構的部分結構示意圖；
[0031] 圖3為本實用新型的實施例2的另一種結構的部分結構示意圖；
[0032] 圖4為本實用新型的實施例3的部分結構示意圖；
[0033] 圖5為本實用新型的實施例4的部分結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下 面結合具體圖示進一步闡述本實用新型。
[0035] 實施例1
[0036] 如圖1所示，根據本實用新型所述的進樣裝置，晶片基底1上具有第一導軌31、第 二導軌32與樣品分析通道2。試劑槽組固定裝置5為矩形，位於導軌內。驅動裝置4驅動 並控制試劑槽組固定裝置5沿著雙導軌結構反覆移動。其中，試劑槽組固定裝置5上具有 一對試劑槽6。實際操作時，兩試劑槽內分別填充樣品液和緩衝液。通過驅動裝置4,改變 試劑槽組固定裝置5的位置，各試劑槽能夠與樣品分析通道聯通。試劑槽組固定裝置5上 可集成金屬電極7,也可與金屬電極獨立開（圖1中顯示的是集成電極的情況）。
[0037] 將樣品分析通道2內填充緩衝液，取適量配製好的樣品溶液和緩衝液分別加入兩 試劑槽6中，形成樣品槽和緩衝液槽。進樣時，驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5移動， 使樣品槽與樣品分析通道2聯通，緩衝液槽與樣品分析通道2隔開。將兩個電極分別插入 進樣端試劑槽組固定裝置5的樣品槽和非進樣端緩衝液廢液槽中。圖中顯示的是進樣端集 成電極7,可自動與樣品槽聯通，形成迴路（非進樣端緩衝液槽及電極未給予顯示）。兩電 極分別與電源正負極連接，正負極的方向視待分析的樣品而定。接通電源，進樣開始，切斷 電源，進樣結束。分析樣品時，利用驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5,將緩衝液槽切換 至樣品分析通道2位置，而樣品槽與樣品分析通道隔開。將電極插入活動裝置的緩衝液槽 中（若為集成電極7,則可省去該步驟），緩衝液廢液槽中電極不變動，接通電源，開始分析 樣品過程，切斷電源，結束分析樣品過程。
[0038] 實施例2
[0039] 如圖2、3所示，根據本實用新型所述的進樣裝置，多通道微流控晶片基底1上具有 第一導軌31、第二導軌32與多個樣品分析通道2。試劑槽組固定裝置5為矩形，位於導軌 內。其中，試劑槽組固定裝置5上具有試劑槽6,每個樣品分析通道對應一組，圖2每組包含 兩個試劑槽，圖3每組包含三個試劑槽。實際操作時，各組試劑槽內分別依次填充樣品液和 緩衝液，形成至少一個緩衝液槽和至少一個樣品槽。驅動裝置4驅動並控制試劑槽組固定 裝置5沿著雙導軌結構反覆移動。通過改變試劑槽組固定裝置5的位置，各試劑槽能夠與 樣品分析通道聯通。試劑槽組固定裝置5上可集成金屬電極7,也可與金屬電極獨立開。
[0040] 將樣品分析通道2內填充緩衝液，取適量配製好的樣品溶液和緩衝液分別加入各 組試劑槽6中，形成樣品槽和緩衝液槽。進樣時，驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5移動， 使樣品槽與樣品分析通道2聯通，緩衝液槽與樣品分析通道2隔開。將兩個電極（圖中僅 顯示進樣端電極7)分別插入進樣端試劑槽組固定裝置5的樣品槽和非進樣端緩衝液廢液 槽（圖中未顯示）中，若為集成電極，則可省去該步驟。兩電極分別與電源正負極連接（正 負極的方向視待分析的樣品而定），接通電源，進樣開始，切斷電源，進樣結束。分析樣品時， 利用驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5,將緩衝液槽切換至樣品分析通道2位置，而樣品 槽與樣品分析通道隔開。將電極插入活動裝置的緩衝液槽中（若為集成電極7,則可省去該 步驟），緩衝液廢液槽中電極不變動，接通電源，開始分析樣品過程，切斷電源，結束分析樣 品過程。
[0041] 圖2與圖3可用於實現多分析通道同時進樣；圖3中每組試劑槽可形成兩個樣品 槽，從而用於實現多個樣品的進樣。在多分析通道的進樣裝置中，為保證進樣功能和樣品分 析功能統一進行，各組試劑槽中樣品槽和緩衝液槽的相對位置應一致。
[0042] 實施例3
[0043] 如圖4所示，根據本實用新型所述的進樣裝置，晶片基底1具有弧形雙導軌結構與 樣品分析通道2。試劑槽組固定裝置5為弧形，位於導軌內。驅動裝置4驅動並控制試劑槽 組固定裝置5沿著雙導軌結構反覆移動。其中，試劑槽組固定裝置5上具有試劑槽6,實際 操作時，相鄰的兩試劑槽作為一組，內部分別填充樣品液和緩衝液。如圖4,共顯示了 3組試 劑槽。每組試劑槽對應一條樣品分析通道2,通過移動活動裝置的位置，各試劑槽能夠與對 應樣品分析通道聯通。試劑槽組固定裝置5上可集成金屬電極7,也可與金屬電極獨立開 (圖4中顯示的是集成電極的情況）。
[0044] 將樣品分析通道2內填充緩衝液，取適量配製好的樣品溶液和緩衝液分別加入每 組試劑槽6中，形成樣品槽和緩衝液槽。在多分析通道的進樣裝置中，為保證進樣功能和樣 品分析功能統一進行，各組中樣品槽和緩衝液槽的相對位置應一致。進樣時，驅動裝置4驅 動試劑槽組固定裝置5移動，使樣品槽與樣品分析通道2聯通，緩衝液槽與樣品分析通道2 隔開。將對應電極（圖中僅顯示了進樣端電極7)分別插入樣品溶液和緩衝液廢液槽內溶 液（圖中未顯示）中，（若為集成電極7,則可省去該步驟），兩電極分別與電源聯通，進樣 開始，切斷電源，進樣結束。利用驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5,將緩衝液槽切換至樣 品分析通道2位置，樣品槽與樣品分析通道隔開。將電極插入緩衝液槽中，緩衝液廢液槽中 電極不變動，接通電源，開始分析樣品過程，切斷電源，結束分析樣品過程。
[0045] 實施例4
[0046] 如圖5所示，晶片基底1上有樣品分析通道2和圓環形導軌33。轉動雙導軌結構 內具有圓柱形試劑槽組固定裝置5。轉軸7位於活動裝置的軸心位置，轉軸7處也可安置 集成電極。通過驅動裝置4(在此為機械轉動裝置）驅動，試劑槽組固定裝置5可繞轉軸7 轉動。試劑槽組固定裝置5內部被徑向隔開，形成多個試劑槽6,在實際使用中作為樣品槽 和緩衝液槽使用。圖5中顯示了 3組試劑槽，每組由位於同一圓柱形活動裝置上的4個試 劑槽組成。實際使用時，每組選用一個試劑槽填充緩衝液作為緩衝液槽，其他3個試劑槽填 充不同的樣品溶液，作為樣品槽。進樣時，利用驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5,將待 測樣品槽轉向樣品分析通道2,使二者聯通，兩電極分別插入樣品溶液（若試劑槽組固定裝 置5上安置了集成電極，則可省去該步驟）與樣品分析通道另一端的緩衝液廢液槽內溶液 中。接通電源，進樣開始，切斷電源，進樣結束。然後，通過驅動裝置4驅動，使試劑槽組固 定裝置5上的緩衝液槽轉向樣品分析通道2,並與之聯通，將電極插入緩衝液槽內溶液中， 緩衝液廢液槽內電極不變動，接通電源，開始分析樣品過程，切斷電源，結束分析樣品過程。 同理，通過驅動裝置4驅動試劑槽組固定裝置5,切換活動式進樣裝置的進樣或樣品功能， 實現對同組試劑槽內其他樣品的進樣和分析。
[0047] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行 業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型 要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1. 活動型微流控晶片進樣裝置，包括一呈板狀的晶片基底，所述晶片基底上設有呈溝 狀或管狀的樣品分析通道，還包括至少一組試劑槽組，其特徵在於，所述試劑槽組包括至少 兩個試劑槽； 所述晶片基底上設有第一導軌，所述第一導軌位於所述樣品分析通道的一端，所述第 一導軌與所述樣品分析通道接觸的地方開有一可與所述試劑槽組固定裝置上的各試劑槽 分別聯通的進液孔，所述進液孔與所述樣品分析通道聯通； 所述晶片基底上還設有第二導軌，所述第二導軌與所述第一導軌無交叉排布，構成一 雙導軌結構； 活動型微流控晶片進樣裝置還包括一與所述雙導軌結構配套的試劑槽組固定裝置，所 述試劑槽組固定裝置上固定有所述試劑槽組，所述試劑槽組固定裝置被所述第一導軌和所 述第二導軌夾緊，且所述試劑槽組固定裝置可沿所述雙導軌結構移動。
2. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述樣品分析通 道內填充有緩衝液； 所述至少兩個試劑槽中至少有一個作為樣品槽，至少有一個緩衝液槽，所述樣品槽內 填充有樣品溶液，所述緩衝液槽內填充有緩衝液。
3. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述第一導軌與 所述第二導軌均為呈直線狀的直線導軌，所述第一導軌與所述第二導軌平行，所述試劑槽 組固定裝置橫截面的外輪廓呈方形框狀，所述試劑槽組固定裝置可沿所述雙導軌結構水平 直線移動。
4. 根據權利要求3所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述試劑槽組中 的各試劑槽為呈方形盒狀的試劑槽。
5. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述第一導軌與 所述第二導軌均為呈弧形的弧形導軌，所述第一導軌各處到所述第二導軌的最短距離相 等，所述試劑槽組固定裝置橫截面的外輪廓呈扇形框狀，所述試劑槽組固定裝置可沿所述 雙導軌結構做水平弧形滑動。
6. 根據權利要求5所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述試劑槽組中 的各試劑槽均呈扇形盒狀。
7. 根據權利要求3、4、5或6所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述第一 導軌、所述第二導軌均為條狀凸起。
8. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述第一導軌呈 圓環狀，所述第二導軌為呈圓環狀的第一導軌的轉軸，所述試劑槽組固定裝置橫截面的外 輪廓呈圓環狀，所述試劑槽組固定裝置可沿所述第二導軌轉動。
9. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述第一導軌為 環狀凸起。
10. 根據權利要求1所述的活動型微流控晶片進樣裝置，其特徵在於，所述試劑槽組固 定裝置是一呈板狀的板狀試劑槽組固定裝置，所述板狀試劑槽組固定裝置的厚度不小於所 述試劑槽的厚度，且不大於所述第一導軌的高度； 所述板狀試劑槽組固定裝置上開有卡槽，所述卡槽開口朝向所述第一導軌，且所述卡 槽的槽深不大於所述試劑槽組的寬度； 所述進液孔的最小高度大於所述試劑槽組的高度，且所述進液孔的最大高度不大於所 述板狀試劑槽組固定裝置的高度。
【文檔編號】G01N35/10GK203870114SQ201420227288
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】劉晨晨, 倪一, 李振慶, 孟凡明, 陳進 申請人:竇曉鳴