全血過濾及定量移取微流控芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微流控芯片，尤其涉及一種全血過濾及定量移取微流控芯片；包括芯片主體、以及設(shè)置在芯片主體上的全血分離機構(gòu)、防倒流微閥、液體定量機構(gòu)、推進液機構(gòu)、阻流微閥和出液機構(gòu)；其中：全血分離機構(gòu)包括依次設(shè)置的進液口、全血濾膜和收集單元，用于將血液過濾分離得到血漿、并在毛細(xì)作用下經(jīng)防倒流微閥傳送至液體定量機構(gòu)；防倒流微閥用于阻止液體定量機構(gòu)中的血漿逆流至全血分離機構(gòu)；阻流微閥用于阻止血漿在無外界壓力情況下流出；推進液機構(gòu)用于將推進液在壓力作用下將定量血漿經(jīng)阻流微閥推送至出液機構(gòu)；本發(fā)明的全血過濾及定量移取微流控芯片，有效分離血細(xì)胞和血漿并定量移取血漿、適合與其他類型芯片組合使用。
【專利說明】
全血過濾及定量移取微流控芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種微流控芯片，尤其涉及一種全血過濾及定量移取微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前臨床單位進行全血分離的主要方法是通過采血管離心分離:其一為分離膠促 凝采血管，使用3000rpm低速離心，使血紅細(xì)胞和血清因為密度差別分層到分離膠的兩側(cè)； 采血管中有促凝成分和分離膠，促凝成分可以促進凝血過程，使紅細(xì)胞及凝血蛋白聚集起 來，更易離心下來。其二為EDTA/枸櫞酸鈉/肝素抗凝采血管，也是臨床常見采血管，其中分 別添加了 H)TA/枸櫞酸鈉/肝素鈉抗凝成分，可以阻礙凝血過程，在3000rpm低速離心的條件 下，血紅細(xì)胞會和血漿分層。除此之外，中國專利公布號為CN204544220U的發(fā)明專利，還公 開了一種旋轉(zhuǎn)離心全血分離芯片及其制備方法，其通過離心力將血紅細(xì)胞和血漿分離，并 形成一個虹吸作用在離心結(jié)束后將上清分離。然而采用該專利技術(shù)對上樣量及血紅細(xì)胞所 占比例有比較高的要求，上樣量太少會導(dǎo)致無法實現(xiàn)虹吸，血紅細(xì)胞所占比例太大會導(dǎo)致 虹吸過程中血紅細(xì)胞被吸入收集倉，使用效果不穩(wěn)定;并且該方法需使用離心設(shè)備，成本較 尚。
[0003] 微流控芯片又稱芯片實驗室(Lab-on-a-Chip)，是一種微型全分析系統(tǒng)(y-TAS)， 它是一種操控微小體積流體在微小通道或構(gòu)件中流動的系統(tǒng)，涉及到物理、化學(xué)、生物等多 個基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域。微流控芯片以微流控技術(shù)為基礎(chǔ)，包含微米至納米級別的通道、腔、閥、栗 等小尺度器件，利用其特性控制流體運動和物理化學(xué)變化。
[0004] 中國專利公布號為CN103041879A的發(fā)明專利，即公開了一種基于微流控技術(shù)的 微/納升定量進樣微流控芯片及其制備方法，該方法采用電滲作為驅(qū)動力定量進樣;然而該 專利設(shè)計需要使流道內(nèi)充滿液體，僅適用于電泳類微流控芯片，不適合與其他類型芯片組 合使用。
[0005] 有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期基于微流控技術(shù)創(chuàng)設(shè)一種 兼具全血過濾及定量移取微流控芯片，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種有效分離血細(xì)胞和血漿并定量移 取血漿、可以與其他類型芯片組合使用或進一步集成為檢測芯片的全血分離及定量移取模 塊的全血過濾及定量移取微流控芯片。
[0007] 本發(fā)明提供一種全血過濾及定量移取微流控芯片，包括芯片主體、以及設(shè)置在芯 片主體上的全血分離機構(gòu)、防倒流微閥、液體定量機構(gòu)、推進液機構(gòu)、阻流微閥和出液機構(gòu)； 其中：
[0008] 所述全血分離機構(gòu)包括依次設(shè)置的進液口、全血濾膜和收集單元，所述全血濾膜 用于將自進液口進入的血液過濾分離得到血漿，所述收集單元用于收集分離得到的血漿、 并將血漿在毛細(xì)作用下經(jīng)防倒流微閥傳送至液體定量機構(gòu)；
[0009] 所述防倒流微閥用于阻止液體定量機構(gòu)中的血漿逆流至全血分離機構(gòu)；
[0010] 所述液體定量機構(gòu)包括用于容置定量血楽:的儲液腔；
[0011] 所述阻流微閥設(shè)置在液體定量機構(gòu)的輸出端、并用于阻止儲液腔中的血漿在無外 界壓力情況下流出；
[0012] 所述推進液機構(gòu)包括用于容置推進液的推進液腔和推進單元，所述推進單元用于 將推進液腔內(nèi)的推進液在壓力作用下推送至儲液腔、并將儲液腔內(nèi)的定量血漿經(jīng)阻流微閥 推送至出液機構(gòu)；
[0013] 所述出液機構(gòu)包括出液口，所述出液口用于排出定量分離后的血衆(zhòng)。
[0014] 進一步的，所述芯片主體為PMMA材料、玻璃材料、PS材料芯片主體，其中PMMA材料 又被稱為聚甲基丙烯酸甲酯或亞克力材料，PS材料又被稱為聚苯乙烯材料。
[0015]進一步的，所述收集單元包括收集腔、設(shè)置在收集腔內(nèi)的多個支撐柱、以及支撐 層，所述支撐層設(shè)置在支撐柱上，所述全血濾膜設(shè)置在所述支撐層上，所述進液口設(shè)置在所 述全血濾膜的上方。應(yīng)當(dāng)說明的是，支撐層的作用在于將全血濾膜支撐在支撐柱的上方，一 方面起到支撐作用，另一方面起到防止全血濾膜與支撐柱頂面相互貼附，增大全血濾膜的 過濾面積，提高過濾效果的作用;支撐層的材料可以選擇多種，例如聚酯膜、玻璃纖維等結(jié) 構(gòu)疏松的纖維材料，自全血濾膜過濾而下的血漿，可以穿過纖維材料中的空隙，進入收集腔 中。
[0016] 應(yīng)當(dāng)說明的是，全血濾膜并非可以將血細(xì)胞與血漿完全有效地分離，為了防止血 細(xì)胞進入液體定量機構(gòu)，所述收集腔的底部設(shè)置有排列為階梯狀的多個底臺，所述支撐柱 設(shè)置在所述底臺上，支撐柱的頂面相互齊平，所述收集腔的出液口設(shè)置在靠近具有最高位 置的底臺的那一側(cè)。階梯狀的底臺，起到沉淀血細(xì)胞并限制血細(xì)胞朝向出液口方向位移的 作用，相互間隔排布的支撐柱之間的間隙，又起到過濾并限制血細(xì)胞朝向出液口方向位移 的作用。應(yīng)當(dāng)說明的是，底臺的數(shù)量為3至5個，每個階梯的高度約為150-250M1，底臺數(shù)量較 少對于血細(xì)胞的限制作用較為一般，而數(shù)量較多，則又受限制于芯片主體的厚度，反而降低 了血細(xì)胞的過濾效果。
[0017] 進一步的，所述防倒流微閥為舌片式微閥或附壁式微閥；其中：
[0018] 所述舌片式微閥包括舌片，所述舌片在液體流動方向前側(cè)與后側(cè)的壓力差為正值 和負(fù)值的情況下分別為開啟狀態(tài)和閉合狀態(tài)，換言之，當(dāng)收集單元中收集得到血漿時，由于 防倒流微閥靠近儲液腔的一側(cè)空置，前后兩側(cè)存在正值的壓力差，血漿可以順利通過舌片 式微閥，當(dāng)血漿流量達到一定值，或者推進液在推進單元的作用下進入儲液腔時，防倒流微 閥前后兩側(cè)的壓力出現(xiàn)平衡或負(fù)值的壓力差，舌片在壓力差作用下發(fā)生形變或位移，將收 集單元的出液口封閉；
[0019] 所述附壁式微閥包括主通道、以及并聯(lián)在主通道上的多個旁路通道，所述旁路通 道兩端均以與主通道內(nèi)液體流動方向相同的朝向連接在主通道上;附壁式微閥利用阻力差 來實現(xiàn)液體的單向流動。
[0020] 進一步的，所述舌片式微閥包括閥體通道、舌片腔、以及舌片，所述舌片腔設(shè)置在 所述閥體通道上，所述舌片的一端旋轉(zhuǎn)或固定設(shè)置在所述舌片腔內(nèi)。
[0021 ]具體的，所述舌片為硅膠舌片。
[0022]進一步的，所述儲液腔為毛細(xì)管、或毛細(xì)槽道。應(yīng)當(dāng)說明的是，儲液腔的儲液量與 毛細(xì)管或毛細(xì)槽道的內(nèi)徑和長度有關(guān)，在內(nèi)徑一定的情況下，可以在有限尺寸的芯片主體 上采用S型的毛細(xì)管或毛細(xì)槽道，以增加儲液量。
[0023] 進一步的，所述阻流微閥包括流控腔，所述流控腔的進液口孔徑大于所述液體定 量機構(gòu)輸出端的孔徑，所述流控腔的內(nèi)徑自進液口方向至出液口方向逐漸減小。阻流微閥 利用液體表面浸潤力作為閥門阻力，當(dāng)定量血漿流到阻流微閥時，液體表面積突然增大，從 而需要大量液體體積，這樣就對液體向前的毛細(xì)流動產(chǎn)生了巨大阻力，從而起到阻流的作 用;在施加壓力將液體推入阻流微閥的流控腔后，其結(jié)構(gòu)表面積迅速被飽和，使阻流微閥對 后續(xù)液體流動不產(chǎn)生阻礙。
[0024] 具體的，所述流控腔包括按液體流動方向依次設(shè)置的前腔體和后腔體，所述前腔 體為立方體型，所述前腔體的底面高度低于所述液體定量機構(gòu)輸出端的底面高度，所述后 腔體的內(nèi)徑按液體流動方向逐漸減小。
[0025]進一步的，所述推進液機構(gòu)為拆卸式推進液機構(gòu)或模塊式推進液機構(gòu)，其中，所述 拆卸式推進液機構(gòu)以可拆卸方式連接在所述芯片主體上，并在所述芯片主體上設(shè)置有接 頭;所述模塊式推進液機構(gòu)一體化設(shè)置在所述芯片主體上。
[0026] 進一步的，所述推進液機構(gòu)包括座體，所述座體上設(shè)置有活塞孔，活塞孔可以設(shè)置 在座體的頂面，也可設(shè)置在座體的側(cè)面，所述座體內(nèi)部設(shè)置有推進液腔，所述推進單元為活 塞塊，所述活塞塊在所述活塞孔內(nèi)相對滑動，所述活塞孔的內(nèi)壁上設(shè)置有用于限制所述活 塞塊單向位移的限位件。應(yīng)當(dāng)說明的是，這種結(jié)構(gòu)的推進液機構(gòu)，可以設(shè)置為拆卸式推進液 機構(gòu)，也可設(shè)置為模塊式推進液機構(gòu)。
[0027] 應(yīng)當(dāng)說明的是，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)活塞塊在活塞孔內(nèi)單向位移的限位件，均應(yīng)落入本 發(fā)明的保護范圍，較為簡單的，所述限位件為并排設(shè)置在活塞孔內(nèi)壁上的多條斜齒，所述活 塞塊的外壁上設(shè)置有與斜齒相嚙合的咬合齒，通過咬合齒對斜齒的咬合作用，防止活塞塊 反向位移;活塞塊單向位移的作用在于使儲液腔內(nèi)的定量血漿排出，而不會將收集單元中 的血漿吸出。
[0028] 借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：1)本發(fā)明利用毛細(xì)作用和外源推進力 共同作用，實現(xiàn)了全血分離及定量移取功能。該發(fā)明無需使用離心力，可以更好的配合即時 檢驗(POCT，point-〇f-care testing)方法的使用，可以和P0CT微流控試劑相結(jié)合使用或應(yīng) 用到P0CT的微流控芯片設(shè)計中；2)本發(fā)明實現(xiàn)全血分離及定量移取功能在同一個芯片上完 成，可使工作人員的操作更簡便，得到的檢測結(jié)果更穩(wěn)定。
[0029] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2是本發(fā)明中芯片上片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明中芯片下片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是圖3中A部的局部放大圖；
[0034]圖5是本發(fā)明中舌片式微閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6是圖3中B部的局部放大圖；
[0036] 圖7是本發(fā)明中S型毛細(xì)槽道儲液腔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖8是圖3中C部的局部放大圖；
[0038] 圖9是本發(fā)明中推進液機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖10是本發(fā)明中第一種出液機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖11是本發(fā)明中第二種出液機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0042] 實施例一
[0043] 參見圖1至圖3,本發(fā)明一較佳實施例的一種全血過濾及定量移取微流控芯片，包 括芯片主體1、以及設(shè)置在芯片主體上的全血分離機構(gòu)2、防倒流微閥3、液體定量機構(gòu)4、推 進液機構(gòu)5、阻流微閥6和出液機構(gòu)7。
[0044] 應(yīng)當(dāng)說明的是，全血分離機構(gòu)2、防倒流微閥3、液體定量機構(gòu)4、推進液機構(gòu)5、阻流 微閥6和出液機構(gòu)7可以通過激光加工、模型注塑加工等多種方式在芯片主體內(nèi)部成型，也 可通過設(shè)置為分離式的芯片上片11和芯片下片12,在芯片上片11或芯片下片12上加工出特 定形狀、然后相互封裝的在一起；由于前一種加工方式較為繁瑣，本發(fā)明對此不再贅述，在 后續(xù)實施例中，本發(fā)明以芯片主體分離設(shè)計為芯片上片11或芯片下片12而后相互封裝的方 式，做進一步說明。
[0045] 全血分離機構(gòu)2包括依次設(shè)置的進液口 201、全血濾膜（圖中未示出）和收集單元 202,其中進液口 201和全血濾膜可設(shè)置在芯片上片11上，收集單元設(shè)置在芯片下片12上;全 血濾膜用于將自進液口 201進入的血液過濾分離得到血漿，收集單元202用于收集分離得到 的血漿、并將血漿在毛細(xì)作用下經(jīng)防倒流微閥3傳送至液體定量機構(gòu)4;
[0046] 防倒流微閥3用于阻止液體定量機構(gòu)中的血漿逆流至全血分離機構(gòu)2;
[0047] 液體定量機構(gòu)4包括用于容置定量血漿的儲液腔；
[0048] 阻流微閥6設(shè)置在液體定量機構(gòu)5的輸出端、并用于阻止儲液腔中的血漿在無外界 壓力情況下流出；
[0049] 推進液機構(gòu)5包括用于容置推進液的推進液腔和推進單元，推進單元用于將推進 液腔內(nèi)的推進液在壓力作用下推送至儲液腔、并將儲液腔內(nèi)的定量血漿經(jīng)阻流微閥推送至 出液機構(gòu)；
[0050] 出液機構(gòu)7包括出液口 701，出液口 701用于排出定量分離后的血漿。
[00511收集單元202、防倒流微閥3、液體定量機構(gòu)4、推進液機構(gòu)5、阻流微閥6和出液機構(gòu) 7,可均設(shè)置在芯片下片上，而芯片上片封裝在芯片下片上，封裝形式可采用膠裝、卡裝、夾 裝等多種方式中的一種，也可相互配合使用;其中，膠裝可采用雙面膠、熱固化膠、光固化膠 等方式，卡裝可采用在芯片上片和芯片下片上分別設(shè)置相互配合的卡件和卡槽以卡裝固 定，夾裝可采用單獨配置的夾具，將芯片上片和芯片下片夾裝固定；另外，涉及防倒流微閥 3、液體定量機構(gòu)4、推進液機構(gòu)5、阻流微閥6和出液機構(gòu)7的區(qū)域，為了防止血漿流出，還可 設(shè)置相應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)，如密封墊、或是相互配合的密封突條和凹槽等，也可配合膠裝，以達 到密封的效果。
[0052]應(yīng)當(dāng)說明的是，附圖1至3所示的各結(jié)構(gòu)，僅用于解釋說明全血分離機構(gòu)2、防倒流 微閥3、液體定量機構(gòu)4、推進液機構(gòu)5、阻流微閥6和出液機構(gòu)7所起到的功能，凡是能夠?qū)崿F(xiàn) 上述技術(shù)效果的微流控結(jié)構(gòu)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍，而并不局限于附圖中所示的結(jié) 構(gòu)。
[0053] 實施例二
[0054]參見圖2至圖4,本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的全血分離機構(gòu)2,芯 片主體1包括芯片上片11和芯片下片12,進液口 201設(shè)置于芯片上片，并且進液口 201底部的 尺寸大于頂部的尺寸，或者進液口 201的底部設(shè)置有向內(nèi)凹陷的卡槽203,收集單元202包括 收集腔204、設(shè)置在收集腔204內(nèi)的多個支撐柱205、以及支撐層（圖中未示出），支撐層設(shè)置 在支撐柱205上，并通過芯片上片和芯片下片之間的相互封裝實現(xiàn)固定，例如可將支撐層的 四周邊緣夾裝在卡槽203中；全血濾膜設(shè)置在支撐層上，全血濾膜的四周邊緣可夾裝在卡槽 203中位于支撐層和芯片上片11之間；進液口 201設(shè)置在全血濾膜的上方。應(yīng)當(dāng)說明的是，支 撐層的作用在于將全血濾膜支撐在支撐柱的上方，一方面起到支撐作用，另一方面起到防 止全血濾膜與支撐柱頂面相互貼附，增大全血濾膜的過濾面積，提高過濾效果的作用;支撐 層的材料可以選擇多種，例如聚酯膜、玻璃纖維等結(jié)構(gòu)疏松的纖維材料，自全血濾膜過濾而 下的血漿，可以穿過纖維材料中的空隙，進入收集腔204中。
[0055]應(yīng)當(dāng)說明的是，全血濾膜并非可以將血細(xì)胞與血漿完全有效地分離，為了防止血 細(xì)胞進入液體定量機構(gòu)4,收集腔204的底部設(shè)置有排列為階梯狀的多個底臺206,支撐柱 205設(shè)置在底臺206上，支撐柱205的頂面相互齊平，收集腔204的出液口 207設(shè)置在靠近具有 最高位置的底臺的那一側(cè)。階梯狀的底臺206,起到沉淀血細(xì)胞并限制血細(xì)胞朝向出液口方 向位移的作用，相互間隔排布的支撐柱之間的間隙，又起到過濾并限制血細(xì)胞朝向出液口 方向位移的作用。應(yīng)當(dāng)說明的是，底臺206的數(shù)量為3至5個，每個階梯的高度約為150-250y m，底臺數(shù)量較少對于血細(xì)胞的限制作用較為一般，而數(shù)量較多，則又受限制于芯片主體的 厚度，使得底臺的高度減小，反而降低了血細(xì)胞的過濾效果。
[0056] 實施例三
[0057]參見圖5和圖6,本發(fā)明提供多種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的防倒流微閥3,與實 施例二相同的是，芯片主體1包括芯片上片11和芯片下片12,防倒流微閥3設(shè)置在芯片下片 12上，芯片上片11起到密封的作用。防倒流微閥具有多種實現(xiàn)方式，如變截面微閥、舌片式 微閥、附壁式微閥等，應(yīng)當(dāng)說明的是，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)前述功能的防倒流微閥，均應(yīng)落入本發(fā) 明的保護范圍。由于芯片主體為片狀，綜合考慮實用性和生產(chǎn)成本等問題，本發(fā)明中優(yōu)選舌 片式微閥和附壁式微閥以做進一步說明。
[0058]如圖5所示，舌片式微閥包括舌片301，舌片301在液體流動方向前側(cè)與后側(cè)的壓力 差為正值和負(fù)值的情況下分別為開啟狀態(tài)和閉合狀態(tài);換言之，當(dāng)收集單元202中收集得到 血漿時，由于防倒流微閥3靠近儲液腔的一側(cè)空置，前后兩側(cè)存在正值的壓力差，血漿可以 順利通過舌片式微閥，當(dāng)血漿流量達到一定值，或者推進液在推進單元的作用下進入儲液 腔時，防倒流微閥前后兩側(cè)的壓力出現(xiàn)平衡或負(fù)值的壓力差，舌片301在壓力差作用下發(fā)生 形變或位移，將收集單元202的出液口封閉。
[0059] 具體而言，舌片式微閥包括閥體通道302、舌片腔303、以及舌片301，舌片腔303設(shè) 置在閥體通道302上，舌片301的一端旋轉(zhuǎn)或固定設(shè)置在舌片腔內(nèi)。旋轉(zhuǎn)連接的情況下，舌片 腔內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)軸304，舌片301的一端設(shè)置有轉(zhuǎn)軸孔305，舌片301通過轉(zhuǎn)軸孔305套裝在轉(zhuǎn)軸 304上并相對轉(zhuǎn)動；固定連接的情況下，舌片301的一端固定在舌片腔靠近收集單元的一側(cè)， 推進液機構(gòu)輸出端連接在靠近舌片301的另一端的位置，此時舌片301密封推進液機構(gòu)的輸 出端，當(dāng)推進液機構(gòu)5將推進液推送至液體定量機構(gòu)4時，舌片301在壓力下發(fā)生形變，從而 頂壓密封在閥體通道上，實現(xiàn)液體的單向流動。應(yīng)當(dāng)說明的是，當(dāng)舌片為旋轉(zhuǎn)連接時，也可 將推進液機構(gòu)輸出端連接在靠近舌片301的另一端的位置，同時將舌片設(shè)置為具有彈性而 可發(fā)生形變，這樣在雙重作用下，控制單向流動的效果更好。對于舌片301的材料選擇，可采 用軟硅膠材質(zhì)的舌片。
[0060]如圖6所示，附壁式微閥包括主通道311、以及并聯(lián)在主通道上的多個旁路通道 312,旁路通道312兩端均以與主通道內(nèi)液體流動方向相同的朝向連接在主通道上，換言之， 旁路通道前側(cè)液體流動方向與主通道內(nèi)液體流動方向的夾角大于90度，而旁路通道后側(cè)液 體流動方向與主通道內(nèi)液體流動方向的夾角小于90度;旁路通道312包括沿主通道內(nèi)液體 流動方向上依次設(shè)置的第一旁路通道313、第二旁路通道314和第三旁路通道315,第一旁路 通道、第二旁路通道和第三旁路通道均為瓣膜狀，且尺寸逐漸變小，第一旁路通道、第二旁 路通道和第三旁路通道還存在相互疊加的情況，即第二旁路通道的進液端設(shè)置在第一旁路 通道的進液端和出液端之間，第三旁路通道的進液端設(shè)置在第二旁路通道的進液端和出液 端之間。旁路通道的數(shù)量與防倒流效果有關(guān)，旁路通道數(shù)量越多，防倒流效果越好。應(yīng)當(dāng)說 明的是，主通道可設(shè)置為直線型，也可設(shè)置為S型，以增大反向的阻流效果。
[0061 ]該種附壁式微閥又被稱之為瓣膜式微閥，當(dāng)液體由圖6中右側(cè)向左側(cè)流動時，主通 道內(nèi)有一部分液體進入旁路通道，并在旁路通道的出口與主通道匯合，這個匯合過程中存 在一定的能量，將主通道內(nèi)的液體壓向管壁，由于流動方向相同，因而還使主通道內(nèi)的液體 流動更加穩(wěn)定；當(dāng)液體逆流時，即液體由圖6中左側(cè)向右側(cè)流動時，主通道內(nèi)有一部分液體 進入旁路通道，這一部分液體在旁路通道出口處的流動方向與主通道內(nèi)的液體流向相反， 因此增加了局部阻力，從而阻止液體的逆流。
[0062]舌片式微閥與附壁式微閥均可有效地實現(xiàn)液體的防倒流功能，相對而言，舌片式 微閥的防倒流效果更好，然而生產(chǎn)成本更高，而附壁式微閥相比而言，生產(chǎn)加工更為簡單， 生產(chǎn)成本較低。
[0063] 實施例四
[0064] 參見圖3和圖7,本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的液體定量機構(gòu)4,與 前述實施例相同的是，芯片主體1包括芯片上片11和芯片下片12,液體定量機構(gòu)4設(shè)置在芯 片下片12上，芯片上片11起到密封的作用。液體定量機構(gòu)4中的儲液腔，可以設(shè)置為多種結(jié) 構(gòu)，或者簡單的設(shè)置為毛細(xì)管、或毛細(xì)槽道。應(yīng)當(dāng)說明的是，儲液腔的儲液量與毛細(xì)管或毛 細(xì)槽道的內(nèi)徑和長度有關(guān)，在內(nèi)徑一定的情況下，可以在有限尺寸的芯片主體上采用S型、 圓形等多種形狀的毛細(xì)管或毛細(xì)槽道，以改變儲液腔的儲液量。
[0065] 實施例五
[0066] 參見圖8,本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的阻流微閥6,與前述實施 例相同的是，芯片主體1包括芯片上片11和芯片下片12,阻流微閥6設(shè)置在芯片下片12上，芯 片上片11起到密封的作用。阻流微閥6包括流控腔601，流控腔601的進液口孔徑大于液體定 量機構(gòu)4輸出端的孔徑，流控腔601的內(nèi)徑自進液口方向至出液口方向逐漸減小。阻流微閥6 利用液體表面浸潤力作為閥門阻力，當(dāng)定量血漿流到阻流微閥6時，液體表面積突然增大， 從而需要大量液體體積，這樣就對液體向前的毛細(xì)流動產(chǎn)生了巨大阻力，從而起到阻流的 作用；在施加壓力將液體推入阻流微閥的流控腔601后，其結(jié)構(gòu)表面積迅速被飽和，使阻流 微閥對后續(xù)液體流動不產(chǎn)生阻礙。
[0067]具體而言，流控腔601包括按液體流動方向依次設(shè)置的前腔體602和后腔體603,前 腔體602為立方體型，前腔體602的底面高度低于液體定量機構(gòu)輸出端的底面高度，后腔體 603的內(nèi)徑按液體流動方向逐漸減小。
[0068]實施例六
[0069] 參見圖1和圖9,本發(fā)明提供多種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的推進液機構(gòu)5,與前 述實施例不同的是，芯片主體1雖然包括芯片上片11和芯片下片12,但就安裝方式而言，推 進液機構(gòu)5可設(shè)置為拆卸式推進液機構(gòu)或模塊式推進液機構(gòu)，其中，如圖1所示，拆卸式推進 液機構(gòu)以可拆卸方式連接在芯片主體1上，并在芯片主體上設(shè)置有接頭13;也可如圖9所示， 以模塊式推進液機構(gòu)的方式一體化設(shè)置在芯片主體上。
[0070] 就結(jié)構(gòu)而言，推進液機構(gòu)可設(shè)置為多種，如現(xiàn)有的注射器、移液槍等，凡是能夠?qū)?現(xiàn)將推進液腔內(nèi)的推進液在壓力作用下推送至儲液腔的推進液機構(gòu)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保 護范圍；就注射器和移液槍而言，均需在芯片主體上設(shè)置接頭以連接，同時由于操作時需單 獨一只手推動或摁壓手柄，這樣就需要兩只手同時操作方可完成芯片的使用，多有不便。對 此，可將推進液機構(gòu)5設(shè)置為與芯片厚度相匹配的扁平狀主體，包括座體501，座體501上設(shè) 置有活塞孔502，活塞孔502可以設(shè)置在座體501的頂面，也可設(shè)置在座體501的側(cè)面，座體 501內(nèi)部設(shè)置有推進液腔503，推進單元為活塞塊504，活塞塊504在活塞孔502內(nèi)相對滑動， 活塞孔502的內(nèi)壁上設(shè)置有用于限制活塞塊單向位移的限位件。應(yīng)當(dāng)說明的是，這種結(jié)構(gòu)的 推進液機構(gòu)，可以設(shè)置為拆卸式推進液機構(gòu)，也可設(shè)置為模塊式推進液機構(gòu)。若為模塊式推 進液機構(gòu)，可如圖9所示，在芯片下片12上開槽為推進液腔503,在芯片上片上開孔為活塞孔 502,然后將芯片上片11與芯片下片12相密封，再設(shè)置一與活塞孔502尺寸相配合的活塞塊 即可。另外，需說明的是，推進液腔503的出液端底部逐漸升高，直至與開設(shè)在芯片下片上的 毛細(xì)槽道底部齊平，以滿足推進液的出液。
[0071] 應(yīng)當(dāng)說明的是，凡是能夠?qū)崿F(xiàn)活塞塊504在活塞孔內(nèi)單向位移的限位件，均應(yīng)落入 本發(fā)明的保護范圍，較為簡單的，限位件為并排設(shè)置在活塞孔內(nèi)壁上的多條斜齒，活塞塊的 外壁上設(shè)置有與斜齒相嚙合的咬合齒，通過咬合齒對斜齒的咬合作用，防止活塞塊反向位 移;活塞塊504單向位移的作用在于使儲液腔內(nèi)的定量血漿排出，而不會將收集單元中的血 漿吸出。
[0072]實施例七
[0073]參見圖10和11，本發(fā)明提供多種可實現(xiàn)實施例一中所述功能的出液機構(gòu)7,與前述 實施例二至五相同的是，芯片主體1包括芯片上片11和芯片下片12,出液機構(gòu)7設(shè)置在芯片 下片12上，芯片上片11起到密封的作用。出液機構(gòu)7包括出液口701，出液口701的內(nèi)側(cè)設(shè)置 有連接結(jié)構(gòu)702,連接結(jié)構(gòu)為卡槽、內(nèi)螺紋、或突起，以方便與其它芯片上的連接件相互匹 配，實現(xiàn)位置固定。或者，出液機構(gòu)還包括連接接頭703,連接接頭703的尺寸與EP管等收集 容器、或其它芯片上的連接件相互匹配，以實現(xiàn)血漿的收集。
[0074]實施例八
[0075]本發(fā)明還提供一種全血過濾及定量移取微流控芯片的加工方法，包括以下步驟： [0076] S1預(yù)處理：將一塊PMMA板材切割成100mm*60mm，切割出兩塊備用；采用3M 3701-3702純透明雙面膠，將雙面膠平整貼在其中一塊PMMA板材上，將貼上雙面膠的板材放入滾 軸壓制機上反復(fù)壓制兩次，除去雙面膠和PMMA板材中的氣泡。
[0077] S2芯片加工:使用C02激光加工機對預(yù)處理過的PMMA板材進行加工。
[0078]將預(yù)處理過的PMMA板材雙面膠面向上卡入激光加工模具槽中；將需要加工圖形在 激光加工軟件中進行編輯，調(diào)整激光功率為8W進行加工；反復(fù)加工10次，待加工成型后取 下;將另一片未經(jīng)預(yù)處理的PMMA板材卡入激光加工模具槽中；將需要加工圖形在激光加工 軟件中進行編輯，調(diào)整激光功率為8W進行加工;反復(fù)加工10次，待加工成型后取下；
[0079] S3芯片組裝:將全血濾膜和玻璃纖維裁成適當(dāng)大小，依次裝入全血分離機構(gòu)中；撕 去雙面膠上的覆膜，將加工好的芯片上下片對齊后，流道方向朝內(nèi)粘合到儀器，放入滾軸壓 制機上反復(fù)壓制兩次，除去雙面膠和PMMA板材中的氣泡;檢查已鍵合好芯片是否有堵塞或 漏氣，將推進液吸入推進結(jié)構(gòu)，將推進結(jié)構(gòu)出液端和已經(jīng)組裝好的芯片的對應(yīng)位置用細(xì)管 接好，然后用卡扣將推進結(jié)構(gòu)固定好，使整個結(jié)構(gòu)成為一個整體。
[0080] 實施例九
[0081] 本發(fā)明還提供采用不同材料和方法制備全血過濾及定量移取微流控芯片的對比 結(jié)果，如下所示：
[0082]分別采用PMMA材料、玻璃材料、PS材料制作芯片，每種芯片制備5塊，其中，PMMA材 料使用激光加工的方式加工成所需結(jié)構(gòu)，玻璃材料使用光刻的方式形成所需結(jié)構(gòu)，PS材料 使用注塑的方式形成所需結(jié)構(gòu)。PMMA材料使用熱膠加工進行鍵合，玻璃材料使用雙面膠進 行鍵合，PS材料使用熱膠和壓敏膠結(jié)合膠膜進行鍵合。鍵合完成后將三個不同的芯片接上 注射器，三種芯片的設(shè)計定量移取容量為20ul，設(shè)計加樣量為lOOul。。
[0083]在鍵合完成前，使用氫化鋁鋰的乙醚溶液加入到PMMA材料通道中進行鈍化處理。 鈍化處理完成后，將PMMA材料芯片進行鍵合。
[0084]使用芯片時，將全血標(biāo)本分別加入到三塊芯片的進液口中，待血清流到阻流微閥 前時，三種芯片中的血漿都停止了沿管道方向的毛細(xì)流動。推動推進液機構(gòu)的推進單元，將 推進液推入液體定量機構(gòu)的儲液腔內(nèi)，推動血清標(biāo)本向前移動。此時，三塊芯片中的血清標(biāo) 本都流入阻流微閥中，并從中通過，從出液口中流出。
[0085]待標(biāo)本液體完全從芯片中流出，分別收集到EP管中，測量三種不同芯片收集到的 液體體積。結(jié)果如表1所示，根據(jù)質(zhì)量差值的平均值，可見三種芯片均具有較好的定量移取 效果，換算為血漿體積，符合設(shè)計定量移取容量20ul。
[0086] 表1三種芯片定量移取效果對比結(jié)果
[0088] 另外，本發(fā)明還制作一批PMMA微流控芯片，其設(shè)計定量移取容量為20ul，設(shè)計加樣 量為lOOul。采用臨床取得健康體檢血進行試驗。從不同標(biāo)本中取lOOul加入到加樣孔中，結(jié) 果如表2所示，根據(jù)質(zhì)量差值的平均值，可見PMMA微流控芯片均具有較好的定量移取效果， 長期使用穩(wěn)定性較高，換算為血漿體積，符合設(shè)計定量移取容量20ul。
[0089] 表2 PMMA微流控芯片長期使用的定量移取效果對比結(jié)果

[0092]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和 變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:包括芯片主體、以及設(shè)置在芯片 主體上的全血分離機構(gòu)、防倒流微閥、液體定量機構(gòu)、推進液機構(gòu)、阻流微閥和出液機構(gòu);其 中： 所述全血分離機構(gòu)包括依次設(shè)置的進液口、全血濾膜和收集單元，所述全血濾膜用于 將自進液口進入的血液過濾分離得到血漿，所述收集單元用于收集分離得到的血漿、并將 血漿在毛細(xì)作用下經(jīng)防倒流微閥傳送至液體定量機構(gòu)； 所述防倒流微閥用于阻止液體定量機構(gòu)中的血漿逆流至全血分離機構(gòu)； 所述液體定量機構(gòu)包括用于容置定量血衆(zhòng)的儲液腔； 所述阻流微閥設(shè)置在液體定量機構(gòu)的輸出端、并用于阻止儲液腔中的血漿在無外界壓 力情況下流出； 所述推進液機構(gòu)包括用于容置推進液的推進液腔和推進單元，所述推進單元用于將推 進液腔內(nèi)的推進液在壓力作用下推送至儲液腔、并將儲液腔內(nèi)的定量血漿經(jīng)阻流微閥推送 至出液機構(gòu)； 所述出液機構(gòu)包括出液口，所述出液口用于排出定量分離后的血漿。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述收集單元 包括收集腔、設(shè)置在收集腔內(nèi)的多個支撐柱、以及支撐層，所述支撐層設(shè)置在支撐柱上，所 述全血濾膜設(shè)置在所述支撐層上，所述進液口設(shè)置在所述全血濾膜的上方。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述收集腔的 底部設(shè)置有排列為階梯狀的多個底臺，所述支撐柱設(shè)置在所述底臺上，所述收集腔的出液 口設(shè)置在靠近具有最高位置的底臺的那一側(cè)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述防倒流微 閥為舌片式微閥或附壁式微閥；所述舌片式微閥包括舌片，所述舌片在液體流動方向前側(cè) 與后側(cè)的壓力差為正值和負(fù)值的情況下分別為開啟狀態(tài)和閉合狀態(tài);所述附壁式微閥包括 主通道、以及并聯(lián)在主通道上的多個旁路通道，所述旁路通道兩端均以與主通道內(nèi)液體流 動方向相同的朝向連接在主通道上。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述舌片式微 閥包括閥體通道、舌片腔、以及舌片，所述舌片腔設(shè)置在所述閥體通道上，所述舌片的一端 旋轉(zhuǎn)或固定設(shè)置在所述舌片腔內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述儲液腔為 毛細(xì)管、或毛細(xì)槽道。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述阻流微閥 包括流控腔，所述流控腔的進液口孔徑大于所述液體定量機構(gòu)輸出端的孔徑，所述流控腔 的內(nèi)徑自進液口方向至出液口方向逐漸減小。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述流控腔包 括按液體流動方向依次設(shè)置的前腔體和后腔體，所述前腔體為立方體型，所述前腔體的底 面高度低于所述液體定量機構(gòu)輸出端的底面高度，所述后腔體的內(nèi)徑按液體流動方向逐漸 減小。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述推進液機 構(gòu)為拆卸式推進液機構(gòu)或模塊式推進液機構(gòu)，其中，所述拆卸式推進液機構(gòu)以可拆卸方式 連接在所述芯片主體上，并在所述芯片主體上設(shè)置有接頭;所述模塊式推進液機構(gòu)一體化 設(shè)置在所述芯片主體上。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全血過濾及定量移取微流控芯片，其特征在于:所述推進液 機構(gòu)包括座體，所述座體上設(shè)置有活塞孔，所述座體內(nèi)部設(shè)置有推進液腔，所述推進單元為 活塞塊，所述活塞塊在所述活塞孔內(nèi)相對滑動，所述活塞孔的內(nèi)壁上設(shè)置有用于限制所述 活塞塊單向位移的限位件。
【文檔編號】B01L3/00GK105879936SQ201610200920
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】張鵬, 徐兢, 廖平璋
【申請人】蘇州市博納泰科生物技術(shù)有限公司