專利名稱：一種具有溶液儲(chǔ)室兼泵體結(jié)構(gòu)的微流體樣品舟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)和生物樣品檢測(cè)的微流體生物芯片，特別 是在微流體通道內(nèi)裝載微小磁敏傳感器生物芯片，實(shí)現(xiàn)生物樣品、 化學(xué)樣品的進(jìn)樣、反應(yīng)、分離和檢測(cè)的微流體樣品舟。
背景技術(shù)：
由于使用微量溶液的微流體技術(shù)的發(fā)展，使得實(shí)驗(yàn)室芯片(LOC) 或微流體芯片的用途得以脫離傳統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)的束縛，更進(jìn)一步邁向 較具實(shí)用性價(jià)值的商業(yè)應(yīng)用上。在化學(xué)、生物等領(lǐng)域，微流體系統(tǒng) 得到越來越多的應(yīng)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(xué)反應(yīng)。
目前微流體芯片以電泳芯片為主，反應(yīng)試劑的注入是靠電泳、 電滲來實(shí)現(xiàn)，雖然能實(shí)現(xiàn)微量注液的目的，但是重復(fù)性差。而使用 注射器注入的方法雖然簡(jiǎn)單，但是使用的溶液量多，往往會(huì)有試劑 的浪費(fèi)。針對(duì)準(zhǔn)確微量進(jìn)樣問題，特別是多種溶液順序進(jìn)樣問題， 近年來，很多學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，并提出了多種不同方法，開 發(fā)各種微泵、微閥來實(shí)現(xiàn)溶液的準(zhǔn)確順序定量注入系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了能夠降低微流體芯片的生產(chǎn)成本，減小微 流體芯片體積，結(jié)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特殊微結(jié)構(gòu)和外在壓力驅(qū)動(dòng)的方式 提供定量供液并且促進(jìn)微通道內(nèi)微流體的充分混合反應(yīng)，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(shí)用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。
本發(fā)明提供了一種具有溶液儲(chǔ)室兼泵體結(jié)構(gòu)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(shè)置有廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、溶液儲(chǔ)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(yīng)檢測(cè)室連通，反應(yīng)檢測(cè)室的另一端口通過微通道與溶液儲(chǔ)室兼 泵室以及流體注入口連通；
所述溶液儲(chǔ)室兼泵室包括樣品儲(chǔ)室和試劑儲(chǔ)室，由形狀為柱形 的腔室和起密封與閥作用的彈性球體構(gòu)成，用于儲(chǔ)存樣品或反應(yīng)試
劑；
所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對(duì)準(zhǔn)密封，以形成完整 的廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、可密封溶液注入口、溶液儲(chǔ)室兼泵室以及 微通道；
所述腔室通道密封層在對(duì)應(yīng)所述反應(yīng)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(duì)準(zhǔn)密 封后，磁敏傳感器芯片和芯片窗口對(duì)準(zhǔn)形成坐落在反應(yīng)室底部反應(yīng) 檢測(cè)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(dǎo)線與微流體樣品舟外的測(cè)試儀連接。
根據(jù)本發(fā)明，所述溶液儲(chǔ)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(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明，在一個(gè)柱形腔室內(nèi)有兩個(gè)起密封與閥作用的彈性
5球體。其中， 一個(gè)彈性球體直徑略大于所述柱形腔室上部直徑；另 一個(gè)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(dāng)上面的彈性球體被推向柱形腔室下部出口 方向時(shí)，上面彈性球體把溶液擠壓出柱形溶液儲(chǔ)室之出口，并且密 封柱體的腔室，同時(shí)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(shí)，彈性球體密封作用消失，溶液流出 腔室出口，經(jīng)微通道流入反應(yīng)檢測(cè)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(dāng)彈性球體被推向柱形腔室下方出口方向時(shí)，彈性球體把溶液 擠壓出柱形溶液儲(chǔ)室之出口，并且密封柱體的腔室。
根據(jù)本發(fā)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(dǎo)線。
根據(jù)本發(fā)明，所述可密封溶液注入口的表面使用密封材料密封。 本發(fā)明所提供的具有溶液儲(chǔ)室兼泵體結(jié)構(gòu)的微型磁敏傳感器生
物芯片的微流體樣品舟內(nèi)含有溶液儲(chǔ)室兼泵室的結(jié)構(gòu)，具有三個(gè)優(yōu)
點(diǎn)1)溶液儲(chǔ)室和泵體一體化，使其同時(shí)又兼有了泵和閥的作用，
溶液儲(chǔ)室內(nèi)能定量?jī)?chǔ)存溶液，通過外在壓力驅(qū)動(dòng)彈性體的運(yùn)動(dòng)使溶 液定量注入微通道內(nèi)，以簡(jiǎn)便的方法解決了微量定量供給反應(yīng)試劑
的難題；2)外在驅(qū)動(dòng)能夠程序控制，非常容易達(dá)到順序注射的目的； 3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，特別適用于預(yù)先儲(chǔ)存反應(yīng)試劑的一次性生 物芯片樣品舟類的產(chǎn) 品。


圖1為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)施例1的腔體通道密封層上表面示意圖。 圖2B為本發(fā)明實(shí)施例1的腔體通道密封層下表面示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的焊接有芯片的印刷電路板示意圖。
圖4A為本發(fā)明實(shí)施例1中溶液儲(chǔ)室兼泵室在有溶液狀態(tài)下的示 意圖。
圖4B為本發(fā)明實(shí)施例1中溶液儲(chǔ)室兼泵室在溶液流出后狀態(tài)下 的示意圖。
圖4C為本發(fā)明實(shí)施例2中溶液儲(chǔ)室兼泵室的示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的溶液注入口示意圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的微流體樣品舟結(jié)構(gòu)側(cè)面組裝示意圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例3微流體樣品舟結(jié)構(gòu)的下表面示意圖。
附圖標(biāo)記
腔室通道層10;溶液儲(chǔ)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(chǔ)室入口 103;微通道 104;反應(yīng)檢測(cè)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(dǎo)線303;
溶液注射頭40。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
請(qǐng)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(jié)構(gòu)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(chǔ)室兼泵室；104微通道；105反應(yīng)檢測(cè)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(yīng)檢測(cè)室105連通，反應(yīng)檢測(cè)室105的另一端口通過微 通道104與溶液儲(chǔ)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(duì)應(yīng)所述反應(yīng)檢測(cè)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(duì)準(zhǔn)密封以形成完整的廢液池106、反應(yīng)檢測(cè)室105、可密封 溶液注入口 102、溶液儲(chǔ)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(duì)準(zhǔn)密封后，磁敏傳感器芯片301和芯 片窗口 201對(duì)準(zhǔn)形成坐落在反應(yīng)檢測(cè)室105底部反應(yīng)檢測(cè)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(dǎo)線303。
參見圖4A和圖4B，所述溶液儲(chǔ)室兼泵室11可以用來儲(chǔ)存樣品 或反應(yīng)試劑，樣品或反應(yīng)試劑通過溶液儲(chǔ)室兼泵室的入口 103加入 室內(nèi)，溶液儲(chǔ)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(gòu)成。所述柱形的腔室12分為兩種， 一種是由兩個(gè) 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(gè)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(duì)溶液儲(chǔ)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(dāng)彈性球體131被推向柱形腔室下方時(shí)，彈性球體把 溶液擠壓出柱形腔室下方出口，溶液經(jīng)微通道104流入反應(yīng)檢測(cè)室
8105;
所述溶液儲(chǔ)室兼泵室ll內(nèi)當(dāng)有兩個(gè)彈性球體時(shí)， 一個(gè)彈性球體
131直徑略大于所述柱形腔室上部121直徑。一個(gè)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(dāng)溶液儲(chǔ)室內(nèi)存有液體時(shí)，彈性球體132封在柱形腔室中部122，當(dāng) 上面的彈性球體131被推向柱形腔室下方出口方向時(shí)，上面彈性球 體131把溶液擠壓出柱形溶液儲(chǔ)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(shí)，下面的彈性球體132密封作用消失，溶液流出腔 室出口，經(jīng)微通道104流入反應(yīng)檢測(cè)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(yīng)試劑的入口。注入口的表面使用密封材料密封，當(dāng)需要注入溶 液時(shí)，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(cè)視圖。
該樣品舟使用時(shí)將待測(cè)樣品滴加到其中一個(gè)溶液儲(chǔ)池，用彈性 球或彈性柱封口，然后插到檢測(cè)儀的特定位置。檢測(cè)儀上對(duì)應(yīng)的溶 液儲(chǔ)室上方是可程序驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)桿(可以程序控制的上下移動(dòng)的部 件，像柱狀活塞)，該驅(qū)動(dòng)桿推動(dòng)彈性球或柱向下移動(dòng)同時(shí)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(duì)應(yīng)著儀 器上相應(yīng)的注射器的位置，注射器在程序控制下可以同時(shí)上下移動(dòng) 或順序上下移動(dòng)，當(dāng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)溶液注射頭40扎入密封的溶液注入 口將溶液注入，當(dāng)溶液注射頭離開注入口時(shí)，注入口被密封住。
如圖4C所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別是在于溶液儲(chǔ)室兼 泵室ll的結(jié)構(gòu)不同，該泵室內(nèi)由彈性柱體133， 134起密封作用。所述溶液儲(chǔ)室兼泵室11可以用來儲(chǔ)存樣品或反應(yīng)試劑，樣品或
反應(yīng)試劑通過溶液儲(chǔ)室兼泵室的入口 103加入室內(nèi)，溶液儲(chǔ)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(gòu)成。 所述柱形的腔室12分為兩種， 一種是由兩個(gè)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(gè)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(duì)溶液儲(chǔ)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(dāng) 彈性柱體133被推向柱形腔室下方時(shí)，彈性柱體把溶液擠壓出柱形 腔室下方出口 ，溶液經(jīng)微通道104流入反應(yīng)檢測(cè)室105;
所述溶液儲(chǔ)室兼泵室11內(nèi)當(dāng)有兩個(gè)彈性柱體時(shí)， 一個(gè)彈性柱體 133直徑略大于所述柱形腔室上部121直徑。一個(gè)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(dāng)溶液儲(chǔ)室內(nèi)存有液體時(shí)，彈性柱體134封在柱形腔室中部122，當(dāng) 上面的彈性柱體133被推向柱形腔室下方出口方向時(shí)，上面彈性柱 體133把溶液擠壓出柱形溶液儲(chǔ)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(shí)，下面的彈性柱體134密封作用消失，溶液流出腔 室出口，經(jīng)微通道104流入反應(yīng)檢測(cè)室105。
實(shí)施例3
如圖7所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別是在于溶液儲(chǔ)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(jié)構(gòu)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(chǔ)室兼泵室；104微通道；105反應(yīng)檢測(cè)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(yīng)檢測(cè)室105連通，反應(yīng)檢測(cè)室105的另一端口通過微 通道104分別與溶液儲(chǔ)室兼泵室11以及溶液注入口 102連通。
其他結(jié)構(gòu)如實(shí)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(duì)應(yīng)所述反應(yīng)檢測(cè)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(duì)準(zhǔn)密封以形成完整的廢液池106、反應(yīng)檢測(cè)室105、可密封 溶液注入口 102、溶液儲(chǔ)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(duì)準(zhǔn)密封后，磁敏傳感器芯片301和芯 片窗口 201對(duì)準(zhǔn)形成坐落在反應(yīng)檢測(cè)室105底部反應(yīng)檢測(cè)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(dǎo)線303。
所述可密封溶液注入口 102，是用來注入緩沖液或反應(yīng)試劑的入 口。注入口的表面使用密封材料密封，當(dāng)需要注入溶液時(shí)，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(fā)明通過上面的實(shí)施例進(jìn)行舉例說明，但是，本發(fā)明并不限 于這里所描述的特殊實(shí)例和實(shí)施方案。在這里包含這些特殊實(shí)例和 實(shí)施方案的目的在于幫助本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明。任何本 領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易在不脫離分發(fā)明精神和范圍的情況下進(jìn)行 進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，因此分發(fā)明只受到本發(fā)明權(quán)利要求的內(nèi)容和 范圍的限制，其意圖涵蓋所有包括在由附錄權(quán)利要求所限定的本發(fā) 明精神和范圍內(nèi)的備選方案和等同方案。
權(quán)利要求
1、一種具有溶液儲(chǔ)室兼泵體結(jié)構(gòu)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(shè)置有廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、溶液儲(chǔ)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(yīng)檢測(cè)室連通，反應(yīng)檢測(cè)室的另一端口通過微通道與溶液儲(chǔ)室兼泵室以及流體注入口連通；所述溶液儲(chǔ)室兼泵室包括樣品儲(chǔ)室和試劑儲(chǔ)室，由形狀為柱形的腔室和起密封與閥作用的彈性球體構(gòu)成，用于儲(chǔ)存樣品或反應(yīng)試劑；所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對(duì)準(zhǔn)密封，以形成完整的廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、可密封溶液注入口、溶液儲(chǔ)室兼泵室以及微通道；所述腔室通道密封層在對(duì)應(yīng)所述反應(yīng)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(duì)準(zhǔn)密封后，磁敏傳感器芯片和芯片窗口對(duì)準(zhǔn)形成坐落在反應(yīng)室底部反應(yīng)檢測(cè)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(dǎo)線與微流體樣品舟外的測(cè)試儀連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體樣品舟，其特征在于所述溶 液儲(chǔ)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(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求2所述的微流體樣品舟，其特征在于在一個(gè) 柱形腔室內(nèi)有兩個(gè)起密封與閥作用的彈性球體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流體樣品舟，其特征在于 一個(gè)彈性球體直徑略大于所述柱形腔室上部直徑；另一個(gè)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(dāng)上面的彈性球體被推向柱形腔室下部出口方向時(shí)，上面彈性球體 把溶液擠壓出柱形溶液儲(chǔ)室之出口，并且密封柱體的腔室，同時(shí)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(shí)，彈性球體密封作用消失，溶液流出腔室出口，經(jīng)微通道流 入反應(yīng)檢測(cè)室。
6、 根據(jù)權(quán)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(dāng)彈性球體 被推向柱形腔室下方出口方向時(shí)，彈性球體把溶液擠壓出柱形溶液 儲(chǔ)室之出口，并且密封柱體的腔室。
7、 根據(jù)權(quán)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(dǎo)線。
8、 根據(jù)權(quán)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(fā)明涉及一種具有溶液儲(chǔ)室兼泵體結(jié)構(gòu)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(shè)置有廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、溶液儲(chǔ)室兼泵室以及微通道；所述溶液儲(chǔ)室兼泵室包括樣品儲(chǔ)室和試劑儲(chǔ)室，所述腔室通道密封層和所述腔室通道層對(duì)準(zhǔn)密封，以形成完整的廢液池、反應(yīng)檢測(cè)室、可密封溶液注入口、溶液儲(chǔ)室兼泵室以及微通道。本發(fā)明利用溶液儲(chǔ)室內(nèi)安放有彈性密封體，在外在壓力下能夠推動(dòng)儲(chǔ)室內(nèi)的溶液進(jìn)入微通道，便于定量，使用方便。
文檔編號(hào)G01N33/48GK101458249SQ200710198600
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者高云華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所