一种多层全封闭微流控芯片的制作方法

1.本实用新型涉及生物医学检测领域及微流控芯片领域，更具体的说是涉及一种多层全封闭微流控芯片。


背景技术：

2.微流控芯片技术把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几厘米大小的芯片上，并自动完成分析全过程。近年来，该技术被广泛应用于核酸分析、免疫分析、生化分析等体外诊断的各个分支中，基于微流控技术的分析平台在食品、环境监测中也发挥着重要价值。
3.poct(pint-of-care testing，床旁检测，又称即时检测)指在病人身边进行快速便携的检测，其技术优越性主要体现在：操作简单，无需专业人员；减少样本传送，节省检测时间；便携式仪器和试剂。随着分级诊疗制度的推行、老龄化问题的暴露，及随着生活水平的提高，人们对健康、食安、环境的即时检测需求越来越大。微流控芯片具有体积小、样品消耗少、分析速度快等优点，是poct产品成型的有力技术平台。
4.poct产品的应用场景不再局限于实验室、医院等，最重要的是满足社区、家庭等非专业环境的检测需求。操作人员也多为未受过专业操作训练的普通民众，因此，对应用于poct产品中的微流控芯片提出了操作简便性、成本低廉的要求。除此，这些芯片都承载着化学、生物微反应过程，多需要对反应体系提供全封闭的环境，以防止反应试剂的挥发、反应受环境物质的干扰等，特别是核酸扩增还会带来气溶胶污染问题。因此，这类微流控芯片的密封性是一项重要的性能考察指标。
5.现有的此类微流控芯片大多是在通道内微阀结构的作用下实现每个反应腔室的隔离与封闭，同时需要外部仪器的配合完成阀的操控，导致仪器自动化要求高，芯片加工工艺复杂，成本较高。也有检测用芯片在外围结构辅助下实现全封闭，如cn206965752u利用框架将芯片本体固定，再通过压盖机械压力和化学胶层的粘合力完成芯片进口和出口的密封，但针对不同结构的芯片，都需要单独设计、单独加工框架，并与芯片组装，普及性较差，成本同样较高。这些不足限制了微流控芯片真正走进千家万户完成即时检测的使命。
6.因此，如何提供一种无需外围设备，与芯片一体化成型的全封闭微流控芯片，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种多层全封闭微流控芯片，旨在解决上述技术问题。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种多层全封闭微流控芯片，包括由下至上依次贴合固定的基底层、反应层、胶层和加样层，所述加样层顶部卡接扣合有压盖；
10.所述反应层中部开设有上下贯通的进样通道，所述反应层上环绕所述进样通道开
设有多个上下贯通的反应池；所述反应层底面开设有多条分别连通所述进样通道和多个所述反应池的流入通道，所述反应层顶面环绕多个所述反应池开设有与所述反应池数量相同的滤气池，所述反应层顶面开设有多条分别连通所述滤气池和所述反应池的流出通道；
11.所述胶层上开设有与所述进样通道、所述反应池、所述流出通道和所述滤气池对应的随型槽口；
12.所述加样层中部开设有上下贯通且与所述进样通道对应的加样池，所述加样层上开设有上下贯通且与多个所述滤气池对应的排气孔；
13.所述压盖与所述加样层之间压紧有封闭所述排气孔的疏水透气膜。
14.通过上述技术方案，本实用新型提供一种多层全封闭微流控芯片，无需外围驱动仪器设备即可实现芯片的全密封，从而为芯片内试剂体系提供稳定的反应环境，对于核酸检测更是有效地避免气溶胶污染问题。该芯片体积小、加样简单、密封性好。除此，该芯片外型规则，结构简单，且工艺简单，流体驱动与密封过程也对设备无要求，因此容易实现与不同系统的匹配，还能满足批量制造，成本低廉的要求；可用于生物、化学、医学等领域的反应检测，尤其适用于poct领域。
15.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述基底层为具有透光性的pmma薄片。平整度高，传热性好，在反应过程中根据需求可在基底层进行加热，也可在底部直接对产物进行在线光学检测。
16.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述加样层顶面开设有环绕在所述加样池外侧的溢出池，所述溢出池的顶面高于所述加样池的顶面。溢出池可以接收在实验过程中溢出的液体样本。
17.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述压盖侧壁与所述加样层侧壁之间通过柔性铰链连接。满足压盖与加样层的一体化连接。
18.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述压盖内侧壁具有多个卡扣，所述加样层侧壁具有多个与所述卡扣配合的卡槽。压盖上的卡槽与加样层上的卡扣完全匹配，辅助压盖挤压密封加样层，将加入芯片内的样本完全与外环境隔绝。
19.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述压盖内侧中部具有凸起的嵌设环，所述嵌设环内嵌设有密封垫片，所述密封垫片压紧在所述加样池的顶部开口处。密封垫片紧贴加样池顶部，起到密封加样池的作用。
20.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述加样层顶面具有位于加样池和所述排气孔之间的环形凸起，所述疏水透气膜套设在所述环形凸起外侧，所述环形凸起上还套设有密封圈，所述密封圈压紧在所述压盖和所述疏水透气膜之间。密封圈紧贴疏水透气膜，起到密封排气孔的作用。
21.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述反应池中预封装有不同检测指标的干粉试剂。能够满足不同的实验检测。
22.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述反应池的数量为4个，且周向均匀分布在所述反应层上。实际应用中可根据需求相应地增加反应池个数以实现多种病原体联检。
23.优选的，在上述一种多层全封闭微流控芯片中，所述基底层、所述反应层、所述胶层、所述加样层和所述压盖均为圆形。整体结构更规则，使用更方便。
24.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种多层全封闭微流控芯片，具有以下有益效果：
25.1、本实用新型将密封垫片和密封圈固定在压盖内部，密封垫片和密封圈位置分别与加样口和排气孔对应，只需要简单合盖，在压盖外围卡扣的辅助下保持压盖对软质密封垫片和密封圈的挤压，实现芯片内部通道的完全密封，保持在芯片内反应检测时与外部环境隔绝，用极为简单的方式避免反应体系蒸发、环境物质对反应干扰，甚至是反应带来的气溶胶污染问题。
26.2、本实用新型采用一分多的微流控通道，样本从中心进样通道流入呈圆周分布的多个通道，只需将样本管对准加样池，简单挤压即可实现样本在多个反应池的分配，无需复杂的外围设备完成加样过程，操作方便快捷，无相关专业背景的人员也能操作，非常适用于poct场景。
27.3、本实用新型的溢出池与加样池同圆心分布，口径大于加样池，防止过量加样后合盖会挤压出样本，造成样本泄露引发的交叉感染、气溶胶污染等问题，且溢液问题也会影响密封效果，因此该结构起到二次保证全封闭的作用。
28.4、本实用新型通过将样本流入通道和样本流出通道分设在芯片反应层的底部和顶部，可以在样本液体流入反应池时将气体从底部往顶部推出，完全排空反应池气体达到液体全充满的状态，以实现反应体积的准确定量。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1附图为本实用新型提供的微流控芯片的爆炸结构图；
31.图2附图为本实用新型提供的加样层的结构示意图；
32.图3附图为本实用新型提供的反应层的结构示意图；
33.图4附图为本实用新型提供的微流控芯片的剖视图。
34.其中：
35.1-基底层；
36.2-反应层；
37.21-进样通道；22-反应池；23-流入通道；24-滤气池；25-流出通道；
38.3-胶层；
39.31-随型槽口；
40.4-加样层；
41.41-加样池；42-排气孔；43-溢出池；44-卡槽；45-环形凸起；
42.5-压盖；
43.51-柔性铰链；52-卡扣；53-嵌设环；
44.6-疏水透气膜；
45.7-密封垫片；
46.8-密封圈。
具体实施方式
47.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
48.参见附图1至附图4，本实用新型实施例公开了一种多层全封闭微流控芯片，包括由下至上依次贴合固定的基底层1、反应层2、胶层3和加样层4，加样层4顶部卡接扣合有压盖5；
49.反应层2中部开设有上下贯通的进样通道21，反应层2上环绕进样通道21开设有多个上下贯通的反应池22；反应层2底面开设有多条分别连通进样通道21和多个反应池22的流入通道23，反应层2顶面环绕多个反应池22开设有与反应池数量相同的滤气池24，反应层2顶面开设有多条分别连通滤气池24和反应池22的流出通道25；
50.胶层3上开设有与进样通道21、反应池22、流出通道25和滤气池24对应的随型槽口31；
51.加样层4中部开设有上下贯通且与进样通道21对应的加样池41，加样层4上开设有上下贯通且与多个滤气池24对应的排气孔42；
52.压盖5与加样层4之间压紧有封闭排气孔42的疏水透气膜6。
53.为了进一步优化上述技术方案，基底层1为具有透光性的pmma薄片。
54.为了进一步优化上述技术方案，加样层4顶面开设有环绕在加样池41外侧的溢出池43，溢出池43的顶面高于加样池41的顶面。
55.为了进一步优化上述技术方案，压盖5侧壁与加样层4侧壁之间通过柔性铰链51连接。
56.为了进一步优化上述技术方案，压盖5内侧壁具有多个卡扣52，加样层4侧壁具有多个与卡扣52配合的卡槽44。
57.为了进一步优化上述技术方案，压盖5内侧中部具有凸起的嵌设环53，嵌设环53内嵌设有密封垫片7，密封垫片7压紧在加样池41的顶部开口处。
58.为了进一步优化上述技术方案，加样层4顶面具有位于加样池41和排气孔42之间的环形凸起45，疏水透气膜6套设在环形凸起45外侧，环形凸起45上还套设有密封圈8，密封圈8压紧在压盖5和疏水透气膜6之间。
59.为了进一步优化上述技术方案，反应池22中预封装有不同检测指标的干粉试剂。
60.为了进一步优化上述技术方案，反应池22的数量为4个，且周向均匀分布在反应层2上。
61.为了进一步优化上述技术方案，基底层1、反应层2、胶层3、加样层4和压盖5均为圆形。
62.在本实施例中，微流控芯片的反应层2上圆周阵列分布有4个反应池22，每个反应池22中预封装有不同检测指标的干粉试剂。检测时，将装有样本的管口对准加样池41，通过挤压或者其它加压的方式将管中的样本液体推入加样池41，液体样本在压力的作用下到达
进样通道21，同时从四个流入通道23进入反应池22，液体样本将反应池22和通道内的气体挤压出排气孔42，当样本充满流出通道25和排气孔42，疏水透气膜6可以阻挡样本从排气孔42流出，完成加样后将管口从加样池41移出，溢出池43可以接收在这个过程中溢出的液体样本。合上压盖5并轻轻按压，卡扣52滑入卡槽44，此时芯片内部完全密封，阻隔了微通道、反应池22内液体样本与外环境的接触。芯片的基底层1由透光性好的pmma薄片构成，平整度高，传热性好，在反应过程中根据需求可在基底层1进行加热，也可在底部直接对产物进行在线光学检测。实际应用中可根据需求相应地增加扩增反应池个数以实现多种病原体联检。
63.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。