专利名称：一种含超声波系统的芯片实验室的制作方法
技术领域：
本实用新型一般涉及用于化学及生物化学分析、化学及生物传感、合成和检测的微型仪 器，尤其涉及一种生物、化学及医药实验检测领域的含超声波系统的芯片实验室。W恩仕+ 豫汉不传统的生物、化学及医药等实验室操作过程包括试样制备、化学/生物化学转化、样品分 馏、信息信号检测和数据处理。其中，通常需将各待测液体按容量精度进行测定、配比和混 合，置入一种或多种不同物理或化学环境中(或仪器中)进行转化或分馏。这种传统的实验 室分析乃繁琐复杂的分析过程，要获取化学和生物化学信息资料需要昂贵的设备、专门的实 验室和受过专门训练的技术人员。这种实验室分析之特点是劳务成本高、试剂耗量大、反复 时间长、人为误差几率大，乃至分析成本高、分析不精确以及重复性差。近十多年来，人们不断尝试，研究一种高度集成式的、整体化微型实验室，即芯片实验 室(Lab-on-chip)来解决上述问题，取得了很大成就。这种芯片实验室是利用半导体及微加 工技术等在面(体)积微小的芯片十.制作微流道、微阀、微反应器、微流量传感器、微检测 器等功能单元，构成微型生化系统，将样品(试样)的前处理、生物/化学反应、待测物分离、 检测等全生化/化学过程集成在微小的芯片上来实现的，并依靠一些检測方法如电化学检测法 和光学检测法，将化学信号转换成电信号，冉经计算机或其他信号处理装置进行解释。然而，迄今出现的芯片实验室之检测效果仍然未能令人十分满意，其缺陷主要体现在检 测灵敏度较低、检测精度尚不太高。发明内容本实用新型提出了一种含超声波系统的芯片实验室，这种芯片实验室结合了超声波技术。 本实用新型目的在于克服现有技术中的芯片实验室之检测效果不高缺陷、提高芯片实验室 检测灵敏度和精确度，扩大现有芯片实验室的应用范围以及扩大其检測样品种类。本实用新型的技术方案适用于任何种类的芯片实验室(含生物芯片实验室)，尤其适用于 分析和检测具有坚韧细胞壁之细菌的芯片实验室。
本实用新型的整个技术方案由如下两部分组成，但不限于须同时应用这两部分技术到同 一芯片实验室上，应用这两部分技术中任一部分均能在不同程度上获得提高检测灵敏度和精 度的目的。1) 在芯片实验室的链扩增区(PCR区)之前样品区设置与样品池直皿触(无需液介质) 的超声换能器，该换能器可在可调超声电源作用下产生超声波，更有效的破碎裂解样 品池内样品细胞等或剪切其中目标大分子。换能器与样品池接触处形状相似，可以是 各种简单几何形状，但最好是具有聚焦功能的凹面球形。2) 在芯片实验室的链扩增区之后的杂交检測区的外壁(液体流入端与流出端)设置与该 外壁直接接触的(无需液介质)的超声换能器，该换能器可在可调超声电源作用下产 生超声波，促进杂交反应以及加速增强杂交反应后的区内清洗工作。超声换能器也可 设置在杂交检测区的内表面，但最好是外壁面，以避免产生交叉感染等。本实用新型涉及的含超声波系统的芯片实验室至少包括样品区，杂交检测区和一套超声 声源以及信号检测控制装置；其中，样品区包括至少一个样品池、相应数目的与样品池直接 接触的超声换能器。还包括芯片实验室的盖板，样品流入(或注入)流道，流道也可设计 在盖板上以通入样品池腔，底板，控制导线，固定有至少一个探针的探针基质，清洗液体(如 水)入口，样品液或清洗液排出LJ道，样品池腔。本实用新型所涉及的样品池是凹面球形、椭圆形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型。本实用新型所涉及的杂交检测区包括至少一个可内置一种固定一种或多种与目标分子 互补的生物探针基质的杂交检测池、至少一个安置在杂交检测池上方外表面或四周外表面上 的超声波换能器。该超声换能器可在可调超声电源作用下产生超声波。本实用新型所涉及的与样品池相接触的超声换能器的内腔具有与样品池外表形相似的 形状，是凹面球形、椭圆形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型;所涉及的杂交检测池的内腔 是长方形、矩形、菱形、椭圆形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型。本实用新型所涉及的样品池与杂交检测池是一体式或分别制造的组合体式。它们的制造 材料包括高分子材料，玻璃，石英玻璃，陶瓷，金属以及它们的任何组合物。本实用新型的 一 个实施例是所涉及的含超声波系统的芯片实验室包含样品区、 链扩增区和杂交检测区。样品液流入(或被注入)样品区内的样品池后，在超声波作用下样 品细胞等被充分破碎或/和被剪切后，在外动力驱动下，通过流道进入链扩增区，在那里，样 品液分子(如被析出的DNA〗在不同温度和反应时间卜，被反复放大增链，达预定目的后， 通过流道进入杂交检测池的池腔内，在超声波换能器产生的超声波/声场力作用下，样品液中 的待测物与固定在基质(探针)上分子进行积极杂交，产生更好的杂交反应效果，从而导致 检测信号显著，检测灵敏度被提高。杂交反应后，清洗液从清洗液入口进入，并在超声波作 用F对池腔内存物进行清洗，之后经出道排出池腔。本实用新型的另一个实施例是所涉及的含超声波系统的芯片实验室可不含链扩增区，仅含样品区和杂交检测区。以致某些样品类的样品细胞等在超声波作用下被充分破 碎或/和被剪切后，直接在外动力驱动下，通过流道进入杂交检测池的池腔内，在那里，在超 声波换能器产生的超声波/声场力作用下，样品液中的待测物与固定在基质(探针)上分子进 行积极杂交，产生更好的杂交反应效果，从而导致检测信号显著，检测灵敏度被提高杂交反 应后，清洗液从清洗液入口进入，并在超声波作用下对池腔内存物进行清洗，之后经出道排 出池腔。
图1是本实用新型所涉及的含超声波系统的芯片实验室的含剖视截面的示意图。图2是本实用新型所涉及的含超声波系统的芯片实验室的另一实施例(不含链扩增区)的含剖视截面的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图所示，本实用新型实施例包括该芯片实验室的条板u)，样品流入(或注入)流道(2)，流道也可设计在盖板上以通入样品池腔，样品池(3)，超声换能器(4)，底板(5)， 控制导线(6, 7),超声声源以及信号检測控制装置(8),固定有至少一个探针的探针基质(9)， 杂交检测池U0)，清洗液体(如水)入口(U)(配开关阀，未图示)，样品液或清洗液排出口 道(12)，超声波换能器(13)，控制导线(14， i5),样品池腔(20)，样品区(iOO)，链扩增区(200) (未具体图示)，杂交检渊区(300)。参照图i:样品液从样品区(200)的流道(2)流入(或被注入)样品池(3)的样品池腔(20)
后，按预先设定的超声产生时间和强度等，由包括超声声源以及信号检测控制装置(8)通过导 线(6)和(7)控制超声换能器(4)工作，达到预定时间后，样品池腔(20)内的样品细胞等在超声 波作用下被充分破碎或/和被剪切，然后在外动力(如液体泵，未图示)驱动下，被破碎或/ 和被剪切的样品液通过流道(20)进入链扩增区(200)，在那里，样品液分子(如被析出的DNA) 在不同温度和反应时间下，被反复放大增链，达预定目的后，通过流道(22)进入杂交检测池 (10)的池腔(30)内，在那里，在由超声声源以及信号检测控制装置(8)通过导线(M)和(15) 控制超声波换能器(13)工作而产生的超声波/声场力作用下，样品液中的待测物与固定在基质 (9)上(探针)分子进行积极杂交，产生更好的杂交反应效果，从而导致检测信号显著，检测 灵敏度被提高(相应检测系统未图示)。杂交反应后，清洗液从入U(11)进入，并在超声波作 用K对池腔(30)内存物进行清洗，之后经出道(12)排出池腔(30)。本实用新型另一具体实施例是不含链扩增区(200)的含超声波系统的芯片实验室，其具体 实施为参照图2:样品液从样品区(200)的流道(2)流入(或被注入)样品池(20)后，按预先 设定的超声产生时间和强度等，由包括超声声源以及信号检测控制装置(8)通过导线(6)和(7) 控制超声换能器(4)工作，达到预定时间后，样品池腔(20)内的样品细胞等在超声波作用下被 充分破碎或/和被剪切，然后在外动力(如液体泵，未图示)驱动下，被破碎或/和被剪切的 样品液通过流道(22)进入杂交检测池(10)的池腔(30)内，在那里，在由超声声源以及信号检 测控制装置(8)通过导线(14)和(15)控制超声波换能器(13)工作而产生的超声波/声场力作用 下，样品液中的待测物与固定在基质(9)上(探针)分子进行积极杂交，产生更好的杂交反应 效果，从而导致检测信号显著，检测灵敏度被提高(相应检测系统未图示)。杂交反应后，清 洗液从入口(ll)进入,-并在超声波作用下对池腔(30)内存物进行清洗，之后经出道(12)排出 池腔(30)。
权利要求1.一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于该芯片实验室至少包括样品区，杂交检测区和一套超声声源以及信号检测控制装置；其中，样品区包括至少一个样品池、相应数目的与样品池直接接触的超声换能器。
2. 根据权利要求1所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于所述 的样品池是凹面球形、椭圆形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型。
3. 根据权利要求1所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于所述 的杂交检测区包括至少一个可内置一种固定一种或多种与目标分子互补的生物探针基质的杂 交检测池、至少一个安置在杂交检测池上方外表面或四周外表面上的超声波换能器。
4. 根据权利要求1或3所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于-所述的超声换能器可在可调超声电源作用下产生超声波。
5. 根据权利要求1所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于所述 的与样品池相接触的超声换能器的内腔具有与样品池外表形相似的形状，是凹面球形、椭圆 形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型。
6. 根据权利要求3所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于所述 的杂交检测池的内腔是长方形、矩形、菱形、椭圆形、圆柱形、圆锥形或其他旋转体型。
7. 根据权利要求6所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于杂交 检测池与样品池是一体式或分别制造的组合体式。
8. 根据权利要求1， 2或7所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于 样品池的制造材料包括高分子材料，玻璃，石英玻璃，陶瓷，金属以及它们的任何组合物。
9. 根据权利要求6所述的一种含超声波系统的芯片实验室，其特征在于杂交 检测池的制造材料包括高分子材料，玻璃，石英玻璃，陶瓷，金属以及它们的任何组合物。
专利摘要本实用新型涉及一种至少包括样品区，杂交检测区和一套超声声源以及信号检测控制装置的芯片实验室；其中，样品区包括至少一个样品池、相应数目的与样品池直接接触的超声换能器，杂交检测区包括至少一个可内置一种固定一种或多种与目标分子互补的生物探针基质的杂交检测池、至少一个安置在杂交检测池上方外表面或四周外表面上的超声波换能器，该超声换能器可在可调超声电源作用下产生超声波。这种芯片实验室具有较高的检测灵敏度和精确度。
文档编号G01N29/04GK201051091SQ200620152270
公开日2008年4月23日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者刘文韬, 刘津平, 霞 高 申请人:刘文韬