一种样品采样芯片的制作方法

本发明涉及分析检测技术领域，特别涉及一种样品采样芯片。

背景技术：

样品的采样是各种分析检测技术和方法的首个步骤，是实现全自动分析的重要前提。目前的分析设备，如全自动生化分析仪和免疫分析仪，均通过柱塞泵控制采样针进行液体样品的定量采样。该方式虽然比较精确，但设备昂贵复杂，而且需要复杂的定位装置。此外，移液器也是常用的液体样本采样和转移装置。然而采用移液器或柱塞泵控制采样针将外界的样本吸取后再加到反应装置里的过程，需要进行吸液、转移、打出操作，且需要额外运动控制装置或手工操作，采样操作较繁琐、所用设备成本高、需要专业人员进行操作。此外，在以上方式中采样和反应都是在不同的容器或媒介中分开进行的，不利于集成化和便携化操作。

综上所述，如何解决采样操作繁琐、采样装置复杂、成本高，不利于集成化和便携化操作的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种样品采集芯片，以简化采样操作和结构，降低成本，便于集成化和便携化操作。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种样品采集芯片，包括芯体，所述芯体内设置有：

采集通道，所述采集通道通过位于所述芯体表面的进样口与外部连通，所述采集通道具有亲样品属性；

样品定量池，所述样品定量池和所述采集通道之间通过第一毛细通道连通，所述第一毛细通道的流通截面小于所述采集通道的流通截面，所述第一毛细通道具有疏样品属性，所述样品定量池通过第二毛细通道与位于所述芯体表面的排气口连通。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述第一毛细通道与所述采集通道之间弧形收缩过渡。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述第一毛细通道连通所述样品定量池的一端为向所述样品定量池一侧逐渐扩展的渐扩端。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述采集通道的流通截面积为0.04mm²～6mm²，所述第一毛细通道的流通截面积为所述采集通道的流通截面积的1/100～1/4。

优选地，在上述的样品采集芯片中，位于所述进样口周围的所述芯体表面具有疏样品属性。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述芯体为板状芯体，所述板状芯体具有渐缩角端，所述进样口设置在所述渐缩角端的外周端面上。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述芯体包括结构层和第一盖片层，所述第一盖片层密封覆盖在所述结构层上，且所述采集通道、所述样品定量池、所述第一毛细通道和所述第二毛细通道由所述结构层和所述第一盖片层密封形成，所述进样口设置于所述结构层的外周侧面上。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述渐缩角端靠近所述进样口的两侧外周侧面上设置有挡液凸起。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述芯体包括结构层、第一盖片层和第二盖面层，所述第一盖片层密封覆盖在所述结构层上，且所述采集通道、所述样品定量池、所述第一毛细通道和所述第二毛细通道由所述结构层和所述第一盖片层密封形成，所述第二盖片层设置在所述结构层背对所述第一盖片层的一侧，所述结构层具有渐缩角端，所述进样口设置在所述渐缩角端的外周端面上，所述渐缩角端靠近所述进样口的两侧外周侧面上设置有挡液凸起，所述第二盖片层对应两个所述挡液凸起之间部分的外周边缘向外延伸出结构层的外周边缘。

优选地，在上述的样品采集芯片中，所述第二盖片层内设置用于吸附残留样品的吸附材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的样品采集芯片中，包括芯体，芯体内设置有采集通道、样品定量池、第一毛细通道和第二毛细通道，采集通道通过位于芯体表面的进样口与外部连通，且采集通道具有亲样品属性，样品定量池和采集通道之间通过第一毛细通道连通，第一毛细通道的流通截面小于采集通道的流通截面，第一毛细通道具有疏样品属性，样品定量池通过第二毛细通道与位于芯体表面的排气口连通。采集通道通过进样口与外部连通，且采集通道具有亲样品属性，因此，样品采集芯片通过采集通道的毛细作用将样品自动吸入采集通道内，而第一毛细通道具有疏样品属性，且第一毛细通道的流通截面小于采集通道的流通截面，因此，第一毛细通道和采集通道之间形成界面阀，样品不能自动进入第一毛细通道内。通过对样品采集芯片进行由采集通道指向样品定量池方向的离心操作，可以使采集通道内的样品在离心力驱动下进入样品定量池内，完成样品的采样。可以看出，本发明中的样品采集芯片能够利用毛细作用自动吸取样品，操作简单，结构简单，不需要使用柱塞泵等成本较高的装置，降低了成本，且采集后的样品存储在样品采集芯片内，能够直接用于分析设备的检测分析，便于集成化和便携化操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。

图1为本发明实施例提供的一种样品采集芯片的分解结构示意图；

图2为图1中的样品采集芯片的装配结构透视示意图；

图3为图1中的样品采集芯片的结构层的俯视图；

图4为图1中的样品采集芯片的结构层的结构示意图；

图5为图4中A-A截面的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种样品采集芯片的第一毛细通道的局部放大图；

图7为本发明实施例提供的第二种样品采集芯片的结构层的俯视图；

图8为图7中的结构层的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第三种样品采集芯片的结构层的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的第四种样品采集芯片的分解示意图；

图11为图10中的样品采集芯片的装配结构透视示意图；

图12为图11中的样品采集芯片的俯视透视图。

在图1-图12中，1为结构层、11为样品定量池、12为第一毛细通道、13为采集通道、14为第二毛细通道、15为排气口、16为进样口、17为挡液凸起、2为第一盖片层、3为第二盖片层、31为挡边。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种样品采集芯片，简化了采样操作和结构，降低了成本，便于集成化和便携化操作。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图12，本发明实施例提供了一种样品采集芯片，包括芯体，所述芯体内设置有采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14；其中，采集通道通13过位于芯体表面的进样口16与外部连通，采集通道13具有亲样品属性；样品定量池11和采集通道13之间通过第一毛细通道12连通，第一毛细通道12的流通截面小于采集通道13的流通截面，使采集通道13与第一毛细通道12之间形成界面阀，第一毛细通道12具有疏样品属性，样品定量池11通过第二毛细通道14与位于芯体表面的排气口15连通，用于使样品定量池11内保持大气压力。

上述样品采集芯片的工作原理和工作过程是：采集通道13通过进样口16与外部连通，且采集通道13具有亲样品属性，因此，当样品采集芯片的进样口16与样品接触后，样品采集芯片通过采集通道13的虹吸作用将样品自动吸入采集通道13内，而第一毛细通道12具有疏样品属性，且第一毛细通道12的流通截面小于采集通道13的流通截面，因此，第一毛细通道12和采集通道13之间形成界面阀，样品不能自动进入第一毛细通道12内。通过对样品采集芯片进行离心操作，离心方向由采集通道13指向样品定量池11，在离心力驱动下可以使采集通道13内的样品进入样品定量池11内，完成样品的定量采样。可以看出，样品采集芯片能够利用虹吸作用自动吸取样品，操作简单，非专业人员也能自己进行操作，结构简单，不需要使用柱塞泵等成本较高的装置，降低了成本，且采集后的样品存储在样品采集芯片内，作为一个模块，能够直接用于分析设备的检测分析，便于集成化和便携化操作。

本发明中的样品采集芯片能够用于生物检测、水污染物检测、农药残留检测等诸多领域，如实现对全血、血清、血浆、尿液、汗液、唾液、精液、羊水等体液或水样、牛奶、果汁、含重金属离子污染物、含有机污染物、含无机污染物、农药残留物等的采样检测。

对采集通道13的亲样品属性进行优化，以样品水为例进行说明，如果整个芯体由疏水材质制作，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物，则采集通道13需要进行亲水或局部亲水处理，如在采集通道13内喷涂亲水涂层，或者贴覆亲水膜，亲水材质可以为金属、玻璃等。如果芯体由亲水材质制作，如金属、玻璃等，则除了采集通道13之外的其它结构和部位需要进行疏水处理，如喷涂疏水涂层，或者贴覆疏水膜。只要保证采集通道13具有亲水属性即可。对于其它样品，根据样品的不同属性，选择合适的材质，以达到亲样品属性和疏样品属性。

如图5所示，在本实施例中，第一毛细通道12与采集通道13之间弧形收缩过渡，即采集通道13向第一毛细通道12弧形过渡，避免直角过渡，该弧形收缩过渡能避免液体在外界离心力驱动下由采集通道13经过第一毛细通道12进入样品定量池11时，液体在采集通道13的末端残留。

如图6所示，进一步地，在本实施例中，第一毛细通道12连通样品定量池11的一端为向样品定量池11一侧逐渐扩展的渐扩端。即第一毛细通道12与采集通道13连接的一端较细，与样品定量池11连接的一端逐渐向样品定量池11一侧变宽，呈喇叭口形状。第一毛细通道12采用该结构的作用是：面向样品定量池11的较细部分有利于通过界面突变形成“界面阀”，阻止样品由样品定量池11虹吸返回第一毛细通道12内。同时，第一毛细通道12与样品定量池1113连接处的渐扩端是为了减少界面突变带来的“界面阀”的效果，避免离心时有液体残留在第一毛细通道11内。

具体地，在本实施例中，采集通道13的流通截面积为0.04mm²～6mm²，第一毛细通道12的流通截面积为采集通道13的流通截面积的1/100～1-4，采集通道13的流通截面可以为圆形、矩形、半圆形等形状，为了方便加工，采集通道13的流通截面为矩形，优选地，采集通道13的流通截面的宽度为0.2mm-3mm，深度为0.2mm-2mm，第一毛细通道12的宽度和深度为采集通道13的宽度和深度的1/10～1/2。只要使第一毛细通道12和采集通道13之间能够起到界面阀的作用即可。采集通道13的长度和流通截面积是决定采集样品的最大采集量的决定因素，因此，根据样品检测所需样品的多少，选择具有合适长度和流通截面的采集通道13，如图3和图7所示，不同的样品采集芯片可以设置不同长度和形状的采集通道13，相应地，样品采集芯片的大小随之改变，在此并不做具体限定。如采集微量样本时，如血液，尤其是指尖血，优选地采样体积为2-20微升。

在本实施例中，位于进样口16周围的芯体表面具有疏样品属性，目的是为了避免样品在进样口16周围残留，造成样品采集芯片的污染。

进一步地，在本实施例中，芯体为板状芯体，进样口16和排气口15设置在板状芯体的外周侧面上，避免手拿板状芯体的上下两面时，触碰到进样口16和排气口15，造成潜在的污染。更优选地，板状芯体具有渐缩角端，进样口16设置在渐缩角端的外周端面上，采样时，将位于渐缩角端端面的进样口16与样品接触进行采样，由于进样口16设置在渐缩角端的外周端面，因此，减小了样品采集芯片与溶液样品接触的面积，从而尽量避免样本在样品采集芯片外表面的残留。

具体地，板状芯体的形状可以为扇面形、菱形、矩形、三角形或椭圆形等具有渐缩角端的形状，图1-图4、图7-图12中给出了扇面形结构的芯体，渐缩角端即为扇面形的尖角端，进样口16设置在尖角处，其它形状的进样口16设置位置与扇面形结构类似。

如图1-图5所示，本实施例提供了一种具体的芯体，芯体包括结构层1和第一盖片层2，第一盖片层2密封覆盖在结构层1上，且采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14由结构层1和第一盖片层2密封形成，进样口16设置于结构层1的外周侧面上，排气口15也可以设置在结构层1的外周侧面上。结构层1和第一盖片层2的形状吻合，可以为扇面形、菱形、矩形、三角形、椭圆形或圆形等。结构层1和第一盖片层2的材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯等高分子聚合物，或者为玻璃、金属材料，或者为其中材料的任意组合，在需要亲样品属性的位置进行亲样品处理，在需要疏样品属性的位置进行疏样品处理。结构层1和第一盖片层2通过热压封接、激光焊接、超声焊接、粘接等方式密封固定。

其中，第一盖片层2可以为光滑的平面板，采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14只设置在结构层1内，由第一盖片层2覆盖在结构层1上，形成密封完整的采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14。或者，第一盖片层2和结构层1内均部分设置有采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14，第一盖片层2和结构层1组合在一起形成完整的采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14。或者采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14只设置在第一盖片层2中，第一盖片层2和结构层1组合后形成完整的采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14。或者，采集通道13、样品定量池11设置在结构层1内，第一毛细通道12和第二毛细通道14设置在第一盖片层2内，第一盖片层2和结构层1组合后形成完整的采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14。

芯体采用第一盖片层2和结构层1组合的分层结构形式，可以方便加工内部结构。当然，芯体也可以采用整体形式，通过注塑、3D打印等技术完成内部结构。

如图9所示，在以上样品采集芯片的基础上，本实施例中的样品采集芯片的渐缩角端靠近进样口16的两侧外周侧面分别上设置有挡液凸起17。两个挡液凸起17位于进液口16的两侧，两个挡液凸起17与渐缩角端的外周侧面之间形成凹陷结构。由于样品采集芯片在采集液体样本离心时，进样口16多余的样本有可能沿着进样口16两侧甩出，甩出的样本会污染环境或配套设备，如果样本具有腐蚀性或生物安全性等则可能对操作者产生危害。为了避免样品的潜在污染，本实施例中的样品采集芯片在进样口16的两侧增设了两个挡液凸起17，在进行离心操作时，进样口17多余的样品被两个挡液凸起17挡在凹陷结构内，从而避免了多余样品甩出，保护了离心装置和操作人员。

如果芯体由第一盖片层2和结构层1组成，则结构层1和第一盖片层2上均设置有挡液凸起17。如果芯体为一整体结构，则芯体的外周侧面上设置有挡液凸起17。

如图10-图12所示，本实施例提供了另一种样品采集芯片，芯体除了包括以上实施例提到的结构层1和第一盖片层2，还包括第二盖片层3，第一盖片层2密封覆盖在结构层1上，采集通道13、样品定量池11、第一毛细通道12和第二毛细通道14由结构层1和第一盖片层2密封形成，第二盖片层3设置在结构层1背对第一盖片层2的一侧，结构层1具有渐缩角端，进样口16设置在渐缩角端的外周端面上，渐缩角端靠近进样口16的两侧外周侧面上设置有挡液凸起17，第二盖片层3对应两个挡液凸起17之间部分的外周边缘设置有向外延伸出结构层1外周边缘的挡片31，即第一盖片层2和第二盖片层3分别设置在结构层1的上下两面，且第二盖片层3对应挡液凸起17之间部分的面积大于结构层1的面积，挡片31、两个挡液凸起17和渐缩角端围成一个簸箕形结构，进样口16位于该簸箕形结构内。因此，当进行离心操作时，进样口16处多余的样本被甩进簸箕形结构内，进一步防止了多余样本甩出，能够更好地保护离心设备和操作人员。

进一步地，第二盖片层3的材料与第一盖片层2类似，通过热压封接、激光焊接、超声焊接、胶粘等技术与结构层1键合封装，特别之处在于第二盖片层3内设置用于吸附残留样品的吸附材料，以水样本为例进行说明，吸附材料为吸水纸、棉花或海绵，优选地设置在簸箕形结构处，以吸附多余的样本，更好地避免样本甩出，保护离心设备和操作人员。

在本实施例中，第一毛细通道12、第二毛细通道14和排气口15可部分或全部设置在第一盖片层2或第二盖片层3上。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。