本发明涉及分析检测领域，具体地，涉及样品定量单元和具有它的微流控芯片。
背景技术：
生化分析不可或缺的一个重要步骤就是样品的采集和加样。在定量分析中，加入样品体积的准确性直接影响了最终检测结果的准确性，因而样品的定量精确对定量的生化分析至关重要。常规的大型分析仪器，如全自动生化分析仪和免疫分析仪，样品的采集和定量是靠柱塞泵控制采样针抽吸样品实现的。该方式存在处理微量样品的精度不足以及对硬件要求较高的缺点，所以广泛应用于大型自动化仪器中，不适合于集成化便携化的生化分析装置。随着人们对健康的需求的大幅上升，中心实验室似的检测已经不能充分满足人们的需求，人们需要随时随地可以进行的检测，因而，构建集成化、自动化、微型化的检测系统已成为疾病诊断和健康监护的重要发展方向。要实现这一目标，开发适合于便携式分析的样品定量技术成为其中一个重要需求。微流控芯片是一种通过微米级管道及腔体结构对微量液体进行操纵和分析的载体，是便携式分析技术的关键组成，而微流控芯片中定量单元是否能够达到精确定量直接影响分析结果的准确性。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出样品定量单元和具有它的微流控芯片，该样品定量单元能够实现样品的精确定量，减小误差，使得微流控芯片的检测效率和检测精度得到显著提高。
根据本发明的一个方面，本发明提出了微流控芯片的样品定量单元，根据本发明的具体实施例，包括：
进样池，所述进样池与所述微流控芯片的进样口相连通；
定量池，所述定量池包含相连通的定量区和废液区，其中，所述定量区包括依次连通的缓冲区、定量子区和沉淀区，所述缓冲区通过第一毛细连接管与所述进样池相连通，所述定量子区的顶部与所述废液区相连通，所述废液区的底端连接有废液池，样品由所述进样池经所述缓冲区进入所述定量子区和所述沉淀区内，多余的所述样品由所述定量子区的顶部进入所述废液区；
样品处理池，所述样品处理池通过虹吸管与所述定量子区相连；
其中，所述进样池、所述定量池和所述样品处理池与大气连通。
另外，根据本发明上述实施例的微流控芯片的样品定量单元还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述定量子区与所述沉淀区通过第一收缩通道相连，所述第一收缩通道上形成有第一定量出口，所述第一定量出口与所述虹吸管相连通。
在本发明的一些实施例中，所述缓冲区与所述定量子区通过第二收缩通道相连。
在本发明的一些实施例中，所述第一收缩通道与所述定量子区和所述沉淀区的连接处形成有倒角，所述第二收缩通道与所述定量子区和所述缓冲区的连接处形成有倒角。
在本发明的一些实施例中，所述缓冲区和所述沉淀区的最大深度均大于所述定量子区的最大深度。
在本发明的一些实施例中，所述第一毛细连接管上设置有加样阻止坑，所述加样阻止坑的横截面积大于所述第一毛细连接管的横截面积。
在本发明的一些实施例中，所述进样池的底端形成有进样缓冲池，所述缓冲池的上部与大气连通，所述进样缓冲池的横街面积大于所述进样池的横街面积。
在本发明的一些实施例中，所述废液池通过第三收缩通道与所述废液区相连。
在本发明的一些实施例中，所述沉淀区的顶部通过第二毛细连接管与所述废液区相连通，以使多余的所述样品由所述沉淀区进入所述废液区，所述第二毛细连接管与所述废液区的连接处不高于所述第二收缩通道的最高点和不低于所述第二收缩通道的最低点。
根据本发明的第二方面，本发明提出了微流控芯片，根据本发明的具体实施例，所述微流控芯片具有前面实施例所述的样品定量单元。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的样品定量单元的结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的样品定量单元的局部结构示意图。
图3显示了本发明一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
图4显示了本发明一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
图5显示了本发明一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
图6是根据本发明另一个实施例的样品定量单元的结构示意图。
图7是根据本发明另一个实施例的样品定量单元的局部结构示意图。
图8显示了本发明另一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
图9显示了本发明另一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
图10显示了本发明另一个实施例的样品定量单元的定量过程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-5描述本发明一个实施例的微流控芯片的样品定量单元。
如图1-2所示，本发明的一个实施例的该样品定量单元包括：进样池10、定量池20和样品处理池30，所述进样池10与所述微流控芯片的进样口相连通；所述定量池20包含相连通的定量区21和废液区22，其中，所述定量区21包括依次连通的缓冲区23、定量子区24和沉淀区25，所述缓冲区23通过第一毛细连接管26与所述进样池10相连通，所述定量子区24的顶部与所述废液区22相连通，所述废液区22的底端连接有废液池27，样品由所述进样池10经所述缓冲区23进入所述定量子区24和所述沉淀区25内；所述样品处理池30通过虹吸管40与所述定量子区24相连；其中，所述进样池10、所述定量池20和所述样品处理池30与大气连通。
上述样品定量单元利用离心力实现样品中流体的驱动和体积定量，相对于离心中心，上述样品定量单元的位置关系为：进样池10最靠近离心中心，第一毛细连接管26位于进样池10远离离心中心的一侧与之连接，所述定量池20相比第一毛细连接管26远离离心中心与之连接，所述样品处理池30相比定量池20远离离心中心，所述虹吸管40一端连接定量池30的定量子区24，另一端与样品处理池30靠近离心中心的一侧连接。对于定量池20，所述缓冲区23靠近离心中心，所述定量子区24直接与缓冲区23远离离心中心的部分连接，而沉淀区25直接与定量子区24远离离心中心的一侧连接，所述废液区22与定量子区24的一侧连接，平行布置。
参考图2，所述定量子区24与所述沉淀区25通过第一收缩通道28相连，所述第一收缩通道28上形成有第一定量出口，所述第一定量出口与所述虹吸管40相连通。
由此，第二定量出口处的液面位置1与液面位置2之间的体积差即为样品的定量体积(参见图4-5)。因此，发明人将定量子区24与所述沉淀区25之间通过第一收缩通道28相连，进而显著缩小了第一定量出口处的液面面积，由此，可以有效减少了两个液面之间的体积变化，提高样品的定量精确度，降低多批量样品之间的偏差，另外，缩小了第一定量出口处的液面面积，还可以有效避免虹吸管40发生虹吸后由于惯性吸出过多部分大的样品，以便进一步提高样品的定量精确度。
具体地，缓冲区23、定量子区24和沉淀区25的形状并不受特别限制。如图2所示，定量区21整体呈长方形，其中缓冲区23、定量子区24和沉淀区25的体积大小通过调整深度达到所需的体积量，具体地，缓冲区23和沉淀区25的深度大于定量子区24的深度。第一收缩通道28同样通过减少深度形成宽度不变、深度更小的狭窄通道。因此对于多次定量，即使较窄的通道有一定的液面误差，其对整体样品体积的影响也非常小，因此可以有效降低定量误差，提高定量的精确度。
进一步地，第一收缩通道28与所述定量子区24和沉淀区25的连接处形成有倒角。由此可以避免芯片离心时连接处的区域有空气堵塞或离心沉淀物的残留。
进一步地，缓冲区23和所述沉淀区25的最大深度均大于所述定量子区24的最大深度。因为定量子区24处的液体样品需要在离心作用下被转移到样品处理池30中，将定量子区24设计成较浅的深度有利于形成在离心力方向上较长的高度差，从而在离心的时候便于定量子区24内样品的转移，而缓冲区23和所述沉淀区25分别用于暂时容纳液体样品和容纳样品中可能的沉淀物，因此，从深度设计略大于定量子区24，可以节约芯片的面积。
进一步地，如图2所示，第一毛细连接管26上设置有加样阻止坑11，所述加样阻止坑11的横截面积大于所述第一毛细连接管26的横截面积。由此，加样阻止坑11相比第一毛细连接管26具有更深且更大的体积，从而能够形成界面阀起到降低样品过量加样提前进入定量池20的概率。
进一步地，如图2所示，所述废液池27通过第三收缩通道271与所述废液区22相连。第三收缩通道271具有较细且浅的结构，与面积较大较深的定量池20的废液区22和废液池27形成界面阀效果，能避免浸润性强的样品由废液池27进入定量池20的定量区21，从而避免其对定量的影响。
参考图3-5，上述样品定量单元的工作原理和工作过程是：样品通过毛细作用或外界移液装置经由微流控芯片的进样口加入进样池10，进入的样品会在界面阀的作用下停留在加样阻止坑11处(图3)。通过对微流控芯片进行离心，进样池10中的样品通过第一毛细连接管26进入定量池20，多出定量池20中的沉淀区25和定量子区24体积总和的样品会进入废液区22，这部分废液会进一步通过第三收缩通道进入废液池27(图4)。经过合适的离心速度和离心时间，样品中的若有固态颗粒如全血中的血细胞等，会在离心力作用下进入沉淀区25，而上清如血清部分会留在定量子区24。降低芯片的离心速度或停止离心芯片一段时间，定量子区24的上清部分会因毛细作用而充满虹吸管40。再次离心微流控芯片，定量子区24的部分上清会在离心力作用下发生虹吸现象，固定体积的样品会进入样品处理池30(图5)，可用于后续分析。
在以上操作中，如图4-5所示，进入样品处理池30的样品体积由定量池20处的位置1和位置2之间的体积差决定，离心力作用下液体的界面会被压缩成一个沿着离心中心的一个圆周上，以上两个位置由芯片的结构和离心时的相关作用力共同决定，在芯片结构确定以及不同芯片之间结构一致的情况下，不同次定量的样品体积偏差主要来源于芯片离心定量前后两个位置的偏差。根据离心式微流控的基本原理，位置1主要由定量池20的定量子区24和废液区22的连接位置决定的，而位置2主要由虹吸管40与定量子区24连接处的位置决定的。在发明的上述本实施例中，发明人将定量子区24与所述沉淀区25之间通过第一收缩通道28相连，进而显著缩小了第一定量出口处的液面面积，从而可以有效减少了两个液面之间的体积变化，提高样品的精确定量。
由此，本发明上述实施例的样品定量单元结构简单，容易操作，非专业人员也能够自行操作，不需要使用柱塞泵等成本较高的装置，降低了成本，且定量出来的样品可以与芯片上的其他结构结合进行后续分析，形成一个完整的样品处理和分析的系统，便于集成化和便携化操作。本发明实施例的样品定量单元能够用于生物检测、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。
下面参考图6-10描述本发明另一个实施例的微流控芯片的样品定量单元。
参考图6-7，本发明的一个实施例的该样品定量单元包括：进样池10、定量池20和样品处理池30，所述进样池10与所述微流控芯片的进样口相连通；所述定量池20包含相连通的定量区21和废液区22，其中，所述定量区21包括依次连通的缓冲区23、定量子区24和沉淀区25，所述缓冲区23通过第一毛细连接管26与所述进样池10相连通，所述定量子区24的顶部与所述废液区22相连通，所述废液区22的底端连接有废液池27，样品由所述进样池10经所述缓冲区23进入所述定量子区24和所述沉淀区25内；所述样品处理池30通过虹吸管40与所述定量子区24相连；其中，所述进样池10、所述定量池20和所述样品处理池30与大气连通。
上述样品定量单元利用离心力实现样品中流体的驱动和体积定量，相对于离心中心，上述样品定量单元的位置关系为：进样池10最靠近离心中心，第一毛细连接管26位于进样池10远离离心中心的一侧与之连接，所述定量池20相比第一毛细连接管26远离离心中心与之连接，所述样品处理池30相比定量池20远离离心中心，所述虹吸管40一端连接定量池30的定量子区24，另一端与样品处理池30靠近离心中心的一侧连接。对于定量池20，所述缓冲区23靠近离心中心，所述定量子区24直接与缓冲区23远离离心中心的部分连接，而沉淀区25直接与定量子区24远离离心中心的一侧连接，所述废液区22与定量子区24的一侧连接，平行布置。
进一步地，参考图7，所述缓冲区23与所述定量子区24通过第二收缩通道29相连；所述定量子区24与所述沉淀区25通过第一收缩通道28相连，所述第一收缩通道28上形成有第一定量出口，所述第一定量出口与所述虹吸管40相连通。
进一步地，如图7所示，所述沉淀区25的顶部通过第二毛细连接管50与所述废液区22相连通，以使多余的所述样品由第二毛细连接管50进入所述废液区22，所述第二毛细连接管50与所述废液区22的连接处不高于所述第二收缩通道29的最高点和不低于所述第二收缩通道29的最低点。第二毛细连接管50与废液区22相连处形成第二定量出口。
由此，通过设置第二毛细连接管50，使沉淀区25的顶部与所述废液区22相连通，从而可以将多余样品由沉淀区25进入所述废液区22，进而可以避免担心样品离心进入定量子区24时上端会发生空气堵塞而不能使得第二收缩通道29的横截面太小。因为设置了第二毛细连接管50可以与大气通气，因此可以适当缩小定量区21的上端第二收缩通道29的横截面积，而较小的横截面积使得第二收缩通道29上的位置1处的高度细微变化对定量体积的误差影响也较小，由此可以进一步提高定量精确度。
另外，第二定量出口处的液面位置1与第一定量出口处的液面位置2之间的体积差即为样品的定量体积(见图9-10)。因此，发明人将缓冲区23与定量子区24之间通过第二收缩通道29相连，定量子区24与沉淀区25之间通过第一收缩通道28相连。并在第一定量出口和第二定量出口分别设置在第一收缩通道28和第二收缩通道29上，进而显著缩小了第一定量出口处的液面面积和第二收缩通道29处的液面面积。由此，可以有效减少了两个液面之间的体积变化，提高样品的定量精确度，降低多批量样品之间的偏差；另外，缩小了第一定量出口处的液面面积，还可以有效避免虹吸管40发生虹吸后由于惯性吸出过多部分大的样品，以便进一步提高样品的定量精确度。
具体地，缓冲区23、定量子区24和沉淀区25的形状并不受特别限制。如图7所示，缓冲区23、定量子区24和沉淀区25形成为不规则的椭圆形，第一收缩通道28和第二收缩通道29则为直径较小的通道。由此对于多次定量，即使较细的收缩通道有一定的液面误差，其对整体样品体积的影响也非常小，因此可以有效降低定量误差，提高定量的精确度。
进一步地，如图6所示，第一毛细连接管26上设置有加样阻止坑11，所述加样阻止坑11的横截面积大于所述第一毛细连接管26的横截面积。由此，加样阻止坑11相比第一毛细连接管26具有更深且更大的体积，从而能够形成界面阀起到降低样品过量加样提前进入定量池20的概率。
进一步地，如图6所示，进样池10的底端形成有进样缓冲池12，所述缓冲池12的上部与大气连通，所述进样缓冲池12的横街面积大于所述进样池10的横街面积。
参考图8-10，上述样品定量结构的工作原理和工作过程是：样品通过毛细作用或外界移液装置经由进样口加入进样池10，进入的样品会在界面阀的作用下停止于进样缓冲池12处(图8)，若有适度过量进样，样品也会只填充进样缓冲池12的部分体积，不进入微流控芯片的后续结构。通过对微流控芯片进行离心，进样池10中的样品通过第一毛细连接管26进入定量池20，多出定量池10中的沉淀区25和定量子区24体积总和的样品会通过第二毛细连接管50进入废液区22，这部分废液会进一步通过第三收缩通道进入废液池27(图9)。经过合适的离心速度和离心时间，样品中的若有固态颗粒如全血中的血细胞等，会在离心力作用下进入沉淀区25，而上清如血清部分会留在定量子区24。降低芯片的离心速度或停止离心芯片一段时间，定量子区24的上清部分会因毛细作用而充满虹吸管40。再次离心芯片，定量子区24的部分上清会在离心力作用下发生虹吸现象，固定体积的样品会进入样品处理池30(图10)，可用于后续分析。
在以上操作中，如图8-10所示，相对于上述实施例的样品定量单元，由于设置了第二毛细连接管50，将定量区21通过废液区22与大气相连通，从而可以避免担心样品离心进入定量区21的上端时会发生空气堵塞而不能使得第二收缩通道29的横截面太小。因为设置了第二毛细连接管50可以与大气通气，因此可以适当缩小定量区21的上端第二收缩通道29的横截面积，而较小的横截面积使得第二收缩通道29上的位置1处的高度细微变化对定量体积的误差影响也较小，由此可以进一步提高定量精确度。
根据本发明的第二方面，本发明提出了微流控芯片，根据本发明的具体实施例，所述微流控芯片具有前面实施例所述的样品定量单元。由此具有上述实施例的样品定量单元的微流控芯片可以显著提高其定量精确度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。