一种微流控芯片的制作方法

本实用新型属于微流控芯片技术领域，涉及一种微流控芯片。

背景技术：

测定液体中细胞的数量和尺寸在生物学领域具有广泛应用。目前，主要采用经典的库尔特阻抗法测定液体中微小粒子的数量和尺寸。库尔特计数原理如图1所示，将导电的粒子悬液装载于绝缘容器中，并插入微孔板传感器，微孔板两侧各设置有一个电极，在电流和阻抗稳定的条件下，根据欧姆定律，通过微孔的电压稳定不变，当悬液中的粒子通过微孔时，由于粒子的导电性低于等渗的电解液，微孔感应区的电阻增加，电压出现一个脉冲信号，当粒子离开微孔后，电解液的等效电阻恢复正常，直到下一个粒子通过微孔。连续通过微孔的粒子在电极两端产生电压脉冲，脉冲的振幅取决于粒子的体积，粒子体积越大，引起的电压变化越大，产生的脉冲振幅越大，通过脉冲振幅和脉冲数量可以测定粒子的体积和数量。

在库尔特计数原理中，微孔的厚度、直径和材质是实现精确计数的关键。例如在三分类血细胞计数仪中，红细胞/血小板计数通道的微孔直径为75μm，白细胞计数通道的微孔直径为100μm，微孔的厚度小于75μm，加工微孔的材质通常为性能稳定、不易变形、不导电的红宝石或蓝宝石，加工的微孔为边缘光滑的规则圆形。

粒子的悬浮介质同样会影响库尔特计数的结果。由于受到微孔表面惯性和边界层的影响，悬浮液在微孔轴心中点周围产生不对称的动力流场，可能将经过微孔的粒子带回微孔的测量体积内，从而产生二次脉冲，导致错误的计数结果，因此需要设置辅助流设备防止粒子二次进入微孔形成二次脉冲。此外，悬浮介质的流速、状态、电阻系数和温度均会对脉冲幅度产生影响，对粒子的精确计量造成干扰。然而，传统的检测设备不仅体积庞大、价格昂贵，而且每次使用后都需要对整个液路系统进行全面清洗和检测，避免交叉污染，使得检测设备需要装载复杂的清洗程序和部件。

CN 107213930 A公开了一种用于粒子分析的微流控芯片及粒子分析方法，所述微流控芯片包括：四层芯板，分别为第一芯板、第二芯板、第三芯板和第四芯板；在第一芯板上具有进液孔；在第二芯板、第三芯板和第四芯板内具有第一微流通道，进液孔与第一微流通道相通；在第四芯板上具有第二微流通道，第二微流通道与第一微流通道通过过滤孔相通，过滤孔在第三芯板上；在第二芯板上具有第三微流通道，第三微流通道与第二微流通道通过测试孔相通，测试孔在第三芯板上；在测试孔两端具有第一电极对，用于检测粒子经过测试孔时产生的电压脉冲信号。本实施例提供的微流控芯片可以提高粒子分析的便利性，并降低粒子分析的成本。然而该微流控芯片只能进行粒子的浓度和粒径分析，不能用于分析粒子的其他特性。

因此，提供一种结构简单、生产成本低、操作简易的多功能微流控芯片，在粒子分析领域具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种微流控芯片，所述微流控芯片集成了光学检测和电学检测，缩小了分析设备和配套设备的体积，降低了价格成本，实现了同时测定液体中粒子的数量、尺寸和微结构的效果。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种微流控芯片，所述微流控芯板包括从上到下依次层叠设置的第一芯板100、第二芯板200、第三芯板300和第四芯板400；

在所述第一芯板100上设置有加样孔101；

在所述第二芯板200上设置有第一微流通道201，所述第一微流通道201与所述加样孔101相通；

在所述第四芯板400上设置有第二微流通道401，所述第二微流通道401与所述第一微流通道201通过过滤孔301相通，所述过滤孔301在所述第三芯板300上；

在所述第二芯板200上设置有第三微流通道202，所述第三微流通道202与所述第二微流通道401通过分析孔302相通，所述分析孔302在所述第三芯板300上；

在所述分析孔302两端设置有第一电极对，用于检测粒子经过所述分析孔时产生的电压脉冲信号；

在所述第二芯板200上设置有第四微流通道203，所述第四微流通道203与所述第三微流通道202通过检测区相通，所述检测区在所述第二芯板200上；

在所述第一芯板100、第二芯板200和第三芯板300上设置有抽吸孔，用于抽吸微流控芯片中的空气，所述抽吸孔与所述第四微流通道203相通。

本实用新型的微流控芯片在分析孔两端设置一对电极，利用库尔特计数原理实现了粒子数量和尺寸的分析，同时在微流通道见设置检测区，利用光学设备收集粒子的光学信息，实现了粒子的光学检测，所述微流控芯片可广泛应用于细胞、微生物的检测。

本实用新型中，第一微流通道201可以为回形针形状，以增加第一微流通道201的长度；过滤孔301可以是阵列孔，用于过滤液体中体积较大的杂质并使液体中各成分充分混合。

本实用新型中，在所述分析孔302两端设置有第一电极对，当液体流至第一电极对，第一电极对发生电连接，实时检测分析孔两端的电压值；当液体中的粒子经过分析孔，导致第一电极对之间的电阻发生瞬时变化，引起电压脉冲信号，根据电压脉冲信号的个数和振幅，可以进行粒子数量和尺寸的测定。

优选地，所述分析孔302的直径为10-100μm，例如可以是10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，优选为20-60μm。

根据本实用新型，分析孔的直径根据待测粒子的粒径设置，本领域技术人员可以根据实际需求调整分析孔的直径，本实用新型中分析孔的直径设置为10-100μm。

优选地，在所述第四芯板上设置有第五微流通道402，所述抽吸孔与所述第五微流通道402相通；

所述第五微流通道402与所述第四微流通道203通过液体终止孔303相通，所述液体终止孔303在所述第三芯板300上。

本实用新型中，为了防止待测液体流出微流控芯片，对其他器件造成污染，设置第五微流通道402储存多余的液体。

优选地，在所述分析孔302两端设置有第二电极对，用于为分析孔302两端提供恒定的电压和/或电流。

优选地，在所述分析孔302两端设置有第三电极对，用于指示上位机开始采集数据。

优选地，在所述第四微流通道203靠近所述液体终止孔303的一端设置有第四电极对，用于指示上位机终止抽真空设备的抽吸操作，同时指示上位机停止采集数据。

本实用新型中，当液体流至第四电极对使第四电极对发生电连接，上位机终止抽真空设备的抽吸操作，微流控芯片中的负压消失，液体不再从加样孔101进入微流控芯片，从而控制进入微流控芯片的液体量。

优选地，所述电极对采用惰性金属制备得到。

优选地，所述惰性金属包括铜、银、铂或金中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，在所述第一芯板100和所述第二芯板200之间设置有中间芯板，所述中间芯板上设置有第一微流通道201、第三微流通道202、检测区、第四微流通道203和抽吸孔。

本实用新型通过在第一芯板100和第二芯板200之间设置与第二芯片200结构相同的中间芯板，增大了第二芯板200各微流通道和检测区的深度，增加光学检测的准确性。

优选地，所述中间芯板的检测区的深度为10-150μm，例如可以是10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm，优选20-80μm。

根据本实用新型，本领域技术人员可以根据实际需求调整检测区的深度，本实用新型为了增加微流控芯片的光学灵敏性，并适用于血液样本，将中间芯板的检测区的深度设置为10-150μm。

优选地，所述中间芯板的检测区的底部采用高分子材料制备，优选为黑色高分子材料。

本实用新型中，中间芯板的检测区的底部可以采用透光和/或不透光高分子材料制备，微流控芯片通过透视光采集设备和/或荧光采集设备进行粒子的光学检测，本实用新型为了降低背景信号，提高信噪比，优选采用黑色高分子材料制备检测区的底部。

优选地，所述微流控芯片还包括第五芯板500，位于所述第四芯板400下方，作为第二微流通道401和第五微流通道402的底面。

优选地，相邻芯板采用热键合、表面改性键合、超声键合、溶剂键合或粘结剂键合中的任意一种或至少两种的组合进行固定。

优选地，所述粘结剂包括压敏胶、瞬间胶或双面胶中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述微流控芯片采用高分子材料制备得到。

优选地，所述高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚氨酯中的任意一种或至少两种的组合。

本实用新型的微流控芯片的工作过程如下：

抽真空设备与抽吸孔102紧密连接后，在上位机控制下将微流控芯片内部的空气抽去形成负压环境，待测样本在负压条件下通过加样孔101进入第一微流通道201，经过滤孔301过滤与混合后进入第二微流通道401，再由第二微流通道401经过分析孔302进入第三微流通道202，随后进入检测区D，分析孔302的两端设置有第一电极对6/8、第二电极对1/7和第三电极对1/2，当液体流至分析孔302后，第一电极对6/8、第二电极对1/7和第三电极对1/2发生电连接，第二电极对1/7在分析孔两侧施加恒压或恒流环境，第一电极对6/8根据库尔特计数原理发生瞬时变化，引起电压脉冲信号，第三电极对1/2指示上位机采集数据，上位机根据电压脉冲信号的个数和振幅，进行粒子数量和尺寸的测定，第四微流通道203末端设置有第四电极对4/5，当液体流至第四电极对4/5后，第四电极对4/5发生电连接，指示上位机终止抽真空设备的抽吸操作并停止采集数据，进样结束；

将微流控芯片的检测区D置于合适的激发光源及光学设备下，进行粒子的光学检测，得到粒子的光学性质。

本实用新型提供了一种基于如第一方面所述的微流控芯片的粒子分析方法，所述方法包括：

采用抽真空设备抽吸微流控芯片的空气；

通过加样孔101向微流控芯片加入液体；

液体流至第一电极对使第一电极对发生电连接，液体中的粒子经过所述分析孔302，所述第一电极对检测到电压脉冲信号；

在检测区采用光学设备收集粒子的光学信息，进行粒子的光学检测；

上位机处理采集的数据，进行粒子的数量和粒径检测。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的微流控芯片采用多层结构叠加形成，液体在各芯板的流道中运动，通过分析孔，实现了粒子数量和尺寸的分析；

(2)本实用新型的微流控芯片上还整合有光学检测区，进一步了拓展该芯片的检测功能，可用于细胞、微生物、病毒等生物粒子的检测；

(3)本实用新型的微流控芯片结构简单、生产成本低、操作简易，大大缩小了分析设备及外接配套的体积，适用于粒子的光学检测和电学检测。

附图说明

图1为现有技术的库尔特计数原理图；

图2为微流控芯片的平面结构图；

图3为微流控芯片的分层结构图，其中，100-第一芯板，101-加样孔，102-抽吸孔，200-第二芯板，201-第一微流通道，202-第三微流通道，D-检测区，203-第四微流通道，204-抽吸孔，300-第三芯板，301-过滤孔，302-分析孔，303-液体终止孔，304-抽吸孔，400-第四芯板，401-第二微流通道，402-第五微流通道，500-第五芯板；

图4为微流控芯片的流体流向图，其中，100-第一芯板，101-加样孔，102-抽吸孔，200-第二芯板，201-第一微流通道，202-第三微流通道，D-检测区，203-第四微流通道，204-抽吸孔，300-第三芯板，301-过滤孔，302-分析孔，303-液体终止孔，304-抽吸孔，400-第四芯板，401-第二微流通道，402-第五微流通道，500-第五芯板

图5为第三芯板的正反面结构图，其中，300-第三芯板，301-过滤孔，302-分析孔，303-液体终止孔，304-抽吸孔，1/2-第三电极对，1/7-第二电极对，3-待用电极，4/5-第四电极对，6/8-第一电极对，9/10/11/12-芯片识别电极组；

图6为光学检测区构成图，其中，100-第一芯板，101-加样孔，102-抽吸孔，200-第二芯板，201-第一微流通道，202-第三微流通道，D-检测区，203-第四微流通道；

图7为粒子分析方法的流程图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。

实施例1

本实施例的微流控芯片的平面结构图如图2所示，分层结构图如图3所示。

所述微流控芯板包括从上到下依次层叠设置的第一芯板100、第二芯板200、第三芯板300和第四芯板400；

在所述第一芯板100上设置有加样孔101；

在所述第二芯板200上设置有第一微流通道201，所述第一微流通道201与所述加样孔101相通；

在所述第四芯板400上设置有第二微流通道401，所述第二微流通道401与所述第一微流通道201通过过滤孔301相通，所述过滤孔301在所述第三芯板300上；

在所述第二芯板200上设置有第三微流通道202，所述第三微流通道202与所述第二微流通道401通过分析孔302相通，所述分析孔302在所述第三芯板300上；

在所述分析孔302两端设置有第一电极对6/8，用于检测粒子经过所述分析孔时产生的电压脉冲信号；

在所述第二芯板200上设置有第四微流通道203，所述第四微流通道203与所述第三微流通道202通过检测区D相通，所述检测区D在所述第二芯板200上；

在所述第一芯板100、第二芯板200和第三芯板300上设置有抽吸孔，用于抽吸微流控芯片中的空气；

在所述第四芯板上设置有第五微流通道402，所述抽吸孔与所述第五微流通道402相通；

所述第五微流通道402与所述第四微流通道203通过液体终止孔303相通，所述液体终止孔303在所述第三芯板300上；

所述微流控芯片还包括第五芯板500，位于所述第四芯板400下方，作为第二微流通道401和第五微流通道402的底面；

所述分析孔302的直径为10-100μm；

所述微流控芯片的相邻芯板采用热键合、表面改性键合、超声键合、溶剂键合或粘结剂键合中的任意一种或至少两种的组合进行固定；

所述粘结剂包括压敏胶、瞬间胶或双面胶中的任意一种或至少两种的组合；

所述微流控芯片采用高分子材料制备得到；

优选地，所述高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚氨酯中的任意一种或至少两种的组合。

所示微流控芯片的工作过程为：

根据图4所示的流体流向图，抽真空设备与抽吸孔102紧密连接后，在上位机控制下将微流控芯片内部的空气抽去形成负压环境，待测样本在负压条件下通过加样孔101进入第一微流通道201，经过滤孔301过滤与混合后进入第二微流通道401，再由第二微流通道401经过分析孔302进入第三微流通道202，随后进入检测区D，分析孔302的两端设置有第一电极对6/8，当液体流至分析孔302后，第一电极对6/8发生电连接，根据库尔特计数原理发生瞬时变化，引起电压脉冲信号，上位机根据电压脉冲信号的个数和振幅，进行粒子数量和尺寸的测定；

将微流控芯片的检测区D置于合适的激发光源及光学设备下，进行粒子的光学检测，得到粒子的光学性质。

实施例2

图5所示为第三芯板的正反面结构图，以实施例1为基础，在所述分析孔302两端还设置有第二电极对1/7，用于为分析孔302两端提供恒定的电压和/或电流；

在所述分析孔302两端设置有第三电极对1/2，用于指示上位机开始采集数据；

在所述第四微流通道203靠近所述液体终止孔303的一端设置有第四电极对4/5，用于指示上位机终止抽真空设备的抽吸操作，同时指示上位机停止采集数据；

9/10/11/12为芯片识别电极组；

所述电极对采用惰性金属制备得到；

所述惰性金属包括铜、银、铂或金中的任意一种或至少两种的组合。

本实施例中，分析孔302的两端设置有第一电极对6/8、第二电极对1/7和第三电极对1/2，当液体流至分析孔302后，第一电极对6/8、第二电极对1/7和第三电极对1/2发生电连接，第二电极对1/7在分析孔两侧施加恒压或恒流环境，第一电极对6/8根据库尔特计数原理发生瞬时变化，引起电压脉冲信号，第三电极对1/2指示上位机采集数据，上位机根据电压脉冲信号的个数和振幅，进行粒子数量和尺寸的测定，第四微流通道203末端设置有第四电极对4/5，当液体流至第四电极对4/5后，第四电极对4/5发生电连接，指示上位机终止抽真空设备的抽吸操作并停止采集数据，进样结束。

实施例3

图6所示为微流控芯片的光学检测区构成图，以上述实施例为基础，在所述第一芯板100和所述第二芯板200之间设置有中间芯板，所述中间芯板上设置有与第二芯片200结构相同的第一微流通道201、第三微流通道202、检测区、第四微流通道203和抽吸孔；

所述中间芯板的检测区的深度为10-150μm；

所述中间芯板的检测区的底部采用不透光高分子材料制备。

本实施例的中间芯板增大了第二芯板200各微流通道和检测区的深度，将检测区的深度设置为10-150μm，增加光学检测的准确性，并适用于血液样本；采用不透光高分子材料制备检测区的底面，降低了背景信号，提高了信噪比，进一步提高了检测准确性。

实施例4

图7为基于微流控芯片的粒子分析方法的流程图，该方法采用上述实施例的微流控芯片执行，该方法包括：

步骤710，采用抽真空设备抽吸微流控芯片的空气；

步骤720，通过加样孔101向微流控芯片加入液体；

步骤730，液体流至第一电极对6/8使第一电极6/8对发生电连接，液体中的粒子经过所述分析孔302，所述第一电极对6/8检测到电压脉冲信号；

步骤740，在检测区D采用光学设备收集粒子的光学信息，进行粒子的光学检测；

步骤750，上位机处理采集的数据，进行粒子数量、粒径和光学性质的检测。

综上所述，本实用新型的微流控芯片采用多层结构叠加形成，液体在各芯板的流道中运动，通过分析孔，实现了粒子数量和尺寸的分析；本实用新型的微流控芯片上还整合有光学检测区，进一步了拓展该芯片的检测功能，可用于细胞、微生物、病毒等生物粒子的检测；本实用新型的微流控芯片结构简单、生产成本低、操作简易，大大缩小了分析设备及外接配套的体积，适用于粒子的光学检测和电学检测。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细方法，但本实用新型并不局限于上述详细方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。