微流控芯片及其试剂预存方法与流程

1.本发明涉及核酸检测的技术领域，具体地，是涉及一种微流控芯片以及这种微流控芯片的试剂预存方法。


背景技术：

2.核酸检测是病毒检测的重要手段，现有的核酸检测方法是获取样品后，将样品依次经过裂解、洗脱、清洗等操作后，放入到反应液中进行扩增反应。然而，现有的核酸提取操作大多是基于试剂盒并由人工执行提取操作，需要在专门的提取实验室中进行且操作人员的操作非常繁琐，导致核酸提取效率低下，影响病毒检测的效率。
3.微流控芯片是一种可以高效检测核酸的装置，微流控芯片内设置多个电极，通过对电极施加电压使得芯片内的液体流动，从而实现对样品的裂解、洗脱、清洗等操作，能够极大的提高核酸检测效率。因此，微流控芯片内通常需要储存多种试剂，例如在微流控芯片内设置多个储液腔，每一个储液腔储存有一种试剂，例如裂解液、清洗液、洗脱液等。在未进行核酸检测前，各储液腔的试剂不应该被释放，在进行核酸检测时，需要将储液腔内的试剂释放，以便于试剂能够在电极上移动。
4.现有微流控芯片大多采用囊泡或者试剂管的方式进行试剂的预存放，当需要释放试剂时，通常需要借助机械结构进行配合。例如公开号为cn110208528a的发明专利申请公开了一种微流控芯片，这种微流控芯片包括设有密封储存部的基板及装设于密封储存部内的磁珠混合物，磁珠混合物包括磁珠微粒、热可逆凝胶和混合液，通过改变温度，在热可逆凝胶的作用下，磁珠混合物实现液态和凝胶态切换。并且，密封储存部设有薄弱部，基板上设有与薄弱部连通的沟道。使用微流控芯片进行核酸检测时，需要通过挤压密封储存部，使得薄弱部破裂，并对磁珠混合物加热使得液体的磁珠混合物从薄弱部处向沟道流动，通过沟道到达反应区。
5.但是，由于这种微流控芯片使用类似于囊泡方式来储存磁珠混合物，使用时需要向密封储存部施加压力以使得薄弱部破裂，如果使用专用的设备来挤压密封储存部，将增加微流控芯片的使用成本。如果直接人工将密封储存部挤压，则容易出现施加压力过大或者过小的问题，如果施加压力够大，将容易导致整个微流控芯片损坏，如果施加压力过小，则导致磁珠混合物不能够完全释放，导致试剂释放成功率不高，影响微流控芯片的使用。


技术实现要素：

6.本发明的第一目的是提供一种能够预储存试剂且使用方便的微流控芯片。
7.本发明的第二目的是提供上述微流控芯片预储存试剂的方法。
8.为实现本发明的第一目的，本发明提供的微流控芯片包括基板，基板上设置有至少一个储液腔，储液腔与液体通道连通；储液腔内布置有第一液体隔绝物，试剂形成在第一液体隔绝物内；并且，储液腔与液体通道之间形成有液体流通口，液体流通口布置有第二液体隔绝物，且储液腔的加样口处也设置有第二液体隔绝物，第二液体隔绝物的熔点高于第
一液体隔绝物的熔点。
9.由上述方案可见，储液腔的加样口以及液体流通口均使用第二液体隔绝物封存，由于第二液体隔绝物的熔点较高，使得微流控芯片在室温环境下第二液体隔绝物保持为固态，从而将试剂密封在储液腔内。当使用微流控芯片进行核酸检测时，只需要将第二液体隔绝物加热并使得第二液体隔绝物熔化，由于第一液体隔绝物的熔点较低，当第二液体隔绝物熔化时第一液体隔绝物也已经熔化，这样，试剂可以穿过液体流通口并流动至液体通道内。
10.可见，试剂的释放过程只需要对第二液体隔绝物进行加热即可，并不需要借助于外部的设备，也不需要人工进行挤压等操作，在不增加微流控芯片使用成本的同时，也不会出现人工施加压力过大或者过小的问题，只需要控制加热的温度即可以时间试剂的释放，微流控芯片的使用非常方便，也不会对微流控芯片造成损坏。
11.一个优选的方案是，液体通道内也布置有第一液体隔绝物。由于储液腔内的第一液体隔绝物可以将试剂包裹，形成试剂储存的空间，当试剂在液体通道内流动时，通过液体通道内的第一液体隔绝物可以有效的将不同储液腔内的试剂分隔，避免不同储液腔内的试剂混合而影响检测的准确性。
12.进一步的方案是，基板内设置有加热器件，加热器件位于液体流通口的正下方。
13.由此可见，通过加热器可以快速的将位于液体流通口正上方的第二液体隔绝物熔化，由于位于加样口处的第二液体隔绝物距离加热器较远，不容易熔化，因此，在加热器加热的过程中，可以避免位于加样口处的第二液体隔绝物熔化而导致试剂从加样口流出的问题。
14.进一步的方案是，第一液体隔绝物为第一熔点石蜡油，第二液体隔绝物为第二熔点石蜡油。优选的，第二液体隔绝物的熔点高于50℃，第一液体隔绝物的熔点低于35℃。
15.由于石蜡油的成分可以根据实际需要配置，通过改变石蜡油中不同成分的配比可以获得不同熔点的石蜡油，因此可以低成本的获得不同熔点的石蜡油。此外，由于第二液体隔绝物的熔点高于50℃，能够在常温下保持固态，因此有利于微流控芯片在常温下的储存与运输。
16.为实现本发明的第二目的，本发明提供的微流控芯片的试剂预存方法可以应用在上述的微流控芯片中，该方法包括将第一液体隔绝物注入微流控芯片的储液腔，并将试剂注入储液腔中，试剂被第一液体隔绝物包裹；并且，在储液腔与液体通道之间的液体流通口注入第二液体隔绝物，并且在储液腔的加样口处注入第二液体隔绝物，第二液体隔绝物的熔点高于第一液体隔绝物的熔点。
17.由上述方案可见，试剂注入已经添加第一液体隔绝物的储液腔中，试剂可以被第一液体隔绝物围成的空间所包裹，从而形成储存试剂的空间。并且，通过第二液体隔绝物可以将第一液体隔绝物以及试剂封存在储液腔内，从而实现试剂的预储存。使用微流控芯片时，只需要对基板进行加热使得第二液体隔绝物熔化，试剂便可以流出储液腔，不需要使用专用的工具或者人工挤压等方式实现试剂的释放，方便微流控芯片的使用，也能够降低微流控芯片的使用成本，还能够确保较高的试剂释放成功率。
18.一个优选的方案是，将第一液体隔绝物注入储液腔时，还向液体通道注入第一液体隔绝物。
19.由于在液体通道内注入了第一液体隔绝物，可以避免不同储液腔内的试剂通过液体通道而相互混合，确保各个储液腔中的试剂纯度，也提高核酸检测的准确性。
20.进一步的方案是，在加样口处注入第二液体隔绝物后，将微流控芯片放置在低于第一液体隔绝物熔点处保存。
21.这样，可以确保第一液体隔绝物、第二液体隔绝物均在固态下保存，避免试剂从储液腔中流出。
22.更进一步的方案是，应用微流控芯片进行检测时，应用设置于液体流通口正下方的加热器将第二液体隔绝物加热并熔化。
23.更进一步的方案是，将位于液体流通口处的第二液体隔绝物熔化后，对基板上的电极进行电湿润处理以带动试剂在电极上移动。
附图说明
24.图1本发明微流控芯片实施例的结构图。
25.图2本发明微流控芯片实施例的结构分解图。
26.图3是本发明微流控芯片实施例的剖视图。
27.图4是本发明微流控芯片试剂预存方法实施例的流程图。
28.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
29.本发明的微流控芯片可以预先储存有一种或者多种试剂，并且可以实现对样品中的核酸进行自动提取，例如将提取的核酸引导至扩增反应区以进行核酸扩增反应。本发明的微流控芯片能够实现试剂的自动释放，不需要专用的设备或者人工挤压等方式将试剂释放，能够降低微流控芯片的使用成本，并且还能够确保试剂释放的成功率。
30.参见图1与图2，本实施例的微流控芯片具有基板，基板包括电路板10以及盖板20，在电路板10与盖板20之间设置有安装框架31，裂解池盖30可以扣合在安装框架31上，并且固定在电路板10上，这样，裂解池盖30、安装框架31以及电路板10围成一个上端敞口的裂解池。
31.电路板10上设置有多个电极11，并且在电路板10的一端设置有连接端口15，连接端口15可以与外部的电连接端子接触并且获取电能，每一个电极11均可以被单独控制，例如被施加电压，从而实现对每一个电极11的电湿润处理。当一个电极11被电湿润处理时，流经该电极11的液体可以被吸引按照预设的方向移动，或者被固定在该电极11上，从而实现液体在电路板10上的流动。
32.微流控芯片上设置有多个储液腔，例如设置有清洗腔21、洗脱腔22以及反应液腔23，每一个储液腔储存一种试剂，例如，清洗腔21内储存有清洗液，洗脱腔22内储存有洗脱液，反应液腔23内储存有反应液。此外，盖板20上还形成有第一核酸扩增反应腔24，优选的，第一核酸扩增反应腔24是用于进行pcr核酸扩增反应的区域。并且，在盖板20远离电路板10的形成各个储液腔的加样口，例如在盖板20的外侧表面上形成有清洗腔21的清洗液加样口25、洗脱腔22的洗脱液加样口26、反应液腔23的反应液加样口27以及第一核酸扩增反应腔24的液体加样口28。进一步的，盖板20靠近电路板10的表面上设置一层疏水涂层，有利于液
体在电路板10与盖板20之间的移动。
33.本实施例的微流控芯片可以用于实现lamp核酸扩增反应或者qpcr核酸扩增反应，因此，在电路板10上形成第二核酸扩增反应区29，在第二核酸扩增反应区29上设置有多个检测电极18，试剂可以通过电极11被引导至检测电极18上进行二次核酸扩增反应。
34.本实施例中，在每一个储液腔内预先储存相应的试剂，在核酸检测前，例如微流控芯片保存、运输过程中，需要确保各储液腔中的试剂不会相互流动而导致相互混合，从而确保各个储液腔中的试剂纯度。在进行核酸检测时，需要让各储液腔的试剂流出，例如流动至电路板10与盖板20之间的液体通道，并通过对电极11施加电压使得液体能够沿预设的方向流动，实现对样品的裂解、清洗、洗脱等操作。
35.为此，本实施例使用液体隔绝物对试剂进行封存，具体的，使用两种熔点不同的液体隔绝物对试剂进行封存，其中第一液体隔绝物的熔点较低，第二液体隔绝物的熔点较高，第一液体隔绝物填充在储液腔以及液体通道，主要是为试剂提供储存的空间，第二液体隔绝物用于将储液腔进行密封，避免试剂流出储液腔。
36.下面以清洗腔21为例，结合图3对试剂的预储存结构进行详细介绍。在电路板10与盖板20之间形成有液体通道35，清洗腔21与液体通道35连通，并且清洗腔21与液体通道35的连通处形成液体连通口36。在清洗强21内储存有作为试剂的清洗液40，本实施例中，清洗液40由第一液体隔绝物41包裹。由于清洗液40是水相的，而第一液体隔绝物41是油相的，因此清洗液40并不会溶于第一液体隔绝物41内，而是包裹在第一液体隔绝物41内。
37.优选的，第一液体隔绝物41在常温下是固态，即第一液体隔绝物41的熔点为高于25℃，这样，在常温保存微流控芯片时，清洗液40并不会从清洗腔21中流出。并且，常温下第一液体隔绝物41为固态，形成清洗液40的储存空间，这样，清洗液40并不是分散在整个清洗腔21内，而是由第一液体隔绝物41包裹。制作微流控芯片时，先向清洗腔21注入第一液体隔绝物41，然后根据使用需要注入一定量的清洗液40，这样，不管注入清洗液40的体积大小，清洗液40均会被第一液体隔绝物41所包裹，因此，固化后的第一液体隔绝物41实际上形成了清洗液40的储存囊。
38.可见，清洗液40的体积可以根据实际需要注入，类似的，其他储液腔也可以根据实际需要注入相应体积的试剂，即各种试剂的注入量完全根据实际需要确定，在不改变各储液腔体积的情况下，可以灵活的注入合适体积的试剂，使得一种微流控芯片能够满足多种不同规格试剂量需求，不需要针对不同试剂的试剂量要求开发特定储液腔规格的微流控芯片，提高微流控芯片的通用性，进而降低微流控芯片的生产成本。
39.由于使用微流控芯片进行核酸检测时，清洗液40需要在液体通道35内流动，但未进行核酸检测前，必须确保清洗液40不会流出清洗腔21。为此，本实施例使用熔点较高的第二液体隔绝物对清洗腔21进行封存。从图3可见，在清洗腔21与液体通道35之间的液体连通口36处设置有第二液体隔绝物44，并且，在清洗腔21的加样口25处也设置有第二液体隔绝物43。
40.本实施例中，第二液体隔绝物43、44的熔点较高，例如熔点在50℃以上，进一步的，第二液体隔绝物43、44的熔点在65℃以上。这样，在常温下，第二液体隔绝物43、44不容易熔化，从而将清洗液40、第一液体隔绝物41封存在清洗腔21内。
41.由于液体通道35连通多个不同的储液腔，例如连通清洗腔21以及洗脱腔22，为了
避免在进行核酸检测前，清洗液40与洗脱液在液体通道35内流动，在也通道内也填充有第一液体隔绝物42，优选的第一液体隔绝物42的熔点与第一液体隔绝物41的熔点相同，均高于25℃，但低于第二液体隔绝物43、44的熔点。例如，第一液体隔绝物41、42的熔点不高于35℃。
42.具体的，第一液体隔绝物41、42以及第二液体隔绝物43、44均为石蜡油，但石蜡油中具体的成分不相同，或者各种成分的配比不相同。由于石蜡油是由多种烷烃混合而成的混合物，通过改变各种成分的配比可以得到不同熔点的石蜡油，本实施例正是利用石蜡油的这种特性来制作得到不同熔点的第一液体隔绝物41、42以及第二液体隔绝物43、44。
43.在电路板10内设置有加热器，例如设置加热丝45，优选的，电路板10为多层电路板，在其中至少一层电路板上设置加热丝45。并且，加热丝45位于液体连通口36正下方。通过对加热丝45通电可以使得加热丝45的温度升高，从而使得液体连通口36处的第二液体隔绝物44的温度升高。当第二液体隔绝物44的温度超过其熔点后，第二液体隔绝物44从固态转换成液态。由于第一液体隔绝物41、42的熔点均低于第二液体隔绝物44的熔点，因此，当第二液体隔绝物44熔化时，第一液体隔绝物41、42均已经熔化，此时，熔化后的第一液体隔绝物41可以流进液体通道35内。由于清洗液40是水相的，而第一液体隔绝物41、42是油相的，因此清洗液40不会溶于第一液体隔绝物41、42内。这样，通过对电极11施加电压由此带动清洗液40在液体通道35内流动。
44.另外，由于位于加样口25处的第二液体隔绝物43与加热丝45之间的距离较远，并且第二液体隔绝物43与加热丝45之间还存在清洗液40以及第一液体隔绝物41等，因此，传导至第二液体隔绝物43的热量较少，即使第二液体隔绝物44达到熔化温度，但第二液体隔绝物43仍未熔化。因此，通过合理的控制加热丝45的温度，可以确保第二液体隔绝物44熔化，但第二液体隔绝物43未熔化，进而避免核酸检测过程中清洗液40从加样口25处流出，也避免外界的液体通过加样口25进入到清洗腔21内而导致清洗液40受到污染。
45.下面结合图4介绍微流控芯片预存试剂的方法。首先，执行步骤s1，在液体通道35内注入第一液体隔绝物42，例如通过加样口25将第一液体隔绝物42注入到液体通道35内。由于第一液体隔绝物42为石蜡油，石蜡油有一定的粘性，在表面张力的作用下，第一液体隔绝物42在液体通道35内的流动速度较慢，不会一下子流动至储液腔内。
46.然后，执行步骤s2，将第二液体隔绝物44注入到液体流通口36内，例如通过加样口25将第二液体隔绝物44注入到液体流通口36处，由于第二液体隔绝物44的熔点较高，在注入第二液体隔绝物44后，将微流控芯片放置在低于第二液体隔绝物44的熔点环境下，使得第二液体隔绝物44能够在短时间内凝固，从而将第一液体隔绝物42封堵在液体通道35内。
47.接着，执行步骤s3，在储液腔内注入第一液体隔绝物，例如在清洗腔21内注入第一液体隔绝物41，优选的，通过加样口25将第一液体隔绝物41注入清洗腔21内。例如，将微流控芯片放置在高于第一液体隔绝物41熔点但低于第二液体隔绝物44的熔点的温度下，将第一液体隔绝物41注入清洗腔21，这样，第一液体隔绝物41在清洗腔21内保持液态。
48.然后，执行步骤s4，将试剂注入储液腔内，例如将清洗液40注入到已经填充第一液体隔绝物41的清洗腔21内。由于清洗液40不会溶于第一液体隔绝物41，因此，注入到清洗腔21内的清洗液40可以被第一液体隔绝物41包裹。优选的，使用注射管插入到第一液体隔绝物41内并注入清洗液40，使得清洗液40完全位于第一液体隔绝物41内。并且，步骤s4需要在
高于第一液体隔绝物41熔点的温度下进行，例如将微流控芯片放置在超过35℃的操作台上完成。
49.接着，执行步骤s5，在加样口25处注入第二液体隔绝物43，并且迅速执行步骤s6，将微流控芯片放置在低温环境下储存，这样，注入的第二液体隔绝物43能够迅速凝固并且对储液腔具有封存的作用，储液腔内的试剂以及第一液体隔绝物41不会流出储液腔。其中，步骤s6中的低温环境是低于第一液体隔绝物41熔点的环境，优选的，可以将微流控芯片储存在低于10℃的环境下，进一步的，储存在4℃至8℃的环境下，这样，第一液体隔绝物41、42以及第二液体隔绝物43、44均为固态，清洗液40等试剂均被封存在储液腔内。
50.由于第二液体隔绝物43、44的熔点较高，在常温下保存、运输都不会熔化，因此，微流控芯片能够在常温下保存与运输，不需要在特定的低温下保存、运输，能够降低微流控芯片的保存与运输成本。
51.使用微流控芯片进行核酸检测时，将样品放置到裂解池后，对加热丝45施加电流，使得加热丝45发热并以此熔化第二液体隔绝物44，由于第一液体隔绝物41、42的熔点较低，因此，当地加热丝45通电后，第一液体隔绝物41、42首先熔化，当第二液体隔绝物44熔化后，清洗液40等试剂可以通过液体流通口36流动至液体通道35内。由于位于加样口25处的第二液体隔绝物43距离加热丝45的距离较远，因此，通过控制加热丝45的温度，可以避免第二液体隔绝物43熔化，这样，在核酸检测过程中加样口25始终保持密封状态，从而避免外界的污染物进入储液腔内。
52.当试剂流动至液体通道35后，对电极11进行电湿润处理，即通过对电路板10上的电极施加电流并带动试剂沿着特定的方向流动，实现样品的自动检测，例如使样品经过裂解、清洗、洗脱等步骤后进行扩增反应，从而根据扩增反应的结果获得最终的检测结果。
53.本发明利用两种不同熔点的液体隔绝物对试剂进行封存，尤其是利用熔点较高的第二液体隔绝物将试剂封存在储液腔内，使用微流控芯片进行检测时，仅仅需要通过对加热丝进行加热将第一液体隔绝物以及第二液体隔绝物熔化即可，无需专用的设备或者人工挤压囊泡，并且加热丝的温度可以灵活、简单的控制，例如控制加载到加热丝的电流、通电时间等，从而确保试剂能够顺畅的流动至液体通道内，提高试剂释放的成功率，并降低微流控芯片的使用成本。
54.最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如微流控芯片具体结构的改变，或者，液体隔绝物熔点的改变、石蜡油成分的改变等，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。