用于纳米孔传感器的微流体装置及其组装方法与流程

1.本发明涉及所有由生物纳米孔传感器测序、疾病分析与医学的病症分析领域，尤其涉及一种用于纳米孔传感器的微流体装置及其组装方法。


背景技术：

2.目前生物纳米孔技术通常以天然成孔蛋白为基础，成孔蛋白形成的通道可供dna长链或多肽链分子穿过，由于碱基或氨基酸的不同，会产生相应的电流变化，仪器通过识别电信号的变化，就可以推断出通过纳米孔的碱基或氨基酸顺序。
3.已知各种微流体装置和传感器。诸如由专利wo2018/007819公开的一种用于制备用于感测其中存在的分析物的测试液体的微流体装置，其微流体装置在组装后，该微流体装置内部的纳米孔传感器必须泡在液体内的，在制造和使用的时间有严格的规定，即具有一定时间的保质期，如不能在保质期内使用，则液体容易干掉或者纳米孔脱落等，从而导致纳米孔芯片传感器失效。
4.同时，现有技术中的微流体系统在将测序液进行铺膜/嵌孔的过程中，操作复杂且会造成测序液浪费，也就是说，基于在dna测序领域中，dna测序液的价值成本很高，若是测序液无法以较小的量完成铺膜/嵌孔作业，则造成现有技术中的微流体系统的成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于纳米孔传感器的微流体装置及其组装方法，旨在解决现有的微流体系统在对测序液进行进样时会造成测序液浪费的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种用于纳米孔传感器的微流体装置，包括：
7.承载板，所述承载板上侧设置具有流体入口和流体出口且用于供测序液流动的微流腔体；
8.盖板，所述盖板与所述承载板连接，用于密封所述流体入口和流体出口之间的微流腔体；
9.位于流体路径上的纳米孔传感组件，所述纳米孔传感组件包括：
10.印刷电路板，所述印刷电路板通过固定板与所述承载板下侧连接；
11.纳米孔芯片，所述纳米孔芯片设置于所述印刷电路板上侧并穿过所述固定板并与所述承载板下侧密闭接触，所述纳米孔芯片设置具有多个纳米孔且与所述微流腔体连通的传感室，用于接收测序液的至少一部分；
12.导电件，所述导电件与所述印刷电路板连接并伸入所述传感室。
13.进一步的，还包括：
14.第一密封件，所述第一密封件与所述承载板连接，用于密封所述流体入口；
15.第二密封件，所述第二密封件与所述承载板连接，用于密封所述流体出口。
16.进一步的，所述导电件为包括依次连接的接触部、衔接部和连接部的导电电极；
17.其中，所述衔接部的一部分嵌设于所述承载板上侧并从所述承载板的上侧露出；
18.所述接触部穿过所述承载板并伸入所述传感室；
19.所述连接部穿过所述承载板并与所述印刷电路板连接。
20.进一步的，所有所述纳米孔围合成环状，所述接触部的几何中心线与所有所述纳米孔形成的几何中心线重合，且所述接触部的末端与所述传感室底部具有预设间隙。
21.进一步的，所述导电件通过真空蒸镀或印刷或电镀或喷墨的方式制造而成。
22.进一步的，所述导电件由钌、铑、钯、铂、金或银等一种或多种贵金属、或它们的化合物制造而成。
23.进一步的，所述传感室与所述承载板之间设置有用于密闭所述传感室的第三密封件。
24.进一步的，所述流体出口处设置有防水透气膜。
25.进一步的，所述盖板设置有与所述流体入口连通的滴液孔，所述第一密封件与所述滴液孔紧密配合，以用于密闭所述滴液孔；
26.所述滴液孔包括相连通的导向部和连通部，所述导向部的底面为倾斜且向下方延伸设置，所述导向部的2个侧面朝所述连通部收缩设置，所述连通部上端位于所述导向部的最低端，所述连通部下端与所述流体入口连通。
27.进一步的，还包括第四密封件，所述承载板下侧设置有进液柱，所述进液柱上设置有与所述流体入口连通的进液孔，其中，所述第四密封件用于密封所述进液孔。
28.进一步的，所述导电件包括设置于纳米孔芯片上的若干组负电极和正电极，其中，所述负电极位于所述传感室内，用于提供负极电压，所述正电极用于提供正向电压。
29.进一步的，所述纳米孔芯片上设置有用于标识所述纳米孔芯片上的引脚的位置的标识件。
30.本发明实施例还提供一种用于如上所述的纳米孔传感器的微流体装置的组装方法，包括以下步骤：
31.s101、将预安装在一起的所述纳米孔传感组件通过栓接的方式固定于所述固定板下侧；
32.s102、将所述固定板通过栓接的方式固定于所述承载板下侧；
33.s103、将所述导电电极自所述承载板上侧嵌入，并使得所述导电电极一端伸入所述传感室、另一端与所述印刷电路板连接；
34.s104、将所述盖板通过粘接的方式固定于所述承载板上侧，以形成具有流体入口和流体出口的微流腔体。
35.本发明实施例提供一种用于纳米孔传感器的微流体装置及其组装方法，其中：所述用于纳米孔传感器的微流体装置包括承载板、盖板、位于流体路径上的纳米孔传感组件，其中，所述承载板上侧设置具有流体入口和流体出口且用于供测序液流动的微流腔体；所述盖板与所述承载板连接，用于密封所述流体入口和流体出口之间的微流腔体；所述纳米孔传感组件包括印刷电路板、纳米孔芯片和导电件，其中，所述印刷电路板通过固定板与所述承载板下侧连接；所述纳米孔芯片设置于所述印刷电路板上侧并穿过所述固定板并与所述承载板下侧密闭接触，所述纳米孔芯片设置具有多个纳米孔且与所述微流腔体连通的传感室，用于接收测序液的至少一部分；导电件，所述导电件与所述印刷电路板连接并伸入所
述传感室。
36.本发明实施例的微流体装置结构实现简单，组装以及拆卸方便，具有较好的实用性。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置的结构示意图；
39.图2为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置的爆炸示意图；
40.图3为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置的俯视视觉图；
41.图4为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置中的纳米孔芯片的结构示意图；
42.图5为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置的局部剖视图；
43.图6为本发明实施例一提供的用于纳米孔传感器的微流体装置的仰视视觉图；
44.图7为本发明实施例二提供的用于纳米孔传感器的微流体装置中的纳米孔芯片的结构示意图；
45.图8为本发明实施例三提供的一种用于纳米孔传感器的微流体装置的组装方法的流程图。
46.图中标识说明：
47.1、承载板；11、流体入口；12、流体出口；13、微流腔体；14、进液流道；15、废液收集流道；2、盖板；3、固定板；31、印刷电路板；311、触点；32、纳米孔芯片；321、纳米孔；322、传感室；323、引脚；33、导电电极；331、接触部；332、衔接部；333、连接部；34、固定螺栓；35、锁紧螺栓；36、负电极；37、正电极；38、标识件；4、第一密封件；41、第二密封件；42、贴合部；43、密封部；5、第三密封件；6、滴液孔；7、第四密封件；71、进液柱；72、进液孔；73、防水透气膜；8、下液柱；81、下液孔；9、定位沉台；10、让位孔；101、防滑凸起。
具体实施方式
48.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。
49.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
50.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
51.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是
指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
52.实施例一：
53.结合图1至图6，本发明实施例提供一种用于纳米孔传感器的微流体装置，包括：
54.承载板1，所述承载板1上侧设置具有流体入口11和流体出口12且用于供测序液流动的微流腔体13；
55.盖板2，所述盖板2与所述承载板1连接，用于密封所述流体入口11和流体出口12之间的微流腔体13；
56.位于流体路径上的纳米孔传感组件，所述纳米孔传感组件包括：
57.印刷电路板31，所述印刷电路板31通过固定板3与所述承载板1下侧连接；
58.纳米孔芯片32，所述纳米孔芯片32设置于所述印刷电路板31上侧并穿过所述固定板3并与所述承载板1下侧密闭接触，所述纳米孔芯片32设置具有多个纳米孔321且与所述微流腔体13连通的传感室322，用于接收测序液的至少一部分；
59.导电件，所述导电件与所述印刷电路板31连接并伸入所述传感室322。
60.在本实施例中，基于pmma材质具有高透明的特性，本技术的承载板1、盖板2、固定板3均优先选择pmma材质制造而成，以方便用户观察到微流腔体13以及流动在微流腔体13上的测序液，但在实际应用场景下，承载板1、盖板2、固定板3三者的材质也可以是其他种类，只要不会和测序液发生化学反应即可，故本技术不再阐述。
61.结合图2和图3，在本实施例中，微流腔体13为槽结构，即微流腔体13为自承载板1向下凹陷形成槽，通过这种方式可以在保证承载板1的结构强度的同时，减少整个承载板1的厚度以及用料，并且还能够使得盖板2与承载板1的接触面积增大，更优的，盖板2嵌设于承载板1上侧，即使得盖板2的上表面与承载板1的上表面平齐；但在另一实施例中，也可以自承载板1上侧向上成型出2条凸条，2个凸条之间的空间形成本技术的微流腔体13，故本技术不再阐述。
62.需要说明的是，盖板2可以是中空的，并且由于限定微流腔体13除了流体开口和流体出口12之外是封闭的，以确保从流体入口11进入的测序液可以沿流体路径顺利进入传感室322，直到将传感室322充满测序液，在此过程中，微流腔体13内的气体(通常为空气)被测序液置换并通过流体出口12排出。
63.在制造的时候，流体入口11和流体出口12可以被配置在承载板1的相对两端，但本技术为：流体入口11和流体出口12被配置在承载板1的同一端，以提高流体路径的长度，本技术的流体路径可以为直线方式构造，也可以未非线性方式构造，换言之，流体路径可以具有弯曲形状等各种异形形状的至少一种的部分，应当理解的是，本技术的微流腔体13有理由基于所需的测序液流速，改变其在各竖截面上的面积。
64.结合图4，值得注意的是，本技术同时不对纳米孔芯片32的类型做具体限定，根据实际检测需要，纳米孔芯片32可以用于核酸(例如，dna)测序，该纳米孔芯片32包括被设置为阵列的大量传感器(未图示)，使通过纳米孔321的多核苷酸或核酸的聚合物、诸如蛋白质的多肽、多糖或融合其他聚合物可以与传感器接触，使得传感器可以感测测序液，并将检测到的信息传送到外置的设备分析仪器上，换言之，本技术会根据纳米孔芯片32的类型来配制纳米孔321的数量以及孔径。
65.回看图2和图3，本实施例的传感室322位于流体路径的中部靠近流体入口11的位
置，且为了方便起见，本实施例以传感室322为分割点，将传感室322到流体入口11之间的微流腔体13命名为进液流道14，并将传感室322到流体出口12之间的微流腔体13命名为废液收集流道15，由于纳米孔芯片32位于承载板1下侧，故进液流道14自流体入口11延伸至传感室322正上方后，向下延伸并与传感器连通，而废液收集流道15自与传感室322连通的端口向上延伸，并沿水平延伸至流体出口12，总的来说，在实际测序使用场景下，用户自流体入口11通入测序液(可利用泵或其他设备)，测序液沿进液流道14进入传感室322，并填充满传感室322，再通过废液收集流道15的端口进入废液收集流道15，在此过程中，通过导电件和纳米孔芯片32的配合使用，对测序液进行感测，简单易操作。
66.更具体的，盖板2通过粘接的方式(使用化学粘合剂例如无影胶)与承载板1固定在一起，以对微流腔体13进行密封，固定板3通过栓接的方式(例如使用固定螺栓34)与承载板1固定连接，印刷电路板31通过栓接的方式(例如使用锁紧螺栓35)与承载板1固定连接，其中，固定螺栓34和锁紧螺栓35均匀布置有多个，例如两者分别设置有6个，以确保固定板3和承载板1的结构强度，以及印刷电路板31和承载板1的结构强度，本技术的微流体装置的具体组装步骤可以如下：
67.先将纳米孔芯片32固定在印刷电路板31的相应位置上，需要说明的是，印刷电路板31背离纳米孔芯片32的下侧预先布置有多个触点311，用于与纳米孔芯片32的引脚323连接，然后利用锁紧螺栓35将印刷电路板31固定安装在承载板1下侧，其中，固定板3设置有供芯片穿过的让位孔10；然后再利用固定螺栓34将固定板3与承载板1固定连接，最后利用无影胶将盖板2和承载板1固定连接，从而完成微流体装置装配，总的来说，本技术的结构实现简单，组装以及拆卸方便，并且纳米孔芯片32本身可快速大批量生产，工艺制造简单，价格便宜。
68.回看图2和图3，具体一实施例中，本技术的用于纳米孔传感器的微流体装置还包括：
69.第一密封件4，所述第一密封件4与所述承载板1连接，用于密封所述流体入口11；
70.第二密封件41，所述第二密封件41与所述承载板1连接，用于密封所述流体出口12。
71.在本实施例中，在微流体装置组装完成后，还需用第一密封件4密封流体入口11以及用第二密封件41密封流体出口12，以避免运输过程中，有异物进入微流腔体13，同时，在实际检测场景下，在测序液填充满整个微流腔体13后，需要用第一密封件4和第二密封件41将密封整个微流腔体13，另外需要说明的是，第一密封件4和第二密封件41是可拆卸地附接。
72.具体一实施例中，所述流体出口12处设置有防水透气膜73。
73.在本实施例中，固定板3下侧一体成型有下液柱8，下液柱8一体成型有与流到出口连通的下液孔81，下液孔81可以通过管道的方式与填充装置(例如泵)连接，通过泵将测序液抽出微流腔体13，以引流位于微流腔体13内的测序液，其中，第二密封件41设置于下液孔81下侧，以密封下液孔81，即密封流体出口12，防水透气膜73嵌设于固定板3上，位于流体出口12正下方以及位于下液孔81正上方，通过防水透气膜73可以阻止废液流到微流体装置外边，以避免测序液基于自身的腐蚀性造成安全隐患，而防水透气膜73基于透气的性质，可以保证真空负压引流的顺畅。
74.具体一实施例中，所述导电件为包括依次连接的接触部331、衔接部332和连接部333的导电电极33；
75.其中，所述衔接部332的一部分嵌设于所述承载板1上侧并从所述承载板1的上侧露出；
76.所述接触部331穿过所述承载板1并伸入所述传感室322；
77.所述连接部333穿过所述承载板1并与所述印刷电路板31连接。
78.在本实施例中，依次连接的接触部331、衔接部332和连接部333形成u型结构，使得导电电极33可以以到u型的方式插入承载板1，操作简单方便。
79.结合图4和图5，具体一实施例中，所有所述纳米孔321围合成环状，所述接触部331的几何中心线与所有所述纳米孔321形成的几何中心线重合，且所述接触部331的末端与所述传感室322底部具有预设间隙。
80.在本实施例中，纳米孔321设置于传感室322底壁上，且所有的纳米孔321围合成方状，但替代地，所有的纳米孔321可以围合成圆状，或者其他异形状，本技术不做具体限定。
81.具体一实施例中，所述传感室322与所述承载板1之间设置有用于密闭所述传感室322的第三密封件5。
82.在本实施例中，传感室322的空间呈圆台状，故第三密封件5呈圆环状，第三密封件5的外侧可以通过粘接的方式与传感室322连接，方便在固定板3与承载板1固定安装时，第三密封件5的表面将受到承载板1下侧的挤压而发生形变，从而密封传感室322，避免测序液外溢，使得测序液只在纳米孔321位置流动。
83.具体一实施例中，所述固定板3上侧设置有若干组定位沉台9，所述承载板1下侧设置有供各所述定位沉台9嵌入的定位槽(未图示)。
84.回看图2，在本实施例中，定位沉台9均匀布置有3组，每组定位沉台9包括对称设置的2个定位沉台9，相应的，承载板1下侧设置有6个定位槽，在组装过程中，直接将定位沉台9对准定位槽嵌入，即可快速定位固定板3和承载板1的相对位置，以及确保传感室322和废液收集流道15和进液流道14连通。
85.更优的，本技术的定位沉台9沿其长度方向设置有螺纹孔，用于与穿过承载板1后的固定螺栓34配合连接，以提高本技术的微流体装置的结构紧凑性。
86.结合图1和图2，具体一实施例中，所述盖板2设置有与所述流体入口11连通的滴液孔6，所述第一密封件4与所述滴液孔6紧密配合，以用于密闭所述滴液孔6。
87.在本实施例中，滴液孔6的位置高度高于流体入口11，方便用户通过滴液工具(例如滴液管)将测序液从滴液孔6滴入，使得测序液在重力作用下从滴液孔6落入流体入口11以及微流腔体13。
88.在需要密封微流腔体13时，直接将第一密封件4嵌入滴液孔6，第一密封件4受到滴液孔6的孔壁挤压后发生形变，从而将滴液孔6密封，组装且拆卸方便。
89.具体一实施例中，所述滴液孔6包括相连通的导向部和连通部，所述导向部的底面为倾斜且向下方延伸设置，所述导向部的2个侧面朝所述连通部收缩设置，且其侧面与底面为弧形结构，所述连通部上端位于所述导向部的最低端，所述连通部下端与所述流体入口11连通。
90.在本实施例中，第一密封件4包括与导向部形状适配的贴合部42以及一体成型于
贴合部42下侧的密封部43，密封部43与连接部333紧密连接，贴合部42贴合于导向部，换言之，第一密封件4嵌设于滴液孔6，并与盖板2形成卡接关系，从而实现对滴液孔6的密封。需要说明的是，本技术的导向部呈三角形状，导向部用于承接落在导向部表面的测序液，并将测序液引导收拢至连接部333，直至从连接部333流到流体入口11，故连接部333一体成型于导向部的尖端处下侧。
91.更优的，本技术的用于纳米孔传感器的微流体装置还包括第四密封件7，所述承载板1下侧设置有进液柱71，所述进液柱71上设置有与所述流体入口11连通的进液孔72，其中，所述第四密封件7用于密封所述进液孔72。
92.在本实施例中，固定板3设置有供进液柱71穿设的通孔，在实际应用场景下，进液孔72可以通过管道的方式与填充装置(例如泵)连接，通过泵将测序液射入微流腔体13，相对于利用滴液管从滴液孔6滴入测序液的方式，具有减少人工操作，提高检测效率的优势。
93.值得注意的是，在微流体装置实际设计过程中，可以只设计成带有滴液孔6的微流体装置，也可以只设计成带有进液柱71的微流体装置，甚至也可以设计成带有滴液孔6和进液柱71两者的微流体装置，以提高微流体装置的选择多样性以及实用性。
94.需要说明的是，本技术的第一密封件4、第二密封件41、第三密封件5和第四密封件7均可以采用硅胶的材质制造而成，但应当理解的是，所有的密封件也可以采用其他具有较佳密封性能的材质，且本技术的进液柱71和下液柱8要和对应的泵连接，所以第二密封件41、第四密封件7均设置为环状。
95.更优的，承载板1和固定板3相对两侧均一体成型有防滑凸起101，从而方便用户组装微流体装置。
96.具体一实施例中，所述导电件通过真空蒸镀或印刷或电镀或喷墨的方式制造而成。
97.在本实施例中，导电电极33可以通过真空蒸镀或印刷或电镀或喷墨的工艺制造。
98.具体一实施例中，所述导电件由钌、铑、钯、铂、金或银等一种或多种贵金属、或它们的化合物制造而成。
99.在本实施例中，导电电极33优选铂金材料制造而成，但应当理解的是，在制造的时候，导电电极33的制造材料也可以由其他贵金属材料制造而成，本技术不做具体限定。
100.实施例二：
101.结合图7，本实施例和实施例一的不同之处在于导电件，具体为：所述导电件包括设置于纳米孔芯片32上的若干组负电极36和正电极37，其中，所述负电极36位于所述传感室322内，用于提供负极电压，所述正电极37用于提供正向电压。
102.基于导电电极33多为贵金属(如：铂，铑，钯，金)材料制造而成，导致微流体装置的制造成本较高，故本实施例利用负电极36提供负极电压，利用正电极37提供正向电压，以改变现有的纳米孔电极只有微孔负极的情况(只有微孔负极的弊端如下：当外部试剂完成了微孔铺膜嵌孔后，还需要外部电极在施加正向拉扯电压，才能够使的外部电路顺利读取到dna台阶电流)，也就是说，本实施例得到的微流体装置能够达到制造成本低，适用性强的效果。
103.进一步的，所述纳米孔芯片32上设置有用于标识所述纳米孔芯片32上的引脚323的位置的标识件38。
104.在本实施例中，标识件38为设置于纳米孔芯片32上一顶角的标识槽，需要说明的是，在制造的时候，根据实际需要，标识件38也可以是带有颜色的标识片，只要能对引脚起到定位的作用即可，故本技术不再赘述。
105.实施例三：
106.结合图8，本发明实施例还提供一种用于如上所述的纳米孔传感器的微流体装置的组装方法，包括以下步骤：
107.s101、将预安装在一起的所述纳米孔传感组件通过栓接的方式固定于所述固定板3下侧；
108.s102、将所述固定板3通过栓接的方式固定于所述承载板1下侧；
109.s103、将所述导电电极33自所述承载板1上侧嵌入，并使得所述导电电极33一端伸入所述传感室322、另一端与所述印刷电路板31连接；
110.s104、将所述盖板2通过粘接的方式固定于所述承载板1上侧，以形成具有流体入口11和流体出口12的微流腔体13。
111.在本实施例中，先将纳米孔芯片32固定在印刷电路板31的相应位置上，需要说明的是，印刷电路板31背离纳米孔芯片32的下侧预先布置有多个触点311，用于与纳米孔芯片32的引脚323连接，然后利用锁紧螺栓35将印刷电路板31固定安装在承载板1下侧，其中，固定板3设置有供芯片穿过的让位孔10；然后再利用固定螺栓34将固定板3与承载板1固定连接，然后将导电电极33插入相应位置，最后利用无影胶将盖板2和承载板1固定连接，从而完成微流体装置装配，总的来说，本技术的结构实现简单，组装以及拆卸方便，并且纳米孔芯片32本身可快速大批量生产，工艺制造简单，价格便宜。
112.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的护范围为准。