一种纸芯片器件

本技术涉及即时检测，具体涉及一种纸芯片器件。

背景技术：

1、即时检测器件(point-of-care testing devices,poct器件)能够满足现场检测、易于操作、快速监测健康状况、甚至是快速诊断疾病的需求，引起了广泛关注，并拥有巨大且仍在快速增长的全球市场。血液是目前poct最常见的生物体液样本，但有与侵入性采样有关的诸多缺点。例如，目前惯用的静脉采血法或指尖采血法均会对患者带来疼痛感、创口以及感染风险。此外，血液取样的操作通常需要经过培训的医疗专业人员。组织液含有血液中存在的大多数成分，包含无机盐、生理小分子、rnas、循环蛋白质、抗体、激素、外泌体、抗生素及饮食相关的一些代谢物(如酒精、咖啡因)等，这些均可以作为检测目标物。且组织液的采集可以相对简单、易于操作、无疼痛和无风险，因而成为新一代即时检测器件的良好生物样本。

2、微针(microneedle)具有空心或者实心的针状结构，其针头尖端尺寸小到几十微米。它最初用于药物和疫苗的透皮递送，最近被开发用于以微创方式无痛地提取皮下组织液。迄今，硅、金属和聚合物等各种材料已被用于制造微针。微针提取的组织液可以用于健康监测、检测及疾病诊断。然而，现有的基于微针提取组织液的检测方法耗时较长、操作不够便利、操作步骤较多，往往难以满足即时检测的要求。例如，水凝胶微针是当前使用最广泛的组织液提取方法。基于水凝胶微针提取组织液的检测方法，依赖于水凝胶的溶胀以及组织液在其中的扩散来提取组织液。然而，组织液在水凝胶中的扩散过程缓慢，往往需要数十分钟，且提取量低(通常小于10微升)，导致无法实现快速检测(通常需要数十分钟显示结果)。另外，部分技术手段将检测体系置于水凝胶微针内部，如此虽然加快了检测速度，但是存在化学试剂泄露的生物安全风险。

3、因此，目前亟需提供一种能够操作简便、现场检测、检测快速、无生物安全风险的检测装置或者技术。

技术实现思路

1、因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法进行快速、简便地现场检测组织液中成分以监测健康状况的缺陷，从而提供一种纸芯片器件。

2、为此，本实用新型提供了一种纸芯片器件，包括连接管和负压发生器，所述连接管的管腔内装载有纸芯片，所述连接管的一端连通有空心微针，另一端在检测时与负压发生器相连通，所述空心微针上设置有与连接管连通的孔道。

3、本实用新型提供的纸芯片器件，在负压发生器的作用下，通过空心微针可以直接从皮下提取组织液，组织液从空心微针流入连接管，组织液与连接管中的纸芯片充分接触，进而利用纸芯片对组织液进行快速分析和即时检测，其检测结果在10分钟内即可获得。

4、在某些优选的实施方式中，所述连接管与空心微针之间还设置有空腔台，所述空腔台内部形成空腔结构且所述空腔台的空腔与空心微针的孔道连通，所述空心微针的孔道通过所述空腔台与所述连接管相连通。

5、本实用新型提供的纸芯片器件，具有从空心微针孔道到空腔台空腔，再到连接管管腔，最后到负压发生器的连续通道。空腔台内部的空腔结构是由空心微针提取的组织液的汇聚场所，同时也是将组织液输往外部的缓存空间，该场所与外部的连接管连通。在使用时将空心微针刺入皮肤，组织液在毛细作用和负压驱动下，能够自动进入并储存在空心微针、空腔台、连接管和负压发生器内。使用该装置提取组织液时，按压空腔台使空心微针刺入皮肤，再将连接管与负压发生器连通，形成从“空心微针孔道-空腔台空腔-连接管管腔-负压发生器”的连续通道之后，不需要再有任何手动操作来进行采取组织液，只需等待组织液经空心微针自动进入空腔台、连接管和负压发生器中。

6、在某些优选的实施方式中，所述空腔台的一侧设置有与连接管连通的连接部，所述空腔台的空腔通过连接部与所述连接管相连通。连接部的设置便于将空腔台与连接管进行连接，使得空腔台与连接管可采用不同材质，例如，连接管可采用塑料弹性材料，而空腔台采用硬质材料，提高两者连接处的密封性。

7、在某些优选的实施方式中，所述空心微针上的孔道设置有多个。空心微针上的孔道设置于自空心微针表面，贯穿空腔台底面与空腔台的空腔连通，空心微针上的多个孔道可以在提高组织液的提取速度的同时，避免单个孔道堵塞造成组织液提取效率降低、甚至失败的情况发生。

8、本实用新型中，所述空腔台的截面为方形、或椭圆形、或圆形，或方形、椭圆形、圆形的组合形态。所述空腔台的顶面具有或平面、或凸起、或凹陷的结构形态。空腔台的顶面从侧面观察可以是平面、或凸起、或凹陷的结构。

9、在某些优选的实施方式中，所述空腔结构的高度为0.5-2.5mm。优选为1mm。

10、在某些优选的实施方式中，所述空腔台底面为平面结构。所述空腔台虽然为平面结构，但是当按压空腔台使微针刺入皮肤以及在组织液提取过程中，空腔台依然可以紧密贴合皮肤。

11、更优选地，所述空腔台底面具有柔性或者为可变形性结构。底面为柔性或者为可变形结构，当按压空腔台使微针刺入皮肤以及在组织液提取过程中，空腔台可以更紧密贴合皮肤。

12、在某些优选的实施方式中，所述空腔台底面为曲面结构，具有柔性或者为可变形性结构。当按压空腔台使微针刺入皮肤以及在组织液提取过程中，底面为曲面的空腔台依然可以紧密贴合皮肤。

13、本实用新型中，所述连接部的数量为若干个。空腔台侧面可以设置有若干个贯通的连接部，用于各自接通不同的连接管和负压发生器，使得一个空腔台装置可以配置若干套负压发生器，提升本实用新型基于微针的负压式快速提取储存组织液的装置组织液提取与储存能力。

14、更优选地，所述连接部的数量为1-4个。

15、在某些优选的实施方式中，所述连接部为圆筒状结构。所述连接管与连接部嵌套连接，连接管为软管，嵌套在连接部的外侧。

16、在某些优选的实施方式中，所述连接管为两端开口的贯通管，两端开口之间为中空的连接管管腔。

17、所述连接管的内径为1-10mm。

18、在某些优选的实施方式中，所述空腔内设置有连接空腔台顶部和底部的支撑体。

19、该支撑体的作用在于支撑空腔结构，避免制作过程中、储存过程中和使用过程中，空腔台结构变形引起空腔闭合，造成下方空心微针的开口被封堵，或汇聚到该空腔结构中的组织液被封堵，而影响组织液的提取。同时支撑体还可以减少空腔台中空腔的死体积，减少通过空心微针提取的组织液在空腔台空腔内的残留。

20、在某些优选的实施方式中，所述支撑体避开空心微针的开口进行设置。避开开口的主要目的在于可以避免支撑体堵塞空心微针的孔道，干扰皮下体液的提取，使组织液可以顺利地通往连接管。

21、优选地，所述支撑体的数量为2-4个。

22、优选地，所述支撑体相互平行设置或者围绕空腔中心设置。

23、更优选地，所述支撑体互不相连。更优选地，所述支撑体与空腔内的内壁互不相连。

24、优选地，所述支撑体上设置有通孔。支撑体上的通孔供空腔内的皮下组织液流动，不封堵通过空心微针提取出来的组织液。

25、更优选地，所述空心微针设置有多个，形成微针阵列。

26、优选地，所述空心微针的尖端周长小于空心微针底部周长。

27、优选地，所述空心微针的形态包括但不限于圆锥形、方锥形、金字塔形、多重圆锥形、多重方锥形、多重金字塔形，或上述形态的组合。

28、在某些优选的实施方式中，所述空心微针是由5×5～20×20个空心微针构成的空心微针陈列，面积为0.28～46.24cm2。该规模下的微针阵列考虑到空心微针的提取能力和贴片的大小，提取能力达到检测的提取要求。

29、在某些优选的实施方式中，所述空心微针的长度(或者高度)为300～1200μm。该长度下的空心微针不足以与真皮层内神经末梢的接触，对人类皮肤创伤小，减小疼痛感。

30、在某些优选的实施方式中，所述空心微针与相邻空心微针的中心间距为300～3000μm。该中心距可以适应不同场景下对器件大小的需求。

31、在某些优选的实施方式中，每个空心微针上所述孔道的数量为1～4个。

32、在某些优选的实施方式中，所述孔道的内径为10～1000μm。

33、优选地，还包括储存装置，所述负压发生器与储存装置可以一体化装置，也可以是分离式装置。

34、优选地，所述一体化装置，包括但不限于预先抽成不同的真空度，利用其负压采集并同时储存样品的一体化装置。更优选地，负压发生与储存一体式装置包括但不限于真空采样管、或真空采血管、或减压采样管、或减压采血管。使用时，先按压提取端，使空心微针刺入皮肤；再将连接管带针头一端插入真空采样管、或真空采血管、或减压采样管、或减压采血管，利用真空采样管提供的负压，将皮下体液快速从皮肤下方提取转移至连接管和真空采样管、或真空采血管、或减压采样管、或减压采血管。

35、可选地，所述分离式装置包括但不限于在负压发生装置前存在一个储存器的装置。所述负压发生与储存分离式装置指的是通过负压空间驱动样品流动、抽取样品，而在负压驱动样品流动的通道上储存样品的装置，此储存空间与负压发生器的空间分离而不为同一空间。

36、优选地，所述腔体的高度为0.5-2.5mm。

37、所述空腔台、空心微针的材质包括但不限于有机高分子聚合物、无机材料。

38、更优选地，所述无机材料包括金属、无机非金属材料。

39、更优选地，所述有机高分子聚合物包括但不限于甲基丙烯酰化明胶、甲基丙烯酰化透明质酸、甲基丙烯酰化聚乙二醇等甲基丙烯酰化类末端高分子、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇、聚氨酯、聚乙二醇、光固化树脂。

40、更优选地，所述光固化树脂为现有常规的生物相容性光固化树脂。

41、在一个优选的实施方式中，所述空腔台、微针阵列为一体成型结构。

42、本实用新型还提供了上述空腔台、微针阵列的制备方法，采用一体成型工艺制备得到所述空腔台、阵列。

43、在一个优选的实施方式中，所述一体成型工艺包括但不限于3d打印、微浇铸、模板法、激光刻蚀法。

44、所述纸芯片装载于连接管管腔内且靠近空心微针的一侧；和/或，所述纸芯片全部位于连接管内或者一部分位于连接管一部分位于空腔内。

45、本实用新型中，所述纸芯片的宽度小于连接管的内径。优选地，纸芯片的宽度为连接管内径大小的70-90％。具体的，纸芯片的长度可以为5-15mm。连接管的内径可以为1-10mm。

46、本实用新型中，纸芯片可以是比色法试纸条、化学发光法试纸条等，还可以是侧向层析检测试纸等。

47、所述纸芯片预先修饰有能够对组织液成分进行检测、分析的化学传感系统，其响应信号包括显色或者自发光。所述化学传感系统可以采用现有的常规方法制备得到。

48、可选的，所述纸芯片的纸基底可以是硝酸纤维素膜或滤纸中的一种；

49、可选的，所述纸芯片的检测功能化修饰，可以将整条纸芯片基底直接浸泡在含有化学传感试剂的溶液中一段时间，取出晾干。

50、可选的，所述纸芯片的检测功能化修饰，可以将含有化学传感试剂的溶液直接滴涂在整条纸芯片基底上，然后晾干。

51、可选的，所述纸芯片也可以利用喷蜡打印机在纸芯片基底上打印图案，形成若干亲水区作为反应区，其余为疏水区；疏水区形成反应区域之间的疏水阻断；纸芯片各个亲水区可以修饰有不同化学传感系统，用于组织液不同成分的检测。

52、可选的，利用喷蜡打印机在纸芯片基底上打印图案时，所形成的亲水区可以位于纸芯片的正反两面。

53、本实用新型中，组织液相关成分与纸芯片包埋的化学传感系统作用引发的显色或发光能够被图像采集设备采集到，然后通过图像处理软件分析获得该显色的颜色数据或发光的强度数据，进而与标准体系比对，获得组织液相关成分的含量信息。

54、可选的，图像采集设备可以是手机，或照相机。

55、可选的，图像处理软件可以是image j，或matlab，或python。

56、本实用新型中，纸芯片与进入的组织液进行反应，然后通过直接目视读出侧向层析检测试纸的t线和c线信号，实现对空心微针提取的组织液的定性分析。

57、可选的，所述侧向层析检测试纸纸芯片，可以采用自制的侧向层析检测试纸，或市售的侧向层析检测试纸。

58、可选的，自制的侧向层析检测试纸，由样品垫、共轭物释放垫、固定捕获探针的膜(通常是硝酸纤维素膜)、吸附垫组成，安装在惰性背衬材料表面。

59、可选的，捕获探针是抗体和核酸适配体中的一种。

60、可选的，所述侧向层析检测试纸纸芯片在采用市售的侧向层析检测试纸时，需要将侧向层析检测试纸从检测卡中取出，然后去除其后端的吸水垫，剪短其前端的进样区，但保留其样品结合垫完好，然后裁剪其尺寸，使其能够插入连接管内。

61、可选的，所述侧向层析检测试纸可以是，但不限于，早孕试纸、新冠病毒抗原试纸、乙型肝炎病毒表面抗原检测试纸、人类免疫缺陷病毒抗体检测试纸、丙型肝炎病毒抗体试纸、梅毒螺旋体抗体试纸、身体摄入的保健品食品非法添加检测试纸、身体摄入的化妆品有害物质检测试纸、身体摄入的金属离子检测试纸。

62、本实用新型技术方案，具有如下优点：

63、1.本实用新型提供的纸芯片器件，在负压发生器的作用下，通过空心微针可以直接从皮下提取组织液，组织液从空心微针流入连接管，组织液与连接管中的纸芯片充分接触，进而利用纸芯片对组织液进行快速分析和即时检测，其检测结果在10分钟内即可获得。

64、此外，本实用新型实现了对组织液进行检测，具有操作简便、现场检测、检测快速、无生物安全风险的优点。

65、2.本实用新型提供的纸芯片器件中的纸芯片作为显色或者自发光的平台，可以直接将其置于连接管管腔中，无需添加其他机构与额外装置，实现纸芯片装载的方式非常简便。对于基于显色传感和侧向层析的检测，肉眼即可直接观察到颜色变化，读出检测结果的方式非常简便。

66、3.本实用新型提供的纸芯片器件中纸芯片的化学传感体系具有扩展性，可以设计和实现对多种重要生物标志物的检测，例如葡萄糖、乳酸、促黄体生成素及ph等。