專利名稱：多通道微流控血流變分析芯片及其分析系統(tǒng)和分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血流變分析裝置，具體的為一種多通道微流控血流變分析芯片和采用該多通道微流控血流變分析芯片的多通道微流控血流變分析系統(tǒng)和分析方法。
背景技術(shù)：
血液流變學(xué)指標(biāo)與動脈疾病等疾病的發(fā)生有高度相關(guān)性，而血液粘度作為重要的血液流變學(xué)指標(biāo)，用于醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷具有重要的參考價值。國內(nèi)外研究人員對血液流變學(xué)指標(biāo)和多種疾病間的相關(guān)性進(jìn)行了大量的研究和探討，取得了很大的進(jìn)展許多研究者通過對患有冠狀動脈疾病的病人進(jìn)行血液粘度測量，發(fā)現(xiàn)血粘度指標(biāo)與動脈粥樣硬化、腦梗塞、心肌缺血和心肌梗塞等冠狀動脈疾病高度相關(guān)。一些學(xué)者研究血液流變學(xué)指標(biāo)和中風(fēng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)中風(fēng)病人會有兩個或更多個的流變學(xué)指標(biāo)異常，這些指標(biāo)包括全血粘 度、血漿粘度，紅細(xì)胞聚集，紅細(xì)胞剛度和血細(xì)胞比容。還有研究發(fā)現(xiàn)，血液流變學(xué)指標(biāo)還與糖尿病相關(guān)，糖尿病患者呈現(xiàn)全血粘度和血漿粘度的增高。此外，還有研究全血粘度與吸煙、年齡、性別等等間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)吸煙和年齡增長可能會引起血液粘度的升高；反映機(jī)體血液高凝狀況的血液流變學(xué)各指標(biāo)變化均與年齡有明顯關(guān)系，老年主要以血漿粘度、血沉、血沉方程K值等增高而紅細(xì)胞變形性下降為主要特征，中、青年以全血粘度、紅細(xì)胞壓積增高為主要特征；男性的血液比經(jīng)期前的女性具有更高的血液粘度、RBC聚集能力、以及RBC剛度，這可能與婦女每月的失血有關(guān)。然而，血液粘度指標(biāo)的臨床測定方面的進(jìn)展比較緩慢。對于血液這種低粘度的粘塑性非牛頓流體，國內(nèi)目前普遍采用的粘度計有兩類旋轉(zhuǎn)式粘度計和毛細(xì)管粘度計。其中，旋轉(zhuǎn)式粘度計包括同軸圓筒式和錐板式。大部分的粘度計都可以在一個特定的剪切率下測量出粘度，然而，對于血液這種非牛頓流體而言，其粘度隨剪切率變化而變化，因此，為了測得一定范圍剪切率下的粘度，通常需要不斷改變這些粘度計的參數(shù)進(jìn)行重復(fù)測量操作，如改變旋轉(zhuǎn)式粘度計轉(zhuǎn)速、毛細(xì)管粘度計容器壓力等，以獲得一定剪切率范圍內(nèi)的“剪切率一剪切力”的關(guān)系，從而獲得低切、高切等情況下的血液粘度值。這些重復(fù)操作使粘度測定既困難又費(fèi)力。由于測定花的時間較長，這些粘度計還需要加入抗凝血劑以防止血液凝結(jié)，因此測量的結(jié)果會根據(jù)抗凝血劑的不同使血液黏度值產(chǎn)生或多或少的誤差，存在著樣本污染?，F(xiàn)有的一些血流變分析測量裝置主要有幾下幾種
I、采用U形管裝置的掃描式毛細(xì)管粘度計(SCTR)，其特點(diǎn)是使用了兩個(多個)臂管，且初始液面水平高度不同一個管中的液體平面比另一個管高。因此，當(dāng)t=0時，高液面管中的液體開始在重力作用下向低液面管流動。由于流速是由兩個液面的壓差決定的，它將隨著兩個液面差的減少而逐漸減小，而流速又可以通過液面隨時間的變化率進(jìn)行估計，因此可以通過測量兩個液面高度來估計出流速和壓降，然后由流速計算出剪切率，由壓降計算出剪切力。通過剪切率和剪切力，就可以選擇非牛頓流體模型(Power-Iaw模型、Casson模型或Herschel-Bulkley模型)進(jìn)而決定流體的粘度了。這類U型管式快速測定方法的理論基礎(chǔ)與毛細(xì)管粘度計相同，也是泊肅葉等式，只是物理模型要復(fù)雜一些，所以在U管裝置尺寸參數(shù)的選擇上比較嚴(yán)格，原則是最大化的簡化模型的復(fù)雜度和參量，并盡量減弱一些力學(xué)效應(yīng)的影響甚至使其可忽略，如表面張力效應(yīng)、末端效應(yīng)等。其測量核心是對液面的觀測，可以采用光電傳感器，圖像傳感器和液面?zhèn)鞲衅鞯确椒?。這種快速測定粘度的方法快速、方便、省力，操作簡單，最大限度減少了人為操作帶來的誤差，因此測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，模型參數(shù)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際儀器使用情況進(jìn)行調(diào)整。2、旋轉(zhuǎn)式血流變儀
旋轉(zhuǎn)式血流變儀主要由兩個同心圓筒(外圓筒略大于內(nèi)圓筒，半徑比小于I. 15)組成。測試液體填充在兩個圓筒的間隙中，內(nèi)圓筒可借助于具有一定彈性系數(shù)的金屬絲支撐起來，外圓筒在馬達(dá)的帶動下，以一定的角速度轉(zhuǎn)動。兩圓筒間的液體受到切變，有切應(yīng)力作用于內(nèi)圓筒，使內(nèi)圓筒偏轉(zhuǎn)到某一角度，直到與扭絲的恢復(fù)力矩平衡而穩(wěn)定，測內(nèi)圓筒所受的扭矩得出切應(yīng)力；切變率可由外圓筒旋轉(zhuǎn)的角速度算出。
錐板式粘度計(上旋式或下旋式)與同軸雙圓筒旋轉(zhuǎn)式粘度計相似。在該儀器上采用了單片機(jī)或者使用嵌入式計算機(jī)控制轉(zhuǎn)速，但它的測量方法中，切應(yīng)力是幾種固定力矩形成的，不是連續(xù)變化力矩測量方法?！啪虐四晁脑露蝗赵诠鹆终匍_的“臨床宏觀血液流變學(xué)測定方法標(biāo)準(zhǔn)化研討會”上，專家們已明確指出旋轉(zhuǎn)錐板式粘度計在檢測血漿時會在樣品與空氣界面接觸處造成二次分流，并同時形成泰勒渦流，造成檢測結(jié)果偏低且不穩(wěn)定。專家同時指出，用旋轉(zhuǎn)式粘度計檢測血漿是在高切變率下測定低粘度流體(血漿)，這種方法的本身就是不可取的。旋轉(zhuǎn)式/錐板式血流變儀仍然需用人工注樣，轉(zhuǎn)盤需人工清洗(自動清洗的錐板式血流變儀因排水、中軸積污、盤壁積污等問題，仍需人工不定期的清洗)等，至今仍未很好解決操作繁瑣、病人血樣的交叉污染等問題。3.微流量一壓力傳感式血流變儀
原理類似于改進(jìn)的U形管裝置的掃描式毛細(xì)管粘度計，可以測量不同切變率下的粘度值。同樣是在特定結(jié)構(gòu)(通常是玻璃毛細(xì)管)中使樣品經(jīng)歷流速緩慢變化的流動，通過對系統(tǒng)壓力(即流速)隨時間變化的監(jiān)測所得數(shù)據(jù)按理論公式來求得不同切變率下樣品的表觀粘度，從而對全血進(jìn)行直接、快速準(zhǔn)確的自動測量，而且使用了符合國際規(guī)范的低切應(yīng)力測定低粘度流體(如血漿)等。這類粘度儀在檢測血漿時，樣本是在封閉環(huán)境下，這就從根本上排除了樣本與空氣界面二次分流和泰勒渦流的形成，使檢測結(jié)果能客觀地反映樣本的實(shí)際粘度情況。其核心技術(shù)是對微流路壓力(流速)的檢測，可見該方法類似于U形管的液面測量和基于圖像采集的直接流速測量等。本發(fā)明旨在探索一種芯片式血流變分析系統(tǒng)及分析方法，該芯片式血流變分析系統(tǒng)能夠有效測量血液的流動速度，進(jìn)而得到血液粘度指標(biāo)，并能夠避免人為操作帶來的誤差，測量精度更高，測量裝置小型化，測量所需的樣品更少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種多通道微流控血流變分析芯片及其分析系統(tǒng)和分析方法，該多通道微流控血流變分析芯片不僅能夠適用于血流變分析，而且結(jié)構(gòu)更加小型化，測量所需的樣品更少；該多通道微流控血流變分析系統(tǒng)能夠精確測量血液的流速，進(jìn)而得到血液粘度指標(biāo)，在測量過程中還避免了人為操作帶來的誤差，測量精度更高。要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的多通道微流控血流變分析芯片，包括芯片本體，所述芯片本體上設(shè)有血樣出口、至少一個血樣入口和與血樣入口——對應(yīng)設(shè)置的緩沖液入口，所述血樣入口與緩沖液入口之間通過緩沖液通道相連，所述血樣入口上設(shè)有與其連通的觀察通道，所述血樣出口上設(shè)有與其連通的排液通道，所述觀察通道與所述排液通道相連；所述緩沖液通道上設(shè)有用于開啟或關(guān)閉緩沖液通道的閥門機(jī)構(gòu)I，所述血樣入口上設(shè)有防止緩沖液溢出的閥門機(jī)構(gòu)II。進(jìn)一步，所述芯片本體呈層疊結(jié)構(gòu)且從上至下依次包括芯片蓋片、第一芯片結(jié)構(gòu)層、第二芯片結(jié)構(gòu)層和第三芯片結(jié)構(gòu)層；
所述觀察通道和排液通道均設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層的上表面上；所述緩沖液通道包括設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層上表面上并與所述緩沖液入口相連的緩沖液通道前段和與血樣入 口相連的緩沖液通道末段，所述第二芯片結(jié)構(gòu)層的上表面設(shè)有緩沖液通道中段，所述緩沖液通道中段分別與緩沖液通道前段和緩沖液通道末段相連；
所述閥門機(jī)構(gòu)I與閥門機(jī)構(gòu)II均設(shè)置在所述芯片蓋片和第一芯片結(jié)構(gòu)層上，且所述閥門機(jī)構(gòu)I與緩沖液通道中段對應(yīng)設(shè)置。進(jìn)一步，所述閥門機(jī)構(gòu)I包括設(shè)置在芯片蓋片上并與所述緩沖液通道中段一一對應(yīng)設(shè)置的閥芯孔和安裝在閥芯孔的閥芯，所述閥芯通過所述第一芯片結(jié)構(gòu)層壓在所述緩沖液通道中段上，所述第一芯片結(jié)構(gòu)層采用柔性材料制成；所述閥芯和閥芯孔之間螺紋配合。進(jìn)一步，所述芯片蓋片、第一芯片結(jié)構(gòu)層、第二芯片結(jié)構(gòu)層和第三芯片結(jié)構(gòu)層均采用透明材質(zhì)制成。進(jìn)一步，所述血樣入口包括設(shè)置在所述芯片蓋片上的通孔I和設(shè)置在第二芯片結(jié)構(gòu)層上的通孔II，所述通孔I的直徑小于所述通孔II的直徑，所述閥門機(jī)構(gòu)II為設(shè)置在所述第二芯片結(jié)構(gòu)層上并用于遮擋所述通孔I的擋片。進(jìn)一步，所述血樣入口為至少兩個，所述觀察通道與所述血樣入口對應(yīng)設(shè)置為至少兩條，所述觀察通道相互平行并交匯于所述排液通道。進(jìn)一步，還包括用于套裝所述芯片本體的底座。本發(fā)明還提出了一種多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，包括如上所述的多通道微流控血流變分析芯片、密閉遮光箱體和圖像傳感器裝置，所述圖像傳感器裝置上設(shè)有圖像采集器，所述圖像傳感器裝置設(shè)置在所述密閉遮光箱體底部，所述多通道微流控血流變分析芯片的觀察通道位于所述密閉遮光箱體內(nèi)，且所述觀察通道對應(yīng)設(shè)置在圖像傳感器裝置的上方，所述密閉遮光箱體的頂部設(shè)有光源。進(jìn)一步，所述血樣出口、血樣入口、緩沖液入口、閥門機(jī)構(gòu)I和閥門機(jī)構(gòu)II均位于所述密閉遮光箱體的外部。本發(fā)明還提出了一種多通道微流控血流變分析方法，包括以下步驟
1)將緩沖液從多通道微流控血流變分析芯片的緩沖液入口灌注到緩沖液通道、觀察通道和排液通道內(nèi)；
2)利用閥門機(jī)構(gòu)I關(guān)閉緩沖液通道，使位于緩沖液通道、觀察通道和排液通道內(nèi)的緩沖液靜止；3)打開閥門機(jī)構(gòu)II,并從血樣入口處注入血樣,關(guān)閉閥門機(jī)構(gòu)II；
4)開啟閥門機(jī)構(gòu)I，使緩沖液以5-30cm水柱的恒定壓力驅(qū)動血樣流動，并利用置于密閉遮光箱體內(nèi)的圖像傳感器裝置的圖像采集器記錄血樣流動圖像，從中分析血樣中的紅細(xì)胞流速，并得到血樣流動速度；
5)計算通過以下計算公式計算得到血樣的血液粘度指標(biāo) η = ( P R2 / 8 L V)
以圓形通道為例，式中，P為促使血樣在觀察通道內(nèi)流動的恒定壓力；R為緩沖液通道和觀察通道的半徑；L為觀察通道的長度；v為是血樣的流速。本發(fā)明的有益效果為
I、本發(fā)明的多通道微流控血流變分析芯片通過設(shè)置緩沖液入口用于灌注緩沖液，通過 設(shè)置血樣入口注入血樣，血樣在緩沖液的壓力驅(qū)動下緩慢變化地流過觀察通道，此時可通過測速裝置測量血樣的流速，進(jìn)而得到血樣的血液粘度指標(biāo)，因此，本發(fā)明的多通道微流控血流變分析芯片不僅能夠適用于血流變分析，而且結(jié)構(gòu)更加小型化，測量所需的樣品更少，在操作過程中，緩沖液的壓力直接通過緩沖液液面和觀察通道液面的高度差來實(shí)現(xiàn)，由于緩沖液通道、觀察通道和排液通道的容積很小，緩沖液的液面基本上保持不變，能夠?yàn)檠獦恿鲃犹峁┖愣ǖ膲毫?，在測量過程中避免了人為操作帶來的誤差，測量精度更高，同時。多路觀察通道和多路緩沖液驅(qū)動的各種組合可以提供豐富的測量模式選擇，包括利用不同高度驅(qū)動實(shí)現(xiàn)對同一樣品的多壓力點(diǎn)測量和利用同一壓力同時測量多個樣品等。2、本發(fā)明的多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，通過設(shè)置密閉遮光箱體，并將多通道微流控血流變分析芯片的觀察通道置于密閉遮光箱體內(nèi)，通過在密閉遮光箱體的頂部設(shè)置光源，在密閉遮光箱體底部設(shè)置圖像傳感器裝置，能夠利用像素點(diǎn)法可測得紅細(xì)胞的流速隨時間變化，由于血液中細(xì)胞大部分為紅細(xì)胞，所以這里用紅細(xì)胞的移動速度代替血液的流動速度，監(jiān)測所得的血液的流動速度代入數(shù)據(jù)按理論公式中求得不同切變率下樣品的表觀粘度，從而對血樣進(jìn)行直接、快速準(zhǔn)確的自動測量血液粘度指標(biāo)。


圖I為本發(fā)明多通道微流控血流變分析芯片實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖2為芯片本體的層疊結(jié)構(gòu)示意 圖3芯片本體結(jié)構(gòu)示意 圖4a為閥門機(jī)構(gòu)I常開狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意 圖4b為閥門機(jī)構(gòu)I關(guān)閉狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意 圖5a為閥門機(jī)構(gòu)II常閉狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意 圖5b為閥門機(jī)構(gòu)II開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明多通道微流控血流變分析系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖7為密閉遮光箱體結(jié)構(gòu)示意 圖8為本發(fā)明多通道微流控血流變分析方法流程示意圖。附圖標(biāo)記說明
I-芯片本體；2-血樣出口 ；3_血樣入口 ；3a-通孔I ;3b-通孔II ;4_緩沖液入口 ；5-緩沖液通道；5a-緩沖液通道前段；5b-緩沖液通道中段；5c-緩沖液通道末段；6_觀察通道；7-排液通道；8-芯片蓋片；9_第一芯片結(jié)構(gòu)層；10_第二芯片結(jié)構(gòu)層；11_第三芯片結(jié)構(gòu)層；12_閥芯孔；13_閥芯；14_擋片；15_底座；16_密閉遮光箱體；16a_安裝孔；16b_光源；17-圖像傳感器裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。如圖I所示，為本發(fā)明多通道微流控血流變分析芯片實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析芯片，包括芯片本體1，芯片本體I上設(shè)有血樣出口 2、至少一個血樣入口 3和與血樣入口 3——對應(yīng)設(shè)置的緩沖液入口 4，血樣入口 3與緩沖液入口 4之間通過緩沖液通道5相連，所述血樣入口 3上設(shè)有與其連通的觀察通道6，血樣出口 2上設(shè)有與其連通的排液通道7，觀察通道6與排液通道7相連。緩沖液通道5上設(shè)有用于開啟或關(guān)閉緩沖液通道的閥門機(jī)構(gòu)I，血樣入口 3上設(shè)有防止緩沖液溢出的閥門機(jī)構(gòu)II。優(yōu)選的，血樣入口 3為至少兩個，觀察通道6與血樣入口 3對應(yīng)設(shè)置為至少兩條， 觀察通道6相互平行并交匯于排液通道7。如圖2所示，本實(shí)施例的血樣入口 3并列設(shè)置為4個，相應(yīng)的緩沖液入口 4對應(yīng)設(shè)置為4個，觀察通道6和緩沖液通道5均對應(yīng)設(shè)置為4條，4條觀察通道6交匯于排液通道7。通過設(shè)置條并排的血樣入口 3，能夠同時對血樣在不同的切變率下進(jìn)行測量，提高測量效率；另外，還可同時利用多條觀察通道6在同一個切變率下對血樣進(jìn)行測量，提高測量精度。如圖2和圖3所示，本實(shí)施例的芯片本體呈層疊結(jié)構(gòu)且從上至下依次包括芯片蓋片8、第一芯片結(jié)構(gòu)層9、第二芯片結(jié)構(gòu)層10和第三芯片結(jié)構(gòu)層11。觀察通道6和排液通道7均設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層11的上表面上，緩沖液通道5包括設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層11上表面上并與緩沖液入口 4相連的緩沖液通道前段5a和與血樣入口 3相連的緩沖液通道末段5c，第二芯片結(jié)構(gòu)層10的上表面設(shè)有緩沖液通道中段5b，緩沖液通道中段5b分別與緩沖液通道前段5a和緩沖液通道末段5c相連。閥門機(jī)構(gòu)I與閥門機(jī)構(gòu)II均設(shè)置在芯片蓋片8和第一芯片結(jié)構(gòu)層9上，且閥門機(jī)構(gòu)I與緩沖液通道中段5b對應(yīng)設(shè)置。通過將芯片本體I設(shè)置為層疊機(jī)構(gòu)，能夠便于加工，由于緩沖液通道5、觀察通道6和排液通道7均為毛細(xì)管通道，直接在芯片本體I上加工較為困難，通過將芯片本體I設(shè)置為層疊結(jié)構(gòu)，可直接在芯片本體I的第三芯片結(jié)構(gòu)層11的上表面加工毛細(xì)管，加工方便，制作成本低，另外，通過設(shè)置芯片蓋片8和第一芯片結(jié)構(gòu)層9，還便于設(shè)置閥門機(jī)構(gòu)I與閥門機(jī)構(gòu)II。優(yōu)選的，芯片蓋片8、第一芯片結(jié)構(gòu)層9、第二芯片結(jié)構(gòu)層10和第三芯片結(jié)構(gòu)層11均采用透明材質(zhì)制成，便于觀察和透光。如圖4a和圖4b所示，閥門機(jī)構(gòu)I包括設(shè)置在芯片蓋片8上并與緩沖液通道中段5b——對應(yīng)設(shè)置的閥芯孔12和安裝在閥芯孔12的閥芯13，閥芯13通過第一芯片結(jié)構(gòu)層9壓在緩沖液通道中段5b上，第一芯片結(jié)構(gòu)9層采用柔性材料制成。本實(shí)施例的閥芯13和閥芯孔12之間螺紋配合，通過調(diào)節(jié)閥芯13與閥芯孔12之間的螺紋配合長度，可實(shí)現(xiàn)將閥門機(jī)構(gòu)I開啟和關(guān)閉。如圖4a所示，為閥門機(jī)構(gòu)I常開狀態(tài)示意圖，此時閥芯13沒有作用力在第一芯片結(jié)構(gòu)層9，緩沖液通道中段5b保持暢通；如圖4b所示，為閥門機(jī)構(gòu)I關(guān)閉狀態(tài)示意圖，通過閥芯13與閥芯孔12之間的螺紋配合力的作用，閥芯13將第一芯片結(jié)構(gòu)層9壓下并堵住緩沖液通道中段5b，使緩沖液通道中段5b中斷。
如圖5a和5b所示，設(shè)置在血樣入口 3包括設(shè)置在芯片蓋片8上的通孔I 3a和設(shè)置在第二芯片結(jié)構(gòu)層10上的通孔II 3b，通孔I 3a的直徑小于通孔II 3b的直徑，閥門機(jī)構(gòu)II為設(shè)置在第二芯片結(jié)構(gòu)層9上并用于遮擋通孔I 3a的擋片14。如圖5a所示，閥門機(jī)構(gòu)II為常閉閥門，當(dāng)血樣入口 3不需要注入血樣時，擋片14擋住通孔I 3a，而緩沖液對擋片14施加面向通孔I 3a的壓力，使得通孔I 3a能夠保持常閉；當(dāng)血樣入口 3需要注入血樣時，血樣注入裝置插入血樣入口 3中，頂開擋片14，使得通孔I 3a和通孔II 3b導(dǎo)通，SP閥門機(jī)構(gòu)II開啟，如圖5b所示。優(yōu)選的，本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析芯片還包括用于套裝所述芯片本體I的底座15，底座15包裹在芯片本體I的四周，便于攜帶。如圖6所示，為本發(fā)明多通道微流控血流變分析系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，包括如上所述的多通道微流控血流變分析芯片、密閉遮光箱體16和圖像傳感器裝置17，圖像傳感器裝置17上設(shè)有圖像采集器，圖像傳感器裝置17設(shè)置在密閉遮光箱體16底部，多通道微流控血流變分析芯片的觀察通道6位于密閉遮光箱體I內(nèi)，且觀察通道6對應(yīng)設(shè)置在圖像傳感器裝置的上方，所閉遮光箱體的頂部設(shè)有 光源16b，用于向圖像傳感器裝置17提供所需的光。本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，通過設(shè)置密閉遮光箱體16，并將多通道微流控血流變分析芯片的觀察通道6置于密閉遮光箱體16內(nèi)，通過在密閉遮光箱體16的頂部設(shè)置光源16b，在密閉遮光箱體16底部設(shè)置圖像傳感器裝置17，能夠利用像素點(diǎn)法測得紅細(xì)胞的流速隨時間變化，由于血液中細(xì)胞大部分為紅細(xì)胞，所以這里用紅細(xì)胞的移動速度代替血液的流動速度，監(jiān)測所得的血液的流動速度代入數(shù)據(jù)按理論公式中求得不同切變率下樣品的表觀粘度，從而對血樣進(jìn)行直接、快速準(zhǔn)確的自動測量血液粘度指標(biāo)。優(yōu)選的，血樣出口 2、血樣入口 3、緩沖液入口 4、閥門機(jī)構(gòu)I和閥門機(jī)構(gòu)II均位于密閉遮光箱體16的外部，便于血流變測量操作。如圖7所示，密閉遮光箱體16的兩側(cè)對應(yīng)設(shè)有安裝孔，本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析芯片呈T字形，觀察通道6平行設(shè)置與多通道微流控血流變分析芯片的T型柱上，多通道微流控血流變分析芯片的T型柱通過設(shè)置在密閉遮光箱體16的兩側(cè)對應(yīng)設(shè)有安裝孔16a安裝在密閉遮光箱體16上，結(jié)構(gòu)緊湊。下面介紹本發(fā)明多通道微流控血流變分析方法的具體實(shí)施方式
。本實(shí)施例的多通道微流控血流變分析方法包括以下步驟，如圖8所示
1)將緩沖液從多通道微流控血流變分析芯片的緩沖液入口4灌注到緩沖液通道5、觀察通道6和排液通道7內(nèi)，并使緩沖液注滿緩沖液通道5、觀察通道6和排液通道內(nèi)7 ；
2)利用閥門機(jī)構(gòu)I關(guān)閉緩沖液通道5，使位于緩沖液通道5、觀察通道6和排液通道7內(nèi)的緩沖液靜止；
3 )打開閥門機(jī)構(gòu)11，并從血樣入口 3處注入血樣，關(guān)閉閥門機(jī)構(gòu)II，由于緩沖液通道5、觀察通道6和排液通道7均為毛細(xì)管，從血樣入口 3注入的血樣的量的數(shù)量級為微升級；
4)開啟閥門機(jī)構(gòu)I，使緩沖液以5-30cm水柱，的恒定壓力驅(qū)動血樣流動，并利用置于密閉遮光箱體16內(nèi)的圖像傳感器裝置17的圖像采集器記錄血樣中的紅細(xì)胞流速；當(dāng)觀察通道6平行設(shè)置為多條時，可利用緩沖液對不同觀察通道6內(nèi)的血樣施加不同大小的恒定壓力，本實(shí)施例的觀察通道6并列設(shè)置為4條，每一條內(nèi)的緩沖液壓力分別為500Pa、1000Pa、2200Pa和3000Pa，當(dāng)然也可采用其他的緩沖液壓力組合，可同時實(shí)現(xiàn)對血樣在不同切變率下的表觀粘度進(jìn)行測量，檢測效率更高；當(dāng)然也可在多條觀察通道6內(nèi)使用相同的緩沖液壓力驅(qū)動血樣流動，此時可同時測量血樣在相同切變率長下的多組表觀粘度數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高測量精度；
5)計算通過以下計算公式計算得到血樣的血液粘度指標(biāo) η= ( P R2 / 8 L V)
以圓形通道為例，式中，P為促使血樣在觀察通道內(nèi)流動的恒定壓力；R為緩沖液通道和觀察通道的半徑；L為觀察通道的長度；v為是血樣的流速；
該公式的推到過程如下 η= (31 PR4t/8LV)
式中，t為時間，V為流過的體積，V= R2 V t，將V代入上式中，即可得到血液粘度指標(biāo)的計算公式。另外，通過對采集圖像的分析，本發(fā)明的多通道微流控血流變分析方法還可以得到諸如血細(xì)胞計數(shù)，壓積等系列血液檢測參數(shù)，不再累述。·最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于包括芯片本體，所述芯片本體上設(shè)有血樣出口、至少一個血樣入口和與血樣入口——對應(yīng)設(shè)置的緩沖液入口，所述血樣入口與緩沖液入口之間通過緩沖液通道相連，所述血樣入口上設(shè)有與其連通的觀察通道，所述血樣出口上設(shè)有與其連通的排液通道，所述觀察通道與所述排液通道相連；所述緩沖液通道上設(shè)有用于開啟或關(guān)閉緩沖液通道的閥門機(jī)構(gòu)I，所述血樣入口上設(shè)有防止液體溢出的閥門機(jī)構(gòu)II。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于 所述芯片本體呈層疊結(jié)構(gòu)且從上至下依次包括芯片蓋片、第一芯片結(jié)構(gòu)層、第二芯片結(jié)構(gòu)層和第三芯片結(jié)構(gòu)層； 所述觀察通道和排液通道均設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層的上表面上；所述緩沖液通道包括設(shè)置在第三芯片結(jié)構(gòu)層上表面上并與所述緩沖液入口相連的緩沖液通道前段和與血樣入口相連的緩沖液通道末段，所述第二芯片結(jié)構(gòu)層的上表面設(shè)有緩沖液通道中段，所述緩沖液通道中段分別與緩沖液通道前段和緩沖液通道末段相連； 所述閥門機(jī)構(gòu)I與閥門機(jī)構(gòu)II均設(shè)置在所述芯片蓋片和第一芯片結(jié)構(gòu)層上，且所述閥門機(jī)構(gòu)I與緩沖液通道中段對應(yīng)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于所述閥門機(jī)構(gòu)I包括設(shè)置在芯片蓋片上并與所述緩沖液通道中段一一對應(yīng)設(shè)置的閥芯孔和安裝在閥芯孔的閥芯，所述閥芯通過所述第一芯片結(jié)構(gòu)層壓在所述緩沖液通道中段上，所述第一芯片結(jié)構(gòu)層采用柔性材料制成；所述閥芯和閥芯孔之間螺紋配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于所述芯片蓋片、第一芯片結(jié)構(gòu)層、第二芯片結(jié)構(gòu)層和第三芯片結(jié)構(gòu)層均采用透明材質(zhì)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于所述血樣入口包括設(shè)置在所述芯片蓋片上的通孔I和設(shè)置在第二芯片結(jié)構(gòu)層上的通孔II，所述通孔I的直徑小于所述通孔II的直徑，所述閥門機(jī)構(gòu)II為設(shè)置在所述第二芯片結(jié)構(gòu)層上并用于遮擋所述通孔I的擋片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于所述血樣入口為至少兩個，所述觀察通道與所述血樣入口對應(yīng)設(shè)置為至少兩條，所述觀察通道相互平行并交匯于所述排液通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的多通道微流控血流變分析芯片，其特征在于還包括用于套裝所述芯片本體的底座。
8.一種多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，其特征在于包括如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的多通道微流控血流變分析芯片、密閉遮光箱體和圖像傳感器裝置，所述圖像傳感器裝置上設(shè)有圖像采集器，所述圖像傳感器裝置設(shè)置在所述密閉遮光箱體底部，所述多通道微流控血流變分析芯片的觀察通道位于所述密閉遮光箱體內(nèi)，且所述觀察通道對應(yīng)設(shè)置在圖像傳感器裝置的上方，所述密閉遮光箱體的頂部設(shè)有光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多通道微流控血流變分析系統(tǒng)，其特征在于所述血樣出口、血樣入口、緩沖液入口、閥門機(jī)構(gòu)I和閥門機(jī)構(gòu)II均位于所述密閉遮光箱體的外部。
10.一種多通道微流控血流變分析方法，其特征在于包括以下步驟 I)將緩沖液從多通道微流控血流變分析芯片的緩沖液入口灌注到緩沖液通道、觀察通道和排液通道內(nèi)； 2)利用閥門機(jī)構(gòu)I關(guān)閉緩沖液通道，使位于緩沖液通道、觀察通道和排液通道內(nèi)的緩沖液靜止； 3)打開閥門機(jī)構(gòu)II,并從血樣入口處注入血樣,關(guān)閉閥門機(jī)構(gòu)II； 4)開啟閥門機(jī)構(gòu)I，使緩沖液以5-30cm水柱的恒定壓力驅(qū)動血樣流動，并利用置于密閉遮光箱體內(nèi)的圖像傳感器裝置的圖像采集器記錄血樣流動圖像，從中分析血樣中的紅細(xì)胞流速，并得到血樣流動速度； 5)計算通過以下計算公式計算得到血樣的血液粘度指標(biāo) η = ( P R2 / 8 L V) 式中，P為促使血樣在觀察通道內(nèi)流動的恒定壓力#為緩沖液通道和觀察通道的半徑；L為觀察通道的長度；v為是血樣的流速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道微流控血流變分析芯片，包括芯片本體，所述芯片本體上設(shè)有血樣出口、至少一個血樣入口和與血樣入口一一對應(yīng)設(shè)置的緩沖液入口，所述血樣入口與緩沖液入口之間通過緩沖液通道相連，所述血樣入口上設(shè)有與其連通的觀察通道，所述血樣出口上設(shè)有與其連通的排液通道，所述觀察通道與所述排液通道相連；所述緩沖液通道上設(shè)有用于開啟或關(guān)閉緩沖液通道的閥門機(jī)構(gòu)I，所述血樣入口上設(shè)有防止液體溢出的閥門機(jī)構(gòu)II。本發(fā)明還基于該多通道微流控血流變分析芯片公開了一種多通道微流控血流變分析系統(tǒng)和一種多通道微流控血流變分析方法。
文檔編號B01L3/00GK102854094SQ20121038146
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者廖彥劍, 羅洪艷, 陳禮, 鄭小林, 楊軍, 陳義安, 段銘, 黃維 申請人:重慶大學(xué)