專利名稱：一種離心式微流控血清分離芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷、衛(wèi)生檢疫等多個(gè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
血液檢測(cè)是生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷、衛(wèi)生檢疫診斷中最廣泛的樣本檢測(cè)，但是紅細(xì)胞的存在對(duì)血液檢測(cè)中的光譜分析存在很大的干擾，因此如何快速方便地從全血中分離出血清一直是血液檢測(cè)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題。目前，絕大多數(shù)醫(yī)院和實(shí)驗(yàn)室還是使用大型的離心機(jī)分離血清和血細(xì)胞，此方法需要從患者體內(nèi)抽取毫升量的血液樣本,而真正用于檢測(cè)的樣本僅僅幾微升,導(dǎo)致樣本的 大量浪費(fèi)；而且此類離心設(shè)備體積大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，血清分離過(guò)程和檢測(cè)是分開(kāi)獨(dú)立進(jìn)行，易引起血液樣品的損失和污染，不適合臨床診斷和微型分析系統(tǒng)的集成化，不能滿足醫(yī)療診斷中微型全分析系統(tǒng)發(fā)展的需要，因此有必要發(fā)展一種新的微分離技術(shù)。離心式微流控芯片分析系統(tǒng)是微全分析系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向，以微加工技術(shù)為依托，將化學(xué)分析的采樣、預(yù)處理、混合、衍化及檢測(cè)等過(guò)程中涉及的閥、流動(dòng)管道、混合反應(yīng)器、加熱器、分離裝置、檢測(cè)器等部件微型化，集成到圓片狀的芯片上，以離心力驅(qū)動(dòng)微流體的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品檢測(cè)分析的微流控體系。離心系統(tǒng)能夠完成很多操作，例如混合、色譜分離、精確體積的分離和沉淀等。近年來(lái)，離心式微流控系統(tǒng)以其高通量、高集成化、多重平行分析、便攜、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)獲得了快速發(fā)展，在生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷、衛(wèi)生檢疫領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于微升級(jí)全血血清快速分離的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于該離心式微流控血清分離芯片是圓片狀帶微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)血清分離。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)專為圓片狀芯片設(shè)計(jì)的，中心以吸盤(pán)、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀的離心式微流控芯片。圓片狀離心式微流控芯片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和另一空白芯片通過(guò)熱壓法貼合而成。離心式微流控血清分離芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道包括微量進(jìn)樣區(qū)、定量區(qū)、廢液池、石英毛細(xì)管溝槽、分流池、血清區(qū)、通氣口以及微流體流動(dòng)通道，在離心力的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)微升級(jí)血液中血清與紅細(xì)胞的分離操作，獲得分析檢測(cè)用的血清。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下操作步驟I.用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控血清分離芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形；2.通過(guò)微加工技術(shù)在圓片狀微流控芯片基材表面加工制備微結(jié)構(gòu)和微通道，包括微區(qū)、微槽、微池、微孔和微通道；3.用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和空白芯片后，自然晾干；4.將石英毛細(xì)管放入刻好的石英毛細(xì)管溝槽內(nèi)，用環(huán)氧膠固定及密封，制成被動(dòng)閥；5.將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和空白芯片對(duì)齊、壓緊、熱封合，制成離心式微流控血清分離芯片；6.將一滴微升級(jí)別的全血樣品滴入芯片微量進(jìn)樣區(qū)，啟動(dòng)離心機(jī)，最后獲得微升級(jí)的血清樣品。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片的芯片基材可以是為未涂層的空白PMMA、PC、PVC、COC圓片，也可是各類⑶光盤(pán)。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片的芯片厚度可以是I 5mm,直徑60 150mm,中心孔徑10 30mm。 本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片在定量區(qū)的左側(cè)設(shè)置了溢流閥，右側(cè)設(shè)置了被動(dòng)閥，溢流閥和被動(dòng)閥的協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)全血樣品的限流、切換和定量控制。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片的溢流閥為微通道結(jié)構(gòu)，連接在定量區(qū)和廢液池之間。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片的定量區(qū)與分流區(qū)之間的連接微通道寬度和深度均為380 μ m,置入外徑375 μ m,內(nèi)徑25、50、75或100 μ m的石英毛細(xì)管，作為被動(dòng)閥。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片利用芯片在離心機(jī)的微電機(jī)旋轉(zhuǎn)下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力作為微流體的驅(qū)動(dòng)力，完成分析樣品的混合、分離和沉淀。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片選擇的離心轉(zhuǎn)速是根據(jù)毛細(xì)管被動(dòng)閥的突破頻率來(lái)設(shè)定。首先設(shè)定離心轉(zhuǎn)速小于毛細(xì)管被動(dòng)閥的突破頻率，多余的樣品通過(guò)溢流閥導(dǎo)入廢液池，達(dá)到樣品定量效果；隨后調(diào)節(jié)離心轉(zhuǎn)速大于毛細(xì)管被動(dòng)閥的突破頻率，定量的樣品通過(guò)毛細(xì)管進(jìn)入到分液區(qū)，血液中的紅細(xì)胞首先進(jìn)入并填充分液區(qū)，分液區(qū)的容積略微大于紅細(xì)胞在定量全血中的體積，因此紅細(xì)胞會(huì)全部留在分液區(qū)，而血清進(jìn)入到旁路的血清區(qū)，最終達(dá)到分離全血血清的目的。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片進(jìn)行血液定量操作時(shí)的離心轉(zhuǎn)速為150 450轉(zhuǎn)/分，血液分離通過(guò)毛細(xì)管的離心轉(zhuǎn)速為700 1000轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片的定量區(qū)、分流池、血清區(qū)的容量比為5:3:2。本發(fā)明中，離心式微流控血清分離芯片通過(guò)改變芯片旋轉(zhuǎn)速度和設(shè)計(jì)不同的微通道和微結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)和控制微流體的流速，適合不同全血樣品的血清分離。本發(fā)明提出的離心式微流控血清分離芯片通過(guò)控制離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和石英毛細(xì)管的突破頻率特性來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉被動(dòng)閥，無(wú)須對(duì)芯片表面進(jìn)行親水或疏水處理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易與檢測(cè)器連接與集成，在同一芯片上實(shí)現(xiàn)血清分離與檢測(cè)，降低了血樣交叉污染幾率。血液樣本用量少，無(wú)需稀釋和預(yù)處理，血清分離速度快。芯片使用未涂層的空白圓片狀芯片基材制作，芯片基材來(lái)源廣泛，成本低廉，為全血血清分離提供很好的平臺(tái)，也為臨床診斷提供方便、快捷、有效的分析工具。


圖I是離心式微流控血清分離芯片的布局示意圖。圖2是離心式微流控血清分離芯片表面的微結(jié)構(gòu)和微通道示意圖，圖中1、微量進(jìn)樣區(qū)，2、定量區(qū)，3、廢液池，4、石英毛細(xì)管被動(dòng)閥，5、分流池，6、血清區(qū)，7，8，9、通氣口。
具體實(shí)施方案 實(shí)施例I通過(guò)數(shù)控CNC微加工系統(tǒng)制備聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片，厚度3mm，直徑120mm，中間打出孔徑為20mm的中心孔。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖軟件(CAD)設(shè)計(jì)離心式微流控血清分離芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形，然后通過(guò)數(shù)控CNC微加工系統(tǒng)在PMMA芯片基材表面銑刻制備出各種微通道、微槽、微孔、微池、微區(qū)，形成芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道系統(tǒng)，包括微量進(jìn)樣區(qū)、定量區(qū)、廢液池、石英毛細(xì)管溝槽、分流池、血清區(qū)、通氣口以及微流體流動(dòng)通道。將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的PMMA芯片和空白PMMA芯片，用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。將外徑375微米、內(nèi)徑為25微米的石英毛細(xì)管放入石英毛細(xì)管溝槽中，用環(huán)氧膠固定及密封。將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的PMMA芯片和空白PMMA芯片對(duì)齊、壓緊后，放入真空熱壓機(jī)里進(jìn)行熱鍵合，主要鍵合參數(shù)設(shè)定為鍵合壓力2. 5MPa，溫度88°C，時(shí)間180秒。將熱鍵合好的PMMA芯片放入離心機(jī)圓形托盤(pán)的卡槽中，夾緊固定后，在每個(gè)進(jìn)樣區(qū)加入約7微升全血血樣，初始離心速度450轉(zhuǎn)/分，分離15秒后，得到5微升血樣，轉(zhuǎn)速增至1000轉(zhuǎn)/分，分離10秒后，得到2微升血清樣品。實(shí)施例2通過(guò)數(shù)控CNC微加工系統(tǒng)制備聚碳酸酯(PC)芯片，厚度5_，直徑120_，中間打出孔徑為30mm的中心孔。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖軟件(CAD)設(shè)計(jì)離心式微流控血清分離芯片圖形，然后通過(guò)數(shù)控微加工系統(tǒng)在PC芯片基材表面銑刻制備出各種微通道、微槽、微孔、微池、微區(qū)，形成芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道系統(tǒng)，包括微量進(jìn)樣區(qū)、定量區(qū)、廢液池、石英毛細(xì)管溝槽、分流池、血清區(qū)、通氣口以及微流體流動(dòng)通道。將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的PC芯片和空白PC芯片，用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。將外徑375微米、內(nèi)徑為100微米的石英毛細(xì)管放入石英毛細(xì)管溝槽中，用環(huán)氧膠固定及密封。將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的PC芯片和空白PC芯片對(duì)齊、壓緊，放入真空熱壓機(jī)里進(jìn)行熱鍵合，主要鍵合參數(shù)設(shè)定為鍵合壓力O. 5MPa，溫度140°C，時(shí)間120秒。將熱鍵合好的PC芯片放入離心機(jī)托盤(pán)中，利用螺絲-螺母固定，在每個(gè)進(jìn)樣區(qū)加入約12微升血樣，初始離心速度150轉(zhuǎn)/分，分離15秒后，得到10微升血樣，轉(zhuǎn)速增至700轉(zhuǎn)/分，分離20秒后，得到4微升血清樣品。
權(quán)利要求
1.一種離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于該離心式微流控血清分離芯片是圓片狀帶微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)血清分離。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)專為圓片狀芯片設(shè)計(jì)的，中心以吸盤(pán)、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀的離心式微流控芯片。圓片狀離心式微流控芯片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和另一空白芯片通過(guò)熱壓法貼合而成。離心式微流控血清分離芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道包括微量進(jìn)樣區(qū)、定量區(qū)、廢液池、石英毛細(xì)管溝槽、分流池、血清區(qū)、通氣口以及微流體流動(dòng)通道，在離心力的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)微升級(jí)血液中血清與紅細(xì)胞的分離操作，獲得分析檢測(cè)用的血清。
2.按權(quán)利要求I所述的一種離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征步驟依次如下 1)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控血清分離芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形； 2)通過(guò)微加工技術(shù)在圓片狀微流控芯片基材表面加工制備微結(jié)構(gòu)和微通道，包括微區(qū)、微槽、微池、微孔和微通道； 3)用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和空白芯片后，自然晾干; 4)將石英毛細(xì)管放入刻好的石英毛細(xì)管溝槽內(nèi)，用環(huán)氧膠固定及密封，制成被動(dòng)閥； 5)將刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和空白芯片對(duì)齊、壓緊、熱封合，制成離心式微流控血清分離芯片； 6)將一滴微升級(jí)別的全血樣品滴入芯片微量進(jìn)樣區(qū)，啟動(dòng)離心機(jī)，最后獲得微升級(jí)的血清樣品。
3.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片是圓片狀的，可在表面靈活制備微結(jié)構(gòu)和微通道，易與檢測(cè)器連接，也可成批量生產(chǎn)，多次重復(fù)利用。
4.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片的分離原理是微升級(jí)血液在離心力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行血清分離操作。
5.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片對(duì)血樣微流體的限流、切換和定量控制是通過(guò)溢流閥和被動(dòng)閥的協(xié)同作用來(lái)完成。溢流閥為微通道結(jié)構(gòu)，連接在定量區(qū)和廢液池之間，被動(dòng)閥由石英毛細(xì)管構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片的基材表面不需要做親水或疏水改性,全血也無(wú)需做血清分離前的任何預(yù)處理。
7.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片是通過(guò)設(shè)計(jì)芯片表面不同的微通道和微結(jié)構(gòu)以及改變芯片旋轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)和控制血樣微流體的流速，可進(jìn)行不同全血樣品的血清分離。
8.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片可在一塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，可提高單位時(shí)間的平行血清分離能力。
9.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于，這種離心式微流控血清分離芯片的全血樣品用量小，分離速度快，可實(shí)現(xiàn)微升級(jí)血清的快速分離制取。
10.按權(quán)利要求I或2所述的離心式微流控血清分離芯片及其制備方法，其特征在于這種血清分離芯片克服了傳統(tǒng)血清離心機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、樣品需求量大、不利于微型分析系統(tǒng)的集成化等缺點(diǎn)，易與檢測(cè)器連接與集成，使血清的分離和檢測(cè)過(guò)程可在同一芯片上完成，避免了血清的轉(zhuǎn)移，降低了血樣交叉污染幾率，很好地滿足微全分析系統(tǒng)發(fā)展的需要，在生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷、衛(wèi)生檢疫等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離心式微流控血清分離芯片及其制作方法。離心式微流控血清分離芯片是圓片狀帶微結(jié)構(gòu)與微通道的微流控芯片，由刻有微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和空白芯片組成。離心式微流控血清分離芯片固定在離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)芯片上微結(jié)構(gòu)和微通道的協(xié)同作用過(guò)程，實(shí)現(xiàn)微升級(jí)血樣中血清與紅細(xì)胞的分離操作，獲得分析檢測(cè)用的血清。本發(fā)明適用于生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷、衛(wèi)生檢疫等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N1/34GK102773122SQ20121027596
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者沙俊, 王曉東 申請(qǐng)人:蘇州汶顥芯片科技有限公司