一種用于集成核磁共振磁體和探頭的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片，包括具有至少一個(gè)流體入口和至少一個(gè)流體出口的芯片本體，其特征在于：在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一檢測(cè)腔，該檢測(cè)腔與至少一個(gè)所述流體入口和至少一個(gè)所述流體出口連通，在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一用于檢測(cè)從所述檢測(cè)腔流過(guò)的流體的螺線管線圈探頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片檢測(cè)容量可低至納升尺度，結(jié)構(gòu)巧妙，填充比高，可獲得極高的靈敏度和分辨率。
【專利說(shuō)明】
一種用于集成核磁共振磁體和探頭的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片，特別涉及一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片分析檢測(cè)系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的微全分析系統(tǒng)(MiniaturizedTotal Analysis System，uTAS)的發(fā)展前沿，其發(fā)展方向是更加微型化、自動(dòng)化、快速化與便攜化。微流控芯片的基本特征是多種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺(tái)上靈活組合。這樣的好處是樣本處理時(shí)間大幅縮短，檢測(cè)分辨率、靈敏度顯著提高以及消耗和成本大幅降低，更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義在于，它極有可能實(shí)現(xiàn)微流控芯片的整體設(shè)備小型化、家庭化，從根本上改變?nèi)祟惖纳钯|(zhì)量。微流控芯片中流體的運(yùn)動(dòng)尤其不同于一般宏觀尺度的流體運(yùn)動(dòng)的個(gè)性，如為流體的面積比增加，包括表面張力、粘性力等內(nèi)在的表面作用增強(qiáng)，慣性力影響減弱，雷諾系數(shù)變小。邊緣效應(yīng)增大，三維效應(yīng)變得不可忽略;此外，由于線性尺寸的減小，物理量梯度提高，傳熱傳質(zhì)的推動(dòng)力增大，這些使得微流控芯片測(cè)試性能顯著超過(guò)宏觀條件下的測(cè)試體系?，F(xiàn)階段，微流控芯片的檢測(cè)單元一般基于光學(xué)、電化學(xué)、質(zhì)譜分析等。
[0003]原子核磁共振檢測(cè)方法，檢測(cè)過(guò)程中具有獨(dú)特的非破壞性，能夠識(shí)別未知分子的分子結(jié)構(gòu)、觀察生物分子的新陳代謝過(guò)程，正廣泛應(yīng)用于化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、分子動(dòng)力學(xué)、診斷成像以及其他領(lǐng)域。傳統(tǒng)核磁共振儀器體積龐大、造價(jià)昂貴，這使其應(yīng)用場(chǎng)景限制于實(shí)驗(yàn)室之中，因而微型核磁共振檢測(cè)探頭集成到微流控芯片中將一方面極大地提高微流控芯片檢測(cè)系統(tǒng)的分析能力，另一方面也使得核磁共振技術(shù)朝著低成本、便攜式的方向發(fā)展。
[0004]當(dāng)前正在研究的其他一些應(yīng)用于微流控高分辨率檢測(cè)的核磁共振技術(shù)，文獻(xiàn)中Degen C L等(Nanoscale magnetic resonance imaging.[J].Proceedings of theNat1nal Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106(5):1313-7)雖然實(shí)現(xiàn)了納升級(jí)別的樣本檢測(cè)，但是需要超低溫的檢測(cè)環(huán)境；Tian F K等(Liquid metal microcoils for sensing and actuat1n in lab-on—a—chipapplicat1ns[J].Microsystem Technologies, 2013, 21 (3): 519-526)降低了線圈探頭與流道的集成難度，但文中用到的平面線圈靈敏度低，信號(hào)獲取能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述已有技術(shù)的不足而提供的一種靈敏度高，獲取信號(hào)能力強(qiáng)的集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片，包括具有至少一個(gè)流體入口和至少一個(gè)流體出口的芯片本體，其特征在于:在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一檢測(cè)腔，該檢測(cè)腔與至少一個(gè)所述流體入口和至少一個(gè)所述流體出口連通，在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一用于檢測(cè)從所述檢測(cè)腔流過(guò)的流體的螺線管線圈探頭。
[0007]所述芯片本體包括芯片上層、芯片中層以及芯片下層，所述流體入口和流體出口設(shè)置在所述芯片上層上，在所述芯片上層上還設(shè)有一上層流道，該上層流道包括至少一個(gè)入口通道和至少一個(gè)出口通道;所述螺線管線圈探頭和檢測(cè)腔位于所述芯片中層，在所述芯片中層中還設(shè)置有至少一個(gè)中層通道;在所述芯片下層中設(shè)置有一下層流道;所述上層流道的入口通道與所述流體入口連接，所述上層流道的至少一個(gè)出口通道與所述檢測(cè)腔入口連接，所述檢測(cè)腔出口連接所述下層流道的入口端，所述下層流道的出口端經(jīng)所述中間層通道與所述流體出口連通。
[0008]在所述芯片下層下還設(shè)置有一基質(zhì)襯底。
[0009]所述流體入口為一個(gè)，所述流體出口為兩個(gè)，所述上層流道的入口通道為一個(gè)，上層流道的出口通道為兩個(gè)，其中一個(gè)出口通道與其中一個(gè)流體出口連接，另一個(gè)出口通道與檢測(cè)腔連通。
[0010]所述流體入口為兩個(gè)，所述流體出口為一個(gè)，所述上層流道的入口通道為兩個(gè)，上層流道的出口通道為一個(gè)，兩個(gè)出入通道分別與一個(gè)流體入口連接。
[0011 ]所述檢測(cè)腔與所述中層通道貫通所述芯片中層。
[0012]所述芯片上層、芯片中層、芯片下層材料為聚二甲基硅氧烷、UV樹脂或聚甲基丙烯酸甲酯，芯片各層的材料相同或不同。
[0013]所述基質(zhì)襯底材料為玻璃、硅片或石英。
[0014]所述芯片上層、芯片中層、芯片下層以及基質(zhì)襯底相鄰兩層間結(jié)合方式為不可逆的等離子體氧化粘結(jié)或高分子材料粘結(jié)。
[0015]有益效果
本發(fā)明提供的一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片將核磁共振檢測(cè)技術(shù)與微流控分析系統(tǒng)充分結(jié)合，流體經(jīng)上層流道混合、反應(yīng)或分選后直接進(jìn)入檢測(cè)腔，通過(guò)螺線管線圈探頭檢測(cè)后經(jīng)由下層流道與中層通道流出，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)大通量檢測(cè)，填充比高，可獲得極高的靈敏度和分辨率。
[0016]應(yīng)用范圍廣，核磁共振檢測(cè)的非破壞性，使得樣本在檢測(cè)后依然保持穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)或生物活性，同時(shí)依托微流控技術(shù)的小型化、自動(dòng)化、快速化與便攜化，集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片可應(yīng)用于更為復(fù)雜多樣的檢測(cè)環(huán)境。
[0017]靈敏度高，核磁共振檢測(cè)從原子核層面獲取待檢樣本信息，受到更少的外界干擾，可獲取分子化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物代謝過(guò)程等信息。此外，相較于平面線圈探頭，集成螺線管線圈探頭實(shí)現(xiàn)更高的信噪比，有益于后續(xù)數(shù)據(jù)采集與分析。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的橫截面示意圖；
圖2為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)例示意圖；
圖3為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)例中芯片上層示意圖；
圖4為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)例示意圖；
圖5為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)例中芯片上層示意圖；
圖6為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)例示意圖；
圖7為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)例中芯片上層示意圖； 圖中:100芯片上層、101上層流道、102流體入口、103流體出口、200芯片中層、201螺線管線圈探頭、202檢測(cè)腔、203中層通道、300芯片下層、301下層流道、400基質(zhì)襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]請(qǐng)參閱圖1，一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片，包括芯片上層100、芯片中層200、芯片下層300以及基質(zhì)襯底400。芯片上層中包含上層流道101、至少一個(gè)流體入口102和至少一個(gè)流體出口 103，芯片中層中包含螺線管線圈探頭201、檢測(cè)腔202和至少一個(gè)中層通道203，芯片下層中包含下層流道301，基質(zhì)襯底承接芯片下層。
[0021]實(shí)施例1:
請(qǐng)參閱圖:2?3，芯片上層100中包含I個(gè)流體入口 102和I個(gè)流體出口 103，上層流道101為直通結(jié)構(gòu)，待測(cè)液體樣本從流體入口 102注入上層流道101，經(jīng)由上層流道101引流至芯片中層檢測(cè)腔202，此時(shí)螺線管線圈探頭201發(fā)射脈沖獲取樣本核磁共振信號(hào)，檢測(cè)過(guò)的樣本經(jīng)由下層流道301與中層通道203導(dǎo)弓I，從流體出口 103流出。
[0022]實(shí)施例2:
請(qǐng)參閱圖:4?5，芯片上層100中包含2個(gè)流體入口 102和I個(gè)流體出口 103，上層流道101為混合結(jié)構(gòu)，兩種待反應(yīng)液體樣本比從流體入口 102注入上層流道101，經(jīng)回折細(xì)長(zhǎng)的上層流道101充分混合反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物流至芯片中層檢測(cè)腔202，此時(shí)螺線管線圈探頭201發(fā)射脈沖獲取樣本核磁共振信號(hào)，檢測(cè)過(guò)的樣本經(jīng)由下層流道301與中層通道203導(dǎo)引，從流體出口 103流出。
[0023]實(shí)施例3:
請(qǐng)參閱圖:6?7，芯片上層100中包含I個(gè)流體入口 102和2個(gè)流體出口 103，上層流道101為混合結(jié)構(gòu)，一種待分離純化液體樣本從流體入口 102注入上層流道101，經(jīng)回旋離心的上層流道101后在岔口處排除雜質(zhì)成分，雜質(zhì)成分直接從流體出口 103排出，分離純化后的待檢樣本流至芯片中層檢測(cè)腔202，此時(shí)螺線管線圈探頭201發(fā)射脈沖獲取樣本核磁共振信號(hào)，檢測(cè)過(guò)的樣本經(jīng)由下層流道301與中層通道203導(dǎo)引，從流體出口 103流出。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的前提下，還可做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成核磁共振檢測(cè)探頭的微流控芯片，包括具有至少一個(gè)流體入口(102)和至少一個(gè)流體出口( 103)的芯片本體，其特征在于:在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一檢測(cè)腔，該檢測(cè)腔與至少一個(gè)所述流體入口(102)和至少一個(gè)所述流體出口(103)連通，在所述芯片本體內(nèi)還設(shè)置有一用于檢測(cè)從所述檢測(cè)腔流過(guò)的流體的螺線管線圈探頭(201)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于:所述芯片本體包括芯片上層(100)、芯片中層(200)以及芯片下層(300)，所述流體入口(102)和流體出口(103)設(shè)置在所述芯片上層上，在所述芯片上層上還設(shè)有一上層流道(101)，該上層流道(101)包括至少一個(gè)入口通道和至少一個(gè)出口通道;所述螺線管線圈探頭(201)和檢測(cè)腔(202)位于所述芯片中層，在所述芯片中層中還設(shè)置有至少一個(gè)中層通道(203);在所述芯片下層中設(shè)置有一下層流道(301);所述上層流道(101)的入口通道與所述流體入口連接，所述上層流道(101)的至少一個(gè)出口通道與所述檢測(cè)腔入口連接，所述檢測(cè)腔出口連接所述下層流道(301)的入口端，所述下層流道(301)的出口端經(jīng)所述中間層通道(203)與所述流體出口(103)連通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控芯片，其特征在于:在所述芯片下層(300)下還設(shè)置有一基質(zhì)襯底(400)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的微流控芯片，其特征在于:所述流體入口(102)為一個(gè)，所述流體出口(103)為兩個(gè)，所述上層流道(101)的入口通道為一個(gè)，上層流道(101)的出口通道為兩個(gè)，其中一個(gè)出口通道與其中一個(gè)流體出口(103)連接，另一個(gè)出口通道與檢測(cè)腔(202)連通。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的微流控芯片，其特征在于:所述流體入口(102)為兩個(gè)，所述流體出口(103)為一個(gè)，所述上層流道(101)的入口通道為兩個(gè)，上層流道(101)的出口通道為一個(gè)，兩個(gè)出入通道分別與一個(gè)流體入口(102)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于:所述檢測(cè)腔(101)與所述中層通道(203)貫通所述芯片中層。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控芯片，其特征在于:所述芯片上層(100)、芯片中層(200)、芯片下層(300)材料為聚二甲基硅氧烷、UV樹脂或聚甲基丙烯酸甲酯，芯片各層的材料相同或不同。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流控芯片，其特征在于:所述基質(zhì)襯底材料為玻璃、硅片或石英。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流控芯片，其特征在于:所述芯片上層(100)、芯片中層(200)、芯片下層(300)以及基質(zhì)襯底(400)相鄰兩層間結(jié)合方式為不可逆的等離子體氧化粘結(jié)或高分子材料粘結(jié)。
【文檔編號(hào)】G01N24/08GK105842269SQ201610423302
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】陸榮生, 易紅, 雷鵬坤, 倪中華, 周新龍, 胡劍雄, 尹奇峰, 姜曉文
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)