微流控芯片及核酸扩增分析仪.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202410005911.7(22)申请日 2024.01.03(71)申请人 嘉兴朝云帆生物科技有限公司地址 314001 浙江省嘉兴市经开区昌盛南路501号浙江欧美生物产业园1幢2层(72)发明人 杨挥(74)专利代理机构 苏州浙慧达知识产权代理有限公司 32742专利代理师 张迪(51)Int.Cl.C12M 1/34(2006.01)C12M 1/00(2006.01)B01L 3/00(2006.01)(54)发明名称一种微流控芯片及核酸扩增分析仪(57)摘要本发明公开了一种微流控芯片及。

2、核酸扩增分析仪，该微流控芯片包括基片，基片具有旋转中心，基片包括第一面，第一面上设置有与旋转中心同轴的样本腔室，样本腔室用于容纳待测液体，第一面上设置有若干绕旋转中心均匀分布且相同的检测单元；每一检测单元内设置有与样本腔室连通的缓冲池、若干反应池、若干微通道和若干排气通道，若干反应池绕旋转中心均匀分布，若干反应池均位于对应缓冲池外侧，每一反应池均通过微通道与对应的缓冲池连通；每一反应池均与一个排气通道连通，每一排气通道的出气口位于旋转中心与对应反应池之间。本发明提供的一种微流控芯片及核酸扩增分析仪具有使得待测液体同步进入反应池内效果。权利要求书2页 说明书7页 附图4页CN 117487649。

3、 A2024.02.02CN 117487649 A1.一种微流控芯片，包括基片(11)，所述基片(11)具有旋转中心，所述基片(11)包括第一面，所述第一面上设置有与旋转中心同轴的样本腔室(12)，所述样本腔室(12)至少用于容纳待测液体，其特征在于：所述第一面上设置有若干绕所述旋转中心均匀分布且相同的检测单元(13)；每一所述检测单元(13)内设置有与所述样本腔室(12)连通的缓冲池(14)，若干所述缓冲池(14)位于所述样本腔室(12)的周围，使得当所述基片(11)绕所述旋转中心旋转时，待测液体能够在离心力的作用下从所述样本腔室(12)流出并流入所述缓冲池(14)；每一所述检测单元(13。

4、)内还设置有若干反应池(16)、若干微通道(15)和若干排气通道(17)，若干反应池(16)绕所述旋转中心均匀分布，若干所述反应池(16)均位于对应所述缓冲池(14)外侧，每一所述反应池(16)均通过微通道(15)与对应的缓冲池(14)连通；每一所述反应池(16)均与一个排气通道(17)连通，每一排气通道(17)的出气口位于所述旋转中心与对应所述反应池(16)之间；所述缓冲池(14)用于容纳待测液体的容积大于或等于对应微通道(15)、反应池(16)的总容积。2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述基片(11)上设置有流动间隙(21)，所述流动间隙(21)围绕所述样本腔室(12)。

5、，每一所述反应池(16)均位于所述流动间隙(21)外侧，每一所述反应池(16)均与所述流动间隙(21)连通，使得当所述基片(11)绕所述旋转中心旋转时，待测液体能够在离心力的作用下从所述样本腔室(12)流出、穿过流动间隙(21)、流入所述缓冲池(14)。3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述流动间隙(21)靠近所述基片(11)的侧壁与所述样本腔室(12)的边缘衔接。4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：每一微通道(15)具有被动阀结构，所述被动阀结构包括具有锯齿形走向的阻流通道(18)。5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：同一所述检测单元(13)。

6、内，若干微通道(15)与对应缓冲池(14)的连接处位于以旋转中心为圆心的同一圆上。6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述基片(11)包括与所述第一面背离的第二面，若干所述微通道(15)均位于所述第二面上。7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：所述缓冲池(14)内设置有凸起(19)，所述凸起(19)沿一以旋转中心为圆心的圆弧延伸，所述凸起(19)的两端均与所述缓冲池(14)的内壁连接，所述凸起(19)的高度小于所述缓冲池(14)的深度。8.一种核酸扩增分析仪，其特征在于：包括：相对设置的第一转盘和第二转盘；芯片，设置在所述第一转盘上，所述芯片为权利要求17任一项所。

7、述的微流控芯片；混合单元，固定设置于所述第二转盘上，位于基片上方，所述混合单元包括：混合筒，所述混合筒架设在所述缓冲池上方，所述混合筒的侧壁开设有进液口和出液口，所述进液口和出液口；混合块，所述混合块设置在所述混合筒中，所述混合块中具有蜂窝孔道。9.根据权利要求8所述的一种核酸扩增分析仪，其特征在于：所述混合筒倾斜设置，所述混合筒对应所述基片转动方向头端的高度低于其对应所述基片转动方向尾端的高度，所述进液口设置在所述混合筒的尾端，所述出液口设置在所述混合筒的头端。权利要求书1/2 页2CN 117487649 A210.根据权利要求8所述的一种核酸扩增分析仪，其特征在于：所述混合筒转动设置，所。

8、述混合筒通过轴承座固定设置在所述基片上，所述第二转盘上固定设置有电机，所述混合筒通过电机驱动；所述混合块为多块并沿所述混合筒轴线方向设置，相邻的所述混合块之间设置有隔板，所述隔板与混合筒的内壁密封连接，每个所述隔板与所述混合筒之间均具有一个流通口，相邻的所述隔板上的流通口反向设置。权利要求书2/2 页3CN 117487649 A3一种微流控芯片及核酸扩增分析仪技术领域0001本发明属于微流控技术领域，具体地说，涉及一种微流控芯片及核酸扩增分析仪。背景技术0002近年来，随着生物芯片技术的快速发展，微流控芯片在生命科学领域，分析化学和生物医学领域发挥着愈来愈重要的作用。其中，离心式微流控芯片以。

9、其高通量、高集成化、高自动化、便于携带和加工成本低等优点，被广泛应用于生物、化学、医学、环境和食品等检测领域。0003在离心式微流控芯片中，微通道沿着圆盘的径向分布，当芯片旋转时，待测液体在离心力的作用下沿着多个微通道向各个反应池运动，实现待测液体的分配与加样。0004目前，采用离心式微流控分析芯片分配待测液体的方法主要有两种：一种是直接离心法，另一种是先初步均分再进行离心法。0005直接离心法直接通过离心操作，使待测液体从芯片中央的样本腔室向周围的各个反应池进行离心配送。0006先初步均分再进行离心法中，芯片上设有缓冲池，缓冲池连通有主流路，每一主流路连通多个反应池，该方法是先将待测液体先以。

10、低速进行离心操作，使待测液体进入缓冲池中，最后提高转速，缓冲池内的待测液体通过主流路被分配到各个反应池内进行反应。该方法中微通道具有被动阀结构，低速离心操作时被动阀结构关闭，高速离心操作时被动阀结构打开。0007相较于直接离心法，先初步均分再进行离心法能够在一定的程度上提高待测液体分配的均匀性。但是该主流路的设计，仍然存在如下问题：仍存在反应池配液均匀性的问题；待测液体以高速进行离心操作时，待测液体需要沿主流路流动并先后进入不同的反应池，容易造成各个反应池进样量不均一的情况，影响检测结果的准确性；为了保证液体充满反应池，微流控芯片需要转动较长的时间，影响检测的快速性检测；由于待测液体沿主流路先。

11、后进入不同的反应池，反应不同步，反应时长不均一，影响检测结果的准确性。发明内容0008针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微流控芯片及核酸扩增分析仪。0009为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种微流控芯片，包括基片，所述基片具有旋转中心，所述基片包括第一面，所述第一面上设置有与旋转中心同轴的样本腔室，所述样本腔室至少用于容纳待测液体，所述第一面上设置有若干绕所述旋转中心均匀分布且相同的检测单元；说明书1/7 页4CN 117487649 A4每一所述检测单元内设置有与所述样本腔室连通的缓冲池，若干所述缓冲池位于所述样本腔室的周围，使得当所述基片绕所述旋转中心旋转时，待测液。

12、体能够在离心力的作用下从所述样本腔室流出并流入所述缓冲池；每一所述检测单元内还设置有若干反应池、若干微通道和若干排气通道，若干反应池绕所述旋转中心均匀分布，若干所述反应池均位于对应所述缓冲池外侧，每一所述反应池均通过微通道与对应的缓冲池连通；每一所述反应池均与一个排气通道连通，每一排气通道的出气口位于所述旋转中心与对应所述反应池之间；所述缓冲池用于容纳待测液体的容积大于或等于对应微通道、反应池的总容积。0010优选的，所述基片上设置有流动间隙，所述流动间隙围绕所述样本腔室，每一所述反应池均位于所述流动间隙外侧，每一所述反应池均与所述流动间隙连通，使得当所述基片绕所述旋转中心旋转时，待测液体能够。

13、在离心力的作用下从所述样本腔室流出、穿过流动间隙、流入所述缓冲池。0011优选的，所述流动间隙的两个侧壁能够在分子间作用力下将待测液体吸引停留在所述流动间隙内。0012优选的，所述流动间隙靠近所述基片的侧壁与所述样本腔室的边缘衔接。0013优选的，每一微通道具有被动阀结构，所述被动阀结构包括具有锯齿形走向的阻流通道。0014优选的，同一所述检测单元内，若干微通道与对应缓冲池的连接处位于以旋转中心为圆心的同一圆上。0015优选的，所述基片包括与所述第一面背离的第二面，若干所述微通道均位于所述第二面上。0016优选的，所述样本腔室的内壁平滑。0017优选的，所述缓冲池内设置有凸起，所述凸起沿一以旋。

14、转中心为圆心的圆弧延伸，所述凸起的两端均与所述缓冲池的内壁连接，所述凸起的高度小于所述缓冲池的深度。0018一种核酸扩增分析仪，包括：相对设置的第一转盘和第二转盘；芯片，设置在所述第一转盘上，所述芯片所述的微流控芯片；混合单元，固定设置于所述第二转盘上，位于基片上方；所述混合单元包括：混合筒，所述混合筒架设在所述缓冲池上方，所述混合筒的侧壁开设有进液口和出液口，所述进液口和出液口；混合块，所述混合块设置在所述混合筒中，所述混合块中具有蜂窝孔道。0019优选的，所述混合筒倾斜设置，所述混合筒对应所述基片转动方向头端的高度低于其对应所述基片转动方向尾端的高度，所述进液口设置在所述混合筒的尾端，所述。

15、出液口设置在所述混合筒的头端。0020优选的，所述混合筒转动设置，所述混合筒通过轴承座固定设置在所述基片上，所述第二转盘上固定设置有电机，所述混合筒通过电机驱动。0021优选的，所述混合块为多块并沿所述混合筒轴线方向设置，相邻的所述混合块之间设置有隔板，所述隔板与混合筒的内壁密封连接，每个所述隔板与所述混合筒之间均具有一个流通口，相邻的所述隔板上的流通口反向设置。说明书2/7 页5CN 117487649 A50022与现有技术相比，本发明的优点包括：(1)本发明提供的一种微流控芯片，基片低速旋转时，待测液体能够被分配进入多个缓冲池；基片高速旋转时，缓冲池内的待测液体能够同步进入对应反应池内，。

16、从而能够提高各反应池内反应的均一性；(2)本发明提供的一种微流控芯片，待测液体能够同步进入反应池，从而同一时间段内填充反应池，有利于减少基片需要旋转的时长。0023（3）本发明提供的一种微流控芯片，在微流控芯片的缓冲池上方设置混合单元，在芯片转动的同时，由于缓冲池中的液体由于离心力作用，液体会有集中在缓冲池尾端的趋势，将混合筒倾斜设置，会使通过混合筒混合后打液体通过出液口流出能够直接落到缓冲池的头端，使缓冲池头端的液体增多，避免液体集中在缓冲池尾端，使缓冲池内液体能够分布均匀；另外，由于离心力作用，缓冲池的液体会有向尾端流动的趋势，还可以使液体在缓冲池中进一步流动，可使液体在一定程度上保持流动。

17、性，提高混合效果。附图说明0024为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。0025图1为本发明实施例1中微流控芯片的整体示意图；图2为图1中A部放大示意图；图3为本发明实施例1中微流控芯片的内部结构示意图；图4为本发明实施例2中微流控芯片的内部结构示意图；图5为本发明实施例3中混合单元与分析仪配合关系示意图；图6为本发明实施例3中混合单元的剖视图。0026附图标记：11、基片。

18、；12、样本腔室；13、检测单元；14、缓冲池；15、微通道；16、反应池；17、排气通道；18、阻流通道；19、凸起；21、流动间隙；22第一转盘；23第二转盘；30混合单元；31混合筒；32进液口；33出液口；34混合块；35隔板；36流通口。具体实施方式0027鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。0028需要说明的是，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基。

19、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。0029本发明实施例意在对该一种微流控芯片及核酸扩增分析仪的结构组成以及各组说明书3/7 页6CN 117487649 A6成结构之间的配合关系进行介绍和说明，除非特别说明的之外，本发明实施例中的适于微流控芯片及核酸扩增分析仪中各组成部分的尺寸、材料以及制作工艺等均可以根据具体情况进行选择，在此不作特别的限定和说明。0030为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。此外，当。

20、使用两侧、外侧、上下等位置术语时，应理解为仅用作便于理解和描述，考虑到结构可能是面向其他位置的。0031本申请中，指明芯片转动方向的前端为头端，芯片转动方向的后端为尾端。实施例10032请参阅图1和图2，一种核酸扩增分析仪，包括一种微流控芯片，其中，一种微流控芯片包括具有旋转中心的基片11，基片11包括相背的第一面和第二面，第一面上设置有样本腔室12和若干相同的检测单元13，样本腔室12与旋转中心同轴，样本腔室12用于容纳待测液体，若干检测单元13绕旋转中心均匀分布并位于样本腔室12周围。0033在一个检测单元13内，检测单元13内设置有缓冲池14、若干反应池16、若干微通道15和若干排气通道。

21、17，缓冲池14、若干反应池16、若干微通道15和若干排气通道17在基片11上由旋转中心向外的方向依次设置；缓冲池14用于容纳待测液体的容积大于微通道15、反应池16的总容积；缓冲池14与样本腔室12连通，若干反应池16在检测单元13内绕旋转中心均匀分布，每一反应池16均通过一个微通道15与缓冲池14连通，每一反应池16均与一个排气通道17连通，排气通道17的出气口位于旋转中心与反应池16之间；每一微通道15均具有被动阀结构。0034在一个基片11上，若干检测单元13的缓冲池14绕旋转中心均匀分布，并且位于样本腔室12周围，使得当基片11旋转时，待测液体能够在离心力的作用下从样本腔室12流出并。

22、流入缓冲池14。0035在本实施例中，检测单元13具体为3个，三个检测单元13围绕旋转中心均匀分布。0036具体的，样本腔室12的边缘设有衔接面，衔接面与缓冲池14的边缘衔接，衔接面用于引导待测液体进入缓冲池14。0037优选的，样本腔室12内壁平滑，具体的，样本腔室12内壁可以是符合球面的曲面。样本腔室12内壁平滑，有利于待测液体均匀温和地从样本腔室12内流出，减少待测液体的激荡，从而有利于待测液体被均匀地分配至各个缓冲池16，并有利于减少待测液体气泡的情况。0038优选的，被动阀结构包括具有锯齿形走向的阻流通道18。具体的，当基片11低速旋转时被动阀结构关闭，能够阻止待测液体在微通道15中。

23、的流动，当基片11高速旋转时，微通道15内的待测液体能够在离心力的作用下在被动阀结构中流向反应池16。0039优选的，在一个检测单元13内，若干微通道15与对应缓冲池14的连接与旋转中心的距离相等。0040进一步优选的，在基片11上，对于任意两个微通道15，各自与对应缓冲池14的连接与旋转中心的距离均相等。0041进一步优选的，缓冲池14内设置有凸起19，凸起19沿一以旋转中心为圆心的圆弧说明书4/7 页7CN 117487649 A7延伸，凸起19的两端均与所述缓冲池14的内壁连接，并且凸起19的高度小于缓冲池14的深度。凸起19能够对缓冲池14内部空间形成分隔，形成靠近反应池16的第一区域。

24、和靠近样本腔室12的第二区域。基片高速旋转时，凸起19对待测液体形成阻挡，减小第一区域内待测液体和第二区域内的待测液体的混合流动，并且第一区域内待测液体总体积较小，第一区域内待测液体各处的压力更易动态传递并趋向相同，从而第一区域内待测液体对各个微通道15的压力更均匀，有利于提高待测液体进入反应池16的同步性。0042当微流控芯片工作前，预先向样本腔室12内加入足量的待测液体，待测液体的总体积大于全部缓冲池14的总体积。0043当基片11低速旋转时，待测液体在离心力的作用下，从样本腔室12流出，进入并填满多个缓冲池14。待测液体在低速离心阶段可以填满每一个缓冲池14，有利于后续待测液体均匀地进入。

25、各个微通道15。进入缓冲池14内的待测液体不再受到剧烈的旋转搅拌，并在离心力的作用下，待测液体内的气泡被挤压破灭消除，有利于减少待测液体混合的气泡。0044当基片11高速旋转时，位于凸起19和微通道15之间的待测液体进入微通道15，缓冲池14内的待测液体能够同步进入对应反应池16内，从而能够提高各反应池16内反应的均一性；位于第二区域内的待测液体在离心力的作用下随时补充第一区域的空间。实施例20045请参阅图4，本实施例与实施例1的差别在于：基片11上设有流动间隙21，流动间隙21围绕在样本腔室12周围，每一反应池16均位于所述流动间隙21外侧，每一反应池16均与流动间隙21连通，使得当基片1。

26、1绕旋转中心旋转时，待测液体能够在离心力的作用下从样本腔室12流出、穿过流动间隙21、流入所述缓冲池14。0046当基片11旋转时，待测液体仅能通过流动间隙21进入缓冲池14，能够避免待测液体涌向同一边的情况而被汇集在一处的情况，从而有利于待测液体被均匀分配到各个缓冲池14。0047优选的，流动间隙21的两个侧壁能够在分子间作用力下将待测液体吸引停留在流动间隙21内。从而，流动间隙21能够容纳一定体积的待测液体，这有利于减少样本腔室12内残留的液体，保持实验环境的整洁。0048优选的，流动间隙21靠近基片11的侧壁与样本腔室12的边缘衔接。0049具体的，衔接面与流动间隙21的下侧壁衔接，这有。

27、利于样本腔室12内的待测液体进入缓冲池14。0050优选的，若干所述微通道15均位于所述第二面上，待测液体从下方进入反应池16，可以将反应池16内的空气挤出，使得待测液体能够充分填满反应池16的通式，减少待测液体与反应池16内空气的混合。实施例30051请参阅图5、图6，本实施例中，所述分析仪内部设置有相对的第一转盘22和第二转盘23，第一转盘22和第二转盘23可同步转动，分析仪内部设置可同步转动的第一转盘22和第二转盘23属于现有技术中成熟技术，此处不对第一转盘22和第二转盘23在分析仪中的具体结构进行展开叙述，基片11设置在所述第一转盘22上，所述第二转盘23上固定设置有混说明书5/7 页。

28、8CN 117487649 A8合单元30，所述混合单元30位于所述基片上方；所述混合单元30包括：混合筒31，所述混合筒31架设在所述缓冲池上方，所述混合筒31的侧壁开设有进液口32和出液口33，所述进液口32和出液口33；混合块34，所述混合块34固定设置在所述混合筒31中，所述混合块34中具有蜂窝孔道，蜂窝孔道的内壁可以是符合球面的平滑曲面。0052在液体混合步骤中，首先通过进液口32加入液体，液体在通过混合块34中的蜂窝孔道进行充分混合，然后通过出液口33流出，使液体流入缓冲池中的液体混合更均匀。0053优选的，所述混合筒31倾斜设置，所述混合筒31对应所述基片转动方向头端的高度低于其。

29、对应所述基片转动方向尾端的高度，所述进液口32设置在所述混合筒31的尾端，所述出液口33设置在所述混合筒31的头端。0054在芯片转动的同时，由于缓冲池中的液体由于离心力作用，液体会有集中在缓冲池尾端的趋势，将混合筒31倾斜设置，会使通过混合筒31混合后打液体通过出液口33流出能够直接落到缓冲池的头端，使缓冲池头端的液体增多，避免液体集中在缓冲池尾端，使缓冲池内液体能够分布均匀；另外，由于离心力作用，缓冲池的液体会有向尾端流动的趋势，还可以使液体在缓冲池中进一步流动，可使液体在一定程度上保持流动性，提高混合效果。0055优选的，所述混合筒31转动设置，所述混合筒31通过轴承座固定设置在所述基片。

30、上，所述第二转盘23上固定设置有电连接的电机和电源，具体的，所述混合筒31通过微型电机驱动，电机可通过无线信号控制转动。0056在电机驱动混合筒31转动的过程中：可持续朝同一方向转动，液体由于重力作用，会在混合块34中多次充分混合，当混合筒31为水平布置时，混合一定时间后，停止转动混合筒31，使出液口33朝下，液体通过出液口33流出；当混合筒31倾斜布置时，可以在混合一定时间后停止转动混合筒31，也可以持续转动混合筒31，使液体受重力作用，缓慢流出出液口33。0057也可每次转动一定角度，例如90 或180，使液体能够反复多次在混合块34中进行混合，类似于沙漏状态，可使液体在混合筒31中能够混。

31、合均匀。0058优选的，所述混合块34为多块并沿所述混合筒31轴线方向设置，相邻的所述混合块34之间设置有隔板35，所述隔板35与混合筒31的内壁密封连接，每个所述隔板35与所述混合筒31之间均具有一个流通口36，相邻的所述隔板35上的流通口36反向设置。0059通过电机驱动混合筒31每隔一段时间转动一定角度，优选为180，液体会逐个通过混合块34，然后从隔板35的流通口36流入下一个混合块34中，增加了液体的流动路径，进一步提高了液体混合的效果。0060当然，在上述技术方案的基础上，在放置芯片前，将混合筒31的轴承座或安装座粘在芯片上，混合单元30的工作原理同上，在液体混合分布完毕后，将粘在。

32、芯片上的混合单元30取下，不影响芯片的正常使用。0061应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵说明书6/7 页9CN 117487649 A9盖在本发明的保护范围之内。说明书7/7 页10CN 117487649 A10图 1图 2说明书附图1/4 页11CN 117487649 A11图 3说明书附图2/4 页12CN 117487649 A12图 4说明书附图3/4 页13CN 117487649 A13图 5图 6说明书附图4/4 页14CN 117487649 A14。