[發明專利]一種低耗能的微球生物檢測的微流控芯片

在審

• 申請號: 201611196504.0
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106694066A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉恩浩
• 申請（專利權）人: 基努里（天津）生物科技有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N33/68;C12M1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及的是一種低耗能的微球生物檢測的微流控芯片及其制備方法。它可以用來檢測蛋白質、核酸等生物大分子，能夠廣泛應用于臨床檢測、檢驗檢疫、環境監測、藥物篩選、微生物鑒定以及核酸和蛋白功能分析等領域。

背景技術

微流控分析芯片是指通過微電子、微加工技術在平方厘米大小的固相介質表面構建的微型分析系統，以實現對組織和細胞中DNA、蛋白質和其他生物組分的快速、高效、靈敏的處理與分析。它是20世紀90年代初中期在分析化學領域發展起來的一種分析技術，以分析化學和分析生物化學為基礎，應用微電子加工技術，在微芯片上加工出微米級的容器、泵、閥、管道等微結構網絡，將樣品的制備、反應和檢測的這個過程進行集成的微全分析系統。芯片的大小在幾個平方厘米左右，選用硅片、玻璃、硅橡膠、塑料等材料作為基片和蓋片，通過蝕刻、光刻或印模等方法加工微通道，采用電、壓力、重力等方式驅動通道內的流體，最后采用化學發光、電化學、熒光檢測器等進行檢測。該芯片在裝置上的主要特征是其容納流體的有效結構(包括其通道、反應室和其它功能部件)至少在一個維度上為微米級尺度。與宏觀尺寸的實驗裝置相比，微流控分析芯片的微米級結構可以顯著增大流體環境的面積體積的比例。這一變化在微流控系統中導致一系列與物體表面有關的決定其特殊性能的特有效應，如層流效應，表面張力及毛細效應，快速熱傳導效應以及擴散效應等。這些效應可以使微流體分析芯片的分析性能得到顯著的改善，包括可以使分析裝備的體積減小，裝備更加的集成化自動化，可以顯著提高分析效率以及使試樣和試劑消耗顯著下降等。把實驗室大型設備集成在盡可能小的操作平臺上，用以完成不同的實驗過程，并能對產物進行分析的技術。它不僅使試劑的消耗降低,而且使實驗速度提高，費用降低，充分體現了當今實驗室設備微型化、集成化和便攜化的發展趨勢。現在微流控芯片已在生物化學分析和環境分析諸方面發有了廣泛的應用和快速的發展。由于微流控芯片將整個樣品分析的過程，包括取樣和樣品的處理、預濃集、稀釋和混合、分離、化學反應和信號檢測全部集成化在一塊小的芯片上，它與傳統的分析裝置相比實現了亞微升甚至納升級的試劑和樣品消耗，反應空間的大大縮小使反應的均一性提高，反應速度加快，同時降低了生產成本并便于攜帶。

專利內容

技術問題：本專利的目的是提供一種低耗能的微球生物檢測的微流控芯片，用于以微球為固相載體進行生物分子檢測。將固定有生物探針分子的編碼微球通過芯片進行進樣、與待測樣品反應、洗滌和檢測，提供一種檢測分析的芯片平臺。

技術方案：本專利的目的可以通過以下技術方案實現：

本專利的基于微球生物檢測的微流控芯片由位于上半部的蓋片和位于下半部的基片所組成；在基片或蓋片內設有功能性的微通道網絡，在微通道網絡中設有具有編碼的微球作為生物分子檢測的載體，在微通道網絡中，反應池的外周是篩分管道，篩分管道的外周是輔助管道，輔助管道與出口相接，反應池通過長通道接進口。

生物分子檢測以微球作為載體，微球具有編碼，在微球的表面固定有生物分子探針，所用的生物分子探針可以是核酸、蛋白質、多肽中的一種。

在芯片反應池中進行微球與待測樣品的反應；待測溶液和洗滌緩沖液通過進口進入反應池，在反應池中與微球反應或洗滌微球，反應結束微球被輸入通道中檢測并輸出。

微球作為探針分子載體，其材料可以是玻璃、或聚苯乙烯和橡膠，微球的大小在50μm～300μm之間；芯片的基質材料可以是玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯聚二甲基硅氧烷及聚碳酸酯中的一種。

編碼微球是條形碼編碼、熒光編碼、量子點編碼、光子晶體編碼、拉曼標簽編碼、紅外光譜編碼、形狀編碼、射頻編碼、大小編碼以及位置編碼中的一種。

反應池的直徑在200μm～1200μm之間，長通道寬度在60μm～550μm之間，長度在10mm～50mm之間。

其工作原理是：

a)在芯片出口處連接一個往返式注射泵或者蠕動泵，將芯片外編碼微球連其運載緩沖液通過長通道，吸入反應池。由于篩分通道的尺寸小于編碼微球的直徑，因此通過泵的繼續抽吸，微球留在反應池中，而運載微球的緩沖液則被吸干；

b)此時，在通過進口吸入待測樣品溶液到反應池，使待測樣品溶液與微球充分反應；

c)反應完畢，繼續通過進口吸入洗滌緩沖液；

d)洗滌完全之后，通過出口注入微球運載緩沖液，使微球隨運載緩沖液進入長通道，在微球通過長通道時，檢測微球表面的反應結果。