本发明专利技术涉及一种易拆解架构的双驱动耦合模式的梅毒诊断用微流控装置，属于分析测试领域。以廉价且极易加工的聚二甲基硅氧烷即PDMS来制作梅毒诊断用微流控芯片的基片存在系列难题。本案要点是，基片选定具有原生态表面的PDMS，并将其夹持臂上附设有微型超声波换能器的弹力夹以弹力咬合定位在该芯片的试样液流终端位置，以超声波诱导形成基于界面张力差异的驱动力，同时与微泵其驱动力耦合运作，协同驱使试样液流向该终端方向流动，该芯片其管道内填满微米级二氧化硅颗粒填充物，该填充物其功能包括支撑管道内壁，以及，用亲水性微流道的集合来代偿原本疏水的管道，以及，挤压、遮盖管道内壁面藉此减少生物大分子与该内壁面接触的机会。
The dual drive coupling mode of easy resolution architecture for the diagnosis of syphilis with microfluidic devices
【技术实现步骤摘要】
易拆解架构的双驱动耦合模式的梅毒诊断用微流控装置
本专利技术涉及一种易拆解架构的双驱动耦合模式的梅毒诊断用微流控装置，该微流控装置是基于抗原/抗体特异性反应来诊断梅毒抗原的专用装置，属于分析测试领域。
技术介绍
相关多通道微流控梅毒诊断技术背景，可以参见CN200910152141.4等专利技术专利申请案。仅就微流控技术其本身的整体概貌而言，可以参见著名微流控专家林炳承先生不久前出的专著“图解微流控芯片实验室”，该专著已经由科学出版社出版，该专著对微流控技术的过去、现在，以及，未来展望等等方面，都有着详尽的、深入到具体细节的长篇论述。那么，下面要谈谈本案关注的重点问题。微流控芯片的基本架构，包括刻蚀有槽道的基片以及与之贴合在一起的盖片，所述基片上的液流通道，在装配上盖片之前，表观上看就是一些槽道，要等到在其上覆盖了盖片之后，才真正闭合形成所述液流通道，该槽道的槽道内表面连同包绕着该槽道的那部分盖片一起构成所述的液流通道；那么，显然，装配完成了之后的该液流通道，它的内表面面积的主要部分是那个槽道的内表面面积，换句话说，该槽道内表面的状态或性质基本上决定了该液流通道的整体状态或性质；因此说，这个构建在基片上的槽道的内表面状态或内表面性质是关键因素；原则上讲，任何的能够保持或基本保持其固体形态的材料，都能够用来制作基片及盖片，比如，能够用作基片及盖片的材料可以是单晶硅片、石英片、玻璃片、高聚物如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等等；当然，基片的选材和盖片的选材可以相同，也可以不相同；从材料耗费、制作难度以及应用普及前景等等方面来看，这些材料之间存在不小差异，尤其是那个基片的选材，影响较大。在各种基片制作材料中，聚二甲基硅氧烷，即PDMS，相对而言十分容易成型，在这样的基片上制作槽道极其简单，并且该材料成本低廉，以该聚二甲基硅氧烷材料制作基片，在其上压制或刻蚀槽道，并与玻璃或聚丙烯或其它塑料片等廉价材料制作的盖片相配合，貌似是一种比较理想的选择；当然，盖片材料也可以选择使用廉价的聚二甲基硅氧烷材料：那么，这种基片选材为聚二甲基硅氧烷材料的方案，材料极便宜，制作极简易，看似也应当极易于普及、推广。但是，事情并非如此简单。其一，这个聚二甲基硅氧烷材料，即缩写字母PDMS所指代的材料，其本身是一种强烈疏水的材料，在这一材料上构建槽道，如果不进行针对该槽道表面的改性操作，那么，整体装配完成之后，即盖上盖片后，因结构中的所述槽道其内表面占据了大部分的液流通道的内表面，那么，该PDMS槽道内表面其强烈的疏水特性，是决定性因素，它会使得类似于水溶液的极性液体微细液流的通过变得十分困难，其流动阻力之大，甚至一般的微泵都难以推动，当然，如果盖片也选择使用该PDMS材料，那么，问题基本上一样，大同小异；因此，在现有技术之中，特别针对该PDMS材料上的槽道内表面进行改性修饰，是必须的操作；那么，这个针对PDMS槽道内表面的改性操作很麻烦吗？那倒也不是这个问题，构成严重技术困扰的，是另一个问题：这个PDMS材料基片其体相内部的PDMS聚合物分子具有自动向表面扩散、迁移的特性，这种基片体相内部PDMS聚合物分子自动向表面扩散、迁移的特性，将使得经过表面改性修饰的那个槽道其内表面的改性之后的状态并不能维持足够长的时间，那个经表面改性之后的槽道其内表面状态的维持时间大致仅够完成实验室内部测试实验的时间需要；换句话说，经过表面改性或表面修饰的该PDMS槽道内表面，其改性之后或曰修饰之后所形成的表面状态并不能持久，而是很快地自动趋于或曰变回表面改性之前的表面状态，在较短的时间里就回到那种原本的强烈疏水的表面状态，那么，试想，这样的微流控芯片能够大量制作、大量储存、广泛推广吗，答案很明显，那就是，不可能。这个PDMS材料上的槽道，不做表面修饰的话，类似于水溶液的极性溶液微细液流无法泵送通过，芯片也就没法使用；而如果做了表面修饰，又无法持久保持其修饰之后的状态，还是同样无法推广应用。据文献报道，有一种权宜的解决方案，是在待测试样溶液中加入少量的表面活性剂，以便在测试的过程中，在该PDMS槽道内表面临时构建动态的、暂时有效的表面亲水层；然而，由于表面活性剂的两亲性质，该方案所引入的表面活性剂必然同时也会与试样溶液中的被测成分发生结合作用，使得被测成分不能够被正常检出或其被检出比率可疑地降低；该表面活性剂甚至可能以胶束形式将被测成分完全包裹，使得被测成分无法被检出或识别：因此，该种向试样溶液中添加表面活性剂的方案，远不是一个理想的解决方案。那么，如何做到既能够利用廉价的PDMS材料来制作基片，而又能够解除所述槽道内表面修饰状态无法持久、芯片无法大量制作、大量储备进而广泛推广这样一个令本领域众多专业人员长期纠结的困扰，就是一个明摆着的其技术障碍不可小觑的高难度问题。该高难度问题已经存在很多个年头了，迄今为止，尚未得到妥善解决。其二，未经表面修饰的PDMS材料，上文已经述及，其表面强烈疏水，这种强烈疏水的材料表面并且还有另一个问题，那就是，这种强烈疏水的PDMS表面会吸附生物大分子，并且，这些被吸附的生物大分子还会进一步地在PDMS表面上更深一步的沉陷，渐陷渐深，直至沉陷入到PDMS基片的体相之内，其实，这种过程，部分地也是由于PDMS材料体相内部聚合物分子具有向表面扩散、迁移运动所导致；这种情况，也可以从另一个角度来解释，即，持续不断地由PDMS体相内部向其表面扩散、迁移的那些聚合物分子，其运动的结果，是逐渐地将那些已经被表面吸附的生物大分子卷入PDMS基片的体相之内，简单地说，这些被吸附的生物大分子就是被PDMS基片体相吞没了；那么，这种PDMS基片体相吞没生物大分子的现象，其所造成的影响，必然是导致涉及生物大分子的各类实验测试数据的严重偏差。如上所述，PDMS基片的问题是，它不但表面吸附生物大分子，而且吞没生物大分子，这样一来，作为实验测试对象的生物大分子其消失不会因为表面饱和吸附而停止，而是，不断被吸附，还不断地被吞没。关于PDMS基片在相关实验测试过程中其体相不断吞没测试相关生物大分子的现象，另一种解释是说，PDMS体相内存在大量的微小气孔，相关生物大分子被表面吸附之后，沉陷进入这些微小气孔，进而被吞没；然而，本案专利技术人认为，那些能够容许微小尺度的空气分子挤入其间的所述微小气孔，不等于说它们也能直接容许相对大尺度的生物大分子进入，两者在尺度上差别巨大，不可一概而论。撇开解释，无论怎样，作为相关测试分析对象的生物大分子被PDMS基片槽道内表面吸附，进而不断被PDMS基片体相所吞没，这是已知客观存在的现象。为了阻止这种PDMS基片体相对于生物大分子的吞没作用，可以从遏制PDMS表面对生物大分子的吸附来着手解决，办法就是针对该PDMS材料表面进行化学修饰改性，对于以PDMS为基片材料的情况来讲，就是对所述的槽道部分的表面进行化学修饰改性，经过化学修饰改性的所述槽道内表面，能够遏制其对生物大分子的吸附，进而避免生物大分子被PDMS基片体相所吞没；但是，还是那个老问题，那就是，PDMS材料表面上的化学修饰改性之后的表面状态无法持久保持，该PDMS基片体相内部的聚合物分子其自动向表面扩散、迁移的过程，会很快地将那个经过表面化学修饰改性的本文档来自技高网...
【技术保护点】
易拆解架构的双驱动耦合模式的梅毒诊断用微流控装置，该微流控装置的结构包括多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括相互贴合装设在一起的基片和盖片，所述基片和盖片均为板状物或片状物，该基片的面向该盖片的那个面含有经由模压工艺或刻蚀工艺形成的槽道结构，相互贴合安装在一起的该基片与该盖片共同构建成了含有管道结构的微流控芯片，该管道的结构位置位于该基片与该盖片相互贴合的交界区域，该管道的两端分别与该微流控芯片的进样端以及终端连接，该进样端是该微流控芯片试样溶液的注入端，该终端是该微流控芯片实际进样测试时其芯片内试样溶液流动的终端，该终端与该进样端相互远离，该终端与该进样端之间的距离介于3厘米与10厘米之间，该终端与终端液池联系在一起，该终端液池其结构的轮廓呈池状、凹坑状或杯状，该终端液池用于接纳经由该管道流动到终端的试样溶液，在该管道内不同位置上依序装设有工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及贴附在该导电性电极上的包埋了梅毒特异性抗体的金胶敏感膜构成，该管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗体分别是对梅毒抗原能特异性结合的四种梅毒抗体物质，该四种抗体物质分别是梅毒特异性抗体TP0684、TP0453、TP0821及TP0319，所述工作电极其材质是黄金材质或热分解导电高分子材质，所述工作电极其形貌呈现片状或丝状，其特征在于，该基片其材质是聚二甲基硅氧烷材质，该基片其表面是原生形态的表面，该原生形态的表面其意思指的是没有经过任何表面化学修饰或任何表面化学改性的该材质的原生形态的表面，该装置的结构还包括弹力夹，该弹力夹的两个相向的夹持臂咬合定位在该微流控芯片的邻近所述终端的位置，至少在其中的一个所述夹持臂上贴附固定装设有微型超声波换能器，以及，高频振荡电讯号传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该微型超声波换能器连接在一起；该弹力夹提供了一个方便该装置拆解的功能；该微型超声波换能器其主要功能是在微流控芯片实际进样测试时，利用所述进样端以及所述终端与该微型超声波换能器装设位置之间的距离差异以及其所感受到的超声波强度上的差异，诱导形成所述进样端其界面张力与所述终端其界面张力之间的差异，该微流控芯片该两端之间的界面张力差异会在该微流控芯片的该两端之间形成压力差异，该压力差异会驱动试样溶液向所述终端流动；柔软并具弹性的该聚二甲基硅氧烷材质的基片其功能包括以其对超声波强烈吸收的性质，对超声波进行强烈吸收，并藉此在该微流控芯片该终端到该进样端之间的有限的短距离之内实现超声波强度的快速递减；以及，微泵，该微泵与该进样端连接，该微泵是内置的微泵或外置的微泵；该微泵的功能是，以该微泵的机械性泵送力量来与该超声波诱导的所述两端之间的界面张力差异其所带来的驱动力量互相支持、互相调适、互相耦合，以协同运作的方式汇聚成一股驱动试样液流向所述终端方向流动的力量；所述盖片及基片其厚度均介于1.0毫米与5.0毫米之间；以及，许多的二氧化硅颗粒，该许多的二氧化硅颗粒填充在所述管道内，所述管道其管腔被该许多的二氧化硅颗粒所填满，该二氧化硅颗粒其粒径范围介于10微米与200微米之间，该二氧化硅颗粒是二氧化硅晶态颗粒、二氧化硅玻璃颗粒或二氧化硅成分其所占重量百分比在80％以上的无机玻璃颗粒，该终端液池内填充有一些高吸水树脂颗粒，该终端液池其敞口端被透气微孔膜所遮盖。...
【技术特征摘要】
1.易拆解架构的双驱动耦合模式的梅毒诊断用微流控装置，该微流控装置的结构包括多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括相互贴合装设在一起的基片和盖片，所述基片和盖片均为板状物或片状物，该基片的面向该盖片的那个面含有经由模压工艺或刻蚀工艺形成的槽道结构，相互贴合安装在一起的该基片与该盖片共同构建成了含有管道结构的微流控芯片，该管道的结构位置位于该基片与该盖片相互贴合的交界区域，该管道的两端分别与该微流控芯片的进样端以及终端连接，该进样端是该微流控芯片试样溶液的注入端，该终端是该微流控芯片实际进样测试时其芯片内试样溶液流动的终端，该终端与该进样端相互远离，该终端与该进样端之间的距离介于3厘米与10厘米之间，该终端与终端液池联系在一起，该终端液池其结构的轮廓呈池状、凹坑状或杯状，该终端液池用于接纳经由该管道流动到终端的试样溶液，在该管道内不同位置上依序装设有工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及贴附在该导电性电极上的包埋了梅毒特异性抗体的金胶敏感膜构成，该管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗体分别是对梅毒抗原能特异性结合的四种梅毒抗体物质，该四种抗体物质分别是梅毒特异性抗体TP0684、TP0453、TP0821及TP0319，所述工作电极其材质是黄金材质或热分解导电高分子材质，所述工作电极其形貌呈现片状或丝状，其特征在于，该基片其材质是聚二甲基硅氧烷材质，该基片其表面是原生形态的表面，该原生形态的表面其意思指的是没有经过任何表面化学修饰或任何表面化学改性的该材质的原生形态的表面，该装置的结构还包括弹力夹，该弹力夹的两个相向的夹持臂咬合定位在该微流控芯片的邻近所述终端的位置，至少在其中的一个所述夹持臂上贴附固定装设有微型超声波换能器，以及，高频振荡电讯号传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该微型超声波换能器连接在一起；该弹力夹提供了一个方便该装置拆解的功能；该微型超声波换能器其主要功能是在微流控芯片实际进样测试时，利用所述进样端以及所述终端与该微型超声波换能器装设位置之间的距离差异以及其所感受到的超声波强度上的差异，诱导形成所述进样端其界面张力与所述终端其界面张力之间的差异，该微流控芯片该两端之间的界面张力差异会在该微流控芯片的该两端之间形成压力差异，该压力差异会驱动试样溶液向所述终端流动；柔软并具弹性的该聚二甲基硅氧烷材质的基片其功能包括以其对超声波强烈吸收的性质，对超声波进行强烈吸收，并藉此在该微流控芯片该终端到该...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛宇杰，
申请(专利权)人：葛宇杰，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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