一种生物芯片及其微量定量取样方法技术

本发明专利技术公开了一种生物芯片及其微量定量取样方法，生物芯片包括芯片基片和反应器，芯片基片内设有定量管，定量管的底部开设位于反应器上方的样本出口；定量管顶部设有定量柱塞，定量管侧壁上部开设样本注入口，还包括控制器、可驱动定量柱塞沿定量管轴向移动的驱动机构，控制器与驱动机构电连接，驱动机构与定量柱塞驱动相连。本发明专利技术将定量和取样在同一个环节完成，不需要排出空气形成负压吸取样本，直接集成在微小的生物芯片中；避免将带有空气的样本加入生物芯片的反应器内，对样本的检测结果无任何不良影响；使用非接触液滴的方式将定量微量样本液滴吹落入生物芯片反应器内，不会污染样本，样本定量精度高；结构简单、成本低廉，恒定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种生物芯片及其微量定量取样方法
本专利技术属于生物芯片检测领域，特别涉及一种生物芯片及其微量定量取样方法。
技术介绍
生物芯片技术在近20年得到了快速发展，尤其是微流控技术、新材料技术以及人工智能技术的快速发展，使得生物芯片技术逐渐走向产业化。但是，现在生物芯片中的微量定量取样是一个普遍性的难题。现有的微量定量取样结构包括定量管，使用时，首先将定量管内的空气排除，再利用负压原理从某种容器中定量吸取微量的液体至定量管，然后将定量管移位（移动或是旋转）至指定位置，再利用空气将液体推出定量管，达到取样的目的。现有的这种微量定量取样结构中，定量和取样为两个独立的环节，定量之后再取样需要移位，因而很难或无法集成在微小的生物芯片中。同时这种利用空气将液体推出的方式，难免会将空气混合在液体中推出，从而将空气带入生物芯片的反应器内，影响生物芯片对样本的检测结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种生物芯片及其微量定量取样方法，将定量和取样在同一个环节完成，不需要排出空气形成负压吸取样本，微量定量取样结构直接集成在微小的生物芯片中；在取样时能够在定量管内形成不含空气的液柱，避免将带有空气的样本加入生物芯片的反应器内，对样本的检测结果无任何不良影响；同时，定量精确。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种生物芯片，包括芯片基片，芯片基片内设有反应器，其特点是芯片基片内还设有定量管，定量管的底部开设样本出口；所述样本出口位于反应器上方；所述定量管顶部设有对定量管内腔密封封口的定量柱塞，所述定量管侧壁上部开设与定量管内腔相通的样本注入口，还包括控制器、可驱动定量柱塞沿定量管轴向移动的驱动机构，控制器与驱动机构电连接，驱动机构与定量柱塞驱动相连。借由上述结构，样本液体从样本注入口注入到定量管内腔，由于定量管上端密封、下端开口，样本自动进入定量管内腔，样本注入过程中，由于定量管的管径根据流体（血浆）的粘度设计，便于样本注入时空气排出，定量管内的空气被样本持续从样本出口推出，控制注入定量管内腔的样本量，最终在定量管内形成一段不含空气的样本液柱，为精准定量取样提供可能。随后，利用驱动机构驱动定量柱塞向下运动，控制定量柱塞的行程，即可按需将定量管内的样本定量推出。本专利技术由于不需要排出空气形成负压吸取样本，因而容易直接集成在微小的生物芯片中；由于能够在定量管内形成不含空气的液柱，因而避免将带有空气的样本加入生物芯片的反应器内，对样本的检测结果无任何不良影响；通过控制定量柱塞的行程，可在同一环节完成定量和取样过程，操作简单方便。本专利技术中的微量定量指的是，每次从定量管样本出口中推出的取样样本量为3ul到100ul。作为一种优选方式，定量管的底部为圆锥状，样本出口设于定量管底部最低点。此种形式便于样本自动进入定量管内腔并从底部样本出口排出空气，更有利于形成不含空气的样本液柱。进一步地，还包括摄像单元，定量管由透明材料制成且定量管位于摄像单元视场范围内，摄像单元与控制器电连接。摄像单元能够拍摄定量管内的样本图像，控制器通过拍摄的样本图像可以计算出样本的注入及推出情况，从而实现精确控制。进一步地，还包括吹气单元，芯片基片内设有外壳，外壳上设有安装通孔，定量管下段伸入该安装通孔内，外壳侧壁上开设连通吹气单元出气口与定量管下段的吹气通孔，定量管下段与安装通孔之间形成连通吹气通孔与样本出口外壁的过气通道。在每次定量管定量推出样本液体后，定量微量样本液滴粘附悬挂在样本出口处。此时，利用吹气单元依次通过吹气通孔和过气通道向样本出口方向吹气，从而可以将粘附在样本出口处的定量微量样本液滴吹落，既不污染样本，又保证了样本定量精度。进一步地，外壳内设有滤血结构，滤血结构包括设于外壳内的过滤膜，外壳顶部设有开口朝上的第一腔体，外壳内设有第二腔体，第一腔体与第二腔体之间通过过滤膜连通，过滤膜与水平面之间垂直；第二腔体与样本注入口相连通。借由上述结构，由于过滤膜与水平面之间垂直，相对于现有技术中的过滤膜水平放置，本专利技术中的过滤膜竖直设置在第一腔体侧边。在滤血过程中，即使红细胞滞留在第一腔体内，由于过滤膜竖直设置，由于红细胞沉积在第一腔体底部，因而红细胞不易堵塞设置在第一腔体侧边的过滤膜，因而血浆通过过滤膜比较通畅，滤血充分，滤血时间短、效率高，同时红细胞被压迫风险低。进一步地，外壳内还设有压积腔，压积腔与第一腔体底部相连通，压积腔通过过滤膜与第二腔体相连通，压积腔的体积小于第一腔体的体积，压积腔的体积大于或等于待过滤全血中红细胞的总体积。借由上述结构，第一腔体底部与压积腔相连通，第一腔体内的待过滤全血持续往压积腔内输送，然后血浆穿过过滤膜进入第二腔体，红细胞滞留在压积腔内，达到滤血目的。由于压积腔的体积大于或等于待过滤全血中红细胞的总体积，因而在滤血过程中，红细胞沉积在压积腔底部，压积腔上部空间留出用于接纳新注入的全血，过滤膜更加不易被红细胞堵塞，滤血更通畅。进一步地，滤血结构还包括可对第一腔体顶部开口密封封口的滤血柱塞。滤血时，利用驱动机构对滤血柱塞施加驱动力，从而滤血柱塞对第一腔体密闭加压，促使全血往过滤膜方向流动，达到滤血目的。工作时，滤血柱塞压不到压积腔中，因为多余的样本血浆从过滤膜过滤至第二腔体了，全血体积减小，所以压积腔处于无压力状态，不存在压迫红细胞的风险。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种生物芯片微量定量取样方法，包括以下步骤：步骤A.将血浆样本从样本注入口注入定量管内腔；步骤B.血浆样本达到定量管底部；步骤C.定量柱塞沿定量管轴向向下移动，将一定量的血浆样本从定量管内推出；步骤D.血浆样本进入反应器。进一步地，所述步骤B中，当血浆样本到达定量管上的第一刻线时，停止向定量管内注入血浆样本，同时，定量柱塞沿定量管轴向向下移动并将血浆样本向下推动，当定量管内的血浆样本到达定量管上位于第一刻线之下的第二刻线时，即为血浆样本达到定量管底部。进一步地，利用控制器计算将一定量血浆样本推出定量管时定量柱塞的行程，同时控制器通过驱动机构驱动定量柱塞按照计算的行程移动。与现有技术相比，本专利技术将定量和取样在同一个环节完成，不需要排出空气形成负压吸取样本，微量定量取样结构直接集成在微小的生物芯片中；在取样时能够在定量管内形成不含空气的液柱，避免将带有空气的样本加入生物芯片的反应器内，对样本的检测结果无任何不良影响；同时，使用非接触液滴的方式将粘附悬挂在定量管末端样本出口的定量微量样本液滴吹落入生物芯片反应器内，不会污染样本，样本定量精度高；同时结构简单、成本低廉，恒定性好。附图说明图1为生物芯片一实施例结构示意图。图2为图1的侧剖视图。图3为本专利技术的电路模块图。图4为微量定量取样方法流程图。图5为微量定量取样方法的软件动作时序图。其中，1为外壳，101为第一腔体，102为第二腔体，103为压积腔，105为安装通孔，106为吹气通孔，2为过滤膜，3为滤血柱塞，4为定量管，401为样本注入口，402为样本出口，5为定量柱塞，6为吹气单元，7为过气通道，8为摄像单元，9为控制器，10为反应器，11为驱动机构，12为芯片基片，13为第一刻线，14为第二刻线，15为进料口。具体实施方式如图1至图3所示，生物芯片包括芯片基片12，芯片基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物芯片，包括芯片基片（12），芯片基片（12）内设有反应器（10），其特征在于，芯片基片（12）内还设有定量管（4），定量管（4）的底部开设样本出口（402）；所述样本出口（402）位于反应器（10）上方；所述定量管（4）顶部设有对定量管（4）内腔密封封口的定量柱塞（5），所述定量管（4）侧壁上部开设与定量管（4）内腔相通的样本注入口（401），还包括控制器（9）、可驱动定量柱塞（5）沿定量管（4）轴向移动的驱动机构（11），控制器（9）与驱动机构（11）电连接，驱动机构（11）与定量柱塞（5）驱动相连。

【技术特征摘要】
1.一种生物芯片，包括芯片基片（12），芯片基片（12）内设有反应器（10），其特征在于，芯片基片（12）内还设有定量管（4），定量管（4）的底部开设样本出口（402）；所述样本出口（402）位于反应器（10）上方；所述定量管（4）顶部设有对定量管（4）内腔密封封口的定量柱塞（5），所述定量管（4）侧壁上部开设与定量管（4）内腔相通的样本注入口（401），还包括控制器（9）、可驱动定量柱塞（5）沿定量管（4）轴向移动的驱动机构（11），控制器（9）与驱动机构（11）电连接，驱动机构（11）与定量柱塞（5）驱动相连。2.如权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，定量管（4）的底部为圆锥状，样本出口（402）设于定量管（4）底部最低点。3.如权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，还包括摄像单元（8），定量管（4）由透明材料制成且定量管（4）位于摄像单元（8）视场范围内，摄像单元（8）与控制器（9）电连接。4.如权利要求3所述的生物芯片，其特征在于，还包括吹气单元（6），芯片基片（12）内设有外壳（1），外壳（1）上设有安装通孔（105），定量管（4）下段伸入该安装通孔（105）内，外壳（1）侧壁上开设连通吹气单元（6）出气口与定量管（4）下段的吹气通孔（106），定量管（4）下段与安装通孔（105）之间形成连通吹气通孔（106）与样本出口（402）外壁的过气通道（7）。5.如权利要求4所述的生物芯片，其特征在于，外壳（1）内设有滤血结构，滤血结构包括设于外壳（1）内的过滤膜（2），外壳（1）顶部设有开口朝上的第一腔体（101），外壳（1）内设有第二腔体（102），第一腔体（101）与第二腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬鹏程，周孝祥，杨恒伟，
申请(专利权)人：湖南乐准智芯生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43