多指标疾病联合检测微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了多指标疾病联合检测微流控装置，包括：微流控反应芯片、微流控存储芯片、直流电机驱动模块、反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块和CCD检测模块。通过反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块与微流控芯片之间的相互配合，分别完成样本和样本稀释液混合，微球表面包被的抗体对目标细胞特定抗原的捕获、对微球表面非特异性吸附的细胞抗原清洗、微球表面特异性吸附的目标细胞抗原对酶标抗体的捕获、激发液A、B混合、微球表面特异性吸附的酶催化激发液化学发光过程，配合CCD检测模块对微球表面的化学发光信号进行采集并检测，从而实现血清样本中多个指标抗原的捕获和检测流程的自动化操作。

Microfluidic Device for Joint Detection of Multiple Indicators Diseases

The invention discloses a microfluidic device for joint detection of multi-index diseases, including a microfluidic reaction chip, a microfluidic memory chip, a DC motor drive module, a fluid control module of a reaction chip, a storage and release fluid control module, a temperature control module and a CCD detection module. Through the interaction of reaction chip fluid control module, storage and release fluid control module, temperature control module and microfluidic chip, samples and sample dilution solution were mixed, antibodies coated on the surface of microspheres captured specific antigens of target cells, cleaned non-specific adsorbed cell antigens on the surface of microspheres, and specific adsorbed target cell antigens on the surface of microspheres. Enzyme-catalyzed chemiluminescence (EL) process of enzyme-labeled antibody capture, mixing of elicitor A and B, and specific adsorption on the surface of microspheres was carried out. The EL signal on the surface of microspheres was collected and detected with CCD detection module, so as to realize the automatic operation of multi-index antigen capture and detection process in serum samples.

【技术实现步骤摘要】
多指标疾病联合检测微流控装置
本专利技术涉及生命医学检测、诊断领域，是一种基于酶联免疫吸附测定法和化学发光原理的多指标疾病联合检测微流控芯片及检测装置。本微流控检测装置可以用于多个疾病标志物的同时检测，例如用于检测优生优育的五项指标：血清中弓形虫(TOX)、风疹(RUB)、巨细胞(CMV)、疱疹(HSV-1)、疱疹(HSV-2)等五种IgG(免疫球蛋白)的抗体水平。技术背景酶联免疫吸附测定法(ELISA)已被广泛应用在各种基于蛋白检测的疾病诊断中，ELISA的原理是通过抗原(即蛋白质)和抗体之间的键的特异性，通过与酶的颜色变化或发光反应证明特定蛋白质的存在。高度特异性的抗体反应和结果放大处理已被广泛用于免疫检测、环境分析和生物技术研究中。常规方案中，ELISA检测过程首先产生对靶向外源转化基因的表达蛋白具有特异性的抗体，该抗体被称为一级抗体(或检测抗体)。在检测过程中，首先将待检测的体液蛋白置于防止非特异性抗体结合的膜上。添加一级抗体以检测和捕获特定蛋白质。然后加入二级抗体(或酶标记的抗体)。该二级抗体与酶连接并且对第一级抗体具有特异性。二级抗体和一级抗体产生的特异性连接将酶携带到蛋白质的位置，随后加入酶底物。经过一段时间后，酶催化底物引起涉及颜色变化或发光的反应。最后，如果剩余颜色变化或特殊的产物保留在膜上的特定位置，则确认特定蛋白质的存在。在传统的ELISA检测中，往往需要依靠大型的生物医学诊断仪器，其价格昂贵、检测过程复杂、检测成本高、检测时间长且效率低，不利于该诊断方法的临床推广与普及。尤其是，传统的ELISA检测方法往往一次只能够完成单个指标检测，其检测效率偏低；目前的生物医学检测方法需要更快的分析和测定过程。将测试样本和测试解决方案的平台缩小，可以实现自动化、一体化、高通量、多指标、低成本、便携式的现场快速(Point-of-Caretest)多指标同时联合检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一款基于酶联免疫吸附测定法和化学发光原理的集成化的、便携式的、应用面广的多指标疾病联合检测微流控芯片自动检测系统。本专利技术可应用于基于蛋白检测的各种疾病诊断中，本专利技术以优生优育五项指标的检测为实现的范例，实现优生优育五项指标(弓形虫、风疹、巨细胞、疱疹-I、疱疹-II)的自动化联合检测。为实现上述目的本专利技术采用的技术方案为多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于，该检测装置包括：微流控反应芯片、微流控存储芯片、直流电机驱动模块、反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块和CCD检测模块。通过反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块与微流控芯片之间的相互配合，分别完成样本和样本稀释液混合，微球表面包被的抗体对目标细胞特定抗原的捕获、对微球表面非特异性吸附的细胞抗原清洗、微球表面特异性吸附的目标细胞抗原对酶标抗体的捕获、激发液A、B混合、微球表面特异性吸附的酶催化激发液化学发光过程，配合CCD检测模块对微球表面的化学发光信号进行采集并检测，从而实现血清样本中多个指标抗原的捕获和检测流程一体化操作。多指标抗原例如：优生优育五项指标包括TOX(弓形虫)、RUB(风疹)、CMV(巨细胞)、HSV-1(疱疹1)、HSV-2(疱疹2)；微流控存储芯片1由存储芯片顶层密封软膜2、存储芯片上部盖片3、存储芯片储液层4、存储芯片下部盖片5、存储芯片底层密封软膜6组成，存储芯片顶层密封软膜2、存储芯片上部盖片3、存储芯片储液层4、存储芯片下部盖片5、存储芯片底层密封软膜6由上到下顺次连接。其中存储芯片储液层4上设有样本溶液存储腔7、样本稀释液存储腔8、清洗液存储腔一9、酶标抗体溶液存储腔10、清洗液存储腔二11、激发液A存储腔12、激发液B存储腔13、以及相关的试剂释放通道14、截流空气通道15；样本溶液存储腔7、样本稀释液存储腔8、清洗液存储腔一9、酶标抗体溶液存储腔10、清洗液存储腔二11、激发液A存储腔12、激发液B存储腔13分散设置在存储芯片储液层4上；样本溶液存储腔7、样本稀释液存储腔8、清洗液存储腔一9、酶标抗体溶液存储腔10、清洗液存储腔二11、激发液A存储腔12、激发液B存储腔13均通过试剂释放通道14与截流空气通道15连接；微流控反应芯片16由反应芯片上部盖片17、反应芯片主体层18、微球19、废液存储层20、反应芯片下部盖片21组成；反应芯片上部盖片17、反应芯片主体层18、废液存储层20和反应芯片下部盖片21上下顺次连接；微球19设置在反应芯片主体层18中；其中反应芯片上部盖片17包括三个用于装配微流控存储芯片1的销钉22以及七个气孔23，七个气孔23分别为样本入口24、清洗液入口一25、酶标抗体溶液入口26、清洗液入口二27、激发液入口28、注射器通气孔29、抽气泵通气孔30。反应芯片主体层18包括样本样稀混合通道31、清洗液通道一32、酶标抗体溶液通道33、清洗液通道二34、激发液混合通道35、生化反应通道36、五个微球固定槽37、注射器通气孔29、抽气泵通气孔30、废液腔入口38。废液存储层包括废液腔39、吸水纸40；反应芯片流体控制系统装置一，由抽气泵连接孔41通过抽气泵连接软管42连接到抽气泵43构成，抽气泵另一端连接一抽气泵电磁阀44，抽气泵43由抽气泵支架45固定在底板46上；反应芯片流体控制系统装置二，由注射器连接孔47通过注射器连接软管48连接到小型注射器49构成，小型注射器49的尾部与微型步进电机50连接；小型注射器49和微型步进电机50分别由注射器支架51、微型步进电机支架52固定在底板46上；直流电机驱动模块包括直流电机53、螺杆54、滑块55、上触控开关56、下触控开关57、导轨一58、导轨二59。此模块工作时直流电机53驱动螺杆54旋转，从而带动螺杆54上的滑块55上下运动，滑块55通过上触控开关56、下触控开关57进行定位，滑块55通过导轨一58、导轨二59导向；存储释放流体控制模块包括压块60、橡胶柱61、通气针管62、通气柱63、通气柱软管64、电磁阀组65组成。压块60固定在直流电机驱动模块的滑块55上，压块60在直流电机驱动模块的作用下向下运动，并使得十四根通气针管62插入存储芯片顶层密封软膜2中。每根通气针管62和对应的通气柱63是相连通的，各个通气柱63上都密封装配有通气柱软管64，每根通气柱软管64都对应连接上两个电磁阀组65共计十四个入口中的一个，电磁阀组65固定在电磁阀组座66上，电磁阀组座66固定在底板46上；温度控制模块嵌入芯片复合功能底座67中包括加热电阻膜68、加热铝块69、热敏电阻70；加热电阻膜68粘贴在加热铝块69的下表面，热敏电阻70固定在加热铝块69中间的凹槽中，加热铝块69紧贴于微流控反应芯片16的生化反应通道36的正下方；复合功能底座67与底板46之间通过机械固定确定其位置；CCD检测模块包括CCD化学发光强度检测器71，位于微流控反应芯片16中生化反应通道36的正上方。微流控反应芯片16的反应芯片主体层18中有样本样稀混合通道31、激发液混合通道35；两个混合通道都由三部分组成——混合通道预混腔72、Z型窄通道73、混合通道终混腔74，混合通道预混腔72与混合通道终混腔74的液体出入口都本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于，该检测装置包括：微流控反应芯片、微流控存储芯片、直流电机驱动模块、反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块和CCD检测模块；通过反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块与微流控芯片之间的相互配合，分别完成样本和样本稀释液混合，微球表面包被的抗体对目标细胞特定抗原的捕获、对微球表面非特异性吸附的细胞抗原清洗、微球表面特异性吸附的目标细胞抗原对酶标抗体的捕获、激发液A、B混合、微球表面特异性吸附的酶催化激发液化学发光过程，配合CCD检测模块对微球表面的化学发光信号进行采集并检测，从而实现血清样本中多个指标抗原的捕获和检测流程一体化操作；微流控存储芯片(1)由存储芯片顶层密封软膜(2)、存储芯片上部盖片(3)、存储芯片储液层(4)、存储芯片下部盖片(5)、存储芯片底层密封软膜(6)组成，存储芯片顶层密封软膜(2)、存储芯片上部盖片(3)、存储芯片储液层(4)、存储芯片下部盖片(5)、存储芯片底层密封软膜(6)由上到下顺次连接；存储芯片储液层(4)上设有样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)以及相关的试剂释放通道(14)和截流空气通道(15)；样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)分散设置在存储芯片储液层(4)上；样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)均通过试剂释放通道(14)与截流空气通道(15)连接；微流控反应芯片(16)由反应芯片上部盖片(17)、反应芯片主体层(18)、微球(19)、废液存储层(20)、反应芯片下部盖片(21)组成；反应芯片上部盖片(17)、反应芯片主体层(18)、废液存储层(20)和反应芯片下部盖片(21)上下顺次连接；微球(19)设置在反应芯片主体层(18)中；其中反应芯片上部盖片(17)包括三个用于装配微流控存储芯片(1)的销钉(22)以及七个气孔(23)，七个气孔(23)分别为样本入口(24)、清洗液入口一(25)、酶标抗体溶液入口(26)、清洗液入口二(27)、激发液入口(28)、注射器通气孔(29)、抽气泵通气孔(30)；反应芯片主体层(18)包括样本样稀混合通道(31)、清洗液通道一(32)、酶标抗体溶液通道(33)、清洗液通道二(34)、激发液混合通道(35)、生化反应通道(36)、五个微球固定槽(37)、注射器通气孔(29)、抽气泵通气孔(30)、废液腔入口(38)；废液存储层(20)包括废液腔(39)、吸水纸(40)；反应芯片流体控制系统装置一，由抽气泵连接孔(41)通过抽气泵连接软管(42)连接到抽气泵(43)构成，抽气泵另一端连接一抽气泵电磁阀(44)，抽气泵(43)由抽气泵支架(45)固定在底板(46)上；反应芯片流体控制系统装置二，由注射器连接孔(47)通过注射器连接软管(48)连接到小型注射器(49)构成，小型注射器(49)的尾部与微型步进电机(50)连接；小型注射器(49)和微型步进电机(50)分别由注射器支架(51)、微型步进电机支架(52)固定在底板(46)上；直流电机驱动模块包括直流电机(53)、螺杆(54)、滑块(55)、上触控开关(56)、下触控开关(57)、导轨一(58)、导轨二(59)；此模块工作时直流电机(53)驱动螺杆(54)旋转，从而带动螺杆(54)上的滑块(55)上下运动，滑块(55)通过上触控开关(56)、下触控开关(57)进行定位，滑块(55)通过导轨一(58)、导轨二(59)导向；存储释放流体控制模块包括压块(60)、橡胶柱(61)、通气针管(62)、通气柱(63)、通气柱软管(64)、电磁阀组(65)组成；压块(60)固定在直流电机驱动模块的滑块(55)上，压块(60)在直流电机驱动模块的作用下向下运动，并使得十四根通气针管(62)插入存储芯片顶层密封软膜(2)中；每根通气针管(62)和对应的通气柱(63)是相连通的，各个通气柱(63)上都密封装配有通气柱软管(64)，每根通气柱软管(64)都对应连接上两个电磁阀组(65)共计十四个入口中的一个，电磁阀组(65)固定在电磁阀组座(66)上，电磁阀组座(66)固定在底板(46)上；温度控制模块嵌入芯片复合功能底座(67)中包括加热电阻膜(68)、加热铝块(69)、热敏电阻(70)；加热电阻膜(68)粘贴在加热铝块(69)的下表面，热敏电阻(70)固定...

【技术特征摘要】
1.多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于，该检测装置包括：微流控反应芯片、微流控存储芯片、直流电机驱动模块、反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块和CCD检测模块；通过反应芯片流体控制模块、存储释放流体控制模块、温度控制模块与微流控芯片之间的相互配合，分别完成样本和样本稀释液混合，微球表面包被的抗体对目标细胞特定抗原的捕获、对微球表面非特异性吸附的细胞抗原清洗、微球表面特异性吸附的目标细胞抗原对酶标抗体的捕获、激发液A、B混合、微球表面特异性吸附的酶催化激发液化学发光过程，配合CCD检测模块对微球表面的化学发光信号进行采集并检测，从而实现血清样本中多个指标抗原的捕获和检测流程一体化操作；微流控存储芯片(1)由存储芯片顶层密封软膜(2)、存储芯片上部盖片(3)、存储芯片储液层(4)、存储芯片下部盖片(5)、存储芯片底层密封软膜(6)组成，存储芯片顶层密封软膜(2)、存储芯片上部盖片(3)、存储芯片储液层(4)、存储芯片下部盖片(5)、存储芯片底层密封软膜(6)由上到下顺次连接；存储芯片储液层(4)上设有样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)以及相关的试剂释放通道(14)和截流空气通道(15)；样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)分散设置在存储芯片储液层(4)上；样本溶液存储腔(7)、样本稀释液存储腔(8)、清洗液存储腔一(9)、酶标抗体溶液存储腔(10)、清洗液存储腔二(11)、激发液A存储腔(12)、激发液B存储腔(13)均通过试剂释放通道(14)与截流空气通道(15)连接；微流控反应芯片(16)由反应芯片上部盖片(17)、反应芯片主体层(18)、微球(19)、废液存储层(20)、反应芯片下部盖片(21)组成；反应芯片上部盖片(17)、反应芯片主体层(18)、废液存储层(20)和反应芯片下部盖片(21)上下顺次连接；微球(19)设置在反应芯片主体层(18)中；其中反应芯片上部盖片(17)包括三个用于装配微流控存储芯片(1)的销钉(22)以及七个气孔(23)，七个气孔(23)分别为样本入口(24)、清洗液入口一(25)、酶标抗体溶液入口(26)、清洗液入口二(27)、激发液入口(28)、注射器通气孔(29)、抽气泵通气孔(30)；反应芯片主体层(18)包括样本样稀混合通道(31)、清洗液通道一(32)、酶标抗体溶液通道(33)、清洗液通道二(34)、激发液混合通道(35)、生化反应通道(36)、五个微球固定槽(37)、注射器通气孔(29)、抽气泵通气孔(30)、废液腔入口(38)；废液存储层(20)包括废液腔(39)、吸水纸(40)；反应芯片流体控制系统装置一，由抽气泵连接孔(41)通过抽气泵连接软管(42)连接到抽气泵(43)构成，抽气泵另一端连接一抽气泵电磁阀(44)，抽气泵(43)由抽气泵支架(45)固定在底板(46)上；反应芯片流体控制系统装置二，由注射器连接孔(47)通过注射器连接软管(48)连接到小型注射器(49)构成，小型注射器(49)的尾部与微型步进电机(50)连接；小型注射器(49)和微型步进电机(50)分别由注射器支架(51)、微型步进电机支架(52)固定在底板(46)上；直流电机驱动模块包括直流电机(53)、螺杆(54)、滑块(55)、上触控开关(56)、下触控开关(57)、导轨一(58)、导轨二(59)；此模块工作时直流电机(53)驱动螺杆(54)旋转，从而带动螺杆(54)上的滑块(55)上下运动，滑块(55)通过上触控开关(56)、下触控开关(57)进行定位，滑块(55)通过导轨一(58)、导轨二(59)导向；存储释放流体控制模块包括压块(60)、橡胶柱(61)、通气针管(62)、通气柱(63)、通气柱软管(64)、电磁阀组(65)组成；压块(60)固定在直流电机驱动模块的滑块(55)上，压块(60)在直流电机驱动模块的作用下向下运动，并使得十四根通气针管(62)插入存储芯片顶层密封软膜(2)中；每根通气针管(62)和对应的通气柱(63)是相连通的，各个通气柱(63)上都密封装配有通气柱软管(64)，每根通气柱软管(64)都对应连接上两个电磁阀组(65)共计十四个入口中的一个，电磁阀组(65)固定在电磁阀组座(66)上，电磁阀组座(66)固定在底板(46)上；温度控制模块嵌入芯片复合功能底座(67)中包括加热电阻膜(68)、加热铝块(69)、热敏电阻(70)；加热电阻膜(68)粘贴在加热铝块(69)的下表面，热敏电阻(70)固定在加热铝块(69)中间的凹槽中，加热铝块(69)紧贴于微流控反应芯片(16)的生化反应通道(36)的正下方；复合功能底座(67)与底板(46)之间通过机械固定确定其位置；CCD检测模块包括CCD化学发光强度检测器(71)，位于微流控反应芯片(16)中生化反应通道(36)的正上方。2.如权利要求1所述多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于：微流控反应芯片(16)的反应芯片主体层(18)中有样本样稀混合通道(31)、激发液混合通道(35)；两个混合通道都由三部分组成——混合通道预混腔(72)、Z型窄通道(73)、混合通道终混腔(74)，混合通道预混腔(72)与混合通道终混腔(74)的液体出入口都呈喇叭形，两个腔体之间通过Z型窄通道(73)连接；工作时两种液体依次进入混合通道预混腔(72)，在注射器(49)的驱动下两种液体通过Z型窄通道(73)进入混合通道终混腔(74)，又由Z型窄通道(73)返回混合通道预混腔(72)，两种液体在往复运动下完成混合。3.如权利要求1所述多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于：微流控反应芯片(16)的反应芯片主体层(18)中有生化反应通道(36)、五个微球固定槽(37)；微球固定槽(37)是生化反应通道(36)中的半球形凹槽，微球(19)放置在微球固定槽(37)中；微球固定槽(37)横截面的圆心到生化反应通道(36)两个垂直表面的距离是相等的；生化反应通道(36)的入口呈喇叭型，整体呈“Z型”，但其亦可为“L型”或是直线段型；生化反应通道末端连接的是废液腔入口(38)；微流控反应芯片(16)的废液存储层(20)粘接在反应芯片主体层(18)下方，各种反应过的样本、试剂、清洗液统称为废液，废液通过废液腔入口(38)进入废液腔(39)并被吸水纸(40)吸收；废液腔(39)腔体通过注射器通气孔(29)与注射器(49)连通，通过抽气泵通气孔(30)与抽气泵(43)连通。4.如权利要求1所述多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于：微流控反应芯片(16)的反应芯片主体层(18)中有样本样稀混合通道(31)、清洗液通道一(32)、酶标抗体溶液通道(33)、清洗液通道二(34)、激发液混合通道(35)；样本稀释液进入生化反应通道(36)与微球(19)进行反应，之后多份清洗液交替通过清洗液通道一(32)、清洗液通道二(34)对生化反应通道(36)进行冲洗。5.如权利要求1所述多指标疾病联合检测微流控装置，其特征在于：微流控存储芯片(1)的存储芯片储液层(4)具有如权利要求1所述的七个存储腔，每个存储腔都连接有一个上游通路(79)、一个试剂释放通道(14)、一个截流空气通道(15)；注射器(49)运动给出负压后，在其他通孔不通气的情况下，需要释放液体的存储腔的上游通路(79)与大气连通，从而向外释放腔内液体，释放一定量后使上游通路(79)不通气，让截流空气通道(15)与大气连通，并继续让注射器(49)给出负压使空气截断试剂释放通道(14)中的液体，完成“定量体...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宪波，余盛达，李逸琛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11