一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法，所述装置通过改变局部的亲/疏水性来实现自动定量分配、收集和检测的，方法一是利用在微流腔内加入多孔介质等亲水材料和与之相对应的阀；方法二是在微流通道特定的位置进行疏水处理。本微流控装置包括基底、盖板、流体入口、流体出口、微流通道、侧微流腔和阀，装置中的样品液体定量进入侧微流腔，根据液体在疏水区域和亲水区域的选择性流动的特点，每个腔内的液体互不干扰，根据需要决定是否将检测试剂加入侧微流腔内，从而制备样品液体自动定量分配、收集和检测。本发明专利技术提供了一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法，可应用于微生化反应器和装置实验室。

A Microfluidic Device for Automatic Quantitative Distribution, Collection and Detection and Its Application

The invention discloses a microfluidic device for automatic quantitative distribution, collection and detection and a method for its use. The device realizes automatic quantitative distribution, collection and detection by changing the local hydrophilicity/hydrophobicity. The method comprises the following steps: adding hydrophilic materials such as porous media into the microfluidic cavity and corresponding valves; and the method of hydrophobicity at a specific position of the microfluidic channel. Li. The microfluidic device consists of a substrate, a cover plate, a fluid inlet, a fluid outlet, a microfluidic channel, a side microfluidic chamber and a valve. The sample liquid in the device enters the side microfluidic chamber quantitatively. According to the selective flow characteristics of the liquid in the hydrophobic and hydrophilic regions, the liquid in each chamber does not interfere with each other, and decides whether to add the detection reagent into the side microfluidic chamber or not, so as to prepare the sample. Automatic quantitative distribution, collection and detection of liquids. The invention provides a microfluidic device for automatic quantitative distribution, collection and detection and a method of use, which can be applied to a microbiochemical reactor and device laboratory.

【技术实现步骤摘要】
一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法
本专利技术涉及一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法，可应用于微生物反应器和装置实验室。
技术介绍
近年来，微流控装置作为一种新的技术平台，在化学、生物和医学领域受到广泛关注，具有液体流动方向可控，消耗试剂量少，分析速度快，小型便携，高通量，多种操作单元集成化等优点，微流体系统对各种生物、化学实验都有着无与伦比的优势。表皮微流控、纸基微流控和混合微流控都属于微流控的范畴。表皮微流控是美国西北大学的Rogers课题组提出的，其主要是指可用于人体表皮的柔性微流体的装置。表皮微流控装置可以捕获、传递、存储微升的汗液，并具有足够的空间时间分辨率。并且，可以遵循皮肤的自然运动，不会有不适、刺激或分层的现象，同时还能保持防水密封。表皮微流控系统不仅可以描述局部汗液的化学成分，还可以描述单汗腺级别的平均和瞬时出汗率和总汗量损失。利用纸研制的纸基微流控装置及其应用现已成为微流控装置技术新的研究领域。纸基微流控装置具有诸多显著优点，如制作方便、成本低廉、体积小重量轻、便于运输和储存、操作性强、生物兼容性好、功能性强、后续处理简单等。纸基微流控装置可以作为微型化、便携式的现场检测器件，其流体快速检测在化学、生物和医学等领域具有巨大潜在应用价值。但它的发展不可避免也存在一些需要突破的瓶颈，尚需进一步研究开发。主要表现在以下几个方面：样品留存在纸基微流通道内（如造成无效的样品消耗）或样品在传输过程中挥发导致检测效率低。实际到达检测区域的样品数量与样品总量的比值通常小于50%。在样品数量少且十分昂贵时，高效的传输显得十分重要。一些憎水剂的憎水能力有限，对于地表面张力的样品失去作用。如采用固体蜡或AKD作为憎水剂制造的纸基微流控装置，检测到流体的表面张力应高于某一个阀值。当流体的表面张力低于阀值时，流体会渗透到亲水通道中，同时也会渗透到憎水通道中。这是因为固体蜡和AKS使纸张憎水，是通过降低纸张的表面能，而不是阻隔纸张的孔隙。混合微流控是近10年出现的，ShengYan等2017年在Electrophoresis期刊上发表的Hybridmicrofluidicscombinedwithactiveandpassiveapproachesforcontinuouscellseparation中提到的混合微流控，它可以灵活组合主动或被动的方法满足对性能、多功能和方便性更高的需求，在细胞分类方面具有特别的优势，未来在生物医学的发展具有好的前景。AhyeonKoh和DaeshikKang发表的文章Asoft,wearablemicrofluidicdeviceforthecapture,storage,andcolorimetricsensingofsweat中提出了一种可以即时检测汗液的微流体装置。所述装置可以对汗液中的氯化物、葡萄糖、乳酸浓度及pH制备即时检测。所述装置预置NFC装置，可与手机相连接，更加清楚明了的向使用者显示自身汗液成分的浓度。所述装置只能检测某一时刻的汗液成分浓度，不能对汗液成分进行连续的分析检测。Rogers团队在文章Soft,skin-mountedmicrofluidicsystemsformeasuringsecretoryfluidicpressuresgeneratedatthesurfaceoftheskinbyeccrinesweatglands中提出的微流体装置可以制备对人体汗压的检测。所述装置设计了一系列不同的CBV，汗压值超过某一CBV，汗液就可以进入小于该值的全部微流通道。所述装置定量的检测的人体汗压值，并不可以确定其精准的数值。SungBongKim在文章Super-AbsorbentPolymerValvesandColorimetricChemistriesforTime-SequencedDiscreteSamplingandChlorideAnalysisofSweatviaSkin-MountedSoftMicrofluidics提出的装置中引入了疏水阀。微流控装置加入了部分疏水设计。在微流控装置的亲水区域，汗液在通道中自发流动，当液体到达疏水区域后，疏水区域提供了阻力，改变了汗液流向。只有汗压达到一定值后才能流过疏水区域再次到达亲水区域。专利CN102472745A中提到的使用纸基微流体系统制备NO2-校准曲线和测定未知样品NO2-的浓度，该专利提到的未知样品流经纸基到达检测区域的过程中，未知样品会留存在纸基微流通道内，影响检测区域的检测结果。专利CN105802290A中提到的制备超疏水二氧化钛涂层材料用于纸基微流体设备方面的应用。该专利实施例2提到制备疏水材料制备纸基微流体的方法，当流体的表面张力低于某个值时，流体会渗透到亲水通道中，同时也会渗透到疏水通道中。当前医学上，可用微流控装置无创诊断的疾病有中风、肾脏健康、血糖等。如JungilChoi等2018年在AppliedSciencesandEngineering期刊上发表的Skin-interfacedsystemsforsweatcollectionandanalytics中提到的表皮微流控，一种敞开式即时采集汗液的微流控装置来测血糖，但是汗液容易蒸发，影响测试结果，并且，不能在一条微流通道内定量采集汗液和检测电解质。因此，在微流控装置中加入多孔介质（滤纸、水凝胶等）或疏水阀，不仅可以解决纸基微流体样品残存微流通道的问题，还可同时检测同一液体的多种成分。因此用于表皮微流控自动定量分配、收集和检测微升的汗液，并定时检测微升的汗液。在化学、生物和医学方面具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，以制备微流控装置平台中微量样品和试剂的精确、快速高通量定量分配、收集和检测。本专利技术还有一个目的在于，提供一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置及使用方法，样品液体在多孔介质或疏水阀的作用下进入并充满侧微流腔，从而制备微腔对样品液体的自动定量、分配、收集和检测。本专利技术提供的自动定量分配、收集和检测的微流控装置，所述装置包括基底（1）、微流通道（2）、侧微流腔（3）、阀（4）、流体入口（6）、流体出口（7）和盖板（8），所述的侧微流腔（3）位于微流通道（2）一侧并与其相通，微流通道（2）和侧微流腔（3）之间是通过阀（4）连接的；所述装置还包括自动定量控制装置，所述自动定量控制装置可控制液体在流经侧微流腔处时，液体先进入侧微流腔（3），待侧微流腔（3）里的压力达到一定值时，液体停止进入侧微流腔（3），然后继续在微流通道（2）上流动。作为本专利技术的进一步说明：所述自动定量控制装置为多孔介质，所述的多孔介质放置在所述的侧微流腔（3）和阀（4）内。作为本专利技术的进一步说明：所述多孔介质为滤纸（5）或水凝胶。作为本专利技术的进一步说明：所述的多孔介质为带尾滤纸（5），且其尾放置在所述的阀（4）内。作为本专利技术的进一步说明：该装置的基底（1）和盖板（8）采用疏水性材料制成；作为本专利技术的进一步说明：当自动定量控制装置为多孔介质时，所述的自动定量分配、收集和检测的微流控装置的制备方法，包括以下步骤：a.制备滤纸：将滤纸用刻字机刻出滤纸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述装置包括基底（1）、微流通道（2）、侧微流腔（3）、阀（4）、流体入口（6）、流体出口（7）和盖板（8），所述的侧微流腔（3）位于微流通道（2）一侧并与其相通，微流通道（2）和侧微流腔（3）之间是通过阀（4）连接的；所述装置还包括自动定量控制装置，所述自动定量控制装置可控制液体在流经侧微流腔处时，液体先进入侧微流腔（3），待侧微流腔（3）里的压力达到一定值时，液体停止进入侧微流腔（3），然后继续在微流通道（2）上流动。

【技术特征摘要】
1.一种用于自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述装置包括基底（1）、微流通道（2）、侧微流腔（3）、阀（4）、流体入口（6）、流体出口（7）和盖板（8），所述的侧微流腔（3）位于微流通道（2）一侧并与其相通，微流通道（2）和侧微流腔（3）之间是通过阀（4）连接的；所述装置还包括自动定量控制装置，所述自动定量控制装置可控制液体在流经侧微流腔处时，液体先进入侧微流腔（3），待侧微流腔（3）里的压力达到一定值时，液体停止进入侧微流腔（3），然后继续在微流通道（2）上流动。2.根据权利要求1所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述自动定量控制装置为多孔介质，所述的多孔介质放置在所述的侧微流腔（3）和阀（4）内。3.根据权利要求4所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述多孔介质为滤纸（5）或水凝胶。4.根据权利要求4所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述的多孔介质为带尾滤纸（5），且其尾放置在所述的阀（4）内。5.根据权利要求1所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：该装置的基底（1）和盖板（8）采用疏水性材料制成。6.一种权利要求2-4任一项所述的自动定量分配、收集和检测的微流控装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.制备滤纸：将滤纸用刻字机刻出滤纸的形状，并根据需要滴加不同的试剂；b.键合：将在侧微流腔内放好滤纸的基底涂一层液态医用硅橡胶后和盖板粘合，并放入干燥箱60℃加热2小时后拿出，室温放置24小时，即制成完整的该微流控装置。7.根据权利要求1所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：所述自动定量控制装置为疏水区域（9），该疏水区域（9）紧挨着侧微流腔（3），并位于其后方。8.根据权利要求8所述的一种自动定量分配、收集和检测的微流控装置，其特征在于：该装置的基底（1）和盖板（8）为疏水材料，但经等离子处理后为部分疏水，部分亲水。9.一种权利要求7或8所述的自动定量分配、收集和检测的微流控装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.制备疏水区域：将一定长度的掩板放置于侧微流腔（3）后的通道中，掩板可用于消除等离子处理对材料的影响；b.键合：将在放置掩板后的盖板（8）和底板放入等离子清洗机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀锋，陈玲，张迎雪，陈尚达，钱飞，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43