以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统技术方案

本发明专利技术涉及将带微阀的微流控芯片和ＱＣＭ相结合的生物分子检测系统。该系统为防震防静电平台上置内含带微阀的微流控芯片和ＱＣＭ连接的精密恒温室，微流控芯片中的样品通过由电磁阀控制的真空泵和进气装置形成的气流控制微阀间歇式的开启、闭合而流动；ＱＣＭ通过频率采集器与数据收集装置相连后置于有Ｘ，Ｙ，Ｚ方向的三维移动装置上，ＱＣＭ正中心与带有微阀的微流控芯片出样口精准对接后进样；样品吸附后由微型水泵冲走未吸附样品，进气装置吹干，ＱＣＭ频率变化检测特定生物分子；数据收集装置与频率采集器，精密恒温室，电磁阀控制装置及有Ｘ，Ｙ，Ｚ方向的三维移动装置通过导线相连。该系统具有样品预处理和快速方便的检测生物分子的功能。

Microfluidic chip detection system using quartz crystal microbalance as transducer

The invention relates to a biomolecule detection system combining a microfluidic chip with a micro valve and a QCM. The system for precision thermostatic chamber microfluidic chip and QCM connection platform is provided with shockproof antistatic containing micro valve, microfluidic chip in the sample through the vacuum pump and inlet air flow control device is controlled by a solenoid valve to form a micro opening and closing valve intermittent flow; QCM through frequency acquisition and data collection after the device is connected to a X, Y, 3D mobile device Z direction, QCM center and microfluidic chip sample outlet precision docking with micro micro blood sample valve; samples after adsorption by the miniature water pump away not adsorbed samples, dry air intake, QCM frequency change detection of specific biological molecules; data collecting device with frequency collector, precision thermostatic chamber, electromagnetic valve control device and X, Y, Z direction of the three-dimensional mobile device connected through a conductor. The system has sample pretreatment and rapid and convenient detection of biological molecules function.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将带微阀的微流控芯片和石英晶体微天平(QCM)相结合的 生物分子检测系统。具体而言，本专利技术提供了一种可用于快速检测生物分子 的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统，该系统具有样品预处 理和快速方便的检测生物分子的功能，操作简单，并且本身制造、使用、维 护和修理成本相对较低。
技术介绍
石英晶体微天平(QCM)是一种基于物质的质量导致电信号的变化而检 测微量物质的传感器，具有检测灵敏度高、选择性易调变、成本低，特别是 无须样品标记的适时检测等优点。它是一种广谱的检测器，可以用这种传感 器测试生物样品探针的固定、耙标的识别以及探针和靶标的杂交，亦可用于 蛋白质的识别。虽然QCM传感器有很多优点，分析前需要对样品进行烦琐地 生化分离或者样品培养等提纯或扩增样品浓度，这样，既耗费了大量的时间 和成本，又往往延误了诊断的时间。微流控芯片(Microfluidic Chip)技术是一项将生物和化学等领域中所涉及 的样品制备、生物与化学反应、，分离、检测等基本操作单元集成或部分集成 到一块几平方厘米的芯片上，以完成不同的生物或化学反应过程的技术。对 于DNA检测来说，不仅可以避免复杂的探针键合程序，还可通过在芯片上集 成DNA预处理、反应、分离及检测等多种过程。目前主要使用激光诱导荧光 (LIF)和质谱(MS)检测。这些检测方式尚需进一步縮小检测装置体积，降低 成本，且现有仪器多采用手工法换样，不但分析效率低，而且成本高。然而，至今为止，微流控芯片和石英晶体微天平检测生物分子都取得了 很大进步。但是，目前为止仍没有将两种仪器结合起来检测生物分子的仪器。 刘涛等利用QCM和Eileen T.Dimalanta等利用微流控芯片检测DNA，前者靠手 动上样步骤烦琐，费时费力，后者要复杂的检测装置和样品标记。TaoLiu，Ji，an Tang,and Long Jiang. Biochemical and Biophsical Research Communications. 313(2004),3-7 。 Eileen T.Dimalanta，Alex Lim，Rod Runheim,Casey Lamers,Chris4Churas,Daniel K.Forrest,Juan J.de Pablo,et al. Anal.Chem.2004，76,5293 5301 。
技术实现思路
本专利技术的目的在于将QCM检测灵敏度高、选择性易调变、成本低，特别 是无须样品标记的适时检测，和带有微阀的微流控芯片对样品预处理，扩增， 富集和纯化等优点有机结合起来，提供一种既能对DNA进行固定、杂交又能 进行PCR扩增的；既能分析蛋白质又能分析病毒和细胞的高效灵敏检测的以 石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统。本专利技术的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统主要为两大 部分进样及检测部分和外部控制及数据采集部分。所述的进样及检测部分包括具有X,Y,Z方向的三维移动装置、石英晶体 微天平、带有微阀的微流控芯片及精密恒温室；在防震及防静电的工作平台 上有精密恒温室，在精密恒温室中安装有具有X，Y,Z方向的三维移动装置， 在具有X,Y，Z方向的三维移动装置上固定有石英晶体微天平，在石英晶体微 天平的上方安装有带有微阀的微流控芯片，带有微阀的微流控芯片的底部有 出样口 ；通过具有X，Y,Z方向的三维移动装置保证QCM正中心与带有微阀的 微流控芯片出样口精准对接；所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由2基片中间为聚二 甲基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层基片带有微阀及微流控液路通道， 下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路 通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通；所述的外部控制及数据采集部分包括频率采集器、电磁阀、电磁阀控制 电路装置、数据收集装置、计算机、微型水泵、进气装置及真空泵；计算机的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置的数据输入及输出 口连接，数据收集装置的4个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装 置、频率采集器、具有X,Y,Z方向的三维移动装置及精密恒温室的数据输出 口连接；频率采集器的数据输入口通过导线与石英晶体微天平的数据输出口连接；真空泵的吸气口与电磁阀的出气口相连接，进气装置的一出气口通过一 带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端 与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通，进气装置的另一 出气口上的气管的另一端位于QCM的边缘上方；电磁阀控制电路装置的电信 号输入及输出口通过导线与电磁阀的电信号输入及输出口连接；真空泵及进气装置的启动与关闭由电磁阀控制，通过电磁阀的开闭控制总气管中的气流，从而形成支路气管中的正压和负压的循环；所述的精密恒温室上还开有进样口及清洁口 。 所述的精密恒温室的进样口是一个以上。 所述的在构成液路通道的基片上开有的进样口是一个以上。 所述的带有微阀的微流控芯片的微阀是位于液路通道上。 所述的石英晶体微天平的上方有与微型水泵连通的管路，由该微型水泵 提供的水用于对QCM的冲洗。所述的微型水泵电压调节范围为6 18V，进气装置为0 25MPa的N2 钢瓶，由微型水泵和进气装置完成QCM的自动清洗及干燥功能。所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，是由2基片中间为聚二甲 基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层基片带有微流控液路通道，在液路通 道上带有微阀，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样 口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通。 微阀的开合是通过PDMS膜由气路控制，充气时PDMS膜突起关闭微阀，吸 气时PDMS膜下沉开启微阀，样品经进样口进入液路通道，经气路通道上的 出样口流出；液路通道的进样口及气路通道的进出气口、出样口通过超声钻 孔获得，气路通道的进出气口与支路气管的一端相连，在气路通道的出样口 处的PDMS膜上钻孔使液路通道与出样口连通，保证样品到达液路出样口部 位后能通过气流出样口出样。所述的支路气管或总气管的材质为塑料材质。 所述的基片材料是硅、石英或玻璃等。所述的带有微阀的微流控芯片是通过曝光、显影、坚膜、去铬、刻蚀、 去膜、超声波打孔等步骤制作得到带有微阀的微流控芯片。1) 用光刻方法，将带有液路通道及微阀或气路通道的掩模(如聚丙烯材 料)置于带光刻胶的基片上，在紫外光下曝光，显影液除去被曝光部位的光 刻胶，获得曝光处的带有液路通道及微阀或气路通道图形的基片。2) 将步骤1)得到的基片清洗后，在温度为60 13(TC下坚膜，将坚膜 后的基片置于刻蚀液中，有光刻胶保护部位的基片不被腐蚀，暴露出的液路 通道及微阀或气路通道的基片材料和刻蚀液发生化学反应而被剥离下来形成 液路通道及微阀或气路通道。3) 将步骤2)得到的基片放在光刻胶去除液中，超声清洗器中加热超声 至未曝光部位的光刻胶层全部脱落。4) 将步骤3)得到的带有液路通道及在液路通道上带有微阀的基片超声 钻孔，得到与液路通道相通的进样口；依次用体积比为3:1的质量浓度为98% 的H2SO4与质量浓度为30。/。的H2O2混合液，以及无水乙醇溶液超声清洗；或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统，包括进样及检测部分和外部控制及数据采集部分，其特征是：　在所述的进样及检测部分中，在防震及防静电的工作平台上有精密恒温室，在精密恒温室中安装有具有Ｘ，Ｙ，Ｚ方向的三维移动装置，在具有Ｘ ，Ｙ，Ｚ方向的三维移动装置上固定有石英晶体微天平，在石英晶体微天平的上方安装有带有微阀的微流控芯片，带有微阀的微流控芯片的底部有出样口；　所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由２基片中间为聚二甲基硅氧烷膜封接构成，其中上层基片 带有微阀及微流控液路通道，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通；　在所述的外部控制及数据采集部分中，计算机的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置的数据输 入及输出口连接，数据收集装置的４个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装置、频率采集器、具有Ｘ，Ｙ，Ｚ方向的三维移动装置及精密恒温室的数据输出口连接；　频率采集器的数据输入口通过导线与石英晶体微天平的数据输出口连接；　真空泵的 吸气口与电磁阀的出气口相连接，进气装置的一出气口通过一带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通，进气装置的另一出气口上的气管的另一端位于石英晶体微天平的边缘上方；电磁阀控制电路装置的电信号输入及输出口通过导线与电磁阀的电信号输入及输出口连接；真空泵及进气装置的启动与关闭由电磁阀控制，通过电磁阀的开闭控制总气管中的气流，从而形成支路气管中的正压和负压的循环；　所述的精密恒温室上开有进样口及清洁口。...

【技术特征摘要】
1. 一种以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统，包括进样及检测部分和外部控制及数据采集部分，其特征是在所述的进样及检测部分中，在防震及防静电的工作平台上有精密恒温室，在精密恒温室中安装有具有X，Y，Z方向的三维移动装置，在具有X，Y，Z方向的三维移动装置上固定有石英晶体微天平，在石英晶体微天平的上方安装有带有微阀的微流控芯片，带有微阀的微流控芯片的底部有出样口；所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由2基片中间为聚二甲基硅氧烷膜封接构成，其中上层基片带有微阀及微流控液路通道，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通；在所述的外部控制及数据采集部分中，计算机的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置的数据输入及输出口连接，数据收集装置的4个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装置、频率采集器、具有X，Y，Z方向的三维移动装置及精密恒温室的数据输出口连接；频率采集器的数据输入口通过导线与石英晶体微天平的数据输出口连接；真空泵的吸气口与电磁阀的出气口相连接，进气装置的一出气口通过一带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通，进气装置的另一出气口上的气管的另一端位于石英晶体微天平的边缘上方；电磁阀控制电路装置的电信号输入及输出口通过导线与电磁阀的电信号输入及输出口连接；真空泵及进气装置的启动与关闭由电磁阀控制，通过电磁阀的开闭控制总气管中的气流，从而形成支路气管中的正压和负压的循环；所述的精密恒温室上开有进样口及清洁口。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征是所述的精密恒温室的进样口是 一个以上。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征是所述的在构成液路通道的基片 上开有的进样口是一个以上。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征是所述的带有微阀的微流控芯片 的微阀是位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴长，李少华，张建平，张雅坤，刘涛，江龙，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]