一种微流控芯片手动空气压力进样装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种微流控芯片手动空气压力进样装置。在微流控芯片卡内设置具有空间形状的空腔为缓冲区（11）；空腔在芯片内封闭设置，缓冲区（11）上方设置有加样口（12）；缓冲区（11）内侧壁设置有与芯片上微通道（13）相连的废液出口（14）。所述的上方的加样口（12）与通用注射器针头接合外径相等，使注射器活塞以内的气体密闭。减少样需要设置的反应通道数，简化了芯片设置的复杂程度。缓冲区（舱）具有样品混合、预反应、提供空压驱动力等多种功能。与以往已有的手动压力进样，相比优点显著；实施简便，容易。非常利于该技术普及应用推广。可以广泛地在各种微流控芯片检测装置上应用，具有较好的通用性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于分析化学领域，涉及微全分析系统用于微流控芯片检测技术；特别是一种微流控芯片手动空气压力进样装置。
技术介绍
在当今环境形势与人们强烈关心环保的意识要求下，实时、在线、绿色微量分析技术成为分析化学的主要发展趋势。各种微分析技术应运而生，而微全分析技术成为目前最受瞩目的技术新领域之一。微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems)技术的主要目的是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等分析化学的基本操作单元，集成到一块微小尺寸的芯片上，以达到微量取样，自动完成分析任务的全过程。微流控芯片(microfluidic chip)是基于微全分析系统理念为目标的具体执行技术，也是当前微全分析系统发展最热点的领域。微流控芯片通过在玻璃、石英、硅、塑料等芯片上设置微通道或微小的生化反应单元，以及检测器，对样品进行微量、快速速的分析技术。但是，所有的微流控芯片内的样品及试液，需要一定的驱动力，使其在芯片的微通道内进行移动，进行必要的分离、反应，流经检测器，才能完成检测。所以微流控进样技术是微流控芯片检测技术的第一道屏障，该设计的设计是否得当，足以影响微流控分析技术的关实际应用成败。对于自动化、微量化样品的检测技术而言，样品进入方式对检测能力和可被检测的对象范围影响更为重要的。因此，一直以来，进样技术成为制约微流控芯片发展的一项技术瓶颈。目前，常见的微流控芯片进样方式主要有电动进样、压力进样。电动进样是在液体样品(包括缓冲液、电泳液)的入、出口两端，施加电场，以液体在电场的迁移特性为驱动力，起到移动，并分离的作用。由于目前的微流控芯片加工技术限制，微流体通道尺寸微小(小于100微米)，芯片的结构尽量要设计得简单。样品试液与背景缓冲液混合后，需要匀速流动经过检测器部分，能够在简单的芯片结构上实现这个要求的，大多微流控芯片分析技术都采用了电动进样。这种进样方式优点是芯片卡上的结构简单。但是缺点非常明显因为芯片上液体依靠外加高压电场(几百至数千伏特)驱动，就离不开特殊供电设备。致使芯片固然是小巧了，但附加设备却复杂了，整套微流控分析设备变得体积较大，这就很不适合现场检测技术的便携、微型化的要求，违背微流控分析技术的初衷。难以适用于现场实时检测。而且，由于驱动电场和样品电泳分离电场共用相同的通道，如图1所示，以现在的非接触电容耦合电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection 简称 C4D)微流控芯片主要采用的电动进样方式示例。采用电动进样时，驱动电场施加于反应液流动两端，对本身有电性物质的样品检测，会影响分离效果，甚至产生严重干扰。致使电动进样方式对于某些样品是不适用的，这就大大限制了电动进样的方法应用范围。压力进样，是在液体入口路径上的某一处，由连续可控加压装置，施加压力或产生压力差为样品进入通道反应的驱动力。而压力进样方式可以分为压力自动进样、手动进样。压力自动进样包括微流泵进样、压电泵、微阀进样等。最成熟，应用最广泛的是临床检验的自动化生化分析仪的进样系统。压力自动进样，自动化程度、效率高，可连续在线完成检测任务。是高级分析技术的首先。但是这类进样方式也有其缺点限制需要相应的附属设备，如蠕动泵、蠕动管、压电泵与膜等，增加了系统实现成本。往往设备复杂，体积相对较大，制造成本高、能耗高。所以，微流泵(微阀)压力连续自动进样方式，虽然不干扰反应，自动化控制程度很高，也仍然不能以简便可靠的工作方式，廉价的制造成本，满足各种现场环境的微分析要求。手动进样一般特征，是由实验者来控制，分步操作，手动完成，随时添加、抽压。目前，手动进样的设计多为储液池静压力差(包括垂直重力落差)、通道界面双侧浓差压、出口吸负压等方法。这类进样方式(方法)，虽简陋，自动化连续作业程度稍差，但其在性价比、使用灵活性上却大有优势。何时、如何采用，都可以自主组合配置，自由灵活，实现容易，尤其适于野外现场检测。甚至可能是微流控芯片进样技术的，唯一实用轻量级解决方案。只是目前现有手动简易进样方式负压、静压、气泵、蠕动泵等，设计构思创新性受限，可控性差水平不够，进样性能不够实用要求，难于用于实验室之外真正的现场检测。
技术实现思路
本技术在综合性考虑，上述现有的微流控芯片电动进样、压力自动进样、手动负压进样等方式优缺点之后，对微流控芯片手动进样方式，进行了创新性设计。利用手动缓慢地产生空气压力为驱动力，在芯片内部设一定空间形状缓冲区空腔，不仅可以容许空气压力由此产生、注入,而且可以容留一定量的数种反应液体暂时停留，使其预先混合、反应，芯片上的反应何时进行，由实验者来控制决定。本技术设计的微流控芯片手动混合进样方法新颖实用，不需要复杂的高电压驱动，无泵、无阀，设备结构简单，性能可靠，容易实施。本技术的技术方案如下一种微流控芯片手动空气压力进样装置，在微流控芯片卡内设置具有空间形状的空腔为缓冲区(11);空腔在芯片内封闭设置，缓冲区(11)上方设置有加样口(12);缓冲区(11)内侧壁设置有与芯片上微通道(13)相连的废液出口(14)。所述的上方的加样口( 12)与通用注射器针头接合外径相等，使注射器活塞以内的气体密闭。注射器活塞侧位设置开通孔(19)，内部为锥形结构，内设置有塑料小球，成为空气单向阀。利用微制造技术，在有机玻璃或聚碳酸酯、PVC塑料等材料板卡上，加工内封闭，相互连通的缓冲储液空腔、微通道结构。用空气压力施加于液流一端，充当驱动力，完成检测时对液体匀速流过检测器的需求。如图2所示虚线部分11，在微流控芯片卡上，内设一定空间形状的空腔为空压与缓冲(混合)的区域。空腔为芯片内封闭结构，仅有上方与右内侧壁与芯片上微通道相连的两个开口。上方的开口为内径标准的加样口，如图2所示的12，此开口内径尺寸与通用注射器针头接头外径相吻合，以备加空压的器件(注射器或压力泵等)密封吻合。空腔的右侧壁是与微通道相通的开口，经微通道13，与废液出口 14相连通，如图2所示。技术的原理及理论依据本技术设计原理，是利用简易器件(如不带针头的医用注射器)抽吸空气后，在微流控液体通路一端接合，密封，手动向微流控芯片卡上内置的空腔，注入空气，产生空压(空气压力)为驱动力，迫使芯片上位于通道中的液体，向有与微通道相连的另一个侧开较小的口，即废液出口方向移动，如图4中，空腔与微通道内的虚箭头所指方向。由于某一定的微流控通路液体，产生的移动阻力负荷P (Fpfi/S Pfi)是固定的，而在注射器与微流控芯片接口处内截面面积3&与产生空压的注射器接触内界面面积S相等(共截面)，所以，微通道中液体移动速度可由外施加的空气压力大小F (F/FPfi)来决定，并可得到适当控制，如图4。对于C4D、MCE微流控芯片的检测，只需要维持数十秒的稳定流速经过检测器部分，就可以完成信号检测。所以说，手动控制的空压驱动方式，对微流控芯片的液体流速稳定要求，是完全可以满足的。检测时，需要反应的多种检测试液，由加样口 12，多次加入到缓冲区11内，如图3所示。稍置，反应、混合。再由注射器等器件，抽吸数毫升空气，插入加样口，使接口处吻合不漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片手动空气压力进样装置，其特征是在微流控芯片卡内设置具有空间形状的空腔为缓冲区（11）；空腔在芯片内封闭设置，缓冲区（11）上方设置有加样口（12）；缓冲区（11）内侧壁设置有与芯片上微通道（13）相连的废液出口（14）。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片手动空气压力进样装置，其特征是在微流控芯片卡内设置具有空间形状的空腔为缓冲区(11);空腔在芯片内封闭设置，缓冲区(11)上方设置有加样口(12)；缓冲区(11)内侧壁设置有与芯片上微通道(13)相连的废液出口( 14)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马新华，刘楠，李晓丽，欧国荣，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院卫生学环境医学研究所，
类型：实用新型
国别省市：