CN108435265A - 微流体盒及其堆叠测试组件 - Google Patents

Abstract

一种微流体盒及其堆叠测试组件，所述微流体盒用于分析流体样本，其包括沿高度方向堆叠组装在一起的若干层，每一层均设有若干对齐孔以及辅助孔，所述辅助孔沿高度方向贯穿该所在层并可用以连通与该层上下相邻的层，所述每一层的对齐孔沿高度方向相互对齐以供一导向销在堆叠组装该等层时进行对准。微流体盒中的每一层均设有同样标准的对齐孔以及辅助孔，不仅组装方便，而且有利于制造过程中的标准化。

Description

微流体盒及其堆叠测试组件

【技术领域】

本发明有关一种微流体盒及其堆叠测试组件，尤其涉及一种用以测试流体样本的微流体盒及其堆叠测试组件。

【背景技术】

随着微流控技术的不断发展，采用微流控技术的微流体盒正在越来越被广泛地应用在医疗领域，该微流体盒能把流体样本如血液样本中的细胞的分离和检测等基本操作集中处理，有微通道形成网络，以控制流体贯穿整个系统，用于大规模、高通量地筛选特定的流体成分。微流体盒被用于医疗领域不仅具有采样少、检测时间短、方便自动化等优点，而且微流体盒也更加小型化方便使用者携带。然而，目前的微流体盒的结构复杂致使制造成本高；而且不同类型的微流体盒在制造试验阶段均需要进行组装测试，其所采用的测试装置也不尽相同，该等因素导致市场上微流体盒的量产和销售价格过高，成为其推广发展的不利因素。

因此，确有必要提供一种新的技术方案，以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供制造方便的微流体盒及其堆叠测试组件。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种微流体盒，用于分析流体样本，所述微流体盒包括沿高度方向堆叠组装在一起的若干层，每一层均设有若干对齐孔以及辅助孔，所述辅助孔沿高度方向贯穿该所在层并可用以连通与该层上下相邻的层，所述每一层的对齐孔沿高度方向相互对齐以供一导向销在堆叠组装该等层时进行对准。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：一种堆叠测试组件，包括用于分析流体样本的微流体盒以及测试和组装所述微流体盒的测试装置，所述微流体盒包括沿高度方向堆叠组装在一起的若干层，每一层均设有若干对齐孔以及辅助孔，所述辅助孔沿高度方向贯穿所在层并可用以连通与该层上下相邻的层，所述每一层的对齐孔沿高度方向相互对齐以供一导向销在堆叠组装该等层时进行对准；所述测试装置包括将所述微流体盒的该若干层夹持在一起的上夹持件和下夹持件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：微流体盒中的每一层均设有同样标准的对齐孔以及辅助孔，不仅组装方便，而且有利于制造过程中的标准化。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例所示的堆叠测试组件的立体图。

图2是图1所示的堆叠测试组件另一角度的立体图。

图3是图1的立体分解图。

图4是图3另一角度的立体分解图。

图5是图3中的分解后的微流体盒的俯视图。

图6是图5中的分解后的微流体盒的仰视图。

图7是显示微流体盒的构造原理的平面示意图。

图8是图7中点划线部分的放大示意图。

图9是本发明第二实施例所示的堆叠测试组件的立体图。

图10是图9的立体分解图。

图11是图10另一角度的立体分解图。

图12是图10中的分解后的微流体盒的俯视图。

图13是图12中的分解后的微流体盒的仰视图。

图14是本发明第三实施例的堆叠测试组件的立体分解图。

图15是图14另一角度的立体分解图。

图16是图14中的分解后的微流体盒的俯视图。

图17是图14中的分解后的微流体盒的仰视图。

图18是本发明第四实施例的堆叠测试组件的立体分解图。

图19是图18中的标准层的俯视图。

图20是图19中的标准层的仰视图。

图21是本发明第五实施例的堆叠测试组件的立体分解图。

图22是图21中的标准层的俯视图。

图23是本发明第六实施例的堆叠测试组件的立体分解图。

图24是图23中的标准层的俯视图。

【主要元件符号说明】

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

【具体实施方式】

请参阅图1-4，根据本发明第一实施例的堆叠测试组件100，其包括微流体盒10及用于组装和测试所述微流体盒10的测试装置20，本发明微流体盒10可用于分析流体样本，如计数细胞、测量细胞表面分子的浓度、测量血浆或血清中生物标志物标的浓度等。

请参阅图3-8，该第一实施例中的微流体盒10可以用于分析流体样本。所述微流体盒10包括在高度方向上堆叠的两层，即第一层1及第二层2。所述第一、二层1、2可以由制成微流体所使用的各种材料制成，包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物(COC)、丙烯酸类(Acrylic)或其他材料。所述第一层1为电极层并在其下表面设有若干电极11。所述第二层2为采用库尔特计数法(Coulter counters)的计数层，并且在其上表面设有的四个流动通道21。每个流动通道21形成用于检测流体样本的颗粒500(如细胞颗粒)的检测区域211。所述检测区域211的检测孔径尺寸大于每个颗粒500，以防止堵塞并要确保所述颗粒500仅能单独地通过所述检测区域211。所述检测区域211在其上游设有一次仅能供一个颗粒500进入的入口2111，在其下游设有一次仅能供一个颗粒500流出的出口2112。

所述电极11包括沿宽度方向上排列成四排的四对电极11，这些电极11与在流动通道21内的流体样本接触以在所述检测区域211感应出电场。每对电极11设置在一个检测区域211中，并位于入口2111和出口2112之间，并且每对电极11沿着流体样本的流动方向排成一条直线。因此，流体样本的颗粒500在检测区域内依次通过其中的两个或四个电极11，并且电极11可以简单方便地检测是否有流体样本颗粒500通过检测区域211，所通过颗粒500的大小以及基于两个电极11之间的电阻、电容、时间或不透明度变化等。此外，每个电极11在检测区域211的宽度方向上横跨所述检测区域211以更加可靠地检测所述流体样本颗粒500。

请参阅图6所示，所述第一层1在垂直于高度方向的纵长方向的一端突伸出一舌部15。舌部15的下表面设有若干导电片151，该导电片151经由导电线路152连接到对应的电极11。请参阅图3-6所示，所述第一、二层1、2均包括一组沿高度方向穿过的对齐孔13、23，以供一导向销(未图示)在组装第一、二层1、2时进行对齐。所述第一、二层1、2中的对齐孔13、23均设置为四个，并且位于相应的第一、二层1、2的角落处。所述第一、二层1、2均包括在宽度方向上位于其两侧的两对固定孔12、22。所述第一层1设有若干辅助孔14，该等辅助孔14为沿高度方向贯穿所述第一层1的通孔，且辅助孔14的尺寸、位置均依统一标准设置。所述第二层2设有若干辅助孔24、若干从其上表面凹设但不穿透其下表面的输入孔25以及若干输出孔26，所述输出孔26为沿高度方向贯穿所述第二层2的通孔，所述输入孔25和输出孔26通过对应的流动通道21连接。所述第一层1和第二层2上下叠加在一起进而实现流体样本在第一、二层1、2之间的流动，所述第一、二层可以通过施加正向压力、负向压力或同时施加正负向压力来实现相互之间的密封，也可以通过使用双面压敏粘合剂将二者粘贴在一起。

请参阅图5所示，所述四个流动通道21包括一对第一流动通道21a和一对第二流动通道21b。所述第一流动通道21a在对应检测区域211的上游和下游始终相互分离。所述第二流动通道21b在对应检测区域211的上游彼此分离，但在对应检测区域211的下游则汇合成一个通道。在本发明的第一实施例中，该微流体盒10可以针对同一流体样本同时给出两个测量结果从而增加测量的准确性，也可以同时针对两种不同的流体样本进行测量从而增加测量的多样性。

请参阅图1-4所示，所述测试装置20包括一对相同的上夹紧构件20a和下夹紧构件20b，在高度方向上将所述微流体盒10的第一、二层1、2夹紧从而将所述第一、二层1、2组装在一起进行测试。所述上、下夹紧构件20a、20b均设有四个对齐孔203，所述对齐孔203均为沿高度方向穿过对应上、下夹紧构件20a、20b的通孔，并且位于上、下夹紧构件20a、20b的四个角落，从而与第一、第二层1、2对应的对齐孔13、23上下对齐。所述上、下夹紧构件20a、20b设有若干沿高度方贯穿的且位于宽度方向的两侧的两排穿孔201以及位于宽度方向的一侧的一对固定孔202。所述穿孔201中有八个位于上、下夹持构件20a、20b的固定孔202之间，用于与微流体连接器(未图示)连接。所述上、下夹持构件20a、20b的固定孔202用于安装固定所述微流体连接器，并与第一、二层1、2的固定孔12、22上下对齐。所述上，下夹紧构件20a、20b沿宽度方向镜像对称，具体而言，所述上夹紧构件20a的固定孔202位于宽度方向的右侧，而所述下夹紧构件20b的固定孔202位于宽度方向的左侧。所述上夹持构件20a的穿孔201与第一层1的相应辅助孔14对齐并连通。所述下夹持构件20b的一些穿孔201与第二层1的输出孔26对齐并连通。所述上、下夹持构件20a、20b在纵长方向的两端形成一对切口205，所述第一层1的舌部15暴露在上、下夹持构件20a、20b一侧的切口205处。

请参阅图1-8所示，当所述测试装置20将微流体盒10的第一层1和第二层2夹持组装在一起用于测试时，所述舌部15插接至一测试平台(未图示)的插座上，以对该堆叠测试组件100进行测试。所述微流体连接器将流体样本注入到上夹持构件20a的两个标号为201a的穿孔201中，流体样本经由第一层1中标号为14a的辅助孔14穿过所述第一层1流入到第二层2的第二流动通道21b的输入孔25内，流体样本在第二流动通道21b内流动，流体样本的颗粒500依次通过检测区域211内的电极11以完成测试，完成测试后的流体样本进一步流入到第二流动通道21b的相应输出孔26，并通过下夹紧构件20b中与所述输出孔26相对齐的穿孔201排出。

请参阅图9～13，根据本发明第二实施例的堆叠测试组件200，所述测试装置20还可以组装和测试微流体盒30。所述微流体盒30相较第一实施例进一步还包括与第一、二层1、2堆叠在一起的第三层3。

所述第三层3为溶解层，用于在流体样本进入到第一层1的穿孔14之前将其溶解，以加快或控制流体样本的流动速度，提升效率。所述第三层3堆叠在第一层1的上方，其同样设有若干辅助孔34，该等辅助孔34也为沿高度方向贯穿所述第三层3的通孔，且其尺寸、位置也均依照统一标准设置。所述第一层1堆叠在第三层3的下方并将所述辅助孔34遮蔽，以便辅助孔34接收从所述测试装置10流出的流体样本。所述第三层3还限定了若干对齐孔33和若干输出孔36，所述输出孔36沿高度方向贯穿所述第三层3并与第一层1中的穿孔14对齐连通。所述第三层3在其下表面设有细长的蜿蜒延伸的溶解槽31，所述溶解槽31包括溶解部311、抑制部312、抑制溶解混合部313以及过滤部314。所述溶解部311和抑制部312从起点开始彼此分开，并在终点相互汇合在一起形成所述抑制溶解混合部313，所述过滤部314设置在抑制溶解混合部313的末端。

请参阅图9～13所示，当测试装置20将微流体盒30的所述第一、二、三层1、2、3组装在一起用于测试时，舌部15与测试平台的插座连接器连接以测试堆叠的测试组件200。将上夹持构件20a中标号为201b的三个穿孔201中分别注入流体样本、溶解溶液、抑制溶液。溶解溶液和所述流体样本进入第三层3中两个标号为34b的辅助孔34中，并流入到溶解部311中并充分混合以稀释流体样本进而有效提升流体样本在溶解槽31中的流动速率。抑制溶液经由第三层3中另一个标号为34b的辅助孔34进入到抑制部312内，并流动一段时间后流入到抑制溶解混合部313处以与溶解后的流体样本混合，该抑制溶液将抑制所述流体样本的进一步溶解进而有效控制流体样本的溶解比例。经溶解后的流体样本流经所述过滤部314以去除其中可能堵塞穿孔、输入孔、输出孔或流动通道等的任何颗粒。然后，所述流体样本进入第三层3的两个输出孔36内，通过第一层1的穿孔14进入到第二层2的输入孔25内，流体样本在第一、二层1、2的流动方式与第一实施例相同，因此这里将不再赘述。

请参阅图14-17所示本发明第三实施例的堆叠测试组件300。该测试装置20还可以组装和测试微流体盒40。该微流体盒40相较第一实施例还包括与第一、二层1、2堆叠的第四层4。所述第四层4用于根据需求从流体样本中捕获特定类型的颗粒的捕获层。所述第四层4堆叠在第一层1的上方并且设有尺寸、位置均依照统一标准设置的若干辅助孔44，这些辅助孔44也是沿高度方向贯穿所述第四层4的通孔。所述第四层4设有沿高度方向上贯穿以与第一、二层1、2中的对齐孔13、23对准的对齐孔43、若干输出孔46，所述输出孔46为贯穿第四层4的通孔并与第一层1的辅助孔14对齐。所述第四层4在其上表面设有一对捕获室47，捕获室47通过流动通道41分别与辅助孔44、输出孔46连接。

请参阅图14-17所示，当测试装置20将微流体盒40的所述第一、二、四层1、2、4组装在一起用于测试时，舌部15与测试平台的插座连接器连接以测试堆叠在一起的测试组件300。将两种具有许多不同类型颗粒的流体样本注入两个标号为201c的穿孔201内。所述流体样本通过第四层4中标号为44c的辅助孔44和第一层1中标号为14c的辅助孔14，进入到第一流动通道21a的输入孔25内，流体样本在第一流动通道21a中流动，流体样本中所有不同类型的颗粒依次通过所述检测区域内的电极11，从而检测到流体样本中全部颗粒种类的数量，进而完成第一次测试；然后所述流体样本进入第一流动通道21a的相应输出孔26内并向上通过第一层1中标号为14d的穿孔14和通过第四层4中标号为44d的辅助孔44流入到流动通道41内并经过所述捕获室47，所述捕获室47具有采用分析化学、结合剂或可控剪切等捕获方式的结合部，以将流体样本中的特定类型的颗粒捕获到结合部的表面。被捕获后流体样本的剩余颗粒进入第四层4的输出孔46，穿过第一层1的穿孔14并进入到第二层2中第二流动通道21b的输入孔25内，流体样本的剩余颗粒接着流入第二流动通道21b内，并依次通过检测区域内的电极11，以检测剩余颗粒种类的数量，完成第二次检测，检测后流体样本流入对应的输出孔26内，进入下夹紧构件20b的穿孔201而被排出。因此，捕获层4所捕获的流体样本中的特定颗粒类型的数量可以通过从第一次测试中颗粒总类型的数量减去第二次测试中剩余颗粒类型的数量计算得出。

请参阅图18-20所示本发明第四实施例的堆叠测试组件400。该测试装置20还可以组装和测试微流体盒50，该微流体盒50包括在高度方向上堆叠的若干标准层5。每个标准层5同样设有尺寸、位置均依统一标准设置的辅助孔54。所述辅助孔54为沿高度方向贯穿所述标准层5的通孔，所述每一标准层5的辅助孔54可用于连接上下间隔的标准层，当流体样本需要在某一标准层5上流动时，该标准层5的辅助孔54将被相邻的标准层遮蔽。每个标准层5设有标准数量的对齐孔53，所述对齐孔53沿高度方向贯穿对应的标准层5，以在组装该等标准层5时供导向销对准，本实施例中所述对齐孔53设于标准层5的四个角落。每个标准层5设有两对沿高度方向贯穿的固定孔52，所述固定孔52沿垂直于高度方向的宽度方向上排布于该标准层5的两侧，所述固定孔52的直径小于所述对齐孔53。每个标准层5均设有标准的尺寸、位置、数量的输入孔55，所述输入孔55沿高度方向自标准层5的一侧凹陷设置，但不贯穿相对的另一侧，所述输入孔55用于与相邻的标准层5连通。每个标准层5均具有标准尺寸、位置、数量的输出孔56，所述输出孔56为沿高度方向贯穿该标准层5的通孔，以对准并连接相邻标准层的输入孔55，每个标准层5中的输入孔55和输出孔56一一对应并位于流动通道51的相对两端。

每一标准层5中所有的固定孔52、对齐孔53、辅助孔54、输入孔55及输出孔56沿着标准层5的长度方向的两侧边缘设置，并沿宽度方向排布成两排，从而最大可能地节省标准层5内部的空间。在本实施例中，每个标准层5上形成有两个输入孔55和两个输出孔56，所有的输入孔55和输出孔56在长度方向上位于对应的固定孔52之间。输入孔55和输出孔56分别位于两排，所述输入孔55沿宽度方向与对应的输出孔56对齐。所述每一标准层5的两输入孔55与对应两输出孔56之间连接形成两流动通道51，所述两流动通道51同时形成在标准层5的上表面，并且沿宽度方向垂直延伸并相互平行。在本实施例中，每两个相邻的标准层5沿着其长度方向的中心线X-X呈镜像对称排布，因此流体样本将依次流过每一个标准层5(一次一层)，并且每一标准层5上所流动流体样本体量相同。

本发明的微流体盒5在该实施例中使用一组外形及构造相同的标准层5，不仅可以使得微流体盒5所使用的标准层5制造及组装起来更加简单和方便，而且还可以将标准层5以多种不同形式进行放置和堆叠，例如该标准层5的堆叠的数量不同，或将相邻的标准层5既可以相同也可以镜像对称的方式进行设置，最终将会形成供多种供流体样品以不同方式流动的微流体盒5。所述标准层5之间可以通过施加正向压力、负向压力或同时施加正负向压力来实现相互之间的密封，也可以通过使用双面压敏粘合剂将二者粘贴在一起。本实施例的标准层5显然可以应用于前述三个实施例中的微流体盒内。

请参阅图21-22所示本发明第五实施例的堆叠测试组件500。该测试装置20还可以组装和测试微流体盒60。与第四实施例相同的是，所述微流体盒60同样包括在高度方向上堆叠的若干标准层6，不同的是每个标准层6所设的一对流动通道61是连接一排辅助孔64a到另一排辅助孔64b，因此，流体样本在每一标准层6上进行流动的同时也可以通过辅助孔64a、64b流入到其相邻的标准层6，流体样本的流动阻力会大大减小，流动效率将会大幅提升，因此该标准层6有利于实现更多层的堆叠设置。辅助孔64b位于一对固定孔62之间，而辅助孔64a则位于另一对固定孔62的外侧，因此，辅助孔64a之间所形成的间距大于辅助孔64b之间所形成的间距，所述两个流动通道61沿宽度方向直线延伸，并且相互之间呈锐角设置。

请参阅图23-24所示本发明第六实施例的堆叠测试组件600，与第四、五实施例不同的是，该微流体盒70的每个标准层7在一对流动通道71之间设有多个排流通道77。输入孔75和输出孔76位于所述排流通道77的相对两端。所述排流通道77可用于吸收在流动通道71中溢出的流体样本，以防止流动通道71之间流体样本交叉混合进而影响测试质量，所述排流通道77内可加入气体缓冲器等装置以吹动流入的流体样本并将其尽快排出，排流通道77内也可以加入吸收材料来增加吸收效率。

由上述实施例可知，本发明的测试装置20可以测试许多种不同类型的微流体盒，而测试装置20则不需要进行任何改变，并且一旦所述微流体盒的测试完成，微流体盒外只需用上、下盖体对应替代所述测试装置将所述微流体盒组装在一起即可使用，简单方便。

以上所述仅为本发明的部分实施方式，不是全部的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变化，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种微流体盒，用于分析流体样本，其特征在于：所述微流体盒包括沿高度方向堆叠组装在一起的若干层，每一层均设有若干对齐孔以及辅助孔，所述辅助孔沿高度方向贯穿该所在层并可用以连通与该层上下相邻的层，所述每一层的对齐孔沿高度方向相互对齐以供一导向销在堆叠组装该等层时进行对准。

2.如权利要求1所述的微流体盒，其特征在于：所述若干层中至少有一层还设有若干输入孔、输出孔以及若干流动通道，所述输入孔自该所在层沿高度方向的一侧凹设但未贯穿该所在层的另一侧，所述输出孔沿高度方向贯穿所在层并与所在层的输入孔一一对应；所述流动通道将对应的输入孔与输出孔连接在一起，以使流体样本从输入孔流入所述流动通道并从对应的输出孔流出。

3.如权利要求2所述的微流体盒，其特征在于：所有的对齐孔、辅助孔、输入孔以及输出孔沿长度方向排布于所在层相对两侧的边缘处。

4.如权利要求2所述的微流体盒，其特征在于：至少有相邻的两层同时设有所述对齐孔、辅助孔、输入孔以及输出孔，该相邻的两层镜像对称设置，以使该相邻两层的其中一层的输出孔与另一层的输入孔沿高度方向对齐。

5.如权利要求2所述的微流体盒，其特征在于：设有所述流动通道的层在相邻的两个流动通道之间还设有排流通道，所述排流通道用于吸收流体样本在所述流动通道中流动时溢出的部分。

6.如权利要求2所述的微流体盒，其特征在于：所述微流体盒的若干层包括至少设有所述对齐孔以及辅助孔的第一层和至少设有所述对齐孔、辅助孔、输入孔、输出孔以及流动通道的第二层，所述第一层堆叠设置在所述第二层上方；所述第一层为电极层，其下表面还设有四排电极；所述第二层为计数层，其上表面设有四个所述流动通道，每个流动通道形成用于检测流体样本的颗粒的检测区域；所述检测区域在其上游设有一次仅能供一个颗粒进入的入口，在其下游设有一次仅能供一个颗粒流出的出口，所述电极设置在对应的检测区域内并位于入口和出口之间。

7.如权利要求6所述的微流体盒，其特征在于：所述四个流动通道包括一对第一流动通道和一对第二流动通道；所述第一流动通道在对应检测区域的上游和下游始终相互分离；所述第二流动通道在对应检测区域的上游彼此分离，但在对应检测区域的下游则汇合成一个通道。

8.如权利要求6所述的微流体盒，其特征在于：所述微流体盒还包括与第一、二层堆叠在一起的第三层，所述第三层堆叠设置在第一层的上方；所述第三层为溶解层，其下表面设有细长的蜿蜒延伸的溶解槽，所述溶解槽包括溶解部、抑制部、抑制溶解混合部以及过滤部，所述溶解部和抑制部从起点开始彼此分开，并在终点相互汇合在一起形成所述抑制溶解混合部，所述过滤部设置在抑制溶解混合部的末端。

9.如权利要求6所述的微流体盒，其特征在于：所述微流体盒还包括与第一、二层堆叠在一起的第四层，所述第四层堆叠设置在第一层上方，所述第四层为捕获层，其上表面设有捕获室以从流体样本中捕获特定类型的颗粒。

10.一种堆叠测试组件，包括用于分析流体样本的微流体盒以及测试和组装所述微流体盒的测试装置，其特征在于：所述微流体盒包括沿高度方向堆叠组装在一起的若干层，每一层均设有若干对齐孔以及辅助孔，所述辅助孔沿高度方向贯穿所在层并可用以连通与该层上下相邻的层，所述每一层的对齐孔沿高度方向相互对齐以供一导向销在堆叠组装该等层时进行对准；所述测试装置包括将所述微流体盒的该若干层夹持在一起的上夹持件和下夹持件。

11.如权利要求10所述的堆叠测试组件，其特征在于：所述测试装置可以测试和组装多种不同类型的微流体盒，所述不同类型的微流体盒由不同数量的层以相同或不同的方式堆叠形成。

12.如权利要求10所述的堆叠测试组件，其特征在于：所述上、下夹持件均设有沿高度方向贯穿的若干对齐孔以及穿孔，所述上、下夹持件的对齐孔与每一层的对齐孔沿高度方向进行对齐，所述上、下夹持件的穿孔供微流体样本注入以进一步流入至要测试的微流体盒中，所述上、下夹持件沿宽度方向镜像对称。

13.如权利要求10所述的堆叠测试组件，其特征在于：所述微流体盒中至少一层沿长度方向的一侧凸伸有舌部，所述舌部上设有导电片，所述上、下夹持件对应所述舌部位置设有切口。