CN220590057U - 一种基于滤纸的混合微流体平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于滤纸的混合微流体平台，包括滤纸底座、滤纸、微流体室和液体试剂，滤纸底座上设有滤纸；滤纸底座包括样品输入部、第一主通道、第二分通道、第一导入通道和第二导入通道，第一主通道的一端设有样品输入部，另一端设有多个第二分通道，第二分通道的端部分别与第一导入通道和第二导入通道相接，第一导入通道和第二导入通道上设有微流体室；微流体室内设有通连的试剂腔和通连空腔，液体试剂填充在试剂腔内，滤纸的端部卡置在通连空腔内。在本申请中,所有操作仅在混合微流体平台内完成，即只采用一个样品用于控制和靶，与抗原测试不同，无需在试管内进行样品处理，无需在条带中进行检测，避免了分开处理所造成的数据误差。

Description

一种基于滤纸的混合微流体平台

技术领域

本实用新型涉及微流体技术混合领域，尤其涉及一种基于滤纸的混合微流体平台。

背景技术

在生物医学、环境、工业、食品或航空航天等领域对实时、原位和高质量信息进行控制和监测的巨大需求，促进了近年来高集成度分析仪器的发展，小型化和自动化。这样，出现了所谓的全分析微系统(μTAS)或芯片实验室(LOC)。这些新设备旨在减少目标分析物的检测时间，从而为卫生服务提供即时决策和成本降低。反过来，它的高度自治性使得它可以通过使用外部力量进行操作，使其成为一种简单而经济的技术。

这里描述的发明是一种快速、自主、便携、经济、可靠和简单设计的新装置，可用于检测样品，例如血液或唾液等生物流体。该设计结合了纸张和塑料微流体，可以准确控制样品流体，并在微流体室内添加反应性化合物和/或反应。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种基于滤纸的混合微流体平台，基于纸设计的混合微流体平台能有效降低成本，该平台可以控制液体样品的流动，将样品平均分配到单独的测试区域配合微流体室进行反应。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种基于滤纸的混合微流体平台，包括滤纸底座、滤纸、微流体室和液体试剂，所述滤纸底座上设有所述滤纸；

所述滤纸底座包括样品输入部、第一主通道、第二分通道、第一导入通道和第二导入通道，所述第一主通道的一端设有所述样品输入部，另一端设有多个所述第二分通道，所述第二分通道的端部分别与所述第一导入通道和第二导入通道相接，所述第一导入通道和第二导入通道上设有所述微流体室；所述样品输入部正对所述滤纸；

所述微流体室内设有通连的试剂腔和通连空腔，所述液体试剂填充在所述试剂腔内，所述滤纸的端部卡置在所述通连空腔内。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述滤纸底座内设有安置所述滤纸的基槽，所述基槽内设有覆盖在所述滤纸顶侧的封盖，所述基槽内设有对所述滤纸的芯吸进行导流的楔形轮廓。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述封盖与基槽之间具有成角度的关系，以形成所述楔形轮廓。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述封盖与基槽之间设有沿所述滤纸长度设置的支撑件，所述支撑件与所述基槽形成所述楔形轮廓。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述滤纸为4V级的纤维素滤纸，孔径为25μm。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述第一主通道、第二分通道、第一导入通道和第二导入通道的宽度尺寸均相等。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述微流体室由聚合物材料制成，具有脉动机制。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述第一导入通道与所述第二分通道之间的夹角a，∠a＜90°，所述第二导入通道与所述第二分通道之间的夹角b，∠b≥90°，所述第二导入通道与所述第一导入通道之间的夹角c，∠c≥90°。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，∠a＝45°，∠b＝180°，∠c＝135°。

进一步地，在所述的基于滤纸的混合微流体平台中，所述滤纸底座卡置在所述通连空腔内的端部设有向外凸起的卡边。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：所有操作仅在混合微流体平台内完成，即只采用一个样品用于控制和靶，与抗原测试不同，无需在试管内进行样品处理，无需在条带中进行检测，避免了分开处理所造成的数据误差。

同时，其实现了不同的机制，可以自主实现以下功能：(1)将样品分成等体积；(2)控制和改变不同液体的到达时间；(3)以微流体室液态储存试剂。

此外，其他微装置的流体流动是由外部来源主动建立的，例如蠕动泵或注射泵等微型泵。而本申请所采用的微流体室装置的操作并不需要外部泵结构，即仅靠内部流体的运动得以实现。

附图说明

图1为本实用新型中基于滤纸的混合微流体平台的原理结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中基于滤纸的混合微流体平台的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二中基于滤纸的混合微流体平台的结构示意图；

图4为本实用新型中微流体室进行粘附的氧等离子体的参数。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的基于滤纸的混合微流体平台进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本申请由基于滤纸的混合微流体平台组成，该平台用作样品的受体，作为通过被动流传输流体的机制，并作为检测所需反应发生的支撑，和聚合物微流体室中以液态储存的试剂进行反应。聚合物微流体室的结构由称为PDMS(聚二甲基硅氧烷)的聚合物构成，该聚合物具有透明性，生物相容性，弹性以及易于经济的制造和处理的特性。

如图2至图3所示，本实用新型提出一种基于滤纸的混合微流体平台，包括滤纸底座1、滤纸2、微流体室3和液体试剂，滤纸底座1上设有滤纸2。在本实施例中，混合微流体平台的最大设备长度为80mm，以提供必要的便携性，且确定了样品体积为250μL，作为测试的标准样品体积。

具体地，如图2所示，滤纸底座1包括样品输入部11、第一主通道12、第二分通道13、第一导入通道14和第二导入通道15，第一主通道12的一端设有样品输入部11，另一端设有多个第二分通道13，第二分通道13的端部分别与第一导入通道14和第二导入通道15相接，第一导入通道14和第二导入通道15上设有微流体室3；

其中，如图2至图3所示，由于滤纸2必须有一个特定几何形状和尺寸的开口，以适应所需的样品体积，样品输入部11正对滤纸2，便于液体样品滴至滤纸2上。在本实施例中，样品输入部11呈具有开口的圆形，可以很好地收集和保存样品，也允许样品被第一主通道12吸收。在本实施例中，样品输入部11的直径为1250毫米，该尺寸最能吸收样品的体积，而其他采用1875mm和2500mm作为直径的样品输入部11，经过实验，对于特异性检测SARS-Cov-2无法达到最佳效果。

进一步地，如图2所示，第一主通道12、第二分通道13、第一导入通道14和第二导入通道15的宽度尺寸均相等，是为了确保各通道的流速一致，在限定条件下稳定得出相应的反应时间，以获得应有的反应结果，减少变量所造成的的误差。在本实施例一中，各宽度尺寸均为0.5mm。

进一步地，为了将样品从入口运输到其分割点，通过第一主通道12进行流体传输。在本实施例中，第一主通道12的宽度为0.5mm。对于其他采用0.25mm、0.75mm和1.00mm作为宽度的第一主通道12，基于符合的空间尺寸的设备长度为80mm和必须吸收的样品体积为250μL的配合，经过实验，无法达到最佳效果。

具体地，微流体室3内设有通连的试剂腔31和通连空腔32，液体试剂填充在试剂腔31内，滤纸2的端部卡置在通连空腔32内。微流体室3由聚合物材料PDMS制成，具有脉动机制。为了进行第一反应，通过压力激活微流体室3来引入液体试剂，为了正确吸收10μl的液体试剂，将通连空腔32与样品流过的第一导入通道14连接，确保滤纸2于入口处能够在释放试剂腔31内的液体试剂后立即吸收。如果不立即吸收，当施加在试剂腔31上的压力消除时，积液将在通连空腔32中重新被试剂腔31吸收。

其中，滤纸底座1卡置在通连空腔32内的端部设有向外凸起的卡边21。使用钢刀在通连空腔32中进行横向切割，使切口的宽度与导入通道的宽度一致，均为0.5mm，便于滤纸2的端部卡置在通连空腔32内。为了使粘附力保证微流体室3完全密封，防止液体试剂泄漏，使用O₂等离子体工艺进行粘附，工艺使用参数如图4所示。

进一步地，为了便于第一导入通道14引入的液体试剂与第二分通道13引入的样品进行混合反应，在本实施例中，第一导入通道14的宽度为0.5mm。对于其他采用0.1mm作为宽度的第一导入通道14，经过实验，无法达到最佳效果。

进一步地，第一导入通道14与第二分通道13之间的夹角a，∠a＜90°，在本实施例一中，∠a＝45°，该角度允许液体试剂与样品正确混合，能避免混合过程过于突然。对于其他采用90°直角作为夹角的∠a，经过实验，对于特异性检测SARS-Cov-2无法达到最佳效果。

同时，如图2至图3所示，由于本实施例仅设计了两个反应，即第二反应为最终反应，且机理与第一反应相同，在通过微流体室3设计了相同的液体试剂方式的情况下，第二反应作为整个反应过程的最后阶段，作为第二反应的第二导入通道15的入口合并在于第一主通道12平行的整个装置的末端，即第二导入通道15与第一主通道12的夹角为0°。

进一步地，如图2所示，在基于第二分通道13末端与第一主通道12平行的情况下，第二导入通道15与第二分通道13之间的夹角b，∠b≥90°，第二导入通道15与第一导入通道14之间的夹角c，∠c≥90°。在本实施例一中，∠b＝180°，∠c＝135°。

进一步地，如图3所示，在本实施例二中，在基于第二分通道13末端与第一主通道12不平行的情况下，第二分通道13的形状可根据样品的流速针对反应前置的时长与反应时长的需求进行相应的设置，呈弧曲形、折线形等结构。

具体地，在本实施例中，滤纸2为4V级的纤维素滤纸，孔径为25μm，且为Whatman预制定性滤纸，为液态样品提供足够的流速。对于其他采用1V级的纤维素滤纸，孔径为11μm作为Whatman预制定性滤纸的滤纸2，经过实验，证明其流速比4V级的纤维素滤纸低6倍，无法达到最佳效果。且使用Graphtec CE6000绘图仪切割选定的滤纸2，以实现所需的设计。在切割时需要将作为多孔纸的滤纸2支撑安置在基材上，以在切割过程中保持其完整性。

此外，滤纸底座1内设有安置滤纸2的基槽，基槽内设有覆盖在滤纸2顶侧的封盖，基槽内设有对滤纸2的芯吸进行导流的楔形轮廓。

进一步地，封盖与基槽之间具有成角度的关系，以形成楔形轮廓。或者封盖与基槽之间设有沿滤纸2长度设置的支撑件，支撑件与基槽形成楔形轮廓。上述两种方式均可形成便于对滤纸2的芯吸进行导流的楔形轮廓，通过该楔形轮廓增强了已经存在于滤纸2本身的芯吸作用以获得液滴泵送作用。

如图2所示，具体操作情况如下：

A、样品简介：将液体的样品直接分配到滤纸2上，即样品于样品输入部11滴入至滤纸2上。

B、第一步引导：通过特定宽度和长度的第一主通道12，引入的样品以所需的速度沿着设备引导。

C、样品分割：通过将主通道分成两个或多个相同的二级通道，即第一主通道12分流至各相等的第二分通道13，将样品均匀分离成等体积的流体。

D、第一反应：所需进行反应的液体试剂被纳入在样品前进方向上的的纸微通道中。这种整合是通过基于聚合物材料PDMS的脉动机制发生的。液体试剂预先装载并存储在通过第二分通道13出口连接到第一导入通道14的微流体室3中。通过将手指按在微流体室3上，液体试剂从试剂腔31中流出进入通连空腔32并被滤纸2吸收，通过第一导入通道14与第二分通道13处的样品发生第一反应。

E、第二步引导：将第二分通道13的样品和第一导入通道14的液体试剂合并混合，进行第一反应，并将反应后的样品向同一个方向引导，即向装置的末端引导，以便后续进行第二反应。

F、第二反应：将发生第一反应后的样品和第二导入通道15的液体试剂合并混合，进行第二反应。发生第二反应时，液体试剂通过滤纸2的掺入方式与第一反应中的相同。

在本申请中，混合微流体平台作为测试微装置的设计使得检测所需的不同反应可以连续发生。该过程从将样品引入设备开始，然后被动流动到总体积分为两个相等体积的点，一个用于测试，另一个用于控制。然后，两种流体可以经历检测特定分析物所需的不同反应，即同时反应或连续反应。

此外，通过添加更多作为样品推进级的导入通道和微流体室3，可以进行更多的连续反应。

综上，在本实施例中，提出的基于滤纸的混合微流体平台，所有操作仅在混合微流体平台内完成，即只采用一个样品用于控制和靶，与抗原测试不同，无需在试管内进行样品处理，无需在条带中进行检测，避免了分开处理所造成的数据误差。

同时，其实现了不同的机制，可以自主实现以下功能：(1)将样品分成等体积；(2)控制和改变不同液体的到达时间；(3)以微流体室液态储存试剂。

此外，其他微装置的流体流动是由外部来源主动建立的，例如蠕动泵或注射泵等微型泵。而本申请所采用的微流体室装置的操作并不需要外部泵结构，即仅靠内部流体的运动得以实现。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，包括滤纸底座(1)、滤纸(2)、微流体室(3)和液体试剂，所述滤纸底座(1)上设有所述滤纸(2)；

所述滤纸底座(1)包括样品输入部(11)、第一主通道(12)、第二分通道(13)、第一导入通道(14)和第二导入通道(15)，所述第一主通道(12)的一端设有所述样品输入部(11)，另一端设有多个所述第二分通道(13)，所述第二分通道(13)的端部分别与所述第一导入通道(14)和第二导入通道(15)相接，所述第一导入通道(14)和第二导入通道(15)上设有所述微流体室(3)；所述样品输入部(11)正对所述滤纸(2)；

所述微流体室(3)内设有通连的试剂腔(31)和通连空腔(32)，所述液体试剂填充在所述试剂腔(31)内，所述滤纸(2)的端部卡置在所述通连空腔(32)内。

2.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述滤纸底座(1)内设有安置所述滤纸(2)的基槽，所述基槽内设有覆盖在所述滤纸(2)顶侧的封盖，所述基槽内设有对所述滤纸(2)的芯吸进行导流的楔形轮廓。

3.根据权利要求2所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述封盖与基槽之间具有成角度的关系，以形成所述楔形轮廓。

4.根据权利要求2所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述封盖与基槽之间设有沿所述滤纸(2)长度设置的支撑件，所述支撑件与所述基槽形成所述楔形轮廓。

5.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述滤纸(2)为4V级的纤维素滤纸，孔径为25μm。

6.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述第一主通道(12)、第二分通道(13)、第一导入通道(14)和第二导入通道(15)的宽度尺寸均相等。

7.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述微流体室(3)由聚合物材料制成，具有脉动机制。

8.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述第一导入通道(14)与所述第二分通道(13)之间的夹角a，∠a＜90°，所述第二导入通道(15)与所述第二分通道(13)之间的夹角b，∠b≥90°，所述第二导入通道(15)与所述第一导入通道(14)之间的夹角c，∠c≥90°。

9.根据权利要求8所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，∠a＝45°，∠b＝180°，∠c＝135°。

10.根据权利要求1所述的基于滤纸的混合微流体平台，其特征在于，所述滤纸底座(1)卡置在所述通连空腔(32)内的端部设有向外凸起的卡边(21)。