本實(shí)用新型涉及微流控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種離心式微流體芯片及病菌檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微流控技術(shù)提供了單分子核酸檢測(cè)方法的多種實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，通過(guò)微機(jī)械加工技術(shù)把生化樣品的分析操作集成在幾平方厘米的芯片上，它也因此被通俗地稱為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-Chip，簡(jiǎn)稱“LOC”)，其中光盤實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-disc)概念由于只使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的馬達(dá)就能在光盤形設(shè)備上完成微流的自動(dòng)化控制，受到了特別的興趣與關(guān)注。因?yàn)槭褂皿w積微小的離心式光盤實(shí)驗(yàn)室，不僅極大地降低了分析成本，而且檢測(cè)時(shí)間短，靈敏度高，便于攜帶，引領(lǐng)著生化分析儀器向智能化和微型化的方向發(fā)展。其中光盤實(shí)驗(yàn)室芯片設(shè)備使用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)光盤設(shè)備產(chǎn)生的離心力處理流體，所以又稱為離心式微流體芯片。

基于等溫DNA擴(kuò)增技術(shù)的檢測(cè)方法是目前用來(lái)進(jìn)行臨床病菌檢測(cè)的理想手段，其中重組酶聚合酶擴(kuò)增(Recombinase Polymerase Amplification,簡(jiǎn)稱“RPA”)法是一種常溫下的單分子核酸檢測(cè)方法。RPA靈敏度高，對(duì)溫度及設(shè)備要求低，而且檢測(cè)結(jié)果能實(shí)時(shí)快速顯示，特別適合用于病菌特別是食品中病菌的檢測(cè)。現(xiàn)有技術(shù)使用光盤實(shí)驗(yàn)室芯片進(jìn)行擴(kuò)增檢測(cè)時(shí)，擴(kuò)增和觀測(cè)步驟中還只能在另外的設(shè)備上進(jìn)行，如常規(guī)的實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction，簡(jiǎn)稱“PCR”)機(jī)器，即不能用一個(gè)設(shè)備完成所有檢測(cè)過(guò)程，增加了硬件和人力成本，而且給檢測(cè)帶來(lái)極大的不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種離心式微流體芯片及病菌檢測(cè)系統(tǒng)，使得擴(kuò)增和觀測(cè)步驟不必再使用其他另外的設(shè)備，降低了硬件和人力成本，極大地方便了檢測(cè)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供了一種離心式微流體芯片，包含底層板和頂層板，所述底層板和所述頂層板通過(guò)粘貼層結(jié)合在一起；所述底層板的上表面制作有若干個(gè)流體腔，連通流體腔的通道以及位于通道內(nèi)的微控閥；所述粘貼層在所述流體腔和所述通道對(duì)應(yīng)位置設(shè)有避讓口；所述頂層板在所述流體腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)有加液孔。

本實(shí)用新型的實(shí)施方式還提供了一種病菌檢測(cè)系統(tǒng)，包含：上述離心式微流體芯片，微控制器，伺服馬達(dá)和光發(fā)射器；其中，當(dāng)需要打開(kāi)所述微控閥時(shí)，所述微控制器驅(qū)動(dòng)所述激光發(fā)射器照射所述微控閥；當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)所述離心式微流體芯片時(shí)，所述微控制器驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述伺服馬達(dá)帶動(dòng)所述離心式微流體芯片轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，離心式微流體芯片包含若干個(gè)流體腔，使得檢測(cè)時(shí)擴(kuò)增和觀測(cè)步驟均可以在離心式微流體芯片進(jìn)行，可以使得擴(kuò)增和觀測(cè)步驟不必再使用其他設(shè)備，降低了硬件和人力成本，極大地方便了檢測(cè)。

另外，所述若干個(gè)流體腔分別為：裂解腔、擴(kuò)增腔、計(jì)量腔、稀釋腔、觀測(cè)腔和廢物腔；其中，所述裂解腔通過(guò)第一通道連通所述擴(kuò)增腔；所述擴(kuò)增腔通過(guò)第二通道連通所述計(jì)量腔和所述廢物腔；所述計(jì)量腔通過(guò)第三通道連通所述稀釋腔；所述稀釋腔通過(guò)第四通道連通所述觀測(cè)腔。

另外，所述離心式微流體芯片還包含至少一塊用于加熱的金屬塊；所述金屬塊安裝在底層板的下表面對(duì)應(yīng)于所述擴(kuò)增腔的位置。采用金屬塊給擴(kuò)增腔加熱可以實(shí)現(xiàn)恒溫?cái)U(kuò)增。

另外，所述病菌檢測(cè)系統(tǒng)還包含加熱控制電路，所述加熱控制電路連接在所述微控制器和所述離心式微流體芯片的金屬塊之間。采用加熱控制電路可對(duì)加熱溫度進(jìn)行精確控制。

另外，所述病菌檢測(cè)系統(tǒng)還包含帶狀傳感器；所述帶狀傳感器安裝在所述離心式微流體芯片的觀測(cè)腔內(nèi)。

另外，所述激光發(fā)射器為激光二極管或者發(fā)光二極管，可以方便地控制閥門，或者作為加熱器為擴(kuò)增腔加熱。

另外，所述病菌檢測(cè)系統(tǒng)還包含攝像機(jī)和閃光燈；所述攝像機(jī)和所述閃光燈分別與所述微控制器連接，且安裝在所述離心式微流體芯片上方，攝像機(jī)用于記錄上述離心式微流體芯片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，閃光燈用來(lái)給攝像機(jī)提供光線。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的離心式微流體芯片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的流體腔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的病菌檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)，本申請(qǐng)?zhí)岢隽嗽S多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式涉及一種離心式微流體芯片，該芯片包含底 層板12和頂層板15，底層板12和頂層板15通過(guò)粘貼層13結(jié)合在一起。底層板的上表面制作有若干個(gè)流體腔，連通流體腔的通道以及位于通道內(nèi)的微控閥。粘貼層在流體腔和通道對(duì)應(yīng)位置設(shè)有避讓口，而頂層板在流體腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)有加液孔，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

請(qǐng)參閱圖2所示，流體腔包含但不限于：裂解腔1、擴(kuò)增腔2、計(jì)量腔3、廢物腔4、稀釋腔5、觀測(cè)腔6。其中，裂解腔1通過(guò)第一通道8連通擴(kuò)增腔2；擴(kuò)增腔2通過(guò)第二通道9連通計(jì)量腔3和廢物腔4；計(jì)量腔3通過(guò)第三通道10連通稀釋腔5；稀釋腔5通過(guò)第四通道11連通觀測(cè)腔6。

另外，為了實(shí)現(xiàn)恒溫?cái)U(kuò)增，可以采用金屬塊給擴(kuò)增腔加熱。具體地說(shuō)，離心式微流體芯片還包含至少一塊用于加熱的金屬塊，該金屬塊安裝在底層板的下表面對(duì)應(yīng)于擴(kuò)增腔的位置，也就是說(shuō)，將加熱器7安裝在擴(kuò)增腔2的正下方。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施方式的離心式微流體芯片包含若干個(gè)流體腔，使得檢測(cè)時(shí)擴(kuò)增和觀測(cè)步驟均可以離心式微流體芯片進(jìn)行，可以使得擴(kuò)增和觀測(cè)步驟不必再使用其他設(shè)備，降低了硬件和人力成本，極大地方便了檢測(cè)。

本實(shí)用新型的第二種實(shí)施方式涉及一種病菌檢測(cè)系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。該病菌檢測(cè)系統(tǒng)包含：微控制器17、伺服馬達(dá)21、光發(fā)射器19和第一實(shí)施方式的離心式微流體芯片30。其中，微控制器17分別連接并控制光發(fā)射器19和伺服馬達(dá)21。當(dāng)需要打開(kāi)微控閥時(shí)，微控制器驅(qū)動(dòng)光發(fā)射器照射微控閥。具體地說(shuō)，閥門由石蠟構(gòu)成，石蠟里面填充了鐵氧化物納米顆粒，在光源照射下，納米顆粒吸收光能量，加熱石蠟后石蠟被融化，然后閥門被打開(kāi)。當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)離心式微流體芯片時(shí)，微控制器驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服馬達(dá)帶動(dòng)離心式微流體芯片轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說(shuō)，測(cè)試過(guò)程中，微控制器17通過(guò)伺服馬達(dá)21控制離心式微流體芯片30的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生測(cè)試所需要的離心 力。

此外，值得說(shuō)明的是，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)增腔進(jìn)行加熱，本實(shí)施方式的病菌檢測(cè)系統(tǒng)還包含加熱控制電路，加熱控制電路連接在微控制器和離心式微流體芯片的金屬塊之間，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱溫度的精確控制。另外，光發(fā)射器19可以是激光二極管，也可以是發(fā)光二極管，光發(fā)射器19接受微控制器17指令，一方面可以用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉各流體腔之間通道內(nèi)的微控閥，另一方面也可以用來(lái)照射擴(kuò)增腔，為擴(kuò)增腔2提供等溫?cái)U(kuò)增法所需要的溫度。另外，系統(tǒng)還包含攝像機(jī)16和閃光燈18，攝像機(jī)和閃光燈分別與微控制器連接，且安裝在離心式微流體芯片上方，攝像機(jī)16用于記錄上述離心式微流體芯片30的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，閃光燈18給攝像機(jī)16提供充足的光線。

本實(shí)施方式的病菌檢測(cè)系統(tǒng)具體工作過(guò)程如下：

1、在進(jìn)行測(cè)試前，先將帶狀傳感器22(如圖1所示)安裝在離心式微流體芯片的觀測(cè)腔6內(nèi)，再將底層板和頂層板粘貼在一起。

2、通過(guò)頂層板的加液孔，將需要測(cè)試的溶菌液引入裂解腔1。細(xì)胞的裂解可以通過(guò)光發(fā)射器照射裂解腔加熱完成，也可以在裂解腔里面加細(xì)胞裂解液來(lái)完成，或者二者同時(shí)進(jìn)行。

3、裂解完成之后，控制光發(fā)射器照射第一通道8內(nèi)的微控閥，使得第一通道開(kāi)啟，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)離心式微流體芯片，使得指定量的細(xì)胞裂解液進(jìn)入擴(kuò)增腔2。

4、控制加熱控制電路通過(guò)金屬塊向擴(kuò)增腔2傳遞等溫?cái)U(kuò)增法所需要的溫度，進(jìn)行擴(kuò)增步驟。

5、細(xì)胞裂解液在擴(kuò)增腔2完成RPA擴(kuò)增后，控制光發(fā)射器照射第二通道9內(nèi)的微控閥，使得第二通道9開(kāi)啟，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)離心式微流體芯片，使得擴(kuò)增腔2流出指定量的RPA擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)入計(jì)量腔3，灌滿計(jì)量腔3后，過(guò)量的RPA擴(kuò)增產(chǎn)物直接注入廢物腔4；

6、控制光發(fā)射器照射第三通道10內(nèi)的微控閥，開(kāi)啟第三通道10，RPA擴(kuò)增產(chǎn)物從計(jì)量腔3進(jìn)入稀釋腔5進(jìn)行混合稀釋。

7、混合稀釋完成之后，控制光發(fā)射器照射第四通道11內(nèi)的微控閥，開(kāi)啟第四通道11，混合稀釋過(guò)的RPA擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)入觀測(cè)腔6進(jìn)行觀測(cè)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。