本專利涉及的是一種低耗能的微球生物檢測的微流控芯片及其制備方法。它可以用來檢測蛋白質、核酸等生物大分子，能夠廣泛應用于臨床檢測、檢驗檢疫、環境監測、藥物篩選、微生物鑒定以及核酸和蛋白功能分析等領域。

背景技術：

微流控分析芯片是指通過微電子、微加工技術在平方厘米大小的固相介質表面構建的微型分析系統，以實現對組織和細胞中DNA、蛋白質和其他生物組分的快速、高效、靈敏的處理與分析。它是20世紀90年代初中期在分析化學領域發展起來的一種分析技術，以分析化學和分析生物化學為基礎，應用微電子加工技術，在微芯片上加工出微米級的容器、泵、閥、管道等微結構網絡，將樣品的制備、反應和檢測的這個過程進行集成的微全分析系統。芯片的大小在幾個平方厘米左右，選用硅片、玻璃、硅橡膠、塑料等材料作為基片和蓋片，通過蝕刻、光刻或印模等方法加工微通道，采用電、壓力、重力等方式驅動通道內的流體，最后采用化學發光、電化學、熒光檢測器等進行檢測。該芯片在裝置上的主要特征是其容納流體的有效結構(包括其通道、反應室和其它功能部件)至少在一個維度上為微米級尺度。與宏觀尺寸的實驗裝置相比，微流控分析芯片的微米級結構可以顯著增大流體環境的面積體積的比例。這一變化在微流控系統中導致一系列與物體表面有關的決定其特殊性能的特有效應，如層流效應，表面張力及毛細效應，快速熱傳導效應以及擴散效應等。這些效應可以使微流體分析芯片的分析性能得到顯著的改善，包括可以使分析裝備的體積減小，裝備更加的集成化自動化，可以顯著提高分析效率以及使試樣和試劑消耗顯著下降等。把實驗室大型設備集成在盡可能小的操作平臺上，用以完成不同的實驗過程，并能對產物進行分析的技術。它不僅使試劑的消耗降低,而且使實驗速度提高，費用降低，充分體現了當今實驗室設備微型化、集成化和便攜化的發展趨勢。現在微流控芯片已在生物化學分析和環境分析諸方面發有了廣泛的應用和快速的發展。由于微流控芯片將整個樣品分析的過程，包括取樣和樣品的處理、預濃集、稀釋和混合、分離、化學反應和信號檢測全部集成化在一塊小的芯片上，它與傳統的分析裝置相比實現了亞微升甚至納升級的試劑和樣品消耗，反應空間的大大縮小使反應的均一性提高，反應速度加快，同時降低了生產成本并便于攜帶。

專利內容

技術問題：本專利的目的是提供一種低耗能的微球生物檢測的微流控芯片，用于以微球為固相載體進行生物分子檢測。將固定有生物探針分子的編碼微球通過芯片進行進樣、與待測樣品反應、洗滌和檢測，提供一種檢測分析的芯片平臺。

技術方案：本專利的目的可以通過以下技術方案實現：

本專利的基于微球生物檢測的微流控芯片由位于上半部的蓋片和位于下半部的基片所組成；在基片或蓋片內設有功能性的微通道網絡，在微通道網絡中設有具有編碼的微球作為生物分子檢測的載體，在微通道網絡中，反應池的外周是篩分管道，篩分管道的外周是輔助管道，輔助管道與出口相接，反應池通過長通道接進口。

生物分子檢測以微球作為載體，微球具有編碼，在微球的表面固定有生物分子探針，所用的生物分子探針可以是核酸、蛋白質、多肽中的一種。

在芯片反應池中進行微球與待測樣品的反應；待測溶液和洗滌緩沖液通過進口進入反應池，在反應池中與微球反應或洗滌微球，反應結束微球被輸入通道中檢測并輸出。

微球作為探針分子載體，其材料可以是玻璃、或聚苯乙烯和橡膠，微球的大小在50μm～300μm之間；芯片的基質材料可以是玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯聚二甲基硅氧烷及聚碳酸酯中的一種。

編碼微球是條形碼編碼、熒光編碼、量子點編碼、光子晶體編碼、拉曼標簽編碼、紅外光譜編碼、形狀編碼、射頻編碼、大小編碼以及位置編碼中的一種。

反應池的直徑在200μm～1200μm之間，長通道寬度在60μm～550μm之間，長度在10mm～50mm之間。

其工作原理是：

a)在芯片出口處連接一個往返式注射泵或者蠕動泵，將芯片外編碼微球連其運載緩沖液通過長通道，吸入反應池。由于篩分通道的尺寸小于編碼微球的直徑，因此通過泵的繼續抽吸，微球留在反應池中，而運載微球的緩沖液則被吸干；

b)此時，在通過進口吸入待測樣品溶液到反應池，使待測樣品溶液與微球充分反應；

c)反應完畢，繼續通過進口吸入洗滌緩沖液；

d)洗滌完全之后，通過出口注入微球運載緩沖液，使微球隨運載緩沖液進入長通道，在微球通過長通道時，檢測微球表面的反應結果。

有益效果：根據本專利，利用芯片進行檢測載體、樣品注樣，反應，洗滌和檢測的連續化操作，以編碼微球為生物分子檢測的固相載體具有以下優點：

(1)檢測速度快：由于雜交反應只在微通道內進行，雜交液循環流動，可以減少溶液的揮發和目的靶分子到達探針的時間，提高反應的速度，縮短檢測時間；

(2)可以實現多元分析檢測：每次進樣的微球具有編碼，因此可以編碼多元生物分子檢測，同時檢測同一個樣品中的多個指標。同時球形載體具有比表面積大，可以滾動等特點，所以檢測反應的靈敏度高，樣品需要量少，反應速度快；

(3)準確度高：微球在進入長通道的時候，由于通道尺寸略大于微球直徑，遠小于兩個微球的直徑，因此微球只能單個通過，依次被檢測，準確性高；

(4)可擴展性高：由于采用了微流控芯片的形式，可以方便的同樣品預處理等微流控芯片集成，促進了分析系統的微型化和自動化；

(5)本專利同時結合了微球載體以及微流控芯片的生物檢測優勢，對小尺寸的微球操作簡單，具有鮮明的優勢。

附圖說明

圖1為本專利芯片的俯視圖。

圖2為本專利芯片使用時，整個裝置的結構示意圖。

以上的圖中有：進口1、出口2、長通道3、反應池4、輔助管道5、篩分管道6。

具體實施方式

本專利是一種基于微球的微流控分析芯片，該生物芯片由位于上半部的蓋片和位于下半部的基片所組成；在基片或蓋片內設有功能性的微通道網絡，在微通道網絡中設有具有編碼的微球作為生物分子檢測的載體，在微通道網絡中，反應池4的外周是篩分管道6，篩分管道6的外周是輔助管道5，輔助管道5與出口2相接，反應池4通過長通道3接進口1。

生物分子檢測以微球作為載體，微球具有編碼，在微球的表面固定有生物分子探針，所用的生物分子探針可以是核酸、蛋白質、多肽中的一種。在芯片反應池4中進行微球與待測樣品的反應；待測溶液和洗滌緩沖液通過進口1進入反應池4，在反應池4中與微球反應或洗滌微球，反應結束微球被輸入通道3中檢測并輸出。微球作為探針分子載體，其材料可以是玻璃、或聚苯乙烯和橡膠，微球的大小在50μm～300μm之間；芯片的基質材料可以是玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯八、聚二甲基硅氧烷及聚碳酸酯中的一種。編碼微球是條形碼編碼、熒光編碼、量子點編碼、光子晶體編碼、拉曼標簽編碼、紅外光譜編碼、形狀編碼、射頻編碼、大小編碼以及位置編碼中的一種。反應池4的直徑在200μm～1200Iμm之間，長通道3寬度在60μm～550μm之間，長度在10mm～500mm之間。

作為探針分子載體的微球其材料可以是玻璃、聚苯乙烯或橡膠等。

實施例一：以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作為芯片材料，在光子晶體編碼玻璃微球上固定探針進行生物檢測，微球直徑為50μm。

A.基片的制備：采用激光微加工方法。通過AutoCAD設計微通道圖形，將CAD圖形轉換成激光微加工系統可識別指令；采用激光微加工系統在基片(或蓋片)上加工成所需的網絡微通道，其中，長通道寬度為60μm,長20mm，反應池直徑為250μm，篩分管道寬為20μm，通道的深度為60μm。兩端打孔分別作為進樣口和出樣口；

B.蓋片的制備：選擇與基片同樣大小的PMMA片子作為蓋片；蓋片和基片的封裝:直接通過玻璃態熱鍵和方法進行基片和蓋片的封裝；

C、微球上固定探針：洗凈的微球經硅烷化和雙功能試劑修飾，然后將不同的探針分子固定到光子晶體編碼的玻璃微球上；

D.微流控芯片的連接：進口1通過管線連接樣品池，出口2接往復式注射泵；

E、進樣：通過注射泵將編碼微球連同其運載緩沖液吸入長通道3，然后進入反應池4，最后抽干運載緩沖液，編碼微球留在反應池4中；

F、反應：通過注射泵將待檢測溶液吸入長通道3，最后進入反應池4中與編碼微球表面的探針分子進行反應；

G、洗滌：反應完畢后，通過注射泵從入口1吸入洗滌緩沖液到反應池4對微球進行充分洗滌：

H、檢測：抽干反應池4中的洗滌緩沖液，利用注射泵從出口2注入微球的運載緩沖液，運載緩沖液將微球帶入長通道(3)，微球依次通過長通道(3)，并在長通道3中依次被檢測。

實施例三：以PDMS〔聚二甲基硅氧烷)作為芯片材料，在熒光編碼玻璃微球上固定探針進行生物檢測，微球直徑為200μm。

a、基片的制備：選擇PDMS的基質和固化劑的比例為10：1(質量比)混合均勻后，經真空抽氣以除去氣泡后，澆注在事先加工好的陽模上，進行加熱固化25min,其中，長通道寬度為250μm，長50mm，反應池直徑為1200μm，篩分管道寬為50μm，通道的深度為250μm。固化好后將PDMS從模版上揭下，即制成基片；

b、蓋片的制備：選擇PDMS的基質和固化劑的比例為5：1(質量比)混合均勻后，經真空抽氣以除去氣泡后，直接水平放置加熱固化20min即制成蓋片；

c、蓋片和基片的封裝：固化好的基片和蓋片再用氧等離子體處理后貼合，然后直接通過熱鍵合方法進行基片和蓋片的封裝；

d、微球上固定探針：將不同的探針分子固定到不同編碼的玻璃微球表面；

e、微流控芯片的連接：進口1通過管線連接樣品池，出口2接往復式微注射泵；

f、進樣：通過注射泵將編碼微球連同其運載緩沖液吸入長通道3，然后進入反應池4，最后抽干運載緩沖液，編碼微球留在反應池4中；

g、反應：通過注射泵將待檢測溶液吸入長通道3，最后進入反應池4中編碼微球表面的探針分子進行反應；

h、洗滌：反應完畢后，通過注射泵從入口1吸入洗滌緩沖液到反應池4對微球進行充分洗滌；

i、檢測：抽干反應池4中的洗滌緩沖液，利用注射泵從出口2注入微球的運載緩沖液,運載緩沖液將微球帶入長通道3，微球依次通過長通道3，并在長通道3中依次被檢測。