一种基于气泡混合的磁泳微流控芯片的制作方法

本发明属于微流控相关技术领域，涉及一种微流控生物样本提取及试剂混合装置。

背景技术：

在基因分析和疾病检测中，常常需要dna提取、扩增和分离等过程，其中dna提取是最为关键的步骤。传统人工核算提取方法操作繁琐，浪费大量人力，而且对试剂消耗很大，每个步骤没有精确的控制，难以推广到大规模重复实验，所以需要将提取过程和微流控芯片结合实现微全分析系统。

微全分析系统具备在芯片实验室上实现过程集成化、自动化、微缩化的特点，能够极大地减少试剂的消耗量，缩短分析时间，提高分析检测效率。因此在疾病诊断、生化分析、临床实验领域获得了广泛的关注。

技术实现要素：

为了解决现有微量萃取和生物样品提取装置操作复杂，难以标准化自动化，需要大量人力时间重复实验，设备集成度小，响应时间长和价格昂贵的技术问题，本发明提供了一种基于气泡混合的磁泳微流控芯片。本发明通过气泡混合方式，利用在芯片底部通入过滤后的洁净气体，在混合工作液腔内试剂中产生气泡，利用气泡自身浮力，使气泡在试剂中不断上升扰动周围流体产生微涡旋，进而达到使混合工作液腔内试剂和磁珠充分混合的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于气泡混合的磁泳微流控芯片，包括生物样本进液口、多种检测试剂进液口、混合废气出口、过滤后的洁净气体入口、过程废液出口、最终产物萃取生物样本出口、气泡破灭微结构、上部密封胶塞和混合工作液腔，其中：

所述生物样本进液口、多种检测试剂进液口与混合工作液腔的上部相连；

所述混合工作液腔的上端设置有上部密封胶塞，内部设置有气泡破灭微结构；

所述过程废液出口、最终产物萃取生物样本出口与混合工作液腔的底部相连；

所述过滤后的洁净气体入口与混合工作液腔的底部正中位置相连，过滤后的洁净气体从混合工作液腔的底部通入溶液形成气泡；

所述混合废气出口与混合工作液腔的顶端相连，导出芯片内混合后的气体。

工作原理：

利用在芯片底部通入过滤后的洁净气体，在混合工作液腔内试剂中产生气泡，在不引入外界干扰的情况下，利用气泡自身浮力上升扰动周围流体产生微涡旋，进而达到混合工作液腔内试剂充分混合的效果。气泡由连接于混合工作液腔的底部位于底部正中位置的过滤后的洁净气体入口通入过滤后的洁净气体产生。经过混合工作液腔内部的溶液利用气泡自身浮力上升扰动周围流体产生微涡旋，进而达到充分混合后，由混合液腔内部左中右三个倒置的尖锐三角形微结构组成的气泡破灭微结构主动消灭后，废气由连接于液腔顶端的芯片内混合后的混合废气出口排出。本发明能够将繁琐的磁珠萃取生物样本的过程在此芯片中完成，且混合效果较好。

利用气泡自身浮力上升扰动周围流体产生微涡旋，进而达到充分混合的效果。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明能够将磁珠萃取生物样本的过程在芯片中完成，且混合效率高，无需外部设备，实现了微量萃取和生物样品提取装置的微型化、集成化和自动化。

2、本发明解决了微小腔体内生物样本溶液和萃取磁珠混合不均匀的问题，适用于微流控生物样本提取及试剂混合领域。

3、本发明的磁泳微流控芯片工作原理简单，利用在芯片底部通入过滤后的洁净气体，在混合工作液腔内试剂中产生气泡，在不引入外界干扰的情况下，利用气泡自身浮力上升扰动周围流体产生微涡旋，进而达到混合工作液腔内试剂充分混合的效果。

4、本发明的磁泳微流控芯片由pmma材料使用微铣床加工成型，易于制作加工，且pmma对环境友好，对人体无害。

5、本发明能够将繁琐的磁珠萃取生物样本的过程在磁泳微流控芯片中完成，且混合效果较好，为下一步萃取技术的自动化提供基础。

6、本发明的磁泳微流控芯片反应步骤标准化时间较短，容易加工，价格低廉，同时，运用过滤后的洁净气体生成气泡达到混合效果，对pcr反应过程中并没有引入其它干扰。

7、本发明的磁泳微流控芯片由于组成部分为带有微结构的多层组合，可以针对不同密度粘度液体设计不同微结构和微腔室，同时采用不同压力的气体产生气泡，可以实现多种不相溶液体的乳化混合，使混合效果更好。

附图说明

图1为本发明的基于气泡混合的磁泳微流控芯片的结构示意图。

图2为本发明基于气泡混合的磁泳微流控芯片的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于气泡混合的磁泳微流控芯片，如图1和2所示，所述磁泳微流控芯片由生物样本进液口1、多种检测试剂进液口、混合废气出口5、过滤后的洁净气体入口6、过程废液出口7、最终产物萃取生物样本出口8、气泡破灭微结构9、上部密封胶塞10、混合工作液腔11组成，其中：

所述多种检测试剂进液口由2号检测试剂进液口2、3号检测试剂进液口3、4号检测试剂进液口4依次排列组成；

所述混合工作液腔11由下部半圆微腔和上部矩形微腔组成；

所述混合工作液腔11上部的矩形微腔顶部设置有上部密封胶塞10；

所述气泡破灭微结构9由左中右三个倒置的尖锐三角形微结构组成，起到主动破碎形成的大量气泡的作用，防止泡沫溢出；

所述生物样本进液口1、2号检测试剂进液口2、3号检测试剂进液口3、4号检测试剂进液口4与混合工作液腔11上部的矩形微腔相连；

所述混合工作液腔11上部的矩形微腔内部设置有气泡破灭微结构9；

所述过程废液出口7、最终产物萃取生物样本出口8与混合工作液腔11下部的半圆微腔的底部中心相连；

所述过滤后的洁净气体入口6与混合工作液腔11下部的半圆微腔的底部正中位置相连，过滤后的洁净气体从混合工作液腔11下部的半圆微腔的底部通入溶液形成气泡；

所述混合废气出口5与混合工作液腔11上部的矩形微腔顶端相连，导出芯片内混合后的气体。

上述基于气泡混合的磁泳微流控芯片的具体工作流程如下：

步骤1、在混合废气出口5插入钢针，使其与外界相连，保持气压平衡；

步骤2、将生物样本溶解在一定量溶液a中，由生物样本进液口1注射至混合工作液腔11中；

步骤3、由2号检测试剂进液口2注射至混合工作液腔11中一定量溶液b，3号检测试剂进液口3注射至混合工作液腔11中一定量溶液c，一定量溶液d，4号检测试剂进液口4注射至混合工作液腔11中一定量磁珠混合液；

步骤4、在过滤后的洁净气体入口6插入钢针，缓慢打开经精密气压控制气源通入过滤后的洁净气体直至产生气泡达到混合效果，完成初次混合，使磁珠完成对生物样本的吸附；

步骤5、打开芯片反馈数控加热装置，将混合工作液腔11内的溶液加热至50℃（±5℃）并间隔通入气泡，使其温度场分布混合均匀，此过程持续15min；

步骤6、用数控机械手将直径10mm、厚度5mm的圆柱形强化磁铁贴于芯片后表面，并沿混合工作液腔11内部做扫描状移动，通过磁力将带有生物样本的磁珠吸附固定于混合工作液腔11后壁上，此过程需要30s能完成充分吸附；

步骤7、待磁珠吸附过程完成后将钢针插入过程废液出口7，将完成反应后的废液完全排出芯片后，从过程废液出口7拔出钢针；

步骤8、由4号检测试剂进液口4注射至混合工作液腔11中一定量清洗液1，去掉磁铁将磁珠重新悬浮在溶液中并通过过滤后的洁净气体入口6插入钢针，缓慢打开经精密气压控制气源通入过滤后的洁净气体使液腔内部溶液混合均匀，完成清洗步骤一。待清洗过程完成后，用数控机械手将直径10mm、厚度5mm的圆柱形强化磁铁贴于芯片后表面，并沿混合工作液腔11内部做扫描状移动，通过磁力将带有生物生物样本的磁珠吸附固定于混合工作液腔11后壁上，此过程需要30s能完成充分吸附。待磁珠吸附过程完成后将钢针插入过程废液出口7，将完成反应后的废液完全排出芯片后，从过程废液出口7拔出钢针；

步骤9、由4号检测试剂进液口4注射至混合工作液腔11中一定量清洗液2，重复步骤8的过程；

步骤10、移除强化磁铁并由4号检测试剂进液口4注射至混合工作液腔11中一定量溶液e，通过过滤后的洁净气体入口6插入钢针，缓慢打开经精密气压控制气源通入过滤后的洁净气体使液腔内部溶液混合均匀；

步骤11、将芯片放入离心机，使最后微量生物样本聚集于芯片下端后通过强力磁铁将磁珠吸附固定于混合工作液腔11后壁上，吸附完成后通过最终产物萃取生物样本出口8插入钢针抽出微量生物样本萃取液一定量。

本发明中，磁泳微流控芯片的加工材料为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃和高分子树脂中的一种或其中几种的组合。

本发明中，产生气泡装置采用的是小气泵压缩过滤后的洁净气体而非压力气瓶产生。

本发明中，混合液腔内的溶液不只是磁珠和生物样本试剂，而是还可以是其它化学试剂，用于其它化学反应的混合和萃取等操作。

本发明中，生物样本进液口1、2号检测试剂进液口2、3号检测试剂进液口3、4号检测试剂进液口4、过程废液出口7、最终产物萃取生物样本出口8均由环保橡胶密封塞覆盖，保证液体不会泄露。