基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备与流程

本发明涉及分子检测领域，特别涉及基于硅基微流控芯片的分子检测方法。

背景技术：

1、微流控技术，也称微流体技术，是一种在微米尺度上控制和处理液体的技术，微流控芯片作为微流控技术的核心部件，可实现样本处理、反应、分离等多种功能，由于其体积小、效率高、成本低等优点，微流控芯片已经在生物医学、材料科学、能源技术等诸多领域得到广泛应用，而基于硅材料在机械性能和化学稳定性方面的良好表现，硅基微流控芯片在高性能分子检测、生物分析等更为精密的流体控制和操作方面有着独特的优势。

2、在生物医学领域中，微流控芯片尤其适用于高灵敏度和高通量的生物分子检测，然而，目前的技术中，液体样本中的部分分子浓度可能极低，对检测技术提出了巨大挑战，尽管一些方法如核酸扩增（pcr）技术可以提高分子检测的灵敏度，但这些方法通常需要复杂的操作步骤和设备，不利于在微流控芯片上实现，此外，由于微流控芯片的微米尺度特性，液体样本中的分子在微流控芯片的微孔中并不是均匀分布，例如，由于壁面效应，流体在靠近壁面的过程中其速度往往更慢，导致分子在靠近壁面的区域出现集聚，形成浓度梯度，同时，由于流体通过微孔的流入过程中可能会出现涡流、电泳等，这些现象进一步地影响了分子在反应过程和检测结果上的准确性。

3、因此，提出一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，是提高液体样本分子检测灵敏度和精度的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供了基于硅基微流控芯片的分子检测方法与设备，将液体样本注入硅基微流控芯片中，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。

3、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于硅基微流控芯片的分子检测方法，所述方法包括以下步骤：

4、s100，将液体样本注入硅基微流控芯片中；

5、s200，通过微滤膜对液体样本进行过滤，过滤后的液体样本进入检测通道；

6、s300，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果；

7、s400，根据检测结果，对液体样本进行微流分析。

8、进一步地，所述硅基微流控芯片内设置有加样孔、检测通道（或称为流道）、出样孔，加样孔用于将液体样本输送至检测通道内，出样孔用于对检测后的液体样本进行排出，检测通道内设置有检测元件（或称敏感元件），所述检测元件用于对液体样本进行分子检测，检测元件内设有多个微孔，微孔用于容纳过滤后的液体样本；

9、其中，所述加样孔与检测通道之间还设置有微滤膜，微滤膜用于过滤液体样本中的大颗粒物质；液体样本在通过加样孔注入硅基微流控芯片后，经过微滤膜进行过滤，而后流入检测通道。

10、可选地，所述液体样本为生物流体样本。

11、进一步地，步骤s300中，在检测通道中，对分布在微孔中的液体样本的浓度进行检测，得到检测结果的方法具体为：

12、以n表示检测通道中的检测元件内的多个微孔的总数量，将每个微孔单独记为一个检测区域，则所述检测元件内含有n个检测区域，每个检测区域内各含有液体样本的部分，以por(i)表示所述n个检测区域内的第i个检测区域，i为序号，则i的取值范围为i=1,2,…,n（即n个微孔），以con(i)表示por(i)内含有的液体样本的部分的浓度（则每个por(i)对应着一个con(i)），con(i)的单位为皮摩尔/升（pmol/l），以所述n个检测区域por(1),por(2),…,por(n)所对应的con(1),con(2),…,con(n)作为检测结果。

13、进一步地，步骤s400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析的方法具体为：

14、s401，对于检测通道中的检测元件内的n个检测区域por(1),por(2),…,por(n)，以所述n个检测区域内的第一个检测区域por(1)作为第一区域，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(m1)，m1为序号（变量），m1∈[1,n]（即n个检测区域内的其中一个）；

15、将por(m1)记为流检区域，创建一个空白的数组sol[]（用于对por(x)中的序号x进行连续存储），设置变量j，变量j的取值范围为j=1,2,…,n，从j=1开始遍历变量j，转至s402；

16、s402，以所有相邻于流检区域的检测区域作为流检区域的垂交域（或称流检区域的4-邻域），在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(x)，x为序号（变量），x∈[1,n]，将当前序号x的值加入数组sol[]中，转至s403；

17、s403，如果变量j的值小于n/2，则将流检区域更新为por(x)（即，将por(x)作为新的流检区域，进入遍历的下一轮次），同时将变量j的值增加1，转至s402；如果变量j的值等于或大于n/2，则转至s404；

18、s404，记检测结果中的con(1),con(2),…,con(n)的最大值为con(k0)，k0为序号，k0∈[1,n]；如果数组sol[]内存在k0该值，则转至s405，否则（即数组sol[]内不存在k0该值）转至s406；

19、s405，基于数组sol[]计算微流值；

20、s406，将流检区域更新为por(k0)，同时将k0该值加入到数组sol[]中，重置变量j的值为j=1，转至s402。

21、本步骤的有益效果为：对于液体样本在微流控芯片的检测过程中，其浓度分布并不均匀，即部分微孔内所容纳的液体样本的浓度并不一致，从而导致芯片的检测灵敏度受到限制，因此需要对液体样本进行生物技术处理，然而，在频繁更换液体样本的检测过程中，仅针对浓度低的微孔进行样本扩增，并不能够充分地提升检测的灵敏度和准确性，这是因为在实际的液体样本中，分布到各微孔的溶液部分所包含的生物信息都不同，以单一地聚焦于低浓度的微孔部分的方式往往会导致关键的生物信息被遗漏，从而影响整个液体样本的检测结果，本步骤的方法通过对n个检测区域的浓度进行记录，从第一个检测区域开始，根据其浓度分布遍历于n个检测区域，进而筛选出关键的微流区域，微流区域代表着该芯片的检测缺陷点，即由于其芯片的参数设计导致这些区域容易出现检测低敏性（即检测灵敏度远低于芯片标准，表现为检测结果上的数值异常），因此需要对微流区域进行信号扩增，以实现对于检测盲点的补偿，确保微流区域的生物信号能够被明显捕捉，充分提高微流控芯片的检测效率和准确性。

22、进一步地，在第一区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(m1)的方法为：以所有相邻于第一区域的检测区域作为第一区域的垂交域（或称4-邻域，即位于第一区域的正上方、正下方、左侧、右侧且距离第一区域最近的四个检测区域所组成的区域，不包括第一区域自身），则第一区域的垂交域中含有n1个检测区域，n1的取值为区间[2,4]内的整数，将这n1个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(m1)。

23、进一步地，在流检区域的垂交域中筛选出浓度最高的检测区域并记为por(x)的方法具体为：记流检区域的垂交域中共含有n2个检测区域，n2的取值为区间[2,4]内的整数，将这n2个检测区域中的含有液体样本的部分的浓度最高的检测区域记为por(x)。

24、进一步地，s405，基于数组sol[]计算微流值的方法为：以sol(k)表示数组sol[]内的第k个元素，k为序号，k的取值范围为k=1,2,…,n0，n0为数组sol[]内所有元素的数量，创建一个空白的数组enf[]，将数组sol[]内的重复元素加入数组enf[]中；

25、分别对数组sol[]和数组enf[]执行数组去重（即，对数组内的重复元素进行删除且仅保留一个），将执行了数组去重后的数组sol[]和数组enf[]分别保存为数组p1[]和p2[]；

26、以p1(k1)表示数组p1[]中的第k1个元素，k1为序号，k1的取值范围为k1=1,2,…,n1，n1为数组p1[]内所有元素的数量，则p1(k1)对应的取值为p1(k1)=p1(1),p1(2),…,p1(n1)；

27、以p2(k2)表示数组p2[]中的第k2个元素，k2为序号，k2的取值范围为k2=1,2,…,n2，n2为数组p2[]内所有元素的数量，则p2(k2)对应的取值为p2(k2)=p2(1),p2(2),…,p2(n2)；

28、在检测通道中的检测元件内的n个检测区域por(1),por(2),…,por(n)内，将这n2个检测区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(n2))标记为微流区域，以por(p2(k2))表示这n2个微流区域中的第p2(k2)个微流区域，以por(p2(k2))_mic表示por(p2(k2))所对应的微流值；

29、其中，数组sol[]内的重复元素的定义为：对于数组sol[]内的任意一个元素sol(t)，如果数组sol[]内存在两个或两个以上的与元素sol(t)的值相同的元素，则称元素sol(t)为数组sol[]内的重复元素。

30、进一步地，por(p2(k2))_mic的计算方法为：在所述n个检测区域por(1),por(2),…,por(n)中，记第p1(k1)个检测区域内含有的液体样本的部分的浓度的数值为第一数值，k1=1,2,…,n1，则第一数值共有n1个，以第一数值的倒数乘以n个检测区域por(1),por(2),…,por(n)所对应的con(1),con(2),…,con(n)的平均值作为第二数值，第二数值共有n1个，以por(p2(k2))内含有的液体样本的部分的浓度的值的c1次方作为第三数值，c1为第一数值加1后所得到的值，则第三数值也有n1个，将n1个第二数值和n1个第三数值按顺序地两两相乘，得到n1个第四数值，将这n1个第四数值进行累加，记累加后得到的值为por(p2(k2))所对应的微流值por(p2(k2))_mic。

31、进一步地，步骤s400中，根据检测结果，对液体样本进行微流分析，还包括，对微流区域进行信号放大，具体方法为：在n2个微流区域por(p2(1)),por(p2(2)),…,por(p2(n2))内，按照微流区域所对应的微流值的大小（即por(p2(1))_mic,por(p2(2))_mic,…,por(p2(n2))_mic），从高到低地选取出m0个微流区域，将存在于这m0个微流区域内的液体样本进行信号放大；

32、其中，m0的取值为int(1/m*n2)，m的取值为区间[2,5]内的整数（即选取n2个微流区域内的约1/2个至1/5个微流区域进行信号放大），int()表示对()内的数进行取整，所述信号放大为通过pcr扩增技术进行信号放大。

33、本步骤的有益效果为：通过对进行信号放大的微流区域的数量作出部分限制，在保证了检测范围能被足够覆盖时，又避免加载过多且不必要的扩增资源，在保证检测效果的同时提高了效率，微流区域所对应的微流值反映了该检测区域相对于其他区域出现检测缺陷的可能程度的高低，充分平衡了检测的覆盖范围与扩增资源利用，降低检测时间成本上的消耗，使检测过程能够更为灵活以及表现出更高的适应度。

34、可选地，当检测结果远低于检测标准时，可将所有微流区域内的液体样本都分别进行信号放大。

35、本发明的有益效果为：所述方法能够提高液体样本在芯片检测过程中的检测准确度，通过对液体样本的浓度分布进行微流分析，筛选出需要进行信号扩增的检测区域，结合微流值对样本进行针对性的信号放大，大幅节省检测资源，同时保证检测的准确性和效率，使得微流控芯片在检测过程中具有高可用以及高稳定性。