一种离心式液体释放装置的制作方法

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种离心式液体释放装置。

背景技术：

离心微流控芯片使用单一离心机操控完成复杂的流体反应，且适合高通量检测，被广泛应用于生化分析和体外诊断领域。为了提高微流控芯片检测产品的便携性和可操控性，通常要求在芯片上预埋所需的液体试剂，并完成上述试剂的可控释放。试剂的可控顺序释放有助于完成芯片上复杂生化反应。目前的离心芯片缺乏灵活、快速、低成本的液体释放手段。而且，芯片上液体试剂的预埋影响芯片的稳定性，影响芯片上预埋冻干试剂的活性，成本高，并且操作复杂。要实现单一芯片上多种试剂的存储和释放往往需要使用复杂的机械结构，甚至需要增加额外的辅助设备。生化反应通常涉及到多种流体，且需要多种流体具有一定顺序和时间间隔的反应，因此常规微流控芯片涉及到多个流体控制阀。

虽然目前人们提出了各种方案，如申请号为cn201410750822.1的中国发明专利，公开了一种基于离心作用的微流控芯片液体试剂释放方法，该方案能解决一定的问题但仍存在以下缺陷：液体储存在袋囊中，袋囊的封合要求较高，袋囊和芯片的相对位置对其释放稳定性影响较大，此外，微流控芯片通常面积不大，该专利中袋囊的面积较大，不利于芯片其他功能单元的集成。

又如申请号为cn201410631614.x的中国发明专利申请，公开了一种体外诊断测试卡，该方案能解决一定的问题但仍存在以下缺陷：通过挤压方式释放储存在芯片中的液体，该方式虽然可控性好，然而增加运动部件，增加了设备的复杂程度。

基于上述情况，我们有必要设计一种能够解决上述问题的离心式液体释放装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种离心式液体释放装置，能通过简单手段实现液体的释放，且能实现多组液体的有序释放，而无需采用复杂的机械结构。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种离心式液体释放装置，包括离心式芯片，所述离心式芯片具有旋转中心，所述离心式芯片上设置有至少一组释放机构，所述释放机构包括液体入口、囊泡限位机构、挤压机构、储液囊泡，所述液体入口与所述离心式芯片内的流道连通，所述囊泡限位机构固定设置在所述液体入口远离所述旋转中心的一侧，所述挤压机构滑动设置在所述液体入口靠近所述旋转中心的一侧，所述储液囊泡设置在所述囊泡限位机构与所述挤压机构之间。

具体地，离心控制装置驱动所述离心式芯片绕所述旋转中心转动，在离心力作用下，所述挤压机构朝向所述囊泡限位机构滑动，所述挤压机构将预封装有目标液体的所述储液囊泡挤压在所述囊泡限位机构上，此时所述储液囊泡位于所述液体入口上方，在离心力足够大时，所述储液囊泡破裂，所述储液囊泡内的液体释放，并通过所述液体入口进入所述离心式芯片内。

优选的，所述离心式芯片呈圆盘形，所述旋转中心为圆盘的圆心，所述挤压机构、所述储液囊泡及所述囊泡限位机构沿所述离心式芯片的径向依次向外布置。

优选的，所述囊泡限位机构、所述挤压机构及所述储液囊泡的外形相配合，确保所示储液囊泡和所示挤压机构在高速转动下不会发生明显位移，并且确保所述储液囊泡能被完全挤压，能将封装在内的液体完全释放出来。

优选的，所述挤压机构为挤压块。

优选的，所述离心控制装置为离心机，所述离心机与所述旋转中心固定连接。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构上设置有朝向所述储液囊泡的刺破结构。

具体地，所述刺破结构具有锋利的尖端，在所述储液囊泡被挤压至所述囊泡限位机构上时，所述刺破结构能更加容易刺破所述储液囊泡。所述刺破结构的数量为一个或多个。

作为一种优选的技术方案，所述刺破结构靠近所述储液囊泡的底部。

具体地，所述刺破结构靠近所述储液囊泡的底部，使所述储液囊泡在破裂时底部优先被刺破，有利于所述储液囊泡中液体完全释放。

作为一种优选的技术方案，所述离心式芯片上设置有固定槽，所述囊泡限位机构下端可拆卸地设置在固定槽上。

具体地，所述囊泡限位机构下端设置有与所述固定槽相配合的插接部，所述插接部形状尺寸与所述固定槽形状尺寸相配合，所述插接部与所述固定槽形成插拔配合。所述囊泡限位机构与所述离心式芯片可拆卸连接，方便分开保存、包装、运输，使用时组装即可，增加了装置的灵活性。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构下端覆盖所述液体入口的一部分。

具体地，所述囊泡限位机构位于所述液体入口远离所述旋转中心的一侧，所述液体入口的开口远离所述旋转中心的一部分被所述囊泡限位机构下端覆盖，使沿所述囊泡限位机构流下的液体能直接流入所述液体入口内，避免液体进入到固定槽中造成浪费，确保释放的液体全部通过所述液体入口进入所述离心式芯片中。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构朝向所述储液囊泡的一侧设置有u型开口，所述储液囊泡和/或所述挤压机构的形状与所述u型开口相配合。

具体地，所述u型开口能将所述储液囊泡及所述挤压机构容纳在内，所述u型开口能对所述储液囊泡及所述挤压机构进行限位，使所述储液囊泡及所述挤压机构沿所述囊泡限位机构滑动，确保所述储液囊泡和所述挤压机构不会在所示离心式芯片高速转动时发生明显位移。并确保所述储液囊泡能被完全挤压，能将封装在内的液体完全释放出来。

优选的，所述储液囊泡和所述挤压机构的形状均与所述u型开口相配合。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构上端设置有限位板。

具体地，所述限位板在呈u型的所述囊泡限位机构的上端，确保所述储液囊泡和所述挤压块在离心作用下不会偏离整个所述囊泡限位机构。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构朝向所述储液囊泡的一侧设置有疏水层。

具体地，对所述囊泡限位机构朝向所述储液囊泡的一侧的内壁作疏水处理形成疏水层，能减少所述囊泡限位机构对液体试剂的吸附，使液体能全部顺利流下。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构朝向所述储液囊泡的一侧的内壁为倾斜结构，所述倾斜结构的上端比下端更靠近所述旋转中心。

具体地，所述内壁具有一定的倾斜角度，在离心力的作用下，液体更容易进入到所述液体入口中。

作为一种优选的技术方案，所述囊泡限位机构和/或所述挤压机构上设置有磁性机构。

具体地，所述囊泡限位机构和所述挤压机构上分别设置有相互吸引的磁铁，或者，所述囊泡限位机构、所述挤压机构其中一个设置有磁铁，另一个设置有由可被磁铁吸附的材料制成的结构。这样更有利于所述挤压机构和所述囊泡限位机构的固定，以及对所述储液囊泡的挤压和液体的释放。

本发明的有益效果为：提供一种离心式液体释放装置，通过简单手段实现液体的释放，且能实现多组液体的有序释放，而无需采用复杂的机械结构；

储液囊泡不需要提前预埋在芯片上，节省了芯片的空间，有利于单一芯片上多种试剂的存储和有序释放；

避免芯片上液体的直接储存，增强芯片的稳定性，尤其针对芯片上有冻干试剂的情况下，储液囊泡独立存在，避免对冻干试剂的干扰。

试剂和芯片分离，试剂种类和体积可以随意变化，灵活性好；

通过挤压机构在离心力的作用下，挤压储液囊泡和离心式芯片上的囊泡限位机构，将储液囊泡压破，释放液体；

储液囊泡和挤压机构组装式存在，灵活性较好，避免了复杂的机械结构的使用，避免了复杂的流体控制阀的使用；

挤压机构及囊泡限位机构可重复使用，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例一的使用中的状态示意图；

图3为本发明实施例一的使用后的状态示意图；

图4为本发明实施例一中囊泡限位机构与固定槽的结构示意图；

图5为本发明实施例一中囊泡限位机构与挤压机构的横截面示意图；

图6为本发明实施例一中另一形状的囊泡限位机构与挤压机构的横截面示意图；

图7为本发明实施例一中囊泡限位机内壁为倾斜结构时的结构示意图；

图8为本发明实施例二的结构示意图。

其中，图1至图7中，离心式芯片1，旋转中心2，液体入口3，囊泡限位机构4，挤压机构5，储液囊泡6，刺破结构7，固定槽8，u型开口9，限位板10，插接部41。

图8中，释放机构(100,200,300,400)，囊泡限位机构(104,204,304,404)。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例一

一种离心式液体释放装置，如图1所示，包括离心式芯片1，离心式芯片1具有旋转中心2，离心式芯片1上设置有至少一组释放机构(图1至图4、图7中为了便于描述，仅画出一组释放机构)，释放机构包括液体入口3、囊泡限位机构4、挤压机构5、储液囊泡6，液体入口3与离心式芯片1内的流道连通，囊泡限位机构4固定设置在液体入口3远离旋转中心2的一侧，挤压机构5滑动设置在液体入口3靠近旋转中心2的一侧，储液囊泡6设置在囊泡限位机构4与挤压机构5之间。

离心式芯片1呈圆盘形，旋转中心2为圆盘的圆心，离心机(图未示)与旋转中心2固定连接并能驱动离心式芯片1转动，通过一定的控制程序可以控制离心式芯片1的转速、加减速和转向的调节，此为本领域常规技术手段，在此不再赘述。挤压机构5、储液囊泡6及囊泡限位机构4沿离心式芯片1的径向依次向外布置，在离心式芯片1的转速足够大，离心力足够大时，储液囊泡6会在挤压机构5与囊泡限位机构4之间挤压破裂，储液囊泡6内的液体释放，并通过液体入口3进入离心式芯片1中的微流道内。

离心式芯片1的材质包括了玻璃、硅片或者常见的聚合物材料。聚合物材料包括了聚二甲基硅氧烷(pdms)，聚氨酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、环烯烃共聚物(coc)、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯(pe)、氟塑料。离心式芯片1的材质可以使上述材料中的一种或者几种。离心式芯片1的加工方法根据材质和结构，可以选取光刻、数控、浇注、注塑、激光雕刻、等离子刻蚀、湿法刻蚀等不同方法中的一种或者几种。

储液囊泡6内包含有目标液体，其体积根据实验要求设置(领域内常见体积2-200μl)，材料可以是领域内常见的软质聚合物或者复合材料，如铝制复合材料。储液囊泡6加工过程属于本领域常规技术手段，在此不再赘述。储液囊泡6需要能够放置于囊泡限位机构4与挤压机构5之间，即储液囊泡6外形可以根据加工条件以及囊泡限位机构4与挤压机构5的形状进行设置。

囊泡限位机构4的材质可以是聚合物、金属、玻璃等常见材质。加工方法可以是数控加工、激光加工或者注塑加工等常见手段。挤压机构5为挤压块，挤压块为坚硬材质的固体(金属、聚合物、玻璃等)。

于本实施例中，如图1所示，囊泡限位机构4上设置有朝向储液囊泡6的刺破结构7。如图2至图3所示，刺破结构7具有锋利的尖端，在储液囊泡6被挤压至囊泡限位机构4上时，刺破结构7能更加容易刺破储液囊泡6，使储液囊泡6内的液体释放出来。刺破结构7的数量为一个或多个。如果需要可以在储液囊泡6加工过程中，将储液囊泡6一侧聚合物材料减薄，安装时将较薄的储液囊泡6囊泡一侧和刺破结构7接触，这样更有利于储液囊泡6中液体的释放。

于本实施例中，如图1所示，刺破结构7靠近储液囊泡6的底部，使储液囊泡6在破裂时底部优先被刺破，有利于储液囊泡6中液体完全释放。于其他实施例中，刺破结构7可以位于囊泡限位机构4内壁任何位置，只需要保证挤压机构5在离心力作用下，挤压储液囊泡6和刺破结构7接触即可。

于本实施例中，如图4所示，离心式芯片1上设置有固定槽8，囊泡限位机构4下端可拆卸地设置在固定槽8上。囊泡限位机构4下端设置有与固定槽8相配合的插接部41，插接部41形状尺寸与固定槽8的形状尺寸相配合，插接部41与固定槽8形成插拔配合，离心式芯片1转动时，囊泡限位机构4通过插接部41紧固地插装在固定槽8内。

于本实施例中，囊泡限位机构4下端覆盖液体入口3的一部分。如图4所示，插接部41的宽度为w1，固定槽8的宽度为w2，w1>w2，在囊泡限位机构4插装到固定槽8中后，确保囊泡限位机构4下端只能覆盖液体入口3的一部分，而不能将液体入口3全部覆盖，使释放的液体全部通过液体入口3进入离心式芯片1中而不会残留在固定槽8内。

于本实施例中，如图5至图6所示，囊泡限位机构4朝向储液囊泡6的一侧设置有u型开口9，储液囊泡6和挤压机构5的形状与u型开口9相配合。图5中所示的u型开口为弧形开口，挤压机构5的挤压端呈弧形，图6中所示的u型开口为框形开口，挤压机构5的挤压端呈框形。u型开口9能将储液囊泡6及挤压机构5容纳在内，u型开口9能对储液囊泡6及挤压机构5进行限位，离心式芯片1高速转动时储液囊泡6及挤压机构5沿囊泡限位机构4滑动而不会发生明显位移。并确保储液囊泡6能被完全挤压，而将封装在内的液体完全释放出来。值得说明的是，u型开口不限于图示所示形式，只要能确保储液囊泡6和挤压机构5在离心式芯片1高速转动时不会发生明显位移即可。

于本实施例中，如图1所示，囊泡限位机构4上端设置有限位板10，限位板10固定设置在限位机构4上端，能防止储液囊泡6及挤压机构5在离心式芯片1高速转动时从囊泡限位机构4上方滑出。本实施例中限位板10与囊泡限位机构4为一体成型结构。

于本实施例中，囊泡限位机构4朝向储液囊泡6的一侧的内壁设置有疏水层。

于本实施例中，如图7所示，囊泡限位机构4朝向储液囊泡6的一侧的内壁为倾斜结构，倾斜结构的上端比下端更靠近旋转中心2，此时挤压机构朝向储液囊泡6的一侧形状也为倾斜结构。

于本实施例中，囊泡限位机构4和/或挤压机构5上设置有磁性机构。囊泡限位机构4和挤压机构5上分别设置有相互吸引的磁铁，或者，囊泡限位机构4、挤压机构5其中一个设置有磁铁，另一个设置有由可被磁铁吸附的材料制成的结构。这样更有利于挤压机构5和囊泡限位机构4的固定，以及对储液囊泡6的挤压和液体的释放。

当生化反应涉及到多种流体，且需要多种流体按一定顺序和时间间隔的反应时，可在本发明中离心式芯片1上设置多个流体入口3，相对应的设置多个囊泡限位机构4、挤压机构5、储液囊泡6。

本发明可以通过多个因素实现流体的有序释放，主要因素包括了：

释放机构距离旋转中心2的距离，同等条件下，距离旋转中心2越远，越早释放；

挤压机构5的重量，同等条件下，挤压机构5越重，越早释放；

其他重点的因素包括了，储液囊泡6的材质(包装材料的种类和厚度)、挤压机构5的形状等。

可以通过调节上述因素，实现多组液体的有序释放。

实施例二

本实施例以磁微粒双抗夹心化学发光为例，详述本发明的离心式液体释放装置的工作过程。

磁微粒双抗夹心化学发光作为目前体外诊断领域的常见反应体系，被广泛应用于临床监测。离心式芯片由于其设备小型、操控简单等特点，被广泛应用于基层检验机构等。

为了提高试剂的稳定性，减少运输过程中的低温需求，目前领域内通常将抗体等冻干形式预存在离心式芯片中。冻干抗体的复溶需要稀释液的加入，如果稀释液预埋在离心式芯片上，极有可能影响冻干抗体的活性，例如上述稀释液通过挥发使得冻干抗体受潮。

本实施例以磁微粒双抗夹心化学发光为例，如图8所示，反应所需的抗体和磁珠等通过冻干预埋在离心式芯片1中。本实施例在离心式芯片上设置有四组释放机构(100,200,300,400)，为了便于表述，图中每组释放机构仅示出了对应的囊泡限位机构(104,204,304,404)，流体入口、挤压机构、储液囊泡均未示出。其余结构与实施例一中相同，在此不再赘述。

四组释放机构(100,200,300,400)处的储液囊泡(图未示)中封装的液体分别为清洗液、底物液、一抗稀释液、磁珠稀释液。

芯片流道的设计根据反应要求进行设计，并非本发明重点，且为本领域的常规技术手段，因此图中并未显示。

实施过程中，首先将四组释放机构(100,200,300,400)组装在离心式芯片1上。以圆盘形的离心式芯片1的中心为圆心，释放机构(100)和释放机构(200)在同一圆周上，释放机构(300)和释放机构(400)在同一圆周上。其中释放机构(300)处的挤压机构(图未示)质量大于释放机构(400)处的挤压机构(图未示)，释放机构(100)处的储液囊泡(图未示)材料相较于释放机构(200)处的储液囊泡(图未示)更薄。

反应过程中首先将待测物质加入到离心式芯片1的目标流道中。

由于释放机构(300)、释放机构(400)远离圆心，相较于释放机构(100)、释放机构(200)，转速逐步提高情况下，释放机构(300)、释放机构(400)处的储液囊泡(图未示)中的液体首先释放，由于释放机构(300)处的挤压机构(图未示)的质量大于释放机构(400)处的挤压机构(图未示)的质量，ω1转速下，释放机构(300)处的一抗稀释液首先释放，将一抗复溶后和待测物质结合。

转速提高到ω2，释放机构(400)处的磁珠稀释液释放，磁珠复溶，参与上述反应，形成双抗夹心结构。

转速提高到ω3，释放机构(100)、释放机构(200)靠近圆心，释放机构(100)、释放机构(200)处的储液囊泡(图未示)中的液体开始释放，由于释放机构(100)处的储液囊泡材料相较于释放机构(200)处的储液囊泡材料更薄，释放机构(100)处的清洗液首先释放，针对形成的双抗夹心结构进行清洗。

转速提高到ω4，释放机构(200)处的底物液释放，和双抗夹心结构反应，发光进行检测，完成磁微粒双抗夹心化学发光反应。

上述ω1>ω2>ω3>ω4。

液体的有序释放，可以通过调节释放机构的位置、储液囊泡的材质和厚度、离心转速、挤压机构的形状和质量、释放机构的数量和排布等因素实现，在此不一一赘述。

本发明未涉及的部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

最后应说明的是：在本发明的描述中，技术术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。