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基于PCB板的数字微流控芯片及病原体免疫检测方法.pdf

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基于 PCB 数字 微流控 芯片 病原体 免疫 检测 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910030199

申请日:

20190114

公开号:

CN109557149A

公开日:

20190402

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: G01N27/26;G01N27/327;G01N21/78;G01N33/68;B01L3/00 主分类号: G01N27/26;G01N27/327;G01N21/78;G01N33/68;B01L3/00
申请人: 大连大学
发明人: 王云华;郑国侠;卢玲
地址: 116622 辽宁省大连?#33455;?#27982;技术开发区学府大街10号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910030199

授权公告号:

法律状态公告日:

20190426

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明涉及微流控芯片技术领域,具体涉及一种基于PCB板的数字微流控芯片及病原体免疫检测方法,包括上层芯片、下层芯片和连接两者的间隔层,上层芯片包括ITO玻璃,下层芯片包括PCB板基底层,PCB板基底层上设有引脚区和由电极形成的工作区,工作区包括储液池、液滴生成单元、样品池、分析单元和废液池,PCB板基底层上部设?#33455;?#32536;层,储液池通过液滴产生单元与分析单元连通,样品池与分析单元连通,废液池供分析单元反应后的废液流入。上述基于PCB板的数字微流控芯片及病原体免疫检测方法,采用PCB板制造芯片,工艺成熟,简单,成?#38236;停?#36866;合商业化生产;多层布线,可实现高密度、高通量电极排布。

权利要求书

1.一种基于PCB板的数字微流控芯片,其特征在于,包括上层芯片、下层芯片和连接两者的间隔层(6),所述上层芯片包括ITO玻璃(5),所述下层芯片包括PCB板基底层(1),所述PCB板基底层(1)上设有引脚区和由电极形成的工作区(100),所述工作区(100)包括储液池(9)、液滴生成单元(200)、样品池(8)、分析单元(300)和废液池(10),所述PCB板基底层(1)上部设?#33455;?#32536;层(2),所述储液池(9)通过液滴产生单元(200)与分析单元(300)连通,所述样品池(8)与所述分析单元(300)连通,所述废液池(10)供分析单元(300)反应后的废液流入。 2.根据权利要求1所述的数字微流控芯片,其特征在于,所述间隔层(6)有两个,分设于所述数字微流控芯片的两端且位于工作区(100)的两侧,每个间隔层(6)的上端与所述上层芯片连接,底端与下层芯片连接。 3.根据权利要求1所述的数字微流控芯片,其特征在于,所述ITO玻璃底面以及所述绝缘层顶面分别设有特氟龙层(4)。 4.根据权利要求1所述的数字微流控芯片,其特征在于,所述引脚区设有120P插槽(7)。 5.根据权利要求1所述的数字微流控芯片,其特征在于,所述储液池(9)有5个,分别灌注鼠抗HbsAg抗体溶液、HRP标记抗鼠二抗、HRP底物显色液、PBS缓冲液、HRP标记抗人IgG二抗;所述样品池(8)有两个,分别灌注待测样品。 6.根据权利要求5所述的数字微流控芯片,其特征在于,所述分析单元(300)有两个,每个分析单元对应连通一个样品池,每个分析单元包括四个检测区(11),分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗HbsAg抗体、HIV抗原、HCV抗原和TP抗原。 7.一种采用权利要求1-6?#25105;?#19968;项中所述数字微流控芯片的病原体免疫检测方法,其特征在于,所述数字微流控芯片包括5个储液池,分别为A、B、C、D和E储液池,分别灌注鼠抗HbsAg抗体溶液、HRP标记抗鼠二抗、HRP底物显色液、PBS缓冲液、HRP标记抗人IgG二抗;包括如下?#34903;瑁?(1)样品池产生的样品液滴进入分析单元,在分析单元充?#22336;?#24212;,反应后的液滴排入到废液池; (2)D储液池产生PBS液滴,重复?#34903;?1)中样品液滴路径,洗去非特异结合血清,多次重复后,废?#21495;?#20837;到废液池; (3)A储液池产生鼠抗HbsAg抗体液滴,通过液滴生成单元进入到分析单元,反复浸润后由D储液池产生PBS液滴进行润洗; (4)B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元,E储液池产生的抗人二抗液滴浸润分析单元,并用PBS洗涤; (5)C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元输送至分析单元进行显色反应; (6)反应结果由CCD拍照,并进行灰度分析,与阴性、阳性内控标准比较,自动做出结果判断。 8.根据权利要求7所述的病原体免疫检测方法,其特征在于,所述数字微流控芯片包括两个分析单元,每个分析单元对应连通一个样品池,每个分析单元包括四个检测区,分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗HbsAg抗体、HIV抗原、HCV抗原和TP抗原; 所述?#34903;?3)中A储液池产生鼠抗HbsAg抗体液滴进入到分析单元的d区; 所述?#34903;?4)中B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元的d区,E储液池产生的抗人二抗液滴浸润分析单元的a、b、c区; 所述?#34903;?5)中C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元分别输送至分析单元的a、b、c、d检测区进行显色反应。 9.根据权利要求7所述的病原体免疫检测方法,其特征在于,所述数字微流控芯片的绝缘层的制作方法如下:在PCB板基底层上旋涂10um厚SU8-3010,整体紫外曝光15秒固化,形成绝缘层。 10.根据权利要求9所述的病原体免疫检测方法,其特征在于,在所形成的绝缘层表面再次旋涂150um厚SU8-3050,用掩膜在SU8间隔层区曝光80s,乳酸?#38452;?#27927;去未曝光部?#37073;?#30041;下固化的SU8间隔层。

说明书


基于PCB板的数字微流控芯片及病原体免疫检测方法
技术领域


本发明涉及微流控芯片技术领域,具体涉及一种基于PCB板的数字微流控芯片及
病原体免疫检测方法。


背景技术


输血安全是国家卫生保健的重要内容之一,随着我国人群健康水平的提高,对输
血的需求?#39135;中?#19978;升的趋势。很多重要的传染性疾病,如HBV、HCV、HIV等,都可能借输血途
径传播。严格筛查血液可避免携带病原体的血液应用于临床而使受血者感染,是保障输血
安全的有效手段。与发达国家相比,我国的采血站/点较为分散,规模小,设备较差,在血液
检测中还存在一些有待改进的地方。在设备方面,国内主要使用TECAN EVO等加样设备以及
HAMILTON F.A.M.E24/20等大型进口检测设备进行自动化检测。这些设备体积庞大,一般只
能安装在中心血站,进行批量分析,不能适应我国采血点分散的特点。


免疫检测是疾病诊断中的重要技术平台。免疫分析方法具有很高的特异性和灵敏
度,广泛应用于临床检测中。特别是在病原体检测中,尽管PCR检测方法近年来得到的快速
发展,但其在特异性方面的缺陷未得到根本性的改善,免疫检测仍然是最可靠、最常用的检
测方法。但常规的免疫分析通常操作过程复杂,需要耗时数小时甚至一天以上,很难实现快
速检测?#32531;?#36153;大量昂贵的免疫试剂,并且仪器设备复杂,不适于进行现场分析。生物大分子
的扩散速度、分子迁移时间是影响免疫反应速率的关键因素。生物大分子的扩散系数一般
为10-5cm
2/s。迁移时间与扩散距离的平方成正比,当迁移距离约为1cm?#20445;?#36801;移时间为数小
时至一天左右;当迁移距离为1um?#20445;?#36801;移时间小于1分钟。相对于常规免疫检测方法或者通
道式微流控免疫检测。目前,尚未见基于PCB板的数字微流控免疫芯片报道。


发明内容


本发明为?#31169;?#20915;上述技术问题,提供了一种基于PCB板的数字微流控芯片及病原
体免疫检测方法,工艺成熟且简单,成?#38236;停?#36866;合商业化生产;多层布线,可实现高密度、高
通量电极排布,可进行多指标的多重检测。


为了达到上述技术效果,本发明包括以下技术方案:一种基于PCB板的数字微流控
芯片,包括上层芯片、下层芯片和连接两者的间隔层,所述上层芯片包括ITO玻璃,所述下层
芯片包括PCB板基底层,所述PCB板基底层上设有引脚区和由电极形成的工作区,所述工作
区包括储液池、液滴生成单元、样品池、分析单元和废液池,所述PCB板基底层上部设?#33455;?#32536;
层,所述储液池通过液滴产生单元与分析单元连通,所述样品池与所述分析单元连通,所述
废液池供分析单元反应后的废液流入。


所述储液池内灌注有抗体溶液,所述样品池内灌注有待测样品,所述废液池供反
应废?#21495;?#20837;;所述分析单元用于待测样品反应与检测;所述引脚区设有连接所述数字微流
控芯片与外界液滴驱动电路、电源的引脚。


进一步地,所述储液池有5个,分别灌注鼠抗HbsAg抗体溶液、HRP标记抗鼠二抗、
HRP底物显色液、PBS缓冲液、HRP标记抗人IgG二抗;所述样品池有两个,分别灌注待测样品。


优选地,所述分析单元有两个,每个分析单元对应连通一个样品池,每个分析单元
包括四个检测区,分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗HbsAg抗体、
HIV抗原、HCV抗原和TP抗原。


另一方面,本发明提供了一种采用上述数字微流控芯片的病原体免疫检测方法,
所述数字微流控芯片包括5个储液池,分别为A、B、C、D和E储液池,分别灌注鼠抗HbsAg抗体
溶液、HRP标记抗鼠二抗、HRP底物显色液、PBS缓冲液、HRP标记抗人IgG二抗;包括如下?#34903;瑁?br>

(1)样品池产生的样品样滴进入分析单元,在分析单元充?#22336;?#24212;,反应后的液滴排
入到废液池;


(2)D储液池产生PBS液滴,重复?#34903;?1)中样品样滴路径,洗去非特异结合血清,多
次重复后,废?#21495;?#20837;到废液池;


(3)A储液池产生鼠抗HbsAg抗体液滴,通过液滴生成单元进入到分析单元,反复浸
润后由D储液池产生PBS液滴进行润洗;


(4)B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元,E储液池产生的抗人二抗液滴浸润分
析单元,并用PBS洗涤;


(5)C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元输送至分析单元进行显色反应;


(6)反应结果由CCD拍照,并进行灰度分析,与阴性、阳性内控标准比较,自动做出
结果判断。


所述数字微流控芯片包括两个分析单元,每个分析单元对应连通一个样品池,每
个分析单元包括四个检测区,分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗
HbsAg抗体、HIV抗原、HCV抗原和TP抗原;


所述?#34903;?3)中A储液池产生鼠抗HbsAg抗体液滴进入到分析单元的d区;


所述?#34903;?4)中B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元的d区,E储液池产生的抗人
二抗液滴浸润分析单元的a、b、c区;


所述?#34903;?5)中C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元分别输送至分析单元
的a、b、c、d检测区进行显色反应。


采用上述技术方案,包括以下有益效果:本发明所提供的基于PCB板的数字微流控
芯片及病原体免疫检测方法,采用PCB板制造芯片,工艺成熟,简单,成?#38236;停?#36866;合商业化生
产;多层布线,可实现高密度、高通量电极排布,按需要排布;可进行多指标检测,能够大幅
度减少试?#26009;?#32791;量,针对血液筛查,能够?#26723;?#34880;站日常运行成本,市场前景较好。


附图说明


图1为本发明所提供基于PCB板的数字微流控芯片的结构示意图;


图2为本发明所提供基于PCB板的数字微流控芯片的电极布置示意图。


图中,


100、工作区;200、液滴生成单元;300、分析单元;


1、PCB板基底层;2、绝缘层;3、电极;4、特氟龙层;5、ITO玻璃;6、间隔层;7、120P插
槽;8、样本池;9、储液池;10、废液池;11、检测区。


具体实施方式


下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。


实施例:


本实施例提供了一种基于PCB板的数字微流控芯片,参阅图,包括上层芯片、下层
芯片和连接两者的间隔层6,所述上层芯片包括ITO玻璃5,所述下层芯片包括PCB板基底层
1,所述PCB板基底层1上设有引脚区和由电极形成的工作区100,所述工作区包括储液池9、
液滴生成单元200、样品池8、分析单元300和废液池10,所述PCB板基底层1上部设?#33455;?#32536;层
2,制作方法为:在PCB板基底层1上旋涂10um厚SU8-3010,整体紫外曝光15秒固化,形成绝缘
层。


所述储液池9通过液滴产生单元200与分析单元300连通,所述样品池8与所述分析
单元300连通,所述废液池10供分析单元反应后的废液流入。


所述储液池内灌注有抗体溶液,所述样品池内灌注有待测样品,所述废液池供反
应废?#21495;?#20837;;所述分析单元用于待测样品反应与检测;所述引脚区设有连接所述数字微流
控芯片与外界液滴驱动电路、电源的引脚。


所述间隔层6有两个,分设于所述数字微流控芯片的两端且位于工作区的两侧,每
个间隔层的上端与所述上层芯片连接,底端与下层芯片连接。在所形成的绝缘层表面再次
旋涂150um厚SU8-3050,用掩膜在SU8间隔层区曝光80s,乳酸?#38452;?#27927;去未曝光部?#37073;?#30041;下固
化的SU8间隔层。


所述ITO玻璃底面以及所述绝缘层顶面分别设有特氟龙层4。能够减小样本在电极
上的黏附,?#26723;?#28082;滴运动的阻力,同时有利于?#26723;?#26679;品间交叉污染的可能性。


所述引脚区设有120P插槽7,引脚区的引脚通过120P插槽以及插座连接外部控制
电路以便检测芯片的更换,外部控制信号可方便地加载到每个电极单元上。


本实施例中,所述储液池有5个,分别灌注鼠抗HbsAg抗体溶液、HRP标记抗鼠二抗、
HRP底物显色液、PBS缓冲液、HRP标记抗人IgG二抗;所述样品池有两个,分别灌注待测样品。


所述分析单元300有两个,每个分析单元对应连通一个样品池8,每个分析单元包
括四个检测区11,分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗HbsAg抗体、
HIV抗原、HCV抗原和TP抗原。


本实施例?#22266;?#20379;了一种采用上述数字微流控芯片的病原体免疫检测方法,包括如
下?#34903;瑁?br>

(1)样品池产生的样品样滴进入分析单元,在分析单元充?#22336;?#24212;,反应后的液滴排
入到废液池;


(2)D储液池产生PBS液滴,重复?#34903;?1)中样品样滴路径,洗去非特异结合血清,多
次重复后,废?#21495;?#20837;到废液池;


(3)A储液池产生鼠抗HbsAg抗体溶液,通过液滴生成单元进入到分析单元,反复浸
润后由D储液池产生PBS液滴进行润洗;


(4)B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元,E储液池产生的抗人二抗液滴浸润分
析单元,并用PBS洗涤;


(5)C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元输送至分析单元进行显色反应;


(6)反应结果由CCD拍照,并进行灰度分析,与阴性、阳性内控标准比较,自动做出
结果判断。


所述数字微流控芯片包括两个分析单元,每个分析单元对应连通一个样品池,每
个分析单元包括四个检测区,分别为a、b、c和d检测区,各检测区电极上分别对应包被有抗
HbsAg抗体、HIV抗原、HCV抗原和TP抗原;


所述?#34903;?3)中A储液池产生鼠抗HbsAg抗体溶液进入到分析单元的d区;


所述?#34903;?4)中B储液池产生的二抗液滴浸润分析单元的d区,E储液池产生的抗人
二抗液滴浸润分析单元的a、b、c区;


所述?#34903;?5)中C储液池生?#19978;?#33394;液液滴,通过液滴生成单元分别输送至分析单元
的a、b、c、d检测区进行显色反应。


以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技
术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护?#27573;?#20043;内。


关于本文
本文标题:基于PCB板的数字微流控芯片及病原体免疫检测方法.pdf
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