專利名稱：一種微流控芯片分析儀及配套芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微流控芯片分析儀，尤其涉及采用激光照射驅動待測液體流動的微流控芯片分析儀以及配套的專用芯片。
背景技術：
目前，微流控芯片是以微管道網絡為結構特征，其材料選擇和通道設計是微流控芯片以及相應分析儀技術發(fā)展的關鍵因素。最初的微流控芯片是利用光刻、濕腐蝕技術、電感耦合等離子體刻蝕等技術在玻璃、石英、硅片上刻蝕出微通道。但是，以玻璃、石英、硅片為基質來制作微流控芯片技術工藝復雜、冗長、步驟煩瑣、成本高。近年來，微流控芯片多采用高分子材料，例如剛性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、彈性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等，以利用其加工容易、成本低等的優(yōu)點。高分子材料為基質的微流控芯片通常采用壓模，注塑，X光刻蝕或激光刻蝕等方法制作。
上述現有技術的微流控芯片，均需要在工作分析區(qū)制作大量微通道，例如在一塊片基上加工96條微通道，因此存在制造技術復雜、工藝步驟多、制作成本高的缺點。此外，現有技術微流控芯片分析儀中對待測液體流動采用高壓電場或泵驅動源，增加了芯片結構的復雜程度，也增加了對芯片上液體驅動控制的難度。
因此，需要一種結構簡單、制作成本低、液體流動控制簡單精確的微流控芯片以及相應的分析儀。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種微流控芯片分析儀以及配套的專用微流控芯片，可以克服現有技術微流控芯片存在的結構、制作工藝復雜、及液體流動驅動控制困難的缺陷。
首先介紹本發(fā)明的微流控芯片分析儀和專用芯片的基本結構以及其工作原理。本發(fā)明的微流控芯片利用絕緣材料表面充有電荷后水浸潤性的變化，使芯片分析工作區(qū)表面具有親水性，從而引導待測液體在芯片表面流動。而這種絕緣材料表面充有電荷的過程是通過本發(fā)明的微流控芯片分析儀執(zhí)行，具體地說，分析儀內的可控光源對芯片表面進行精確照射，實現芯片表面預定路線上水浸潤性改變，由此實現待測液體流動的可控性；同時可采用另一可控光源照射已充電區(qū)域下方的光導材料，改變其電導率，可使該充電區(qū)域通過接地放電恢復其表面疏水性。兩種方法結合，可實現待測液體可控、可逆流動，并通過采用虹吸腔的方式將待測液體分割出所需體積。
本發(fā)明的第一種微流控芯片，在光學玻璃或透明塑料材料的基板，例如聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)表面，通過真空磁控濺射、真空化學沉積等表面成膜技術，形成透明導電薄膜，該層透明導電膜采用例如氧化銦錫材料，然后在該層透明導電膜上沉積第一層光導材料，該第一層光導材料可采用例如硒碲合金材料，該層光導材料具有在藍綠激光照射下材料層內部沿與層表面垂直方向呈現低電阻的物理特性，在上述第一層光導材料上再沉積具有光伏特性的第二層光伏材料，該第二層光伏材料采用例如二氧化鈦(TiO2)材料，該第二層光伏材料具有在紫外線激光照射下被照射表面充電而呈現親水性的物理特性，在第二層光伏材料上設置以塑料為基材的雙面膠襯板層，雙面膠襯板層具有小于0.2毫米的厚度，該雙面膠襯板層為具有缺口的矩形環(huán)狀，矩形環(huán)內所包圍的第二層光伏材料上表面為分析工作區(qū)，在第二層光伏材料上表面分析工作區(qū)內表面涂覆一層硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使第一層光伏材料上的分析工作區(qū)具有強疏水性，雙面膠襯板上設置蓋片，蓋片采用光學石英玻璃或其它可透明紫外線光束的透明材料，例如聚丙烯酸酯塑料，在蓋片下表面對應分析工作區(qū)的部分也涂覆硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使蓋片下表面對應分析工作區(qū)的部分具有強疏水性，由此形成分析工作區(qū)上高度小于等于0.2毫米的空腔。蓋片上表面通過絲網印刷方式加上定位標記，用于芯片在分析儀中使用時進行定位。利用雙面膠襯板將沉積了透明導電膜、第一層光導材料、第二層光伏材料并在分析工作區(qū)涂覆疏水性薄膜的基板與蓋片緊密結合并相互固定。在環(huán)狀雙面膠缺口外的第二層光伏材料上表面保留了儲液區(qū)，該儲液區(qū)用于將待測液體直接滴注在芯片該區(qū)域，然后將芯片放置在分析儀進行測試分析。
在本發(fā)明的上述第一種微流控芯片中，包圍分析工作區(qū)的矩形環(huán)狀部件也可以通過光刻、壓模等加工工藝將具有一定硬度的0.2毫米厚膠質材料例如光刻膠直接成型在第二層光伏材料上表面，獲得與第二層光伏材料層黏合為一體的膠質材料層構成的矩形環(huán)狀部件，并且形成高度小于等于0.2毫米的分析工作區(qū)上方空腔，然后在分析工作區(qū)內第二層光伏材料上表面涂覆疏水性材料薄膜，加蓋片與膠質材料層結合固定。
使用時，芯片被放置在本發(fā)明的分析儀的載物工作臺上，該載物工作臺由兩臺步進電機驅動，該載物工作臺可根據實際需要放置若干張芯片進行測試，例如放六張芯片，通過分析儀將微流控芯片的第一層透明導電薄膜接地，分析儀內載物工作臺上下分別設置有上工作臺和下工作臺，上工作臺由兩臺步進電機驅動，以便上工作臺連同所安裝的紫外線激光頭在二維平面內精確移動，使得上工作臺上所安裝的紫外線激光頭精確對準分析工作區(qū)內所需要照射位置，紫外線激光頭發(fā)出的聚焦紫外線激光透射過透明蓋片后照射在本發(fā)明芯片第二層光伏材料的分析工作區(qū)，在第二層光伏材料表面定點形成表面充電區(qū)域，該充電區(qū)使得分析工作區(qū)表面相應位置形成親水區(qū)域，下工作臺同樣由兩臺步進電機驅動在二維平面內精確移動，控制下工作臺上所安裝的藍綠光激光頭精確移動以便對準第一層光導材料層上所指定位置，藍綠光激光頭發(fā)出的聚焦藍綠光激光透射過基板和透明導電膜后，照射在第一層光導材料上，在光導材料內形成沿該層厚度方向上低電阻的定點區(qū)域，由于該低電阻區(qū)域使得該第一層光導材料之上的第二層光伏材料在對應位置上的充電電荷經過第一層低電阻光導材料和透明導電膜接地放電，從而使分析工作區(qū)上表面喪失親水性而恢復強疏水性，由于分析工作區(qū)上方的微高度空腔部分形成基于毛細原理的虹吸通道，通過控制紫外線激光頭的精確移動和藍綠光激光頭的精確移動來形成親水區(qū)連續(xù)移動，從而引導待測液體從儲液區(qū)進入分析工作區(qū)，并按照紫外線激光頭的運動路線使待測液體在分析工作區(qū)表面受控地流動到指定位置并形成可控的分布。在本發(fā)明芯片的使用中，芯片上分析工作區(qū)內預定位置上預先固定干燥狀態(tài)的化學分析試劑，分析試劑的位置相對應于蓋片上表面的定位標記，以便分析儀在分析試驗中能夠按照定位標記將待測液體引導到指定化學分析試劑位置進行生化反應。反應開始一定時間后，通過對激光誘導熒光或化學發(fā)光信號檢測，從而獲得待測物質的測試結果。測試光信號的檢測探頭與紫外線激光頭一同安裝在上工作臺上，二個步進電機驅動上工作臺在二維平面內運動，以便將檢測探頭精確移動到分析工作區(qū)內的目標位置進行光信號強度測量。
通過采用本發(fā)明的微流控芯片并采用相應分析儀進行上述控制，不但可把待測液流導引到需要的地方，而且還可以控制其分布的大小。并且這種待測液體的導引過程不但是可控的，而且是可逆的。
本發(fā)明的第二種微流控芯片為第一種芯片的簡化，由于采用較大功率例如0.1W至1.0W范圍的紫外線激光照射第一層光導材料層上表面，從而直接在該第一層光導材料層上表面附近產生氣體放電，使得第一層光導材料層上表面附近的氣體形成等離子體，此等離子體使得疏水性材料薄膜表面帶電，同樣可實現在分析工作區(qū)上表面形成親水區(qū)。此第二種芯片技術方案可以省略前述芯片技術方案中的第二層光伏材料層，矩形環(huán)狀的雙面膠襯板直接將基板上的第一層光導材料與蓋片相互結合固定，在雙面膠襯板所包圍的第一層光導材料上表面仍然涂覆同第一種芯片技術方案相同的疏水性薄膜。第二種芯片技術方案與第一種芯片相比，進一步簡化芯片結構和制造工序。但是，此第二種芯片結構在分析工作區(qū)表面形成的虹吸溝道平面尺寸精度稍差，并且分析儀的紫外線激光頭需要較大的照射功率，芯片及分析儀的其它結構組成不變，在進行精度要求不高的生化測試時，使用此第二種芯片技術方案和分析儀可以進一步降低芯片制備的工藝難度，同時減少芯片制備成本。
利用本發(fā)明的微流控芯片分析儀及本發(fā)明芯片，可大規(guī)模應用于臨床、食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)境、畜牧、農業(yè)等方面所需的快速、集成檢測分析，與現有的常規(guī)微流控芯片分析技術相比，由于不需要在芯片上加工密集的微通道，具有芯片結構簡單、制造成本低，可大規(guī)模實際應用的優(yōu)點。還可用于集成微反應器等其它領域。


圖1為本發(fā)明第一種微流控芯片的第一實施例結構立體圖；圖2為本發(fā)明第一種微流控芯片的第二實施例結構立體圖；圖3為本發(fā)明第二種微流控芯片的第一實施例結構立體圖；圖4為本發(fā)明分析儀中紫外線激光頭和藍綠光激光頭的結構示意圖；圖5為本發(fā)明微流控芯片分析儀的結構示意圖；圖6為載物工作臺結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施例詳細解釋本發(fā)明的微流控芯片及所對應的分析儀結構。
圖5表示本發(fā)明分析儀的結構。如圖5所示，本發(fā)明的微流控芯片1被安置在分析儀的載物工作臺4上，載物工作臺結構如圖6所示，載物工作臺4為矩形網格框架，有六個中空的矩形邊框，可以同時在邊框中鑲嵌六個本發(fā)明的芯片，圖6中的載物工作臺4在一個邊框中鑲嵌了一塊芯片1，載物工作臺4由步進電機41和步進電機42驅動，將當前需要進行分析測試的芯片定位在上工作臺2與下工作臺3之間；載物工作臺4之上為上工作臺2，上工作臺2上設置有紫外線激光頭23和檢測探頭24，上工作臺2由步進電機21和步進電機22驅動在與載物工作臺4平行的二維平面內運動，將上工作臺2上的紫外線激光頭23或檢測探頭24精確定位在所測試芯片的預定位置；載物工作臺4之下為下工作臺3，下工作臺3上設置有藍綠光激光頭33，下工作臺3由步進電機31和步進電機32驅動在與載物工作臺4平行的二維平面內運動，將下工作臺3的藍綠光激光頭33精確定位在所測試芯片的預定位置；操作面板6上設置有操作按鍵和液晶顯示器，可以用于手動操作載物工作臺4、紫外線激光頭23、藍綠光激光頭33、檢測探頭24的移動，并在液晶顯示器上顯示分析結果；操作面板6上按鍵產生的操作信號傳遞給控制電路5，由控制電路5將操作信號轉換為對上工作臺步進電機21和步進電機22、下工作臺步進電機31和步進電機32、載物工作臺步進電機41和步進電機42的控制信號，控制上、下工作臺和載物工作臺的動作，控制電路5還控制上工作臺2上安裝的紫外線激光頭23及下工作臺4上安裝的藍綠光激光頭33的激光輻射輸出，以及接收來自檢測探頭24的檢測信號，并將檢測信號轉換為檢測結果數據傳送給操作面板，由操作面板6的液晶顯示器顯示檢測結果；控制電路5還連接輸入輸出接口7，通過輸入輸出接口7接收來自外部設備例如個人計算機對上工作臺2、下工作臺3和載物工作臺4的操作控制指令，并通過輸入輸出接口7將檢測結果輸出給外部設備例如個人計算機。本發(fā)明的微流控芯片分析儀所采用的檢測探頭由光學透鏡組和光電倍增管組成，或者由光學透鏡組和電荷耦合器件組成。本發(fā)明的微流控芯片在采用激光誘導熒光方式檢測時，在上工作臺2上設置誘導激光源，例如近紫外發(fā)光二極管(LED)激光源。如圖4所示，紫外線激光頭23和藍綠光激光頭33均由激光器和透鏡組組成。所述藍綠光激光頭發(fā)射波長范圍400至550nm的藍綠激光。
圖1表示本發(fā)明的第一種微流控芯片結構具體實例。如圖1和圖2所示，矩形形狀的光學玻璃或透明塑料材料基板101，其上為一層氧化銦錫透明導電薄膜102，形狀、尺寸與基板101相同，透明導電薄膜102在芯片長方向一端的兩個角部位暴露出矩形區(qū)域110和111作為放電接頭，用于接地放電，再上一層為第一層光導材料硒碲合金層103，光導材料層形狀、尺寸除了在放電接頭區(qū)域110和111之外均與基板101相同，之上為第二層光伏材料二氧化鈦層104，其形狀、尺寸除了在放電接頭區(qū)域110和111之外均與基板101相同，再上一層為塑料基材的雙面膠襯板105為矩形環(huán)狀，矩形環(huán)狀襯板105一端設置了缺口109，襯板105外輪廓寬度與光學玻璃基板101相同、長度小于光學玻璃基板101、厚度小于等于0.2毫米，襯板105粘接固定在第二層光伏材料層104上，缺口109對準第二層光伏材料層靠近放電接頭區(qū)域110和111一端上表面設置的儲液區(qū)108，襯板另一端與第二層光伏材料層的另一端對齊，襯板105矩形環(huán)結構所包圍的第二層光伏材料層上表面區(qū)域涂覆硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，作為分析工作區(qū)，襯板105上粘接固定蓋片106，蓋片106為矩形且長度、寬度與襯板105等同并且四邊與襯板105對齊定位，蓋片106上以絲網印刷方式設置定位標記107，用于分析過程中激光頭與檢測探頭定位。如圖2所示，儲液區(qū)108暴露在第二層光伏材料層表面，用于保存待測液體。在本發(fā)明微流控芯片制作中，需要精確控制各層材料尤其是基板和蓋片的幾何尺寸，尺寸誤差必須小于10微米。
以血糖和尿酸化驗為例，說明如何利用本發(fā)明的微流控芯片及相應分析儀。在利用本發(fā)明的第一種微流控芯片制作血糖及尿酸分析芯片時，首先在光學玻璃基板101上形成透明導電薄膜層102、第一層光導材料層103、第二層光伏材料層104，透明導電薄膜層在芯片設置儲液區(qū)一端的兩角保留暴露的放電接頭區(qū)域110和111，并且在預定的分析工作區(qū)涂覆硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，形成芯片半成品。選擇矩形芯片半成品的一個邊作為定位邊，在微量分液機平臺上將芯片放置在準確位置。將分別包含葡萄糖氧化酶、過氧化物酶例如過氧化氫酶、魯米諾以及尿酸酶、過氧化物酶例如過氧化氫酶、魯米諾的溶液幾微升滴加在芯片第二層光伏材料層疏水性分析工作區(qū)內的確定位置，經過干燥后上述化學分析試劑以干燥方式保留在該確定位置，上述位置被簡稱為酶點。由于芯片尺寸被精確控制，這樣酶點距芯片定位邊的距離被確定，保留酶點位置參數以用于分析儀測試過程中激光頭及檢測探頭的定位。類似地，在第二層光伏材料層一端上表面確定儲液區(qū)位置，并保留相應的位置參數。之后，在第二層光伏材料層104上加襯板105及蓋片106緊密封接，并在蓋片106上預定位置已設置定位標記107，確定該定位標記與定位邊的相對位置，在芯片被放置在分析儀的載物工作臺時，以該定位標記107識別芯片的定位邊，并根據各個酶點與定位邊之間的位置參數確定各個酶點在分析儀內位置，從而可以精確控制分析儀的激光頭和檢測探頭對酶點定位。
化驗分析時，在上述第一種芯片1的儲液區(qū)108處加上適量待測血清后，將芯片放入分析儀，芯片透明導電薄膜層102在芯片設置儲液區(qū)108的一端處于暴露狀態(tài)的放電接頭區(qū)域110和111通過分析儀的接地導線端子接地。分析儀通過定位標記107確定芯片的定位邊，并結合酶點位置參數和儲液區(qū)位置參數確定各個酶點及儲液區(qū)位置，通過上工作臺2的紫外線激光頭23聚焦照射芯片分析工作區(qū)內特定位置表面，使該表面充電，形成親水性區(qū)域微通道，待測液體沿親水性區(qū)域形成的微通道流動，進入芯片分析工作區(qū)上的微高度空腔。同樣利用上工作臺2的紫外線激光頭23聚焦照射芯片分析工作區(qū)內距離酶點不遠的地方，通過移動紫外線激光頭23形成直徑2毫米的圓形親水性區(qū)域，在此圓形區(qū)域上利用微高度空腔的高度可獲得確定體積的待測血清。然后利用下工作臺3的藍綠光激光頭33聚焦照射對應上述圓形區(qū)域沿圓切線處的進液微通道區(qū)域，使得該進液微通道區(qū)域通過透明導電薄膜102和放電接頭區(qū)域101、111放電，使通道區(qū)域親水性消失，則分析工作區(qū)內圓形區(qū)域處的待測血清與儲液區(qū)之間的微通道聯系被切斷，圓形區(qū)域形成相對獨立的待測血清液滴。仍然利用上工作臺2的紫外線激光頭23聚焦照射形成引流通道，將圓形區(qū)域內待測血清引流到酶點所在區(qū)域，與化學試劑接觸并進行反應，一定時間后利用上工作臺2上的檢測探頭24進行光強度測量，測量出的光強度信號傳輸給控制電路5，由控制電路5根據光強度信號換算出待測血清中血糖及尿酸含量結果數據，結果數據被傳輸給操作面板6或通過輸入輸出接口7輸出給外部設備。
圖2所示為本發(fā)明第一種芯片結構的第二實施例，如圖2所示，其中直接在第二層光伏材料層上通過光刻、壓模等方式直接加工形成0.2毫米厚度并且成矩形環(huán)狀的膠質層，該膠質層在本實施例中使用光刻膠形成，由于膠質層直接形成在第二層光伏材料層，使得膠質層構成的包圍分析工作區(qū)的矩形環(huán)與第二層光伏材料層形成一體結構，如圖2中附圖標記104/105所示的一體結構層。圖2所示第一種芯片第二實施例化學分析試劑的設置、定位和待測液體注入方式均與第一實施例相同，在此不再重復描述。圖2所示第一種芯片第二實施例的使用方式尤其是透明導電薄膜層102通過分析儀接地的方式也與圖1所示的第一種芯片第一實施例完全相同。
圖3表示本發(fā)明的第二種微流控芯片結構具體實施例。第二種芯片結構與圖1所示第一種芯片的區(qū)別在于可以省略第一種芯片技術方案中的第二層光伏材料層104，矩形環(huán)狀的雙面膠襯板105將第一層光導材料層103與蓋片106相互結合固定，在雙面膠襯板層105所包圍的第一層光導材料層103上表面區(qū)域仍然涂覆同第一種芯片技術方案相同的疏水性材料薄膜，并且在雙面膠襯板層105的缺口109外的第一層光導材料層103上表面同樣設置儲液區(qū)108。第二種芯片技術方案與第一種芯片相比，由于省略了第二層光伏材料層104，從而進一步簡化芯片結構和制造工序。圖3中第二種芯片結構中除了省略第二層光伏材料層104外，其余各層均與圖1所示第一種芯片實施例相同。本發(fā)明的上述第二種芯片在分析工作區(qū)內設置化學分析試劑并對試劑位置定位的方法均與圖1所示第一種芯片第一實施例完全相同，在此不重復描述。本發(fā)明此第二種芯片的使用方式與第一種芯片類似，唯一區(qū)別在于本發(fā)明分析儀上工作臺2的紫外線激光頭23以0.1至1.0瓦的較高功率照射第二種芯片內第一層光導材料層103上表面涂覆有疏水性材料薄膜的分析工作區(qū)，由于較高功率激光照射使得分析工作區(qū)表面空氣被電離，形成等離子體，該等離子體使得分析工作區(qū)上表面帶電從而使被照射區(qū)域具有親水性，其余分析操作過程包括芯片在分析儀內透明導電薄膜層102的接地方式均與第一種芯片第一實施例使用方式相同。
圖1、2、3所示各個芯片技術方案中，相同材料形成的層和相同的結構部分以相同的附圖標記表示。本領域技術人員應當注意，本說明書實施例中僅僅對芯片材料和所使用激光波段進行舉例式說明，任何能夠在激光照射下產生光導特性、光伏特性的其它材料以及任何照射相應材料能夠產生光導特性、光伏特性的其它波段激光光源均可以作為替代性芯片材料和替代性分析儀光源使用。例如，當使用硒化砷(Se-As)材料作為第一層光導材料層103的材料時，由于該硒化砷材料對于紅外線激光敏感，因此在圖5所示的與此硒化砷材料作為第一層光導材料層芯片配合使用的分析儀下工作臺3上的藍綠光激光頭應當替換為紅外線激光頭。除了上述硒碲合金材料和硒化砷材料外，其他光導材料例如硫化鎘(CdS)材料、無定型硅(A-Si)材料和有機光導材料(OPC)等也可以作為本發(fā)明芯片第一層光導材料層103的材料使用，自然也應當在本發(fā)明微流控芯片分析儀的下工作臺3上安裝能夠發(fā)射所述材料敏感波長激光的激光頭。同樣地，第二層光伏材料層104也可以使用二氧化鈦以外的其它光伏材料，自然也應當在本發(fā)明微流控芯片分析儀的上工作臺2上安裝能夠發(fā)射所使用光伏材料敏感波長激光的激光頭。本發(fā)明芯片中的透明導電薄膜層102也可以使用氧化銦錫外的其他透明導電材料。本發(fā)明的芯片形狀也不限于圖1至3中所示的矩形形狀，本領域技術人員可以根據需要靈活采用其他的芯片形狀。例如，當需要時可以在芯片長度方向兩端都設置儲液區(qū)108和缺口109，甚至還可以采用正方形芯片并在正方形四邊均設置儲液區(qū)108和缺口109。
采用本發(fā)明的微流控芯片以及配套的分析儀在實際使用中，測試的指標可根據需要添加、集成，以實現多通道、大通量測試。
權利要求
1.一種微流控芯片分析儀，其中所述微流控分析儀包括載物工作臺(4)，為網格狀矩形平臺，其中設置六個中空方框，每個方框內鑲嵌一塊微流控芯片，載物工作臺(4)由兩臺步進電機(41、42)驅動；其特征在于所述分析儀進一步包括上工作臺(2)，位于載物工作臺(4)之上，上工作臺(2)由兩臺步進電機(21、22)驅動，上工作臺上安裝的紫外線激光頭(23)和檢測探頭(24)；下工作臺(3)，位于載物工作臺(4)之下，下工作臺(3)由兩臺步進電機(31、32)驅動，下工作臺上安裝藍綠光激光頭(33)；操作面板(6)，其與控制電路(5)之間連接信號線路，操作面板(6)上設置有按鍵和液晶顯示器，用于操作人員手動按鍵產生對上工作臺(2)、下工作臺(3)的操作信號，并將操作信號傳遞給控制電路(5)，還用于由操作面板(6)的液晶顯示器顯示化學分析檢測結果；控制電路(5)，用于將操作信號轉換為對上工作臺步進電機(21)和步進電機(22)、下工作臺步進電機(31)和步進電機(32)、載物工作臺步進電機(41)和步進電機(42)的控制信號，控制上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的動作，控制電路(5)還用于控制上工作臺上安裝的紫外線激光頭(23)及下工作臺上安裝的藍綠光激光頭(33)的輸出，以及接收來自檢測探頭(24)的檢測信號，并將檢測信號轉換為檢測結果數據傳送給操作面板(6)；控制電路(5)還與輸入輸出接口(7)之間連接信號線路；輸入輸出接口(7)接收來自外部設備對上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的操作控制指令，并通過信號線路傳輸給控制電路(5)，輸入輸出接口(7)還將來自控制電路(5)的檢測結果信息輸出給外部設備；微流控芯片包括光學玻璃或透明光學塑料材料的基板(101)，基板之上為一層透明導電薄膜(102)，透明導電薄膜(102)在芯片長方向兩角暴露出矩形區(qū)域(110)和(111)作為放電接頭，用于通過分析儀接地放電，透明導電膜之上為第一層光導材料(103)，第一層光導材料之上為第二層光伏材料(104)，第二層光伏材料上設置以塑料為基材的雙面膠襯板層(105)，雙面膠襯板層具有小于0.2毫米的厚度，該雙面膠襯板層為具有缺口(109)的矩形環(huán)狀，矩形環(huán)狀雙面膠襯板橫向長度小于基板橫向長度、而縱向寬度等于基板縱向寬度，矩形環(huán)狀雙面膠內所包圍的第二層光伏材料(104)上表面為分析工作區(qū)，在第二層光伏材料上表面分析工作區(qū)內的表面上涂覆一層強疏水性薄膜，雙面膠襯板(105)上設置透明材料蓋片(106)，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分也涂覆強疏水性薄膜，由第二層光伏材料(104)上表面、矩形環(huán)狀雙面膠襯板(105)、蓋片(106)形成分析工作區(qū)上高度小于等于0.2毫米的空腔，蓋片(106)上表面以絲網印刷方式加上定位標記(107)，雙面膠襯板(105)將沉積了透明導電膜(102)、第一層光導材料(103)、第二層光伏材料(104)并在分析工作區(qū)涂覆疏水性薄膜的基板(101)與蓋片(106)緊密結合并相互固定，矩形環(huán)狀雙面膠襯板(105)的缺口(109)外的第二層光伏材料上表面保留了儲液區(qū)(108)。
2.根據權利要求1的所述微流控芯片分析儀，其特征在于構成基板(101)的所述透明光學塑料材料為聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，基板(101)之上的所述透明導電薄膜(102)材料為氧化銦錫，所述第一層光導材料(103)為硒碲合金，所述第二層光伏材料(104)為二氧化鈦(TiO2)，在第二層光伏材料(104)上表面分析工作區(qū)內表面涂覆一層強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，所述透明材料蓋片(106)采用光學石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分涂覆的強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜。
3.一種微流控芯片分析儀，其中所述微流控分析儀包括載物工作臺(4)，為網格狀矩形平臺，其中設置六個中空方框，每個方框內鑲嵌一塊微流控芯片，載物工作臺(4)由兩臺步進電機(41、42)驅動；其特征在于所述分析儀進一步包括上工作臺(2)，位于載物工作臺(4)之上，上工作臺(2)由兩臺步進電機(21、22)驅動，上工作臺上安裝的紫外線激光頭(23)和檢測探頭(24)；下工作臺(3)，位于載物工作臺(4)之下，下工作臺(3)由兩臺步進電機(31、32)驅動，下工作臺上安裝藍綠光激光頭(33)；操作面板(6)，其與控制電路(5)之間連接信號線路，操作面板(6)上設置有按鍵和液晶顯示器，用于操作人員手動按鍵產生對上工作臺(2)、下工作臺(3)的操作信號，并將操作信號傳遞給控制電路(5)，還用于由操作面板(6)的液晶顯示器顯示化學分析檢測結果；控制電路(5)，用于將操作信號轉換為對上工作臺步進電機(21)和步進電機(22)、下工作臺步進電機(31)和步進電機(32)、載物工作臺步進電機(41)和步進電機(42)的控制信號，控制上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的動作，控制電路(5)還用于控制上工作臺上安裝的紫外線激光頭(23)及下工作臺上安裝的藍綠光激光頭(33)的輸出，以及接收來自檢測探頭(24)的檢測信號，并將檢測信號轉換為檢測結果數據傳送給操作面板(6)；控制電路(5)還與輸入輸出接口(7)之間連接信號線路；輸入輸出接口(7)接收來自外部設備對上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的操作控制指令，并通過信號線路傳輸給控制電路(5)，輸入輸出接口(7)還將來自控制電路(5)的檢測結果信息輸出給外部設備；微流控芯片包括光學玻璃或透明光學塑料材料的基板(101)，基板之上為一層透明導電薄膜(102)，透明導電薄膜(102)在芯片長方向兩角暴露出矩形區(qū)域(110)和(111)作為放電接頭，用于通過分析儀接地放電，透明導電膜之上為第一層光導材料(103)，第一層光導材料之上為第二層光伏材料(104)，第二層光伏材料上形成膠質材料層(105)，膠質材料層具有小于0.2毫米的厚度，該膠質材料層為具有缺口(109)的矩形環(huán)狀，膠質材料層與第二層光伏材料結合為一體結構(104/105)，矩形環(huán)狀膠質材料層橫向長度小于基板橫向長度、而縱向寬度等于基板縱向寬度，矩形環(huán)狀膠質材料層所包圍的第二層光伏材料(104)上表面為分析工作區(qū)，在第二層光伏材料(104)上表面分析工作區(qū)內的表面上涂覆一層強疏水性薄膜，膠質材料層上設置透明材料蓋片(106)，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分也涂覆強疏水性薄膜，由第二層光伏材料(104)上表面、矩形環(huán)狀膠質材料層(105)、蓋片(106)形成分析工作區(qū)上高度小于等于0.2毫米的空腔，蓋片(106)上表面以絲網印刷方式加上定位標記(107)，膠質材料層(105)將沉積了透明導電膜(102)、第一層光導材料(103)、第二層光伏材料(104)并在分析工作區(qū)涂覆疏水性薄膜的基板(101)與蓋片(106)緊密結合并相互固定，矩形環(huán)狀膠質材料層缺口(109)外的第二層光伏材料上表面保留了儲液區(qū)(108)。
4.根據權利要求3的所述微流控芯片分析儀，其特征在于構成基板(101)的所述透明光學塑料材料為聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，基板(101)之上的所述透明導電薄膜(102)材料為氧化銦錫，所述第一層光導材料(103)為硒碲合金，所述第二層光伏材料(104)為二氧化鈦(TiO2)，在第二層光伏材料(104)上表面分析工作區(qū)內表面涂覆一層強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，所述膠質材料層(105)采用的材料為光刻膠，所述透明材料蓋片(106)采用光學石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分涂覆的強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜。
5.一種微流控芯片分析儀，其中所述微流控分析儀包括載物工作臺(4)，為網格狀矩形平臺，其中設置六個中空方框，每個方框內鑲嵌一塊微流控芯片，載物工作臺(4)由兩臺步進電機(41、42)驅動；其特征在于所述分析儀進一步包括上工作臺(2)，位于載物工作臺(4)之上，上工作臺(2)由兩臺步進電機(21、22)驅動，上工作臺上安裝的紫外線激光頭(23)和檢測探頭(24)，紫外線激光頭(23)的功率為0.1瓦至1.0瓦；下工作臺(3)，位于載物工作臺(4)之下，下工作臺(3)由兩臺步進電機(31、32)驅動，下工作臺上安裝藍綠光激光頭(33)；操作面板(6)，其與控制電路(5)之間連接信號線路，操作面板(6)上設置有按鍵和液晶顯示器，用于操作人員手動按鍵產生對上工作臺(2)、下工作臺(3)的操作信號，并將操作信號傳遞給控制電路(5)，還用于由操作面板(6)的液晶顯示器顯示化學分析檢測結果；控制電路(5)，用于將操作信號轉換為對上工作臺步進電機(21)和步進電機(22)、下工作臺步進電機(31)和步進電機(32)、載物工作臺步進電機(41)和步進電機(42)的控制信號，控制上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的動作，控制電路(5)還用于接收來自檢測探頭(24)的檢測信號，并將檢測信號轉換為檢測結果數據傳送給操作面板(6)；控制電路(5)還與輸入輸出接口(7)之間連接信號線路；輸入輸出接口(7)接收來自外部設備對上工作臺(2)、下工作臺(3)和載物工作臺(4)的操作控制指令，并通過信號線路傳輸給控制電路(5)，輸入輸出接口(7)還將來自控制電路(5)的檢測結果信息輸出給外部設備；微流控芯片包括光學玻璃或透明光學塑料材料的基板(101)，基板之上為一層透明導電薄膜(102)，透明導電膜之上為第一層光導材料(103)，透明導電薄膜(102)在芯片長方向兩角暴露出矩形區(qū)域(110)和(111)作為放電接頭，用于通過分析儀接地放電，第一層光導材料(103)上設置以塑料為基材的雙面膠襯板層(105)，雙面膠襯板層具有小于0.2毫米的厚度，該雙面膠襯板層為具有缺口(109)的矩形環(huán)狀，矩形環(huán)狀雙面膠襯板橫向長度小于基板橫向長度、而縱向寬度等于基板縱向寬度，矩形環(huán)狀雙面膠內所包圍的第一層光導材料(103)上表面為分析工作區(qū)，在第一層光導材料上表面分析工作區(qū)內的表面上涂覆一層強疏水性薄膜，雙面膠襯板(105)上設置透明材料蓋片(106)，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分也涂覆強疏水性薄膜，由第一層光導材料(103)上表面、矩形環(huán)狀雙面膠襯板(105)、蓋片(106)形成分析工作區(qū)上高度小于等于0.2毫米的空腔，蓋片(106)上表面以絲網印刷方式加上定位標記(107)，雙面膠襯板(105)將沉積了透明導電膜(102)、第一層光導材料(103)并在分析工作區(qū)涂覆疏水性薄膜的基板(101)與蓋片(106)緊密結合并相互固定，矩形環(huán)狀雙面膠襯板(105)的缺口(109)外的第一層光導材料上表面保留了儲液區(qū)(108)。
6.根據權利要求4的所述微流控芯片分析儀，其特征在于構成基板(101)的所述透明光學塑料材料為聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，基板(101)之上的所述透明導電薄膜(102)材料為氧化銦錫，所述第一層光導材料(103)為硒碲合金，在第一層光導材料(103)上表面分析工作區(qū)內表面涂覆一層強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，所述透明材料蓋片(106)采用光學石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，在蓋片(106)下表面對應分析工作區(qū)的部分涂覆的強疏水性薄膜為硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜。
7.一種微流控芯片的待測液體驅動方法，所述方法用于驅動如同權利要求1至4所述芯片上待測液體，所述方法包括步驟在微流控芯片光伏材料層上表面設置的疏水材料薄膜形成的分析工作區(qū)內預定位置設置化學分析試劑，并確定試劑與微流控芯片定位邊之間的相對位置；在微流控芯片光伏材料層上表面設置的儲液區(qū)內注入待測液體；以紫外線激光照射分析工作區(qū)內指定區(qū)域位置的光伏材料層，光伏材料層充電，使得分析工作區(qū)表面該指定區(qū)域具有親水性，該親水性區(qū)域與分析工作區(qū)表面上方的微高度空間形成虹吸效應，將待測液體吸引流入該親水性區(qū)域；以藍綠光激光照射對應分析工作區(qū)內指定區(qū)域下方位置的光導材料層，使得光導材料層內相應位置電阻降低，從而將光伏材料層相應位置所充電荷通過光導材料層和光導材料層之下的透明導電薄膜層接地放電，使對應分析工作區(qū)的指定區(qū)域喪失親水性而恢復疏水性；紫外線激光和藍綠光激光在分析工作區(qū)內沿預定線路交替照射，引導待測液體從儲液區(qū)流入設置了化學分析試劑的特定位置。
8.一種微流控芯片的待測液體驅動方法，所述方法用于驅動如同權利要求5至6所述芯片上待測液體，所述方法包括步驟在微流控芯片光導材料層上表面設置的疏水材料薄膜形成的分析工作區(qū)內預定位置設置化學分析試劑，并確定試劑與微流控芯片定位邊之間的相對位置；在微流控芯片光導材料層上表面設置的儲液區(qū)內注入待測液體；以較高功率的紫外線激光照射分析工作區(qū)內指定區(qū)域位置的光導材料層，光導材料層表面空氣被電離形成等離子體，所述等離子體使得分析工作區(qū)表面該指定區(qū)域充電而具有親水性，該親水性區(qū)域與分析工作區(qū)表面上方的微高度空間形成虹吸效應，將待測液體吸引流入該親水性區(qū)域；以藍綠光激光照射對應分析工作區(qū)內指定區(qū)域位置的光導材料層，使得光導材料層內相應位置電阻降低，從而將光導材料層表面電荷通過光導材料層和光導材料層之下的透明導電薄膜層接地放電，使對應分析工作區(qū)的指定區(qū)域喪失親水性而恢復疏水性；紫外線激光和藍綠光激光在分析工作區(qū)內沿預定線路交替照射，引導待測液體從儲液區(qū)流入設置了化學分析試劑的特定位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用激光照射驅動待測液體流動的微流控芯片分析儀以及配套的專用芯片，所述的微流控芯片分析儀通過可控光源對芯片分析工作區(qū)表面預定線路進行精確照射，使芯片分析工作區(qū)表面具有親水性，從而引導待測液體在芯片表面可控、可逆流動，并可獲取確定體積的待測液體。此微流控芯片分析儀及芯片可大規(guī)模應用于臨床、食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)境、畜牧、農業(yè)等方面所需的快速、集成檢測分析，與現有技術微流控芯片分析技術相比，不需要在芯片上加工密集的微通道，具有芯片結構簡單、制造成本低的優(yōu)點。
文檔編號G01N35/08GK1715931SQ200510090260
公開日2006年1月4日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權日2005年8月12日
發(fā)明者宗小林 申請人:宗小林