本發明專利技術涉及一種采取雙驅動耦合模式的艾滋病診斷用微流控芯片裝置，屬于分析測試領域。以廉價且極易加工的聚二甲基硅氧烷即PDMS來制作艾滋病診斷用微流控芯片的基片，存在一系列的障礙；本案針對該系列障礙。本案要點是，基片選定具有原生態表面的PDMS，并在該微流控芯片的試樣液流終端其近鄰位置固定裝設微型超聲波換能器，以超聲波降低界面張力，同時利用PDMS對超聲波的強吸收能力，達成超聲波強度在短距離內快速遞減，從而在該芯片的兩端形成界面張力差異，該差異提供一種驅趕試樣液流沿疏水毛細通道向該終端方向流動的力量，該力量并且同時與結構中包含的微泵其機械性泵送力量相互支持、協同運作，藉此一攬子地克服該系列障礙。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種采取雙驅動耦合模式的艾滋病診斷用微流控芯片裝置，該微流控芯片裝置是基于抗原/抗體特異性反應來診斷艾滋病的專用裝置，屬于分析測試領域。
技術介紹
相關多通道微流控艾滋病診斷技術背景，可以參見CN 200910151219.0等專利技術專利申請案。僅就微流控技術其本身的整體概貌而言，可以參見著名微流控專家林炳承先生不久前出的專著“圖解微流控芯片實驗室”，該專著已經由科學出版社出版，該專著對微流控技術的過去、現在，以及，未來展望等等方面，都有著詳盡的、深入到具體細節的長篇論述。那么，下面要談談本案關注的重點問題。微流控芯片的基本架構，包括刻蝕有微小液流通道的基片以及與之貼合在一起的蓋片，所述基片上的微小液流通道，在裝配上蓋片之前，表觀上看就是一些微槽道，要等到在其上覆蓋了蓋片之后，才真正閉合形成所述微小液流通道，該微槽道的槽道內表面連同包繞著該微槽道的那部分蓋片一起構成所述的微小液流通道；那么，顯然，裝配完成了之后的該微小液流通道，它的內表面面積的主要部分是那個微槽道的內表面面積，換句話說，該微槽道內表面的狀態或性質基本上決定了該微小液流通道的整體狀態或性質；因此說，這個構建在基片上的微槽道的內表面狀態或內表面性質是關鍵因素；原則上講，任何的能夠保持或基本保持其固體形態的材料，都能夠用來制作基片及蓋片，比如，能夠用作基片及蓋片的材料可以是單晶硅片、石英片、玻璃片、高聚物如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等等；當然，基片的選材和蓋片的選材可以相同，也可以不相同；從材料耗費、制作難度以及應用普及前景等等方面來看，這些材料之間存在不小差異，尤其是那個基片的選材，影響較大。在各種基片制作材料中，聚二甲基硅氧烷，即PDMS，相對而言十分容易成型，在這樣的基片上制作微槽道極其簡單，并且該材料成本低廉，以該聚二甲基硅氧烷材料制作基片，在其上壓制或刻蝕微槽道，并與玻璃或聚丙烯或其它塑料片等廉價材料制作的蓋片相配合，貌似是一種比較理想的選擇；當然，蓋片材料也可以選擇使用廉價的聚二甲基硅氧烷材料：那么，這種基片選材為聚二甲基硅氧烷材料的方案，材料極便宜，制作極簡易，看似也應當極易于普及、推廣。但是，事情并非如此簡單。其一，這個聚二甲基硅氧烷材料，即縮寫字母PDMS所指代的材料，其本身是一種強烈疏水的材料，在這一材料上構建微槽道，如果不進行針對該微槽道表面的改性操作，那么，整體裝配完成之后，即蓋上蓋片后，因結構中的所述微槽道其內表面占據了大部分的液流通道的內表面，那么，該PDMS微槽道內表面其強烈的疏水特性，是決定性因素，它會使得類似于水溶液的極性液體微細液流的通過變得十分困難，其流動阻力之大，甚至一般的微泵都難以推動，當然，如果蓋片也選擇使用該PDMS材料，那么，問題基本上一樣，大同小異；因此，在現有技術之中，特別針對該PDMS材料上的微槽道內表面進行改性修飾，是必須的操作；那么，這個針對PDMS微槽道內表面的改性操作很麻煩嗎？那倒也不是這個問題，構成嚴重技術困擾的，是另一個問題：這個PDMS材料基片其體相內部的PDMS聚合物分子具有自動向表面擴散、遷移的特性，這種基片體相內部PDMS聚合物分子自動向表面擴散、遷移的特性，將使得經過表面改性修飾的那個微槽道其內表面的改性之后的狀態并不能維持足夠長的時間，那個經表面改性之后的微槽道其內表面狀態的維持時間大致僅夠完成實驗室內部測試實驗的時間需要；換句話說，經過表面改性或表面修飾的該PDMS微槽道內表面，其改性之后或曰修飾之后所形成的表面狀態并不能持久，而是很快地自動趨于或曰變回表面改性之前的表面狀態，在較短的時間里就回到那種原本的強烈疏水的表面狀態，那么，試想，這樣的微流控芯片能夠大量制作、大量儲存、廣泛推廣嗎，答案很明顯，那就是，不可能。這個PDMS材料上的微槽道，不做表面修飾的話，類似于水溶液的極性溶液微細液流無法泵送通過，芯片也就沒法使用；而如果做了表面修飾，又無法持久保持其修飾之后的狀態，還是同樣無法推廣應用。那么，如何做到既能夠利用廉價的PDMS材料來制作基片，而又能夠解除所述微槽道內表面修飾狀態無法持久、芯片無法大量制作、大量儲備進而廣泛推廣這樣一個令本領域眾多專業人員長期糾結的困擾，就是一個明擺著的其技術障礙不可小覷的高難度問題。該高難度問題已經存在很多個年頭了，迄今為止，尚未得到妥善解決。其二，未經表面修飾的PDMS材料，上文已經述及，其表面強烈疏水，這種強烈疏水的材料表面并且還有另一個問題，那就是，這種強烈疏水的PDMS表面會吸附生物大分子，并且，這些被吸附的生物大分子還會進一步地在PDMS表面上更深一步的沉陷，漸陷漸深，直至沉陷入到PDMS基片的體相之內，其實，這種過程，部分地也是由于PDMS材料體相內部聚合物分子具有向表面擴散、遷移運動所導致；這種情況，也可以從另一個角度來解釋，即，持續不斷地由PDMS體相內部向其表面擴散、遷移的那些聚合物分子，其運動的結果，是逐漸地將那些已經被表面吸附的生物大分子卷入PDMS基片的體相之內，簡單地說，這些被吸附的生物大分子就是被PDMS基片體相吞沒了；那么，這種PDMS基片體相吞沒生物大分子的現象，其所造成的影響，必然是導致涉及生物大分子的各類實驗測試數據的嚴重偏差。如上所述，PDMS基片的問題是，它不但表面吸附生物大分子，而且吞沒生物大分子，這樣一來，作為實驗測試對象的生物大分子其消失不會因為表面飽和吸附而停止，而是，不斷被吸附，還不斷地被吞沒。關于PDMS基片在相關實驗測試過程中其體相不斷吞沒測試相關生物大分子的現象，另一種解釋是說，PDMS體相內存在大量的微小氣孔，相關生物大分子被表面吸附之后，沉陷進入這些微小氣孔，進而被吞沒；然而，本案專利技術人認為，那些能夠容許微小尺度的空氣分子擠入其間的所述微小氣孔，不等于說它們也能直接容許相對大尺度的生物大分子進入，兩者在尺度上差別巨大，不可一概而論。撇開解釋，無論怎樣，作為相關測試分析對象的生物大分子被PDMS基片微槽道內表面吸附，進而不斷被PDMS基片體相所吞沒，這是已知客觀存在的現象。為了阻止這種PDMS基片體相對于生物大分子的吞沒作用，可以從遏制PDMS表面對生物大分子的吸附來著手解決，辦法就是針對該PDMS材料表面進行化學修飾改性，對于以PDMS為基片材料的情況來講，就是對所述的微槽道部分的表面進行化學修飾改性，經過化學修飾改性的所述微槽道內表面，能夠遏制其對生物大分子的吸附，進而避免生物大分子被PDMS基片體相所吞沒；但是，還是那個老問題，那就是，PDMS材料表面上的化學修飾改性之后的表面狀態無法持久保持，該PDMS基片體相內部的聚合物分子其自動向表面擴散、遷移的過程，會很快地將那個經過表面化學修飾改性的微槽道內表面狀態變回原本的強烈疏水并且強烈吸附生物大分子的狀態，換句話說，無論該領域專業人員們怎樣折騰，該PDMS基片其微槽道內表面總是快速地向強烈疏水表面狀態演變。那么，如何既能夠獲得PDMS材料價格極其低廉、基片制作極其簡易的好處，又能夠達成長期遏制該PDMS基片微槽道內表面對生物大分子的吸附進程，進而阻止PDMS基片體相對生物大分子的吞沒作用，使得相關芯片制成品能夠維持一個足夠長時間的、合理的保質期，就是一個十分棘手的難題本文檔來自技高網...
【技術保護點】
采取雙驅動耦合模式的艾滋病診斷用微流控芯片裝置，該裝置的結構包括多通道微流控芯片，該微流控芯片的結構包括相互貼合裝設在一起的基片和蓋片，所述基片和蓋片均為板狀物或片狀物，該基片的面向該蓋片的那個面含有經由模壓工藝或刻蝕工藝形成的槽道結構，相互貼合安裝在一起的該基片與該蓋片共同構建成了含有管道結構的微流控芯片，該管道的結構位置位于該基片與該蓋片相互貼合的交界區域，該管道的兩端分別與該微流控芯片的進樣端以及終端連接，該進樣端是該微流控芯片試樣溶液的注入端，該終端是該微流控芯片實際進樣測試時其芯片內試樣溶液流動的終端，該終端與該進樣端相互遠離，該終端與該進樣端之間的距離介于3厘米與10厘米之間，在該管道內不同位置上依序裝設有工作電極以及對電極以及參比電極，所述工作電極由導電性電極以及貼附在該導電性電極上的包埋了艾滋病特異性抗體的金膠敏感膜構成，該管道的構造呈并聯構造，所述呈并聯構造的管道由四條分支管道并聯構成，所述工作電極的數量是四個，該四個工作電極的裝設位置分別位于所述四條分支管道內，以及，該四個工作電極其表層金膠敏感膜結構中的特異性抗體分別是對艾滋病抗原能特異性結合的四種艾滋病抗體物質，該四種抗體物質分別是艾滋病抗體p24以及艾滋病抗體gp41以及艾滋病抗體gp120以及艾滋病抗體gp36，所述工作電極其材質是黃金材質或熱分解導電高分子材質，所述工作電極其形貌呈現片狀或絲狀，其特征在于，該基片其材質是聚二甲基硅氧烷材質，該基片其表面是原生形態的表面，該原生形態的表面其意思指的是沒有經過任何表面化學修飾或任何表面化學改性的該材質的原生形態的表面，該裝置的結構還包括微型超聲波換能器，以及，高頻振蕩電訊號傳輸電纜，該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端與該微型超聲波換能器連接在一起，該微型超聲波換能器貼附地裝設在該微流控芯片的蓋片或基片的鄰近所述終端的位置；該微型超聲波換能器其主要功能是在微流控芯片實際進樣測試時，利用其所發射的超聲波來降低試樣溶液與該微流控芯片其內部通道的內壁之間的界面張力，使其能夠相容，并且，利用所述進樣端以及所述終端與該微型超聲波換能器裝設位置之間的距離差異以及其所感受到的超聲波強度上的差異，誘導形成所述進樣端其界面張力與所述終端其界面張力之間的差異，該微流控芯片該兩端之間的界面張力差異會在該微流控芯片的該兩端之間形成壓力差異，該壓力差異會驅動試樣溶液向所述終端流動；該微型超聲波換能器其功能還包括以其所發射的超聲波遏止試樣中所含有的生物大分子其在該微流控芯片其內部通道內表面上的吸附，進而遏止該聚二甲基硅氧烷材質的基片其體相對該生物大分子的吞沒作用；柔軟并具彈性的該聚二甲基硅氧烷材質的基片其功能包括以其對超聲波強烈吸收的性質，對超聲波進行強烈吸收，并藉此在該微流控芯片該終端到該進樣端之間的有限的短距離之內實現超聲波強度的快速遞減；以及，微泵，該微泵與該進樣端連接；該微泵的功能是，在該試樣溶液與該微流控芯片其內部通道的內壁之間的界面張力受該超聲波作用而降低、相間相容性增加的前提條件下，以該微泵的機械性泵送力量來與該超聲波誘導的所述兩端之間的界面張力差異其所帶來的驅動力量互相支持、互相調適、互相耦合，以協同運作的方式匯聚成一股驅動試樣液流向所述終端方向流動的力量。...
【技術特征摘要】
1.采取雙驅動耦合模式的艾滋病診斷用微流控芯片裝置，該裝置的結構包括多通道微流控芯片，該微流控芯片的結構包括相互貼合裝設在一起的基片和蓋片，所述基片和蓋片均為板狀物或片狀物，該基片的面向該蓋片的那個面含有經由模壓工藝或刻蝕工藝形成的槽道結構，相互貼合安裝在一起的該基片與該蓋片共同構建成了含有管道結構的微流控芯片，該管道的結構位置位于該基片與該蓋片相互貼合的交界區域，該管道的兩端分別與該微流控芯片的進樣端以及終端連接，該進樣端是該微流控芯片試樣溶液的注入端，該終端是該微流控芯片實際進樣測試時其芯片內試樣溶液流動的終端，該終端與該進樣端相互遠離，該終端與該進樣端之間的距離介于3厘米與10厘米之間，在該管道內不同位置上依序裝設有工作電極以及對電極以及參比電極，所述工作電極由導電性電極以及貼附在該導電性電極上的包埋了艾滋病特異性抗體的金膠敏感膜構成，該管道的構造呈并聯構造，所述呈并聯構造的管道由四條分支管道并聯構成，所述工作電極的數量是四個，該四個工作電極的裝設位置分別位于所述四條分支管道內，以及，該四個工作電極其表層金膠敏感膜結構中的特異性抗體分別是對艾滋病抗原能特異性結合的四種艾滋病抗體物質，該四種抗體物質分別是艾滋病抗體p24以及艾滋病抗體gp41以及艾滋病抗體gp120以及艾滋病抗體gp36，所述工作電極其材質是黃金材質或熱分解導電高分子材質，所述工作電極其形貌呈現片狀或絲狀，其特征在于，該基片其材質是聚二甲基硅氧烷材質，該基片其表面是原生形態的表面，該原生形態的表面其意思指的是沒有經過任何表面化學修飾或任何表面化學改性的該材質的原生形態的表面，該裝置的結構還包括微型超聲波換能器，以及，高頻振蕩電訊號傳輸電纜，該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端與該微型超聲波換能器連接在一起，該微型超聲波換能器貼附地裝設在該微流控芯片的蓋片或基片的鄰近所述終端的位置；該微型超聲波換能器其主要功能是在微流控芯片實際進樣測試時，利用其所發射的超聲波來降低試樣溶液與該微流控芯片其內部通道的內壁之間的界面張力，使其能夠相容，并且，利用所述進樣端以及所述終端與該微型超聲波換能器裝設位置之間的距離差異以及其所感受到的超聲波強度上的差異，誘導形成所述進樣端其界面張力與所述終端其界面張力之間的差異，該微流控芯片該兩端之間的界面張力差異會在該微流控芯片的該兩端之間形成壓力差異，該壓力差異會驅動試樣溶液向所述終端流動；該微型超聲波換能器其功能還包括以其所發射的超聲波遏止試樣中所含有的生物大分子其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李榕生，馮小彬，吳大珍，雷克微，劉海波，王葉，陳夢，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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