[0001] 本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片。

[0002] 微流控芯片又称为芯片实验室，是指把生物、化学和医学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块具有微米尺度微通道的芯片上，自动完成反应和分析的全过程。基于微流控芯片实现的分析检测装置的优点是：样本用量少，分析速度快，便于制成便携式仪器，非常适用于即时、现场分析，而且微流控芯片多为一次性使用产品，这样可省去复杂的清洗和废液处理等液路系统。要实现微流控芯片分析检测装置的自动化和集成化，就要尽可能多地将反应分析的各项功能集成到芯片上，而减少对芯片外操作的依赖，然而，相关技术中的微流控芯片的试剂存储，要么结构复杂，要么工艺复杂，从而造成微流控芯片作为耗材的成本过高，试剂的输送无法被准确和精确控制。

[0040] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0041] 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

[0042] 下面，参照附图，描述根据本发明实施例的微流控芯片100。根据本发明的实施例的微流控芯片100，可以用于生物样本分子检测等工作。

[0043] 如图1-图3所示，微流控芯片100包括：芯片基板1、芯片盖板2和储液囊袋3，芯片盖板2设于芯片基板1的顶面，芯片基板1具有预设液池11，预设液池11的顶面敞开，预设液池11的底壁设有刺破结构12，结合图4，芯片盖板2包括盖板本体21和控制阀片22，盖板本体21具有与预设液池11相对设置的开口区域210，控制阀片22设于开口区域210且与开口区域
210的局部边缘相连，以相对盖板本体21可向下弯折，回到图2，储液囊袋3固定于控制阀片
22的底部，且收纳于预设液池11，在控制阀片22带动储液囊袋3下移时，储液囊袋可被刺破结构12刺穿，以使储液囊袋3内的液体流入预设液池11。

[0044] 由此，可以将需要使用的液体(例如试剂)预先装在储液囊袋3中，在需要将储液囊袋3中的液体注入预设液池11中时，可以用仪器顶杆等方式下压控制阀片22，以带动储液囊袋3下移，使得储液囊袋3能够被预设液池11的底壁处的刺破结构12刺破，从而储液囊袋3中的液体可以流出，注入到预设液池11中，而在不需要将储液囊袋3中的液体注入预设液池11中时，不触动控制阀片22，控制阀片22维持在初始位置，储液囊袋3悬置在刺破结构12的上方，不被刺破结构12刺破，使得液体能够保持在储液囊袋3中。

[0045] 由此，根据本发明实施例的微流控芯片100，通过采用上述控制阀片22、储液囊袋3和刺破结构12组成的刺破机构注入试剂，刺破机构简单、易于实现、加工容易、耗材成本低，而且通过刺破机构注入试剂的操作可以被精准控制，减少人工操作时间，降低人工操作易造成的失误，提高微流控芯片100的使用可靠性、有效性和便捷性。

[0046] 在本发明的一些实施例中，如图4所示，控制阀片22的边缘具有一个连接部220，控制阀片22通过连接部220与开口区域210的局部边缘相连。由此，控制阀片22可以通过连接部220的变形实现向下弯折，且由于控制阀片22仅通过一个连接部220与开口区域210的边缘相连，从而可以通过减小连接部220的尺寸，来提高连接部220的变形容易性，即使得连接部220更加容易变形，保证刺破动作可以如期进行。

[0047] 而且，通过设置一个连接部220实现开口区域210与控制阀片22的连接，还可以方便加工制造，例如，芯片盖板2可以为一体件，在芯片盖板2上预留开口环形穿孔，或者，在芯片盖板2上后续加工出开口环形穿孔，即可获得控制阀片22。当然，本发明不限于此，控制阀片22和盖板本体21还可以为分体件且通过后续工序固定相连。此外，在本发明的其他实施例中，控制阀片22还可以通过间隔设置的多个连接部220与开口区域210的多处局部边缘相连，以提高控制阀片22维持在初始位置的可靠性。

[0048] 在本发明的一些实施例中，如图2和图5所示，预设液池11的底壁具有通液孔13，从而在储液囊袋3被刺破结构12刺破后，注入到预设液池11的液体可以简单、有效、快捷且可靠地从通液孔13流出，从而简化了微流控芯片100的结构，其中，刺破结构12可以设于通液孔13的边缘位置，也就是说，刺破结构12与通液孔13的边缘贴合或者相距较小间距，由此，极大程度地缩短了刺破位置和通液孔13之间的距离，从而在刺破结构12将储液囊袋3刺破后，储液囊袋3中的液体可以更加直接且快速地流入通液孔13。当然，在本发明的实施例中，也可以将预设液池11的底部设置为不平状态，例如在通液孔13处的地势较低，从而可以更加方便液体流向通液孔13。

[0049] 在本发明的一些实施例中，如图2和图5所示，刺破结构12包括多个刺破体121，每个刺破体121均为上端尖锐的多棱锥体，也就是说，刺破体121的横截面为多边形，且刺破体121的横截面积自下而上逐渐减小，从而刺破体121可以很容易地将储液囊袋3刺破，且由于刺破体121为多棱锥体，从而可以使得储液囊袋3的刺破口不规则，避免刺破口被刺破体121堵住，进而在储液囊袋3被刺破时，保证储液囊袋3中的液体可以更加可靠地流出，而且，多个刺破体121沿通液孔13的周向间隔设置，从而使得注入到预设液池11中的液体，也可以通过相邻两个刺破体121之间的间隙流入通液孔13，保证微流控芯片100可以可靠工作。

[0050] 在本发明的一些实施例中，如图2所示，预设液池11内具有支撑台14，储液囊袋3具有止挡檐30，在止挡檐30支撑于支撑台14时，控制阀片22带动储液囊袋3下移到下极限位置。也就是说，当储液囊袋3下移到下极限位置时，受支撑台14的支撑作用，储液囊袋3不会再继续下移，从而可以保证储液囊袋3与预设液池11底壁之间保持一定间距，以避免储液囊袋3堵住通液孔13，保证通液孔13可以顺利输送液体，保证微流控芯片100可以可靠工作。

[0051] 在本发明的一些实施例中，如图2和图3所示，储液囊袋3包括：上模31和下模32，上模31为平面结构且固定于控制阀片22的底部，下模32固定于上模31的底部，且下模32的中部下凹以与上模31之间限定出盛液腔33。由此，储液囊袋3的结构简单，便于加工和注入液体，且便于与控制阀片22连接。需要说明的是，储液囊袋3与控制阀片22的连接方式不限，例如可以粘贴相连。此外，需要说明的是，储液囊袋3的材质不限，例如可以为铝箔材质，例如在一个具体示例中，上模31和下模32均为铝箔膜热压而成，下模32的中心为凹陷形状，可以采用热压板先热压出此形状，下模32热压出凹陷形状后放入热压机下基板，之后通过蠕动泵注入相应试剂液体，然后通过流水线进入下一工位，进行上模31和下模32，的热压连接。

[0052] 在本发明的一些实施例中，如图8所示，微流控芯片100还包括设于芯片基板1的底面的膜泵片401、第一膜阀片1c1和第二膜阀片1c2，膜泵片401与芯片基板1的底面之间限定出膜泵腔402，芯片基板1具有样品池1a1、提取池1a2、第一流道1b1和第二流道1b2，第一流道1b1连通样品池1a1与膜泵腔402，第二流道1b2连通膜泵腔402与提取池1a2，第一膜阀片1c1作用于第一流道1b1，第二膜阀片1c2作用于第二流道1b2。

[0053] 由此，在核酸提取过程中，可以通过控制第一膜阀片1c1、第二膜阀片1c2及膜泵片401的运动，使液体在样品池1a1、膜泵腔402和提取池1a2之间，通过第一流道1b1和第二流道1b2往复运动，从而可以有效地提高混合效率，并通过第一膜阀片1c1、第二膜阀片1c2及膜泵片401的振动，进一步提高混合效率，从而有利于核酸提取。

[0054] 在本发明的一些实施例中，如图1和图7所示，可以在芯片基板1的底部设置芯片底膜4，芯片底膜4上具有膜泵区域41和多个膜阀区域42，芯片底膜4的除了膜泵区域41和膜阀区域42以外的部分都固定(例如焊接或者粘贴)在芯片基板1的底面，膜泵区域41和膜阀区域42不进行粘贴，以相对芯片基板1可上下振动，膜泵区域41可以作为上述膜泵片401，多个膜阀区域42可以包括上述第一膜阀片1c1和第二膜阀片1c2。由此，可以方便设置膜泵片401、第一膜阀片1c1和第二膜阀片1c2。当然，本发明不限于此，在本发明的其他实施例中，膜泵片401、第一膜阀片1c1和第二膜阀片1c2还可以为分别独立的弹性膜片，且分别单独通过边缘环圈粘贴在芯片基板1的底面，以满足不同实际要求。

[0055] 在本发明的一些实施例中，如图8所示，微流控芯片100还包括设于芯片基板1的底面的膜泵片401、第二膜阀片1c2、第三膜阀片1c3和第四膜阀片1c4，膜泵片401与芯片基板1的底面之间限定出膜泵腔402，芯片基板1具有提取池1a2、扩增检测池1a3、第二流道1b2、第三流道1b3和第四流道1b4，第二流道1b2连通膜泵腔402与提取池1a2，第三流道1b3和第四流道1b4相互独立，且第三流道1b3和第四流道1b4均连通膜泵腔402与扩增检测池1a3，第二膜阀片1c2作用于所述第二流道1b2，第三膜阀片1c3作用于第三流道1b3，第四膜阀片1c4作用于第四流道1b4。

[0056] 由此，在将核酸向输送的过程中，可以通过控制第二膜阀片1c2及膜泵片401的运动，使提取池1a2的核酸通过第二流道1b2输送至膜泵腔402，并通过控制第三膜阀片1c3及膜泵片401的运动，使膜泵腔402的核酸通过第三流道1b3输送至扩增检测池1a3，通过控制第四膜阀片1c4及膜泵片401的运动，使扩增检测池1a3的气体回流到膜泵腔402，从而保证核酸可以可靠且顺利地输送至扩增检测池1a3。

[0057] 简言之，通过设置第三流道1b3和第四流道1b4，使得扩增检测池1a3与膜泵腔402之间通过进液流道(即第三流道1b3)和出气流道(即第四流道1b4)，形成闭环流道回路，从而省去了设置出气孔结构，充分利用流道回路，使得核酸能顺利流入扩增检测池1a3。

[0058] 在本发明的一些实施例中，如图1和图7所示，可以在芯片基板1的底部设置芯片底膜4，芯片底膜4上具有膜泵区域41和多个膜阀区域42，芯片底膜4的除了膜泵区域41和膜阀区域42以外的部分都固定(例如焊接或者粘贴)在芯片基板1的底面，膜泵区域41和膜阀区域42不进行粘贴，以相对芯片基板1可上下振动，膜泵区域41可以作为上述膜泵片401，多个膜阀区域42可以包括上述第二膜阀片1c2、第三膜阀片1c3和第四膜阀片1c4。由此，可以方便设置膜泵片401、第二膜阀片1c2、第三膜阀片1c3和第四膜阀片1c4。当然，本发明不限于此，在本发明的其他实施例中，膜泵片401、第二膜阀片1c2、第三膜阀片1c3和第四膜阀片1c4还可以为分别独立的弹性膜片，且分别单独通过边缘环圈粘贴在芯片基板1的底面，以满足不同实际要求。

[0059] 在本发明的一些实施例中，如1和图5所示，芯片基板1具有多个液池101，每个液池101的顶面均敞开，且至少一个液池101为预设液池11。例如在图5和图8所示的示例中，多个液池101包括裂解池1a4、样品池1a1、提取池1a2、洗脱液池1a5、第一洗液池1a6、第二洗液池
1a7、废液池1a8和扩增检测池1a3，其中，裂解池1a4、提取池1a2、洗脱液池1a5、第一洗液池
1a6、第二洗液池1a7均为预设液池11，从而可以这些预设液池11的试剂注入，都可以通过上述刺破机构，从而可以减少人工操作时间，避免人工操作易造成的失误，提高微流控芯片
100的使用可靠性、有效性和便捷性。

[0060] 结合图6和图8，芯片基板1具有多个流道102，结合图1和图7，微流控芯片100还包括芯片底膜4，芯片底膜4设于芯片基板1的底面，且芯片底膜4上具有作用于流道102的膜泵区域41和多个膜阀区域42，即芯片底膜4的除了膜泵区域41和膜阀区域42以外的部分都固定(例如焊接或者粘贴)在芯片基板1的底面，膜泵区域41和膜阀区域42不进行固定，以相对芯片基板1可上下振动，起到泵液的作用。

[0061] 例如，多个流道102可以包括上述第一流道1b1、第二流道1b2、第三流道1b3，膜泵区域41可以作为上述膜泵片401，多个膜阀区域42可以包括上述第一膜阀片1c1、第二膜阀片1c2、第三膜阀片1c3，第一膜阀片1c1、第二膜阀片1c2和膜泵片401的配合动作，可以使第一流道1b1和第二流道1b2流通液体，第三膜阀片1c3和膜泵片401配合动作，可以使第三流道1b3流通液体。此外，需要说明的是，流道102用于连通设计互通的两个液池101，例如多个液池101可以包括上述样品池1a1、提取池1a2、扩增检测池1a3时，第一流道1b1和第二流道1b2用于连通样品池1a1和提取池1a2，第二流道1b2和第三流道1b3用于连通提取池1a2和扩增检测池1a3。

[0062] 在本发明的实施例中，全部流道102可以设于芯片基板1的底部和/或顶部，也就是说，全部流道102均可以设于芯片基板1的顶部且顶部敞开(如1所示)，或者，全部流道102均设于芯片基板1的底部且底部敞开，再或者，若干个流道102设于芯片基板1的顶部且顶部敞开，其余流道102设于芯片基板1的底部且底部敞开，又或者，某个或者某些流道102的局部设于芯片基板1的顶部且顶部敞开，这些流道102的其余部分设于芯片基板1的底部且底部敞开(如9所示)。由此，可以满足不同实际要求，设计更加灵活。需要说明的是，对于设于芯片基板1的底部且底部敞开的流道102(或流道102的局部)，可以采用芯片底膜4封闭流道102的敞开底面，对于设于芯片基板1的顶部且顶部敞开的流道102(或流道102的局部)，可以采用芯片盖板2封闭流道102的敞开顶面。

[0063] 下面，描述根据本发明一个具体实施例的微流控芯片100。

[0064] 如图1-图3所示，微流控芯片100可以包括：芯片基板1、芯片盖板2、储液囊袋3和芯片底膜4，芯片盖板2设于芯片基板1的上方，芯片底膜4设于芯片基板1的下方。如图4所示，芯片盖板2的材料可以为ABS，如图5-图6所示，芯片基板1的材料可以为PP，并通过注塑工艺加工，如图5所示，芯片基板1上具有顶部敞开的多个液池101，如图6所示，芯片基板1的底部具有底面敞开的多个流道102，所有的试剂都是在液池101和流道102流动和反应。

[0065] 如图7所示，芯片底膜4可以为弹性塑料复合薄膜，且可以为PP膜和PET膜的复合膜，其中，PET膜具有一定的弹性和韧性位于下层，PP膜位于上层且与芯片基板1的材质相同、相容性更佳，上层的PP膜与芯片基板1的下表面采用激光焊接方式焊接，在激光焊接时，芯片底膜4上的膜泵区域41和膜阀区域42被掩板遮掩、不被焊接(如膜阀区域42是图7中所示的小的圆形未被焊接的区域，膜泵区域41是图7中所示的大的圆形未被焊接的区域)，通过在外界给予正负压后将芯片底膜4的膜阀区域42和膜泵区域41驱动而被上推和下拉，单次的上推或者下拉实现膜阀区域42和膜泵区域41的关闭和打开动作，高频率的上下推拉实现混合芯片底膜4上空间内试剂的作用，其中膜泵区域41为膜泵片401且与芯片基板1的底面之间限定出膜泵腔402。

[0066] 如图5所示，芯片基板1上具有多个液池101，至少一个液池101为预设液池11，多个液池101分别为样品池1a1、裂解池1a4、第一洗液池1a6、第二洗液池1a7、洗脱液池1a5、提取池1a2、扩增检测池1a3和废液池1a8。结合图6，芯片基板1底部具有第一流道1b1(用于连通膜泵腔402与样品池1a1)、第二流道1b2(用于连通膜泵腔402与提取池1a2)、第三流道1b3(用于连通膜泵腔402与扩增检测池1a3)、第四流道1b4(用于连通膜泵腔402与扩增检测池1a3)、第五流道1b5(用于连通膜泵腔402与洗脱液池1a5)、第六流道1b6(用于连通膜泵腔
402与第一洗液池1a6)、第七流道1b7(用于连通膜泵腔402与第二洗液池1a7)、第八流道1b8(用于连通膜泵腔402与废液池1a8)以及第九流道1b9(用于连通裂解池1a4与样品池1a1)。

[0067] 结合图7和图8，多个膜阀区域42包括作用于第一流道1b1的第一膜阀片1c1、作用于第二流道1b2的第二膜阀片1c2、作用于第三流道1b3的第三膜阀片1c3、作用于第四流道1b4的第四膜阀片1c4、作用于第五流道1b5的第五膜阀片1c5、作用于第六流道1b6的第六膜阀片1c6、作用于第七流道1b7的第七膜阀片1c7、作用于第八流道1b8的第八膜阀片1c8。

[0068] 如图2和图3所示，芯片盖板2上有可以上下折弯的控制阀片22，控制阀片22的底面通过双面胶粘贴存储试剂的储液囊袋3，储液囊袋3收纳于预设液池11，当仪器中对应的压杆向下压芯片盖板2上的控制阀片22时，控制阀片22带动储液囊袋3向下运动，储液囊袋3被预设液池11底部的刺破结构12的尖端刺破，储液囊袋3中的试剂通过刺破结构12旁边的通液孔13流入芯片基板1底部对应的流道102中，进而进行特定的流动和反应。

[0069] 如图4和图8所示，样品池1a1为通孔，将样品加入样品池1a1后，盖上芯片盖板2，芯片盖板2上的相应的盖片23可以将其盖住密封(或者也可以不密封)。裂解池1a4的底部预埋有冻干或者风干的蛋白酶K，裂解池1a4内的储液囊袋3中储存裂解液，当裂解池1a4中的储液囊袋3被刺破后，裂解液流出到裂解池1a4与裂解池1a4底部预埋的蛋白酶K混合，将蛋白酶K复融，通过上下推拉膜泵区域41和对应的膜阀区域42，吸出和推回到样品池1a1中进行样本、裂解液和蛋白酶K的混合，混合后推回样品池1a1进行温域裂解，裂解后，通过上下推拉膜泵区域41和对应的膜阀区域42，将其打入到提取池1a2中。

[0070] 如图8所示，提取池1a2的底部具有预埋的冻干磁珠，裂解完的样本将磁珠溶解后，通过仪器吸打膜泵区域41和对应的膜阀区域42进行混合，磁珠提取的混合采用上下游流道102混合和芯片底膜4的上下振动混合相结合，提高混合效率。磁珠抓取到核酸之后，首先向提取池1a2注入第一洗液池1a6中刺破获得的漂洗液，并通过芯片底膜4的上下振动洗掉杂蛋白，然后仪器中的磁铁吸住磁珠后，将膜泵中的试剂打入废液池1a8。接着向提取池1a2注入第二洗液池1a7中刺破获得的漂洗液，重复上一步的漂洗过程，洗去盐离子和一些小分子，最后向提取池1a2注入洗脱液池1a5中的刺破获得的洗脱液，熔解洗脱核酸，将洗脱下来的核酸经由膜泵腔402和第三流道1b3打入到扩增检测池1a3，扩增检测池1a3通过第四流道
1b4连通膜泵腔402实现通气，保证核酸模板能顺利泵入到扩增检测池1a3。

[0071] 在上述的过程中，配套仪器中的磁铁上移，一直保持吸附磁珠的状态，在将核酸打入扩增检测池1a3后，仪器将磁铁下移，将膜泵腔402中的试剂和提取池1a2中的磁珠打入废液池1a8。核酸在扩增检测池1a3经过恒温扩增或者聚合酶链式反应(即PCR)后，通过仪器的光学检测部分对扩增产物进行分析检测。

[0072] 上述步骤可以简述为：加入样本，盖上芯片盖板2，下压与裂解池1a4相对的控制阀片22，使盛装裂解液的储液囊袋3被刺破。芯片底膜4上的膜泵区域41和对应的膜阀区域42吸打，混合裂解液和样本，芯片底膜4上的膜泵区域41和对应的膜阀区域42吸打，使混合后的裂解样本被泵送到提取池1a2，推吸芯片底膜4上的膜泵区域41和对应的膜阀区域42，使液体在上下游流道102来回流动与提取池1a2的磁珠混合，驱动芯片底膜4上对应的区域上下振动，更加充分混合，磁珠最终抓取到核酸，经由膜泵腔402和第三流道1b3，将提取池1a2提取的核酸及试剂泵送到扩增检测池1a3，同时，扩增检测池1a3通过第四流道1b4，将其内部的气泡排出到膜泵腔402，在扩增检测池1a3进行扩增，并通过仪器检测机构进行原位光学扫描检测，并输出检测结果。

[0073] 由此，根据本发明实施例的微流控芯片100，可以在完成裂解、核酸提取、核酸扩增和光学检测的基础上，实现试剂的存储和定量输送，减少人工操作时间和易造成的失误，试剂的存储结构(储液囊袋3)和扎破机构(即刺破结构12)简单而易于实现，此外，扩增检测池1a3与膜泵腔402之间由进液流道(即第三流道1b3)和出气流道(即第四流道1b4)相结合，形成闭环流道回路，减少了出气孔的设计，简化了结构。

[0074] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0075] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。