CN105562130A - 微流控芯片及用其进行内毒素检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微流控芯片，包括芯片主体，能够在水平方向做离心转动；内毒素检测装置，位于芯片主体上；内毒素检测装置包括：样品添加装置，其包括加样腔体、与加样腔体排气端连接进行排气的第一流道以及与加样腔体输出端连接的第二流道；第二流道通过毛细力和离心力将加样腔体内的样品输出；检测装置，其分别与第一流道和第二流道连接；检测装置接收并对第二流道输出的样品依次进行定量、混合反应和显色检测的处理；检测装置对第二流道输出的样品进行定量的同时，通过第一流道进行排气。本发明将内毒素的所有检测过程集中到一块微流控芯片上，具有自动化水平高、内毒素检测准确性高、检测便利的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微流控领域与医学检测领域，更具体地说，本发明涉及一种微流控芯片及其进行内毒素检测的方法。
背景技术
细菌内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁外膜的脂多糖成分，其能作用于人体细胞，使之释放内源性热源，能导致人体发热、寒颤、呕吐、休克甚至死亡。内毒素是许多疾病的病因，其中败血性休克最为常见。由于侵袭性医疗程序和免疫抑制剂应用的增多，革兰氏阴性菌败血症的发病率正逐年增加。据统计，在过去的20年中，美国革兰阴性菌败血症的发病率增加了10倍，达到10万～30万人。重症革兰氏阴性菌感染引起的内毒素血症所致SIRS(SystemicInflammatoryResponseSyndrome，全身炎症反应综合征)以及由此而来的MODS(MetadataObjectDescriptionSchema，低血压、多脏器功能衰竭综合征)，其病死率一直居高不下。必须对药物、水源、食品、医疗器械及生物制品生产过程的质量控制以及最终的质量鉴定进行内毒素检测，严格控制其内毒素含量从而保障人民的身体健康。
基于鲎试剂的凝胶法或显色法是目前检测内毒素最成熟的方法。由于显色法可以精确定量的优势，已逐渐成为最主流的内毒素检测方法。按《中国药典2010》附录XIE细菌内毒素检测法规定，在用显色法做定量检测时，需要至少制备12管作为干扰试验(包括供试品溶液≥2管；标准曲线中点供试品溶液≥2管；至少3个浓度的溶液，每种≥2管；检查用水≥2管)，且每一管都需要经历样品稀释、添加一种或数种试剂、添加显色剂和混匀的过程。当所有工作都完成后，将此12测试管放置于温控腔中恒温至少一个小时时间，并根据测试方法的不同选择连续吸光度测试或者终点吸光度测试。同时，为了消除环境热源对测试的影响，整个测试过程都需要在无菌环境下进行检测，且所有的测试管、移液枪头等都必须去热源。可见内毒素的检测过程非常庞杂与繁琐，耗时长，且收操作人员影响较大，很容易出错。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种微流控芯片，通过能够在水平方向做离心转动的芯片主体上设置内毒素检测装置，在芯片主体上实现样品的加入、定量、运输、与试剂的混合、显色法检测等全过程，即内毒素的所有检测过程集中到一块微流控芯片上，提高了内毒素检测的自动化水平，去除了人为因素的干扰，降低了仪器对操作人员的要求，进一步提高内毒素检测的准确性和便利性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明所述的微流控芯片，包括：芯片主体，其能够在水平方向做离心转动；内毒素检测装置，其位于所述芯片主体上；其中，所述内毒素检测装置包括：
样品添加装置，其包括加样腔体、与所述加样腔体排气端连接进行排气的第一流道以及与所述加样腔体输出端连接的第二流道；所述第二流道通过毛细力和离心力将所述加样腔体内的样品输出；
检测装置，其分别与所述第一流道和所述第二流道连接；所述检测装置接收并对所述第二流道输出的样品依次进行定量、混合反应和显色检测的处理；所述检测装置对所述第二流道输出的样品进行定量的同时，通过所述第一流道进行排气。
优选的是，所述检测装置包括样品定量装置，所述样品定量装置包括：
第三流道，其通过毛细力和离心力接收所述第二流道输出样品，所述第三流道输出端连接所述第一流道进行排气；
样品定量腔体，其对所述第三流道接收的样品进行定量填充。
优选的是，所述样品定量装置还包括接收所述第三流道内定量填充后多余样品的多余样品存放腔体，所述多余样品存放腔体连接所述第一流道进行排气。
优选的是，所述检测装置包括试剂反应装置，所述试剂反应装置包括：
试剂存放腔体；
试剂，其呈冻干状或风干状，所述试剂预先封装在所述试剂存放腔体内；
第四流道，其通过毛细力和离心力将所述样品定量腔体内的样品输送给所述试剂存放腔体。
优选的是，所述检测装置包括显色检测装置，所述显色检测装置包括：
显色检测腔体；
第五流道，其通过毛细力和离心力将所述试剂存放腔体内混合反应后的样品输送给所述显色检测腔体。
优选的是，所述试剂存放腔体的体积大于所述样品定量腔体的体积。
优选的是，所述样品定量腔体、所述试剂存放腔体以及所述显色检测腔体数量相同；所述样品定量腔体为至少四个：至少两个所述样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂和显色剂，至少两个所述样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂、显色剂以及标准内毒素。
优选的是，流道的等效直径从大到小的顺序依次是所述第二流道、所述第三流道、所述第四流道、所述第五流道。
一种应用微流控芯片进行内毒素检测的方法，包括以下步骤：
S1，通过加样腔体的加样端加入样品；
S2，对微流控芯片进行第一次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下充满所述第二流道；
S3，对微流控芯片进行第二次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从所述第二流道进入所述样品定量腔体；
S4，对微流控芯片进行第三次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从所述样品定量腔体进入所述试剂存放腔体；
S5，调整离心的转速使其在±30rpm之间转变，促使样品在所述试剂存放腔体内与所述试剂充分混合；
S6，对微流控芯片进行第四次离心处理，使得混合后的样品进入所述显色检测腔体，调整所述显色检测腔体的温度，对混合后的样品进行检测；
其中，转速从小到大的顺序依次是第一次离心、第二次离心、第三次离心、第四次离心。
优选的是，第一次离心的转速是20～60rpm，时间是20～40s；第二次离心的转速是200～400rpm、时间是60～120s；第三次离心的转速是800～1000rpm，时间是30s；第四次离心的转速是1300～2000rpm，时间20～40s。
本发明至少包括以下有益效果：
1)通过能够在水平方向做离心转动的芯片主体上设置内毒素检测装置，在芯片主体上实现样品的加入、定量、运输、与试剂的混合、显色法检测等全过程，即内毒素的所有检测过程集中到一块微流控芯片上，提高了内毒素检测的自动化水平，去除了人为因素的干扰，降低了仪器对操作人员的要求，进一步提高内毒素检测的准确性和便利性；
2)第三流道内的样品依次进入填充样品定量腔进行定量，第三流道内定量填充后多余样品被多余样品存放腔体接收，有利于控制样品定量的准确性。
3)加样腔体通过其排气端对加入样品进行排气，样品定量装置通过其第三流道输出端连接第一流道进行排气，多余样品存放腔体连接第一流道进行排气，三道排气程序，提高样品排气率，进一步提高内毒素检测的准确率；
4)试剂存放腔体的体积大于样品定量腔体的体积，则通过样品定量腔体定量后的样品进入试剂存放腔体后并未填满试剂存放腔体，使得样品与试剂存放腔体的试剂在离心运动配合下可被加速混合，提高样品与试剂混合和反应的效率；
5)第二流道、第三流道、第四流道、第五流道的等效直径依次变小，则对应的毛细力依次变小，配合第一次离心、第二次离心、第三次离心、第四次离心的转速依次变大，使得样品在当前流道经过一次离心运动后，只会流向接下来的一个流道，而非接下来的几个流道，实现样品的每一步检测。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的微流控芯片的结构示意图；
图2为本发明图1的内毒素检测装置的放大图；
图3(a)-图3(f)为本发明所述的微流控芯片进行内毒素检测的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1和图2所示，本发明所述的微流控芯片，用于内毒素检测，微流控芯片包括能够在水平方向做离心转动的芯片主体1和位于芯片主体1上的内毒素检测装置2。内毒素检测装置2包括样品添加装置21和检测装置。样品添加装置21包括加样腔体211、与加样腔体211排气端连接进行排气的第一流道212以及与加样腔体211输出端连接的第二流道213；第二流道213通过毛细力和离心力将加样腔体211内的样品输出。检测装置分别与第一流道212和第二流道213连接；检测装置接收并对第二流道213输出的样品依次进行定量、混合反应和显色检测的处理；检测装置对第二流道213输出的样品进行定量的同时，通过第一流道212进行排气。
本发明提供的微流控芯片，通过能够在水平方向做离心转动的芯片主体1上设置内毒素检测装置2，在芯片主体1上实现样品的加入、定量、运输、与试剂的混合、显色法检测等全过程，即内毒素的所有检测过程集中到一块微流控芯片上，提高了内毒素检测的自动化水平，去除了人为因素的干扰，降低了仪器对操作人员的要求，进一步提高内毒素检测的准确性和便利性。加样腔体211通过其排气端对加入样品进行排气，检测装置对第二流道213输出的样品进行定量的同时通过第一流道212进行排气，两道排气程序，提高了样品的排气率，进一步提高内毒素检测的准确率。
作为本发明的另一种实施方式，微流控芯片的材质为亚克力，通过数控机床直接加工而成。
作为本发明的另一种实施方式，芯片主体1为在水平方向可做离心转动的任意形状，本发明优选便于旋转平衡的圆形；芯片主体1可通过任意方式在水平方向做离心转动，如图1所示，本发明优选在圆形的芯片主体1的圆心处设置芯片装夹孔11，芯片装夹孔11的边侧设有朝向芯片主体1的定位槽111，则芯片主体1通过芯片装夹孔11以及定位槽111与外界转轴卡接带动芯片主体1转动，实现芯片主体1在水平方向做离心转动。
作为本发明的另一种优选实施方式，第二流道213为可实现虹吸的倒置的U型流道，且倒置U型的第二流道213顶端离芯片主体1的距离比加样腔体211离芯片主体1的距离更小，在离心力、毛细力和虹吸力的配合下，更有利于加样腔体211内的样品进入第二流道213并流出。
作为本发明的另一种实施方式，加样腔体211为具有较大长宽比的弧形结构，弧形结构与芯片主体1同圆心。加样腔体211朝向圆心的第一侧的加料端设有加料孔2111、排气端设有排气孔2112，第二侧靠近加料孔2111的一端为封闭端、另一端连接第二流道212用于输出样品，弧形结构的加样腔体211便于加入其中的样品通过离心运动的不同转速进行初步混匀。
作为本发明的另一种实施方式，检测装置包括样品定量装置22，样品定量装置22包括第三流道221和样品定量腔体222。第三流道221为与芯片主体1同圆心的弧状结构，第三流道221距离芯片主体1圆心的距离大于加样腔体211距离芯片主体1圆心的距离，以便第三流道221通过毛细力和离心力接收第二流道213输出样品，并将加样腔体211内的所有样品移至样品定量腔体222，第三流道221输出端连接第一流道212进行排气。样品定量腔体222对第三流道221接收的样品进行定量填充，使得样品可定量，提高内毒素检测的精确性。
作为本发明的另一种实施方式，样品定量装置22还包括接收第三流道221内定量填充后多余样品的多余样品存放腔体223，多余样品存放腔体223连接第一流道212进行排气。第三流道221内定量填充后多余样品被多余样品存放腔体223接收，有利于控制样品定量的准确性；多余样品存放腔体223连接第一流道212，对多余样品进行排气，形成第三道排气程序，提高样品的排气率。
作为本发明的另一种实施方式，检测装置包括试剂反应装置23，试剂反应装置23包括试剂存放腔体231、预先封装在试剂存放腔体231内的试剂232以及第四流道233，试剂232呈冻干状或风干状预先封装在试剂存放腔体231，封装便利，且避免了离心运动时试剂232比样品先进入下一步检测过程。第四流道233通过毛细力和离心力将样品定量腔体222内的样品输送给试剂存放腔体231。为使样品定量腔体222内定量后的样品在离心运动下全部转移到试剂存放腔体231，样品定量腔体222与第四流道233的连接处设有圆角或倒角过度。
作为本发明的另一种实施方式，检测装置包括显色检测装置24，显色检测装置24包括：显色检测腔体241和第五流道242。第五流道242通过毛细力和离心力将试剂存放腔体231内混合反应后的样品输送给显色检测腔体241。
作为本发明的另一种实施方式，试剂存放腔体231的体积大于样品定量腔体222的体积，则通过样品定量腔体222定量后的样品进入试剂存放腔体231后并未填满试剂存放腔体231，使得样品与试剂存放腔体231的试剂232在离心运动配合下可被加速混合，提高样品与试剂232混合和反应的效率。优选的是，试剂存放腔体231体积是样品定量腔体222体积的2倍。如，加样腔体211具有体积140～180ul，样品定量腔体222具有体积25ul，试剂存放腔体231具有体积50ul，显色检测腔体241具有体积20ul。
作为本发明的另一种实施方式，样品定量腔体222、试剂存放腔体231以及显色检测腔体241数量相同；样品定量腔体222为至少四个：至少两个样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂和显色剂，至少两个样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂、显色剂以及标准内毒素。当样品定量腔体222是四个时，设四个显色检测腔体241的检测结果浓度依次为c1、c2、c3、c4。其中c3和c4为放置有鲎试剂、显色剂以及标准内毒素的显色检测腔体，c1和c2为放置有鲎试剂和显色剂的显色检测腔体。结果详细计算步骤如下：
(1)、比较c1和c2值，当两者相差小于10％时，认为检测有效，即|c1-c2|/c1<0.1，|c2-c1|/c2<0.1；
(2)、比较c3和c4值，当两者相差小于10％时，认为检测有效。即|c3-c4|/c3<0.1，|c4-c3|/c2<0.1；
(3)、计算回收率，回收率＝(c3-c1)/c0，若回收率数值在区间[0.5，2]，则检测有效。
作为本发明的另一种实施方式，流道的等效直径从大到小的顺序依次是第二流道213、第三流道221、第四流道233、第五流道242，等效直径依次递减，则对应的毛细力依次变小，配合芯片主体1不同转速的离心运动，使得样品在当前流道经过一次离心运动后，只会流向接下来的一个流道，而非接下来的几个流道，具体是指，将样品从加样腔体211转移到样品定量腔体222、试剂存放腔体231、显色检测腔体241，且在将样品从加样腔体211转移到样品定量腔体222时样品不会进入试剂存放腔体231，在将样品从样品定量腔体222转移到试剂存放腔体231中时样品不会进入显色检测腔体241，从而实现样品的每一步检测。优选的是，第二流道213具有等效直径1～1.5mm，第三流道221具有等效直径0.5～0.8mm，第四流道233具有等效直径0.3～0.5mm，第五流道242具有等效直径0.2～0.3mm；进一步优选的是，第二流道213为方槽型，横截面为边长1mm的正方型；第三流道221为方形槽，横截面为边长0.5mm的正方型；第四流道233为长方形槽，横截面为边长0.3mm的正方型；第五流道242为长方形槽，横截面为边长0.2mm的正方型。
实施例2
一种应用微流控芯片进行内毒素检测的方法，包括以下步骤：
S1，通过加样腔体211的加样端加入样品；
S2，对微流控芯片进行第一次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下充满第二流道213，如图3(a)所示；
S3，对微流控芯片进行第二次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从第二流道213进入样品定量腔体222，如图3(b)-图3(c)所示；
S4，对微流控芯片进行第三次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从样品定量腔体222进入试剂存放腔体231，如图3(d)所示；
S5，调整离心的转速使其在±30rpm之间转变，促使样品在试剂存放腔体231内与试剂232充分混合，如图3(e)所示；
S6，对微流控芯片进行第四次离心处理，使得混合后的样品进入显色检测腔体241，调整显色检测腔体241的温度，对混合后的样品进行检测，如图3(f)所示；
其中，转速从小到大的顺序依次是第一次离心、第二次离心、第三次离心、第四次离心。离心运动的转速从小到大，使得样品每经过一次离心运动后，就会流向接下来的一个流道，从而实现样品的每一步检测。
通过本发明所述的应用微流控芯片进行内毒素检测的方法，可以在一块微流控芯片上完成内毒素的所有检测过程，自动化水平高，去除了人为因素的干扰，降低了仪器对操作人员的要求，进一步提高内毒素检测的准确性和便利性。
作为本发明的另一种实施方式，第一次离心的转速是20～60rpm，时间是20～40s；第二次离心的转速是200～400rpm、时间是60～120s；第三次离心的转速是800～1000rpm，时间是30-40s；第四次离心的转速是1300～2000rpm，时间是20～40s。通过本实施方式提供的四次不同转速的离心运动和离心时间，可实现内毒素样品的添加、定量、混合反应和显色检测，具有较高的检测精确性，且检测效率高。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：
芯片主体，其能够在水平方向做离心转动；
内毒素检测装置，位于所述芯片主体上；
其中，所述内毒素检测装置包括：
样品添加装置，其包括加样腔体、与所述加样腔体排气端连接进行排气的第一流道以及与所述加样腔体输出端连接的第二流道；所述第二流道通过毛细力和离心力将所述加样腔体内的样品输出；
检测装置，其分别与所述第一流道和所述第二流道连接；所述检测装置接收并对所述第二流道输出的样品依次进行定量、混合反应和显色检测的处理；所述检测装置对所述第二流道输出的样品进行定量的同时，通过所述第一流道进行排气。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测装置包括样品定量装置，所述样品定量装置包括：
第三流道，其通过毛细力和离心力接收所述第二流道输出样品，所述第三流道输出端连接所述第一流道进行排气；
样品定量腔体，其对所述第三流道接收的样品进行定量填充。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述样品定量装置还包括接收所述第三流道内定量填充后多余样品的多余样品存放腔体，所述多余样品存放腔体连接所述第一流道进行排气。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测装置包括试剂反应装置，所述试剂反应装置包括：
试剂存放腔体；
试剂，其呈冻干状或风干状，所述试剂预先封装在所述试剂存放腔体内；
第四流道，其通过毛细力和离心力将所述样品定量腔体内的样品输送给所述试剂存放腔体。
5.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测装置包括显色检测装置，所述显色检测装置包括：
显色检测腔体；
第五流道，其通过毛细力和离心力将所述试剂存放腔体内混合反应后的样品输送给所述显色检测腔体。
6.如权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述试剂存放腔体的体积大于所述样品定量腔体的体积。
7.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，
所述样品定量腔体、所述试剂存放腔体以及所述显色检测腔体数量相同；
所述样品定量腔体为至少四个：至少两个所述样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂和显色剂，至少两个所述样品定量腔体内存放的试剂分别是鲎试剂、显色剂以及标准内毒素。
8.如权利要求5或7所述的微流控芯片，其特征在于，流道的等效直径从大到小的顺序依次是所述第二流道、所述第三流道、所述第四流道、所述第五流道。
9.一种应用如权利要求1-8任一项中所述的微流控芯片进行内毒素检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，通过加样腔体的加样端加入样品；
S2，对微流控芯片进行第一次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下充满所述第二流道；
S3，对微流控芯片进行第二次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从所述第二流道进入所述样品定量腔体；
S4，对微流控芯片进行第三次离心处理，待样品在毛细力和离心力的作用下从所述样品定量腔体进入所述试剂存放腔体；
S5，调整离心的转速使其在±30rpm之间转变，促使样品在所述试剂存放腔体内与所述试剂充分混合；
S6，对微流控芯片进行第四次离心处理，使得混合后的样品进入所述显色检测腔体，调整所述显色检测腔体的温度，对混合后的样品进行检测；
其中，转速从小到大的顺序依次是第一次离心、第二次离心、第三次离心、第四次离心。
10.如权利要求9所述的用微流控芯片进行内毒素检测的方法，其特征在于，
第一次离心的转速是20～60rpm，时间是20～40s；
第二次离心的转速是200～400rpm、时间是60～120s；
第三次离心的转速是800～1000rpm，时间是30-40s；
第四次离心的转速是1300～2000rpm，时间是20～40s。
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