CN109201127B - 液体样品的流动组件和检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体样品检测装置，包括玻片、SPR检测仪器和流动组件，玻片表面设有金属薄膜，SPR检测仪器对准玻片上的金属薄膜，流动组件包括芯片和负压机构，芯片包括加样腔、废液腔和微通道，微通道两端同加样腔和废液腔连接，微通道位于芯片底部，微通道为凹槽状的通槽形通道，微通道设有同金属薄膜接触的通槽口。可以通过控制负压机构使新的待测液体样品持续的流入到金属薄膜上，SPR检测仪器可以对同一份液体样品，在一个玻片上进行多次实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，具体为一种液体样品的流动组件和检测装置。
背景技术
表面等离子共振(SPR)是一种物理光学现象。在两种不同折射率(refractiveindex)的透明介质交界面上(如玻璃和水)，当一束光线从高折射率介质入射到低折射率介质，光线将发生折射和反射。当入射角增大到某一特定值时，折射角等于90°，此时光沿着与界面相切的方向射出，此时的入射角称为临界角。如果入射角超过临界角，则入射光线将不会进入另一介质，而全部被反射回入射介质中，发生全内反射。
实际上，尽管全部入射光被反射，一种叫渐逝波的电磁场会穿过界面渗透到低折射率介质中，能量呈指数衰减。若在界面处镀上一层金属薄膜(一般镀金膜或银膜)，则金属薄膜表面的自由电子受入射光激发而产生电荷振荡，进而形成表面等离子体。调整光的入射角或波长到某一适当值时，表面等离子体与渐逝波的频率和波数相等，二者便发生能量耦合，形成表面等离子共振。共振时界面处的全反射条件将被破坏，入射光能量被转移到表面等离子体波中，从而导致反射光强度在传播中急剧下降，呈现衰减全反射现象。其中使反射光完全消失的入射光角度称为共振角(SPR angle)。共振角会随着金属薄膜表面的介质折射率的改变而改变，而折射率的变化与结合在金属表面的分子的质量成正比。因此通过分析共振角，就可以得到分子间相互作用的信息。
SPR传感技术具有无需标记、对表面特性和物质变化敏感，实时、快速和易于实现自动化等特点。该技术已被广泛应用于生命科学，临床诊断，药物筛选，食品安全，环境监测等领域，检测对象包括蛋白、核酸、激素、毒素、农药、细胞、微生物等。
目前，SPR检测仪器，检测过程中，待检测的液体是需要静置在金属薄膜表面，待检测的液体样品于金属薄膜反应，影响光折射；检测完后需要移除废液，同时添加新的检测样品，因此同时需要更换带金属薄膜的玻片，由于玻片与棱镜之间往往采用匹配液或薄层(要求其折射率与玻璃的折射率相近)，匹配液或薄层的作用都是为了防止在镀金玻片和棱镜或半圆柱之间空气的影响。
而单次检测完毕后的金属薄膜依旧是可以使用，如何实现在同一块玻片的金属薄膜上，将废液完全移除，同时注入新的待检测液体样品，是本发明所要解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种液体样品的流动组件和检测装置，可以通过控制负压机构使新的待测液体样品持续的流入到金属薄膜上，SPR检测仪器可以对同一份液体样品，在一个玻片上进行多次实时检测。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种液体样品的流动组件，包括芯片，芯片包括
加样腔，用于待测液体样品放置；
废液腔，用于容纳检测完后的液体样品；
微通道，用于微通道内待测液体样品同金属薄膜接触以发生特异性结合反应，微通道两端同加样腔和废液腔连接，微通道位于芯片底部，微通道为凹槽状的通槽形通道，所述微通道设有同金属薄膜接触的通槽口；
所述流动组件还包括用于对废液腔产生负压使待测液体样品经过微通道流入废液腔内的负压机构，所述负压机构与废液腔连通。
与现有技术相比，采用了上述技术方案的液体样品的流动组件，具有如下有益效果：
由于微通道上的液体样品是通孔负压机构控制进行流动的，可以通过控制负压机构使新的待测液体样品流入到金属薄膜上，而旧的已经检测完毕的液体样品则进入废液腔内，即完成了旧样品的去除，又同时做到添加新样品，因此SPR检测仪器可以对同一份液体样品，在一个玻片上进行多次实时检测，无需多次添加和更换带金属薄膜的玻片。
可对废液腔产生负压的装置种类较多，本发明中优选负压机构为注射器和驱动器，注射器包括针管、针筒、活塞和推杆，所述推杆与驱动器连接，废液腔开口处设有用于密封废液腔的密封塞，针管穿刺密封塞进入废液腔内。此处采用注射器的好处在于，注射器在抽取空气时，即使液体样品进入到针筒内部也不会对负压机构内的电子元器件产生影响，并且针筒收集得到的液体样品可以用于移动至其他设备检测用，集负压产生和样品收集于一体，并且注射器为医疗耗材，可一次性使用，无需清洗简化了负压机构的维护。
优选的，所述废液腔内还设有过滤层，可以对细菌、病毒等微生物进行过滤，仅允许空气通过的。微通道接入废液腔内具有用于检测完毕的液体样品流出的出口，过滤层位于出口和密封塞之间，针管穿刺密封塞进入密封塞和过滤层之间的空腔内，当注射器抽取空气和液体样品时，液体样品内的致病微生物可以被过滤层隔离，避免其脱出废液腔，事后可对芯片进行销毁或消毒即可，避免传染性的病原体扩散，保证实验空间的安全性。
驱动器作用是用于注射器的推杆往复伸缩，驱动器可以是推杆电机或是气缸等；优选的，所述驱动器为步进电机，推杆与驱动器之间设有丝杠，丝杠用于将电机的转动转化为推杆的伸缩运动。
优选的，流动组件还包括密封容器，密封容器两端设有密封垫，通过密封容器两端的密封件将带传染性液体样品进行封闭，移动和存储时实验空间更为安全，可避免病原体泄露和扩散，所述加样腔内设有用于密封垫穿刺的插针，插针一端连通密封容器内部，插针另一端与微通道接通。使用时，将插针对准密封容器的密封件，插针戳入密封件进入密封容器内，负压机构产生负压使插针抽取传染性液体样品进入到微通道内，以进行检测。
本发明中加样腔和废液腔的对应关系可以是一对一、一对多、多对一或多对多的关系，微通道起到的是对加样腔和废液腔的连接作用，排列组合的方式较多，根据具体检测试验而定，优选的，所述加样腔、微通道和废液腔的数量一一对应，且流动组件内包括多组加样腔和废液腔，使用者可以同时对多种样品，或单种样品进行多重检测。
微通道可以采用线性的通道，通道内液体样品的流动速度与负压机构抽取的量直接有相关，而液体样品于金属薄膜的反应速度与流速和时间有关，因此本发明在检测液体样品时，注射器抽取一段后需要停止静置待其反应。
加速液体样品的流动速度，可加快反应，而线性的微通道使得流速与负压机构的抽取速度直接相关，抽取速度过快则会使得样品很快用尽。
本实施例优选所述微通道包括涡旋腔和连接通道，涡旋腔为半球形的凹槽，连接通道连接相邻的涡旋腔，相邻的连接通道平行且位于相异的直线上，连接通道与涡旋腔的槽底的边缘相连通，涡旋腔槽口呈圆形，连接通道相切于涡旋腔槽口边缘。液体样品从连接通道进入涡旋腔再进入另一连接通道时，会在涡旋腔内产生高速流动的涡旋，使液体样品于金属薄膜快速的反应，实现驱动器使负压机构持续缓慢抽取液体样品，液体样品在连接通道内缓慢流动，而在涡旋腔内形成涡旋的支流，液体样品支流流速较高，加快涡旋腔内液体样品和金属薄膜的反应，使实验过程更快。
为了实现上述技术方案，本发明还提出了一种液体样品的检测装置，包括玻片、SPR检测仪器和上述流动组件，芯片位于玻片表面，所述玻片表面设有金属薄膜，所述微通道内的液体样品于金属薄膜表面流动，所述SPR检测仪器对准玻片上的金属薄膜，用于检测金属薄膜上的特异性结合反应。
附图说明
图1为本发明液体样品的检测装置实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中液体样品的流动组件的结构示意图；
图3为实施例2中微通道的结构示意图；
图4为实施例2中微通道的结构示意图；
图5为实施例2中微通道内流体流动示意图。
附图标记：1、注射器；10、针管；11、针筒；12、活塞；13、退关；21、加样腔；22、废液腔；23、过滤层；24、密封塞/橡胶塞；3、芯片；30、微通道；300、涡旋腔；301、连接通道；31、插针；32、出口；4、玻片；5、SPR检测仪器；6、驱动器/步进电机；60、丝杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
如图1和图2所示的液体样品检测装置，包括玻片4、SPR检测仪器5和流动组件。
玻片4位于芯片3底部，玻片4表面设有金属薄膜，SPR检测仪器5对准玻片4上的金属薄膜，用于检测金属薄膜上的特异性结合反应。
流动组件，包括芯片3和负压机构，芯片3包括加样腔21、微通道30和废液腔22。
加样腔21是用于待测液体样品放置；当待测液体样品为普通样品时，可以直接注入到加样腔21内，若是传染性的液体，则需要将该液体样品转入密封容器内，密封容器两端设有密封垫，加样腔21内设有用于密封垫穿刺的插针31，插针31一端连通密封容器内部，插针31另一端与微通道30接通，当待测液体样品为非传染性的液体时，是可以不需要插针31的，但是本实施例中为了便于统一加工和使用，加样腔21内均设置了插针31，待测液体样品是否装入密封容器内，均可以通过插针31进行收集，进入微通道30内。
废液腔22用于容纳检测完后的液体样品，废液腔22顶部处设有用于密封废液腔22的密封塞24，废液腔22内还设有过滤层23，可过滤细菌、病毒等微生物，仅允许空气通过，避免传染性的液体样品扩散，过滤层23位于出口32和密封塞24之间。
微通道30两端同加样腔21和废液腔22连接，微通道30位于芯片3底部，微通道30为凹槽状的通槽形通道，微通道30设有同玻片4的金属薄膜接触的通槽口，待测液体样品从微通道30内流动，并同金属薄膜接触以发生特异性结合反应。
负压机构包括注射器1和控制注射器1活动的驱动器6，注射器1包括针管10、针筒11、活塞12和推杆13，推杆13与驱动器6连接，针管10穿刺密封塞24进入密封塞24和过滤层23之间的空腔内。当注射器抽取空气和液体样品时，液体样品内的致病微生物可以被过滤层隔离，避免其脱出废液腔，事后可对芯片进行销毁或消毒即可，避免传染性的病原体扩散，保证实验空间的安全性。
驱动器6为步进电机，推杆13与驱动器6之间设有丝杠60。通过丝杠60将步进电机6的旋转变为线性的伸缩运动，通过丝杠60推动多个注射器1的推杆13。
本实施例中，加样腔21、微通道30和废液腔22的数量一一对应，一条微通道30对应一个加样腔21和废液腔22。本实施例中的芯片3共设有4-10组加样腔21、微通道30和废液腔22。使用者可以同时对多种样品，或单种样品进行多重同时检测。
通过上述液体样品检测装置，微通道30上的液体样品通过负压机构控制进行流动，可以通过控制注射器使新的待测液体样品流入到金属薄膜上，而旧的已经检测完毕的液体样品则进入废液腔内，即完成了旧样品的去除，又同时做到添加新样品，因此SPR检测仪器5可以对同一个液体样品，在一个玻片4上进行多次实时检测，无需多次添加和更换带金属薄膜的玻片4。
实施例2：
本实施例相比实施例1的区别在于，对线型的微通道30进行了改进，本实施例中的微通道30包括涡旋腔300和连接通道301，涡旋腔300为半球形的凹槽，连接通道301连接相邻的涡旋腔300，相邻的连接通道301平行且位于相异的直线上，连接通道301与涡旋腔300的槽底的边缘相连通，涡旋腔300槽口呈圆形，连接通道301相切于涡旋腔300槽口边缘。
如图5所示，当负压机构抽取样品液体时，液体在涡旋腔300内的流动可分为主流(实线表示)和支流(虚线表示)，当流体从连接通道301进入涡旋腔300时，流体沿涡旋腔300侧壁流动，为主流路径；而当流体从涡旋腔300流出至连接通道301时，由于部分流体会随着惯性而留下涡旋腔300的中部，形成快速流动的涡旋支流，支流的流体流动速度较大使液体样品于金属薄膜快速的反应，实现驱动器使负压机构持续缓慢抽取液体样品，液体样品在连接通道内缓慢流动，而在涡旋腔内形成涡旋的支流，液体样品支流流速较高，加快涡旋腔内液体样品和金属薄膜的反应，使实验过程更快。
当支流到达涡旋腔300的中部时，则其支流的流速降低，随边部的主流影响，重新融入主流内，并随主流进入连接通道301。
本实施例中的微通道30的作用是，在负压机构抽取的量还是等量的情况下，实施例1直线型的微通道30内的液体流速较低，而本实施例作为其优选方案，本实施例中的微通道30内的涡旋腔300内的液体因为产生了涡旋状的湍流，使得待检测的液体相对于金属薄膜流动速度更大，快速反应，加快SPR检测仪器5检测，降低时间，检测过程无需长时间的静置，可以从一份待检测的液体样品中得到连续的检测数据。
以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种液体样品的流动组件，包括芯片（3），其特征在于：所述芯片（3）包括
加样腔（21），用于待测液体样品放置；
废液腔（22），用于容纳检测完后的液体样品；
微通道（30），用于微通道（30）内待测液体样品同金属薄膜接触以发生特异性结合反应，微通道（30）两端同加样腔（21）和废液腔（22）连接，微通道（30）位于芯片（3）底部，微通道（30）为凹槽状的通槽形通道，所述微通道（30）设有同金属薄膜接触的通槽口；
所述流动组件还包括用于对废液腔（22）产生负压使待测液体样品经过微通道（30）流入废液腔（22）内的负压机构，所述负压机构与废液腔（22）连通；
所述微通道（30）包括涡旋腔（300）和连接通道（301），涡旋腔（300）为半球形的凹槽，连接通道（301）连接相邻的涡旋腔（300），相邻的连接通道（301）平行且位于相异的直线上，连接通道（301）与涡旋腔（300）的槽底的边缘相连通，涡旋腔（300）槽口呈圆形，连接通道（301）相切于涡旋腔（300）槽口边缘。
2.根据权利要求1所述的液体样品的流动组件，其特征在于：废液腔（22）开口处设有用于密封废液腔（22）的密封塞（24），负压机构包括注射器（1）和控制注射器（1）活动的驱动器（6），所述注射器（1）包括针管（10）、针筒（11）、活塞（12）和推杆（13），所述推杆（13）与驱动器（6）连接，针管（10）穿刺密封塞（24）进入废液腔（22）内。
3.根据权利要求2所述的液体样品的流动组件，其特征在于：所述废液腔（22）内还设有可过滤微生物仅允许空气通过的过滤层（23），微通道（30）接入废液腔（22）内具有用于检测完毕的液体样品流出的出口（32），过滤层（23）位于出口和密封塞（24）之间，针管（10）穿刺密封塞（24）进入密封塞（24）和过滤层（23）之间的空腔内。
4.根据权利要求1所述的液体样品的流动组件，其特征在于：所述废液腔（22）内还设有可过滤微生物仅允许空气通过的过滤层（23）。
5.根据权利要求2所述的液体样品的流动组件，其特征在于：所述驱动器（6）为步进电机，推杆（13）与驱动器（6）之间设有丝杠（60）。
6.根据权利要求1所述的液体样品的流动组件，其特征在于：还包括用于带传染性液体样品盛装的密封容器，密封容器两端设有密封垫，所述加样腔（21）内设有用于密封垫穿刺的插针（31），插针（31）一端连通密封容器内部，插针（31）另一端与微通道（30）接通。
7.根据权利要求1所述的液体样品的流动组件，其特征在于：所述加样腔（21）、微通道（30）和废液腔（22）的数量一一对应。
8.一种液体样品的检测装置，其特征在于：包括玻片（4）、SPR检测仪器（5）和权利要求1至7任意一项所述的流动组件，芯片（3）位于玻片（4）表面，所述玻片（4）表面设有金属薄膜，所述微通道（30）内的液体样品于金属薄膜表面流动，所述SPR检测仪器（5）对准玻片（4）上的金属薄膜，用于检测金属薄膜上的特异性结合反应。
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