微流控芯片及利用其的实时分析装置

摘要

本发明提供微流控芯片及利用其的实时分析装置，具体地，提供一种通过恰当防止因包含于流体的气泡而造成光信号灵敏度低下，而确保测定结果的可靠性的微流控芯片及利用其的实时分析装置。根据本发明的一实施例而提供微流控芯片。所述微流控芯片包括：至少一个反应腔体，对容纳的流体执行任意的反应，并包括至少一个光测定区域；及气泡去除部，为透光性材质，由所述微流控芯片上部的里面向所述反应腔体的内侧突出形成，以用于防止包含于所述流体的气泡位于所述光测定区域内。

权利要求

1.一种微流控芯片，该微流控芯片的特征在于，包括：

至少一个反应腔体，对容纳的流体执行任意的反应，并包括至少一个光测定区域，所述光测定区域是检测由反应产物释放的光信号的所述反应腔体上的对象区域，以用于实时测定在所述反应腔体内执行反应而产生的结果；

气泡去除部，为透光性材质，由所述微流控芯片上部的里面向所述反应腔体的内侧突出形成，用于防止包含于所述流体的气泡位于所述光测定区域内；及流入部及流出部，它们与所述反应腔体的两末端连接，所述流入部为注入要执行任意的反应的所述流体的部分，所述流出部为在反应结束之后排出所述流体的部分，所述气泡去除部形成于所述反应腔体中的一区域，所述气泡去除部具有气泡收集部，该气泡收集部由所述气泡去除部的下端面中至少一区域凹陷形成，所述气泡去除部的至少一部分以沉浸在所述流体内的状态位于所述光测定区域，使得包含于所述流体内的气泡通过向所述流体的上部上升的气泡的浮力，推向所述光测定区域的周边区域而收集在所述气泡收集部，所述光测定区域为除所述气泡去除部中形成有所述气泡收集部的部分之外的部分所处的所述反应腔体上的区域。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述气泡去除部由所述反应腔体的底面向上至分隔规定间距的位置形成。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述气泡去除部由平坦面与倾斜面构成，其中，所述平坦面，位于所述气泡去除部的中央；所述倾斜面，由所述平坦面的圆周延伸，与所述微流控芯片上部的里面连接。

4.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述气泡收集部沿着所述气泡去除部的圆周中至少一部分而由所述微流控芯片上部的里面凹陷形成。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：

平板形状的第一板；

第二板，配置于所述第一板的上部，具有所述反应腔体；及第三板，配置于所述第二板的上部，形成有所述气泡去除部。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，在所述第三板上具有与所述反应腔体的两末端连接的所述流体的流入部及流出部。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的至少一部分由具有透光性的塑料材质构成。

8.一种分析装置，其包括：

权利要求1至7中任一项所述的微流控芯片；及光检测模块，将光照射至所述微流控芯片，而检测由所述光测定区域释放的光信号，以用于实时测定所述反应腔体内的反应产物。

说明书

微流控芯片及利用其的实时分析装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微流控芯片及利用其的实时分析装置，具体地涉及一种通过防止因包含于流体的气泡而造成光信号的灵敏度低下，而能够确保反应产物的测定结果的可靠性的微流控芯片及利用其的实时分析装置。

背景技术

[0002] 微流控芯片具有通过微流管道流出流体而一次性执行各种试验的功能。具体地，利用塑料、玻璃、硅胶等管而制成微管道，通过该管道，使流体(例如，液体样本)发生移动，之后，在微流控芯片内的多个腔体中进行混合、分离、精炼、反应及分析。由此，对于将当前在试验室进行了的试验在小的芯片内执行的方面，微流控芯片也能够称之为“芯片试验室”(lab-on-a-chip)。

[0003] 微流控芯片在制药、生物工程、医学等领域具有节省费用和时间的效果，而且，能够提高准确度、效率性及可靠性。例如，通过使用微流控芯片而与现有的方法相比，显著降低使用于蛋白质与DNA分析中价格高的试剂的使用量，由此，发挥节省大量费用的效果。并且，对于蛋白质样品或细胞样品，与现有的方法相比，也使用相当少的量，由此，能够减少样品的浪费。

[0004] 另外，在容纳于微流控芯片的流体中，注入样品样本、试剂等的反应流体的过程中，因通过存在于微流控芯片内部的微腔(micro cavity)或小孔(pinhole)等而生成气泡。尤其，利用微流控芯片而执行聚合酶链式反应(PCR：Polymerase Chain Reaction)的情况，因PCR伴随热供应步骤，因而，通过流体的加热，在注入时发生的小的气泡的体积膨胀而成长为更大的气泡，或多个小的气泡合成一个大的气泡，由此，大量的气泡在流体内生成。该气泡处于光学测定区域时，成为降低反应产物的光信号灵敏度的主要原因。并且，气泡成不规则移动，由此，引起降低光信号的可靠性的问题。

[0005] 参照图1，能够确认在现有的微流控芯片的内部执行反应的过程中，因包含于流体的气泡而降低光信号灵敏度的现状。即，小型化的微流控芯片，生成的气泡本身的大小及数量对比反应腔体的空间相对小，由此，在配置于反应腔体的任意的光测定领域的上部存在所生成的气泡的可能性高，并且，如图1显示所示，在光测定区域内存在气泡时，所述气泡切断由反应产物释放的光信号，由此，发生降低所述光信号的灵敏度的问题。

[0006] 因此，要求一种能够与微流控芯片一起，在实现反应容器的小型化的情况下，解决因光信号的灵敏度低下及不均匀而造成的问题，由此，能够确保测定结果的可靠性的方案。

发明内容

[0007] 技术问题

[0008] 本发明用于解决所述问题而研发，目的为提供一种微流控芯片及利用其的实时分析装置，其用规定形状的气泡去除部，防止因包含于流体的气泡而降低光信号灵敏度，由此，能够确保反应产物的测定结果的可靠性。

[0009] 解决问题的手段

[0010] 根据本发明的一实施例，提供微流控芯片。所述微流控芯片包括：至少一个反应腔体，对所容纳的流体执行任意的反应，并包含至少一个光测定区域；及气泡去除部，为透光性材质，由所述微流控芯片上部的里面向所述反应腔体的内侧突出而形成，用于防止包含于所述流体的气泡位于所述光测定区域内。

[0011] 优选地，所述气泡去除部，由所述反应腔体的底面向上至间隔规定的间距的位置形成。

[0012] 并且，优选地，所述气泡去除部，由平坦面与倾斜面构成，其中，所述平坦面，形成于所述气泡去除部的中央；所述倾斜面，从所述平坦面的圆周延伸，与所述微流控芯片上部的里面连接。

[0013] 并且，优选地，所述气泡去除部具有：气泡收集部，其从所述气泡去除部的下端面中至少一个区域凹陷形成。

[0014] 并且，优选地，还包括：气泡收集部，其沿着所述气泡去除部的圆周中至少一部分，从所述微流控芯片上部的里面凹陷形成。

[0015] 并且，优选地，所述微流控芯片包括：平板形状的第一板；第二板，配置于所述第一板的上部，具有所述反应腔体；及第三板，配置于所述第二板的上部，形成所述气泡去除部。

[0016] 并且，优选地，在所述第三板具有与所述反应腔体的两末端连接的所述流体的流入部及流出部。

[0017] 并且，优选地，所述微流控芯片的至少一部分由具有透光性的塑料材质构成。

[0018] 本发明的一实施例能够提供分析装置。所述分析装置包括：所述微流控芯片；及光检测模块，将光照射于所述微流控芯片，而使得测定由所述光测定区域释放的光信号，以用于实时测定所述反应腔体内的反应产物。

[0019] 发明的效果

[0020] 根据本发明，即使微流控芯片极小型化，也不存在降低光信号灵敏度及不均衡的问题，能够同时快速地测定稍微少量的反应产物。

[0021] 根据本发明，即使没有另外的化学处理，或气泵驱动装置、超声波装置、隔膜(membrane)等另外的设备，仅通过形成于微流控芯片内的结构，也能有效地将流体内的气泡向光测定区域外去除。

附图说明

[0022] 图1为显示对于现有的微流控芯片，因包含于流体的气泡而降低光信号的现象；

[0023] 图2为显示本发明的一实施例的微流控芯片的基本结构及气泡去除原理；

[0024] 图3为显示本发明的一实施例的微流控芯片的更具体的结构；

[0025] 图4为显示本发明的一实施例的微流控芯片的荧光照片；

[0026] 图5至图7为显示对于本发明的一实施例的微流控芯片，气泡去除部的各种实现例；

[0027] 图8a及图8b显示利用未具备气泡去除装置的现有的微流控芯片与本发明的一实施例的微流控芯片而分别执行的反应产物测定结果的对比例。

具体实施方式

[0028] 下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，在说明本发明时，在判断相关的公知结构或功能的具体说明混淆本发明的要旨的情况下，省略其具体说明。并且，下面，对本发明的实施例的说明，或本发明的技术思想并非限定或限制于此，并且，本领域技术人员能够进行变形而进行各种实施。

[0029] 在整个本说明书中，称某一部分与另一部分“连接”时，其包括“直接连接”的情况，也包括在其中间隔着其它元件而“间接连接”的情况。在整个说明书中，称某一部分“包含”某一构成要素时，其是指无特别反对性记载，不排除其它构成要素，也包括其它构成要素。

[0030] 图2为显示本发明的一实施例的微流控芯片的基本结构及气泡去除原理。

[0031] 参照图2，本发明的一实施例的微流控芯片(200)包括：反应腔体(210)，执行任意的反应；及气泡去除部(220)，从微流控芯片(200)上部的里面向反应腔体(210)内侧突出形成。

[0032] 反应腔体(210)是一种在内部容纳样品试剂、样本等流体(30)，而用于执行符合试验目的的任意的反应的构成要素，在反应腔体(210)包含至少一个光测定区域(212)。在此，光测定区域(212)定义为检测由反应产物释放的光信号(20)的反应腔体(210)上的对象区域，以用于实时测定在反应腔体(210)内执行反应而产生的结果。

[0033] 此时，反应腔体(210)应当实现使得适合执行符合试验目的的任意的反应，尤其，对于执行PCR的微流控芯片(200)，应当在PCR过程中免受反复加热及冷却的影响。因此，微流控芯片(200)，在维持该功能时，不受特定形状及/或材质限制。但，本发明的一实施例的微流控芯片(200)，因以反应产物的实时光信号(20)测定为前提，由此，优选地，至少与由光测定区域(212)释放的光信号(20)的路径重叠的部分由透光性材质实现。

[0034] 气泡去除部(220)为用于防止发生包含于流体(30)的气泡(10)存在于光测定区域(212)内的问题，如图2所示，形成为由从微流控芯片(200)上部的里面向反应腔体(210)的内侧突出而形成的规定的形状。气泡去除部(220)至少一部分通过流体(30)的表面，由反应腔体(210)的底面向上间隔规定的间距的位置而形成，以使沉浸在流体(30)内部，气泡去除部(220)的突出形状不同，但，优选地，构成为圆柱或四棱柱状。此时，气泡去除部(220)由透光性材质构成，并且至少一部分构成得包含于光测定区域(212)内。因此，由光测定区域(212)内的反应产物产生的光信号(20)通过气泡去除部(220)而释放至微流控芯片(200)的外部。

[0035] 气泡去除部(220)如上所示，通过防止流体(30)内的气泡(10)存在于光测定区域(212)内，增强光信号(20)灵敏度。具体地，对于本发明的一实施例的微流控芯片(200)，因具有规定形状的气泡去除部(220)的至少一部分以沉浸在流体(30)内的状态位于光测定区域(212)，由此，包含于流体(30)内的气泡(10)通过上升至流体(30)的上部的气泡(10)的浮力，推向光测定区域(212)的周边区域而配置于周边空间。由此，使得气泡(10)从由存在于光测定区域(212)上的反应产物释放的光信号(20)的释放路径脱离，对用于实时测定反应产物的光信号(20)灵敏度未造成影响。

[0036] 因此，对于利用本发明的一实施例的微流控芯片(200)而实时测定反应腔体(210)内的反应产物的情况，尽管微流控芯片(200)极小型化，且不受反应腔体(210)内产生的气泡(10)的影响，由此，极大增加光信号(20)灵敏度，由此，同时快速并准确地测定稍微少量的反应产物。

[0037] 图3为显示本发明的一实施例的微流控芯片的更具体的结构。

[0038] 参照图3，在本发明的一实施例的微流控芯片(200)具有一个以上反应腔体(210)。图3中显示两个反应腔体(210)，但其为例示，反应腔体(210)根据本发明的一实施例的微流控芯片(200)的使用目的及范围能够存在两个以上。另外，反应腔体(210)如图3中显示所示，中心区域弯曲为“U”字形状，反应腔体(210)的两末端位于相同的垂直线上。此时，气泡去除部(220)及光测定区域(212)能够位于该反应腔体(210)的弯曲的中心区域上。但图3中显示的反应腔体(210)的形状及反应腔体(210)上的气泡去除部(220)及光测定区域(212)的位置用于例示，并非限定于此，根据本发明的实施例，能够进行各种变形而适用。

[0039] 对图3中显示的本发明的一实施例的微流控芯片(200)的结构进行更具体地说明，微流控芯片(200)包括：平板形状的第一板(230)；平板形状的第二板(240)，其配置于第一板(230)的上部，具有反应腔体(210)；及第三板(250)，其配置于第二板(240)的上部，形成有气泡去除部(220)。

[0040] 第一板(230)构成为平板形状，起到本发明的一实施例的微流控芯片(200)的地面支撑体(support)作用。此时，第一板(230)能够由各种材质形成，但优选的，为由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、环烯烃类共聚物(cycleolefincopolymer，COC)、聚甲基丙烯酸甲酸(polymethylmetharcylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚丙撑碳酸酯(polypropylenecarbonate，PPC)、聚醚砜树脂(polyethersulfone，PES)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)，及其组合物构成的组中选择的材质，根据实施例，第一板(230)至少一部分由透光材质形成。并且，根据实施例，第一板(230)表面，处理得使具有亲水性表面。此时，亲水性物质能够为各种物质，但优选地，为由羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)及巯基(-SH)构成的组中选择，亲水性物质的处理根据本领域技术人员公知的方法执行。

[0041] 第二板(240)配置于第一板(230)的上部，起到形成本发明的一实施例的微流控芯片(200)的反应腔体(210)的作用。第二板(240)能够由各种材质形成，但优选地，为由聚甲基丙烯酸甲酸(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、环烯烃类共聚物(cycloolefincopolymer，COC)、聚酰胺纤维(polyamide，PA)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚苯醚(polyphenyleneether，PPE)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚甲醛(polyoxymethylene，POM)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)、聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，PBT)、氟化乙烯丙烯共聚物
(fluorinatedethylenepropylene，FEP)、全氟烷氧基树脂(perfluoralkoxyalkane，PFA)及其组合物构成的组中选择的热可塑性树脂或热固化性树脂材质，根据实施例，第二板(240)至少一部分由透光性材质构成。另外，根据实施例，第二板(240)内壁由硅烷(silane)系列、牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)等物质涂敷，用于防止吸附DNA、蛋白质(protein)，并且，对于物质的处理根据本领域公知的方法执行。

[0042] 第三板(250)配置于第二板(240)的上部，起到覆盖反应腔体(210)的盖子作用，在第三板(250)的下部面向反应腔体(210)内侧突出形成有气泡去除部(220)。第三板(250)能够由各种材质形成，但，优选地，为由聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、环烯烃类共聚物(cycleolefincopolymer，COC)、聚甲基丙烯酸甲酸(polymethylmetharcylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚丙撑碳酸酯(polypropylenecarbonate，PPC)、聚醚砜树脂 (pol yeth ersu lfon e ，PE S) 及聚 对苯二甲 酸乙二醇 酯(polyethyleneterephthalate，PET)及其组合物构成的组中选择的材质，并且，根据实施例，第三板(250)至少一部分由透光性材质构成。另外，在第三板(250)具有与反应腔体(210)的两末端连接的流入部(251)及流出部(252)。流入部(251)为注入要执行任意的反应的样品试剂、样本等流体(30)的部分，流出部(252)为在反应结束之后，供排出流体(30)的部分。根据实施例，在流入部(251)及流出部(252)具有另外的盖装置(未图示)，在反应腔体(210)内进行对流体(30)的任意的反应时，能够防止溶液泄漏的问题。该盖装置形成为各种形状、大小或由各种材质形成。

[0043] 另外，本发明的一实施例的微流控芯片(200)为相互粘合单独形成的第一板(230)、第二板(240)、第三板(250)而形成，但根据实施例，第一板(230)、第二板(240)及第三板(250)中两个板形成为一体，剩下的板以粘合于其的方式形成。例如，以第一板(230)及第二板(240)形成为一体，剩下的第三板(250)粘合于其，或以第二板(240)及第三板(250)形成为一体，第一板(230)粘合于其的方式形成。此时，第一板(230)、第二板(240)、第三板(250)之间的粘合，例如，通过热粘合、超声波粘合、紫外线粘合、溶剂粘合、胶带粘合等本领域中能够适用的各种粘合方法执行。

[0044] 图4为显示本发明的一实施例的微流控芯片的荧光照片。

[0045] 如图4所示，本发明的一实施例的微流控芯片(200)上能够形成多个反应腔体(210)，以使同时测定多个反应产物。并且，在各个反应腔体(210)的一个区域，优选地，反应腔体(210)的弯曲的中心区域分别形成光测定区域(212)及配置于光测定区域(212)的内部的气泡去除部(220)。

[0046] 根据图4，能够确认到，通过存在于各个反应腔体(210)的光测定区域(212)的气泡去除部(220)，从各个光测定区域(212)有效地去除了反应腔体(210)内部的气泡(10)。即，能够确认到，气泡(10)被移动配置于光测定区域(212)的周边空间，由此，从由光测定区域(212)释放的光信号(20)的释放路径上脱离。

[0047] 由此，根据本发明的一实施例的微流控芯片(200)，通过排除在反应腔体(210)内产生气泡(10)而造成的影响，而确保对反应产物进行的测定结果的可靠性。

[0048] 图5至图7显示对于本发明的一实施例的微流控芯片，气泡去除部的各种实现例。另外，在图5至图7中，为便于说明，仅显示气泡去除部及具有气泡去除部的微流控芯片的一部分。

[0049] 首先，参照图5的(a)，气泡去除部(520)由位于气泡去除部(520)的中央的平坦面与从所述平坦面的圆周延伸而与微流控芯片上部的里面连接的倾斜面构成。如上所示，气泡去除部(520)的侧面形成为倾斜面时，气泡(10)能够沿着倾斜面而向反应腔体的上侧移动，由此，使得气泡(10)更容易地移动配置至光测定区域(512)的周边空间。此时，光测定区域(512)，如图5的(b)所示，能够选择气泡去除部(520)的平坦面所处的反应腔体上的区域，以使未包含气泡(10)。

[0050] 并且，参照图6的(a)，气泡去除部(620)的下端面的至少一区域，优选地，具有由与所述下端面的圆周邻接的周边部分的至少一区域凹陷形成的气泡收集部(622)。形成气泡收集部(622)的部分的表面，与未形成气泡收集部(622)的部分相比，相对地，因位于反应腔体的上侧，从气泡去除部(620)的中心部分推出的气泡(10)，如图6的(b)所示，收集在气泡收集部(622)上。此时，光测定区域(612)，如图6的(b)所示，能够选择为除气泡去除部(620)中形成有气泡收集部(622)的部分之外的部分所处的反应腔体上的区域。

[0051] 另外，气泡收集部(722)，如图7所示，沿着气泡去除部(720)的圆周形成。即，气泡收集部(722)沿着突出形成的气泡去除部(720)的圆周中至少一部分而由微流控芯片上部的里面向上侧方向凹陷形成。此时，图7中虽未图示，但与参照图6说明的相似，通过气泡去除部(720)推动的气泡(10)被收集在凹陷形成的气泡收集部(722)上。

[0052] 另外，根据本发明的一实施例，能够提供分析装置。分析装置，参照图2及图3，包括：上述本发明的一实施例的微流控芯片(200)；及光测定模块。光测定模块是一种将光照射至微流控芯片(200)并检测由光测定区域(212)释放的光信号(20)而用于实时检测反应腔体(210)内的反应产物的装置，能够利用在本发明所属技术领域中能够适用的各种光测定模块。例如，所述光测定模块包括：光源，配置使得将光提供至微流控芯片(200)的反应腔体(210)；及光检测部，配置得使容纳由反应腔体(210)释放的光，其中，光源与光检测部中间配置反应腔体(210)(透光型方式)，或全部配置于反应腔体(210)的一个方向(反射型方式)。

[0053] 图8a及图8b显示利用未具备气泡去除装置的现有的微流控芯片与本发明的一实施例的微流控芯片而分别执行的反应产物测定结果的对比例。

[0054] 具体地，分别将PCR用样本及试剂注入未具备气泡去除装置的现有的微流控芯片与根据图3实现的微流控芯片(200)，并进行了PCR，并通过光测定模块测定根据执行PCR而产生的核酸增幅结果，且通过实时PCR结果图表(X轴：周期(cycle)数，Y轴：荧光度)而进行了确认。

[0055] 参照图8a，显示利用不具备气泡去除装置的现有的微流控芯片的实时PCR测定结果，参照图8b，显示利用本发明的微流控芯片(200)的实时PCR测定结果。如图8a及图8b所示，执行利用本发明的一实施例的微流控芯片(200)的实时PCR时，与产生大量噪音的现有的微流控芯片不同，能够确认到有效地去除包含于所检测的光信号(20)的噪音。

[0056] 如上所示，在附图与说明书中公开了最适合的实施例。在此，使用了特定的用语，但仅以用于说明本发明的目的使用，并非限定意义或限制记载于权利要求书中记载的本发明的范围而使用。因此，应当理解，本技术领域的普通技术人员能够由此进行各种变形及同等的其它实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围通过权利要求书限定。