一种调整微流控生物芯片液滴大小的方法及其应用

摘要

本发明涉及一种控制微流控生物芯片液滴大小的方法。具体涉及一种通过添加惰性物质，改变试剂密度或者表面张力来调节液滴大小的方法。本发明在不改变微流控生物芯片滴液阀孔径的前提下，通过添加惰性物质，改变通过微流控生物芯片滴液阀液滴的大小。通过测试确定添加惰性物质不影响试剂性能后，能满足不同项目不同试剂的加样要求，不需要根据不同项目、不同试剂的区别制作不同孔径的滴液阀，方便实现工业化生产。

权利要求

1.一种微流控生物芯片，包括芯片基体、试剂腔、管路和反应腔，其特征在于，所述试剂腔中包括含有惰性物质的试剂，所述微流控生物芯片在不改变微流控生物芯片滴液阀孔径的前提下，通过滴液阀加入的含有惰性物质的试剂体积与额定加入体积偏差范围<士5.0%，从而实现微流控生物芯片精准加入所需试剂体积的目的；

所述惰性物质为不影响试剂性质的无机盐、蛋白质或表面活性剂一种或几种；所述无机盐在试剂中的添加比例为重量比7.9%‑12.0%；所述蛋白质在试剂中的添加比例为重量比

7.0%‑9.0%；所述表面活性剂在试剂中的添加比例为重量比0.01%‑0.05%。

2.根据权利要求1所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述无机盐为氯化钠、磷酸盐缓冲溶液。

3.根据权利要求1所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述蛋白质为牛血清白蛋白。

4.根据权利要求1所述的微流控生物芯片，其特征在于，所述表面活性剂选自泊洛沙姆

188、C14‑16烯基磺酸钠、表面活性剂S9、Brij‑35、聚乙烯吡咯烷酮‑K30。

5.一种调整微流控生物芯片试剂的液滴大小的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、加入惰性物质，形成含有惰性物质的试剂；

S2、通过视频识别计数准确加入确定的滴数的含有惰性物质的试剂；

S3、测试加入含有惰性物质的试剂后试剂的性能，若性能不受影响且满足体积偏差范围，结束调整；若性能受到影响或不满足体积偏差范围，更换惰性物质和添加比例，重新进行步骤S1和S2。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述性能为试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性和检测准确度。

说明书

一种调整微流控生物芯片液滴大小的方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种调整微流控生物芯片液滴大小的方法。具体涉及一种通过添加惰性物质，改变试剂密度或者表面张力来调节液滴大小的方法。

背景技术

[0002] 液滴大小(尺寸大小)与出液口孔径以及出液口材料及表面粗糙度、流量(也就是通过出液口的液体流速)和液体本身的性能参数如密度和表面张力等因素有关。液滴大小与表面张力和液体密度密切相关。在表面张力的测定方法中，有一种采用滴重法进行测试。根据滴重法测定表面张力的原理(Tate定律)，对于表面张力为γ，半径为r，质量为m的液滴，应满足以下关系：2πrγ＝mg

[0003] 但由于液滴滴落时并非完美的球形，而是会被拉长成椭球并产生一定的液柱，部分液柱会残留于毛细管底部并不下落，因此，该式在应用时需要进行校正。校正后的方程应该为：2πrγf＝mg

[0004] 式中f是校正因子。于是，Tate方程可写成：

[0005] 对于不同物质，每一滴质量并不一样，它与液滴体积V和密度ρ有关，因此[0006] 所以，液滴大小与液体表面张力和密度的关系为：

[0007] 如现有技术CN108679301B所述，微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控生物芯片包括芯片基体，芯片基体内设有多个微阀与液体之间的隔离系统，芯片基体内还设有多个试剂腔、管路和反应腔；各微阀与液体之间的隔离系统共用一个反应腔。通常，微流控生物芯片滴液阀出液口孔径以及出液口材料及表面粗糙度受注塑工艺和注塑材料的限制，通过改变出液口孔径或注塑材料的表面粗糙度仅能在非常有限的范围内控制液滴大小。而且实现起来很困难。无法准确实现微小任意体积的滴加，比如结构限制在一滴是11微升，则只能加出11的倍数关系，无法实现其它相邻体积的滴加，比如12微升、13微升、14微升等。

[0008] 但在微流控生物芯片中，对所加入试剂体积却要求严格精准，因为本身加入的量就是极微量的。比如一滴重量只有17微升，反应需要加入20微升，因为结构是固定的，所以为加入20微升，则需要加2滴34微升，然后摒弃掉多余的14微升，则造成14微升的浪费，如果通过改变液体属性，控制1滴在20微升，则可以避免浪费。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种微流控生物芯片和调整微流控生物芯片试剂的液滴大小的方法，实现微流控生物芯片精准加入所需试剂体积的方法，避免试剂的浪费。

[0010] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

[0011] 一种微流控生物芯片，包括芯片基体、试剂腔、管路和反应腔，所述试剂腔中包括含有惰性物质的试剂，所述微流控生物芯片在不改变微流控生物芯片滴液阀孔径的前提下，通过滴液阀加入的含有惰性物质的试剂体积偏差范围为≤±5.0％。

[0012] 优选的，所述惰性物质选自不影响试剂性质的无机盐、蛋白质或表面活性剂中的一种或者几种。

[0013] 优选的，所述无机盐为氯化钠、磷酸盐缓冲溶液，所述无机盐在试剂中的添加比例为重量比7.9％‑12.0％。

[0014] 优选的，所述蛋白质为牛血清白蛋白，所述蛋白质在试剂中的添加比例为重量比7.0％‑9.0％。

[0015] 优选的，所述表面活性剂为F‑68(泊洛沙姆188)、C14‑16烯基磺酸钠、Tetronic 1307(表面活性剂S9)、Brij‑35、聚乙烯吡咯烷酮‑K30，所述表面活性剂在试剂中的添加比例为重量比0.01％‑0.05％。

[0016] 所述无机盐、蛋白质或表面活性剂的添加量过多和过少都会引起生物试剂的异常。

[0017] 本发明还提供了一种调整微流控生物芯片试剂的液滴大小的方法，包括以下步骤：

[0018] S1、加入惰性物质，形成含有惰性物质的试剂；

[0019] S2、通过视频识别计数准确加入确定的滴数的含有惰性物质的试剂；

[0020] S3、测试加入含有惰性物质的试剂后试剂的性能，若性能不受影响且满足体积偏差范围，结束调整；若性能受到影响或不满足体积偏差范围，更换惰性物质和添加比例，重新进行步骤S1和S2。

[0021] 惰性物质的选择根据需要加入的试剂的性质和要调整的范围确定。

[0022] 优选的，所述性能为试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性和检测准确度。

[0023] 所述调整后液滴大小后的微流控生物芯片试剂经性能测试后需满足设计要求，既满足不超过允许的偏差范围，又不能影响试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性、检测准确度等试剂性能。

[0024] 添加后需要测试评估试剂性能是否受到影响，否则需要更换添加物质或比例。

[0025] 添加哪种惰性物质、添加量的选择实施难度上是非常有难度的。惰性物质添加后不能影响试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性、检测准确度等试剂性能。惰性物质添加后需验证对试剂性能无影响后才能确定添加惰性物质种类及添加比例。

[0026] 本发明还提供了一些具体实施例，说明本发明的方法和微流控生物芯片可利用的试剂。

[0027] 一种试剂，所述试剂可采用上述调整微流控生物芯片试剂的液滴大小的方法调整液滴大小，同时也可调整好装于微流控生物芯片的试剂腔中。

[0028] 优选的，所述试剂为包含肌酸激酶同工酶(CK‑MB)抗体的试剂、包含N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)抗体的试剂以及配套的磁分离试剂。

[0029] 当然，其他任何需要装于微流控生物芯片的试剂均可用本发明的方法来调整液滴大小，并不仅限于这两种。

[0030] 优选的，所述包含肌酸激酶同工酶(CK‑MB)抗体的试剂为试剂1号(R1)、试剂2号(R2)；

[0031] 所述试剂1号(R1)包括：FITC标记的抗CK‑MB抗体(约0.5μg/mL)、Tris缓冲液(0.05mol/L，PH＝8.0)、保护剂、防腐剂；

[0032] 所述试剂2号(R2)包括：ALP标记的抗CK‑MB抗体(约0.5μg/mL)、Tris缓冲液(0.05mol/L，PH＝8.0)、保护剂、防腐剂；

[0033] 所述配套包含肌酸激酶同工酶(CK‑MB)抗体的试剂的磁分离试剂包括：包被有抗FITC抗体的磁性微粒(约1.0mg/mL)、Tris缓冲液(0.1mol/L，PH＝8.0)、保护剂、防腐剂。

[0034] 所述试剂1号(R1)采用血清白蛋白调整液滴大小，优选添加比例为7.6％wt。

[0035] 所述试剂2号(R2)采用氯化钠调整液滴大小，优选添加比例为8.7％wt。

[0036] 所述配套包含肌酸激酶同工酶(CK‑MB)抗体的试剂的磁分离试剂采用氯化钠调整液滴大小，优选添加比例为9.8％wt。

[0037] 优先的，所述包含N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)抗体的试剂为试剂1号(R1‑2)、试剂2号(R2‑2)；

[0038] 所述试剂1号(R1‑2)包括：FITC标记的抗NT‑proBNP抗体(约2.0μg/mL)、Tris缓冲液(0.05mol/L，pH＝7.2)、保护剂、防腐剂；

[0039] 所述试剂2号(R2‑2)包括：ALP标记的抗NT‑proBNP抗体(约0.5μg/mL)、Tris缓冲液(0.05mol/L，pH＝7.2)、保护剂、防腐剂；

[0040] 所述配套包含N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)抗体的试剂的磁分离试剂包括：包被有抗FITC抗体的磁性微粒(约1.0mg/mL、Tris缓冲液(0.1mol/L，pH＝8.0)、保护剂、防腐剂。

[0041] 所述试剂1号(R1‑2)采用血清白蛋白和Tetronic 1307调整液滴大小，优选添加比例为9.0％wt的血清白蛋白和0.01％的Tetronic 1307。

[0042] 所述试剂2号(R2‑2)采用磷酸盐缓冲溶液调整液滴大小，优选添加比例为11.6％wt。

[0043] 所述配套包含N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)抗体的试剂的磁分离试剂采用血清白蛋白和Tetronic 1307调整液滴大小，优选添加比例为9.0％wt的血清白蛋白和0.03％的Tetronic 1307。

[0044] 当然其他的通过试验确定的合适的添加比例也在本发明的保护范围内。

[0045] 通过添加惰性物质，调整试剂的密度和表面张力从而控制液滴大小，借助微流控生物芯片滴液阀和丝杆电机下压柱塞控制流量，结合视频识别数液滴计数，从而实现微流控生物芯片精准加入所需试剂体积的目的。

[0046] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0047] 微流控生物芯片滴液阀模具一旦成型，滴液阀孔径大小是固定的，添加相同试剂液滴大小也是固定的。而要满足不同项目不同试剂不同体积的加样要求，需要通过改变滴液阀模具孔径大小来改变液滴大小非常困难。本发明的有益效果为在不改变微流控生物芯片滴液阀孔径大小的前提下，通过添加惰性物质改变液滴大小，通过测试确定添加惰性物质不影响试剂性能后，能满足不同项目不同试剂的加样要求，不需要根据不同项目、不同试剂的区别制作不同孔径的滴液阀，方便实现工业化生产。

附图说明

[0048] 图1是本发明的微流控生物芯片实现试剂精准加样方式的示意图。

[0049] 图2是本发明的微流控生物芯片加液的过程示意图；

[0050] 其中2、柱塞；3、液体；4、第一管路；5、空气柱；6、常闭微阀；7‑芯片基体。

具体实施方式

[0051] 以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0052] 实施例1

[0053] 采用图1所示的微流控生物芯片实现试剂精准加样。

[0054] 以肌酸激酶同工酶(CK‑MB)测定试剂盒(磁微粒化学发光法)为例；

[0055] 试剂组分如下表所示：

[0056] 表1主要试剂组成

[0057]

[0058] 反应体系研究资料表明当试剂1号(R1)、试剂2号(R2)用量均为50μL，磁分离试剂M用量为35μL时，测试试剂性能检测效果能够满足设计要求，即灵敏度高、检测范围宽、试剂稳定性好、检测重复性好、检测准确度高。若测试时试剂加入体积发生偏差，会造成试剂性能检测效果降低，加入体积偏差较大时甚至无法满足设计要求。

[0059] 经过测试微流控芯片滴液阀(孔径固定)加出1滴该项目试剂1号(R1)、试剂2号(R2)和磁分离试剂M体积分别为15.6μl，19.3μl，20.1μl；但是反应需要精准加入50μl试剂R1、R2和35μl磁分离试剂M，因为微流控芯片滴液阀(孔径固定)，不改变各试剂液滴大小无法满足该项目试剂加样要求。

[0060] 以试剂2号(R2)为例，测试需要加入50μl试剂2号(R1)，通过微流控芯片加出一滴体积为19.3μl，若加2滴体积为38.6μl(偏差‑11.4μl)，加3滴体积为57.9μl(偏差+7.9μl)。通过不断尝试，最终确定往试剂2号(R2)中添加8.7％wt的惰性物质氯化钠(NaCl)后1滴试剂2(R2的体积为16.4μl，通过视频识别计数准确加入3滴体积为49.2μl(偏差‑0.8μl)。试剂
1号和磁分离试剂M按相应方法，分别添加7.6％的牛血清白蛋白和9.8％的氯化钠(NaCl)后，分别将液滴大小控制至17.5μl和17.1μl，经试剂性能测试检测效果能够满足设计要求，未超过允许的偏差范围，且不影响试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性、检测准确度等试剂性能。实现肌酸激酶同工酶(CK‑MB)项目使用微流控生物芯片进行测试的目的。

[0061] 表2试剂调整前后加入体积和偏差

[0062]

[0063]

[0064] 实施例2

[0065] 以N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)测定试剂盒(磁微粒化学发光法)为例[0066] 采用图1所示的微流控生物芯片实现试剂精准加样。

[0067] 试剂组分如下表所示：

[0068] 表3主要试剂组成

[0069]

[0070] 反应体系研究资料表明当试剂1号(R1‑2)、试剂2号(R2‑2)用量均为50μL，磁分离试剂M‑2用量为35μL时，测试试剂性能检测效果能够满足设计要求。在调整过程中发现，一定范围内的单一惰性溶剂不能完成调整目的，采用多种惰性溶剂复配，才能达到效果。例如，试剂1号(R1‑2)采用血清白蛋白调整大小，超过可使用范围9.0％的最大添加浓度后，依然不能满足要求，因此再选择适量的表面活性剂复配，最终摸索达到调整目的。具体如表4所示。即灵敏度高、检测范围宽、试剂稳定性好、检测重复性好、检测准确度高。若测试时试剂加入体积发生偏差，会造成试剂性能检测效果降低，加入体积偏差较大时甚至无法满足设计要求。

[0071] 调整方式如下表所示：

[0072] 表4试剂调整前后加入体积和偏差

[0073]

[0074]

[0075] 经试剂性能测试检测效果能够满足设计要求，未超过允许的偏差范围，且不影响试剂灵敏度、检测范围、试剂稳定性、检测重复性、检测准确度等试剂性能。实现N末端脑钠肽前体(NT‑proBNP)项目使用微流控生物芯片进行测试的目的。

[0076] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。