一種尿液多指標檢測微流控裝置及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種尿液多指標檢測微流控裝置，包括進樣通道，其位于所述裝置的上游；流動通道，為兩條或多條，且與進樣通道連通，并位于進樣通道下游；反應區，位于所述流動通道中，并包括分析試紙；集液室，位于所述反應區的下游，與流動通道的下游末端連通，進樣通道、流動通道、反應區和集液室形成的上層通路由第一通路層和中間層構成。可以多層配合，能同時檢測多重指標，可以在短時間內完成取尿、反應、檢測分析的過程，大大簡化了操作步驟，節約時間并提高了效率。另外，本發明還公開了上述裝置的制備方法，采用三維繪圖軟件設計通路模型結合三維打印通路模型模具的方法，可以快速、節約成本地制備該裝置。
【專利說明】
一種尿液多指標檢測微流控裝置及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于生物檢測技術領域，涉及一種尿液檢測裝置，尤其涉及一種尿液多指標檢測微流控裝置。
【背景技術】
[0002]尿常規檢查是目前臨床常用的醫學檢查項目之一，可以反映腎臟和泌尿系統等方面疾病的嚴重程度。對于某些全身性病變以及其它臟器影響尿液改變的疾病如糖尿病、血液病、肝膽疾患、流行性出血熱等診斷具有重要的參考價值。此外，尿液的化驗檢查對一些系統疾病的治療效果及預后判斷也有重要的參考價值。
[0003]隨著人們生活水平的提高，糖尿病、痛風等疾病的發病率顯著上升，嚴重危害了人類的健康。目前，大多數情況下會初步采用尿液分析試紙進行快速簡便且廉價的尿液檢查，以初步篩查檢驗病癥。現有尿液分析試紙的操作方式是:用尿杯接中段尿，然后將尿液分析試紙浸入尿液中取尿。這種取尿方式比較繁瑣，并且為了保證排除其他污染影響，用尿杯接取中段尿時很不方便，尿液很容易濺到手上或者身上。此外，尿液分析試紙的反應區滯留的尿液會產生相互干擾，影響檢測結果。另外，由于尿液分析試紙一次性使用的特性及存儲條件的要求，使用者保存不當容易使尿液分析試紙失效從而失去臨床檢測意義。而且，單一尿液分析試紙的基質較軟，在吸取尿液時容易造成尿液四處滴落。
[0004]而微流控微流控技術是將生物或者化學樣品的制備、輸送、反應、分離及檢測等基本操作單元集成的技術。由于其高通量低成本的優勢在生物醫學、化學、材料科學等領域迅速發展。傳統的微流控芯片主要通過光刻法實現，需要對硅片進行清洗、旋涂、紫外曝光等一系列步驟，工序繁瑣且成本較高，因此，難以實現快速及低成本制備。
[0005]因此，本領域的技術人員致力于開發一種使用簡單、衛生方便、且容易保存并能實現多指標同時檢測的尿液檢測微流控裝置。
【發明內容】
[0006]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種使用簡單方便且容易制作及保存，并能同時檢測多個指標的尿液檢測裝置。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了一種尿液多指標檢測微流控裝置。
[0008]在本發明的一個優選地【具體實施方式】中，該尿液多指標檢測微流控裝置包括:
[0009]進樣通道，該進樣通道位于所述裝置的上游；
[0010]流動通道，該流動通道為兩條或多條，且與上述進樣通道連通，并位于上述進樣通道下游；
[0011 ]反應區，該反應區位于上述流動通道中，并包括分析試紙；以及集液室，該集液室位于上述反應區的下游，與上述流動通道的下游末端連通；
[0012]其中，進樣通道、流動通道、反應區和集液室形成的上層通路由第一通路層和中間層構成。
[0013]進一步地，該裝置還包括第二通路層，第二通路層和中間層構成下層通路，上層通路和下層通路位于中間層的兩側。
[0014]可選地，通路為多個，由多個第一通路層和多個中間層形成。
[0015]進一步地，分析試紙選自檢測白細胞、亞硝酸鹽、蛋白質、潛血、尿膽原、膽紅素、葡萄糖、胴體、抗壞血酸、尿比重、肌酐、微量白蛋白、I丐離子和PH的分析試紙。
[0016]進一步地，該裝置還包括包覆層，所述包覆層包覆在上述多個通路的外部，并且包覆層還包括漏斗狀的進樣口，進樣口被配置為一部分與通道的入口連通，使得一部分液體從通道的入口進入進樣通道中，一部分與包覆層形成的腔室連通，使得其余液體進入包覆層形成的腔室中。
[0017]優選地，集液室中填充有吸水硅膠。
[0018]本發明的另一方面還提供一種上述裝置的制備方法。
[0019]在本發明的一個優選的【具體實施方式】中，該方法包括:
[0020]I)采用三維繪圖軟件設計通路模型；
[0021]2)通過三維打印形成所述通路模型的模具；
[0022]3)使用聚二甲基硅氧烷澆注在所述模具上，并進行固化形成通路層；
[0023]4)將所述通路層脫模，并在所述反應區填充分析試紙；
[0024]5)將所述通路層進行等離子體處理，然后與所述中間層組裝。
[0025]該方法還進一步包括步驟6)在所述通路層和所述中間層外包覆包覆層。
[0026]進一步地，步驟I)中的通路模型，進樣通道寬為I?2mm、高為0.5?1.5mm，流動通道寬為0.8?1.5謹、高為0.8?I.5謹，反應區直徑為2?&nm、高為I?2謹，集液室直徑為8?15mm、高為4 ?I Omm ο
[0027]優選地，進樣通道寬為1.5mm、高為1mm，流動通道寬為1mm、高為1mm，反應區直徑為4mm、高為1.5mm，集液室直徑為10mm、高為5mm。
[0028]進一步地，步驟3)中聚二甲基硅氧烷需要先和固化劑按照重量比5:1?50:1進行配比混合。優選地，聚二甲基硅氧烷和固化劑的重量比為1:1。
[0029]進一步地，步驟3)中，澆注之后需要置于50?90°C烘箱中靜置固化5?10小時。優選地，澆注之后在70°C烘箱中靜置固化8小時以上。
[0030]本發明將尿液分析試紙和微流控技術結合，因此本發明的尿液多指標檢測微流控裝置能同時檢測多重指標，可以在短時間內完成取尿、反應、檢測分析的過程，大大簡化了操作步驟，節約時間并提高了效率。
[0031]I)打開進樣口后，使用者只需捏住裝置后端空腔部分即可完成取樣及檢測步驟。這種微流控裝置省略了尿杯取尿等步驟，也減少了尿液濺到使用者身上，操作簡便衛生。
[0032]2)尿液最后會進入集液室以及包覆層中，因此，在流動通道及反應區不會滯留過多尿液而造成相互干擾，極大地提高了尿液檢測的準確度，對于多余尿液的儲存也不會造成二次污染。
[0033]3)該裝置也保證試紙不會接觸到外界空氣，在長期潮濕的區域也能達到良好的保存效果。
[0034]本發明提供的裝置，操作簡單，檢測速度快，準確度高，適用于日常生活隨時檢測等優點，是一種廉價高效的尿液檢測工具，非常具有市場應用價值。
[0035]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發明的一個較佳實施例的尿液多指標檢測微流控裝置的結構示意圖。
[0037]圖2是本發明的一個較佳實施例的尿液多指標檢測微流控裝置的剖視圖。
[0038]圖3是圖2中的尿液多指標檢測微流控裝置的上層通路的示意圖。
[0039]圖4是本發明的一個較佳實施例的尿液多指標檢測微流控裝置的實例圖。
[0040]圖5是圖4中的尿液多指標檢測微流控裝置的使用結果圖。
【具體實施方式】
[0041 ]本發明中，使用的“上游”是指靠近進樣口的一側，“下游”是指靠近集液室的一側。本發明中，分析試紙是對尿液進行分析使用的試紙，包括但不限于檢測白細胞、亞硝酸鹽、蛋白質、潛血、尿膽原、膽紅素、葡萄糖、胴體、抗壞血酸、尿比重、肌酐、微量白蛋白、鈣離子和pH等尿液分析試紙。
[0042]本【具體實施方式】的尿液多指標檢測微流控裝置，包括進樣口、進樣通道1、流動通道2、反應區3、集液室4、分析試紙5。進樣口位于整個裝置邊緣的中間處，對裝置起到密封的作用。進樣通道I和流動通道2均為狹長通道，供尿液流動通過。集液室4為一空腔，用以收集反應完成后的尿液。分析試紙5用于對尿液進行篩選檢測分析。
[0043]進樣通道I靠近微流控裝置的進樣口處，并位于進樣口的下游。進樣通道I與流動通道2連通，且流動通道2位于進樣通道I的下游。反應區3位于流動通道2中，通常打斷流動通道2，反應區3中包括分析試紙5。流動通道2還與集液室4相連，集液室位于反應區3和流動通道2的下游。
[0044]在使用時，首先打開進樣口，捏住位于裝置下游的集液室并開始收集尿液。通常在排尿一段時間后，開始收集中段尿。尿液進樣口進入后，流入進樣通道I中，并持續流動進入與流動通道I相連的流動通道2中，然后流動經過位于流動通道2中的反應區3中。在反應區3中，尿液會與其中的分析試紙5接觸反應。隨后，尿液從反應區3中流出，并繼續沿流動通道2流動，最后進入到集液室4中。將經過反應的分析試紙5和標準比色卡進行對比，即可完成各項指標的半定量分析。
[0045]實施例1
[0046]本實施例涉及一種尿液多指標檢測微流控裝置，如圖1-5所示，其包括上層通路6、下層通路7以及中間層8，該裝置還包括8個反應區3，能同時檢測8個指標，其中4個分布在上層通路6中，另外4個分布在下層通路7中。具體的實例圖及使用圖如圖4和圖5所示。
[0047]以上層通路6為例，參見圖1，進樣口位于整個裝置的上游邊緣的中間部位，進樣通道I位于進樣口的下游，大致位于整個裝置的縱向中心線上。4條第一流動通道21、22、23和24位于進樣通道I的兩側，每側各兩條。第一流動通道21和22并聯設置，第一流動通道23和24并聯設置，并且第一流動通道21、22和第一流動通道23、24交錯分布，即在第一流動通道21和23、22和24在整個裝置的橫向上不處于一條軸線上。
[0048]在另一【具體實施方式】中，流動通道也可以不對稱分布，如在進樣通道一側為2條，另一側為3條，或者全部位于進樣通道的一側。
[0049]反應區31、32、33和34分別位于第一流動通道21、22、23和24中。反應區31、32、33和34為一圓形區域，其每一個反應區的中心點均位于對應的流動通道的軸線上。分析試紙5被放置在反應區中，并且，每一種分析試紙均不同，用以檢測不同的指標。
[0050]在另一實施方式中，反應區還可以有其他的形狀，只要能容納分析試紙5即可。另夕卜，反應區也不一定位于流動通道的軸線上，只要流動通道中的液體能流動進入反應區即可。
[0051]在反應區下游，位于進樣通道I一側的兩個第一流動通道21和22合并為一個第二流動通道25，位于進樣通道I另一側的兩個第一流動通道23和24合并為另一個第二流動通道26，兩個第二流動通道又合并成一個第三流動通道27。第三流動通道27的軸線大致和裝置的縱向中心線同軸。
[0052]第三流動通道27與位于其下游的集液室4相連通。在另一【具體實施方式】中，第一流動通道在反應區的下游也可以不合并，可分別單獨與集液室4相連通;或者第二流動通道也可以不合并，單獨與集液室4相連通。
[0053]下層通路7與上層通路6的排布結構一致，在此不再贅述。
[0054]上層通路6和下層通路7之間配置有中間層8，如圖2所示。中間層8將上層通路和下層通路部分隔開，上層通路6和下層通路7大致對稱。其中，中間層8將上層通路6和下層通路7的通道部分完全隔開，以免造成檢測時的交叉影響，降低檢測準確度。但是，在中間層8對應于集液室4的部分，在中間層8上設置有孔，將上層通路6和下層通路7的集液室4連通，從而增加進樣口吸取液體的體積。中間層8上的孔可以是一個或多個。
[0055]本實施例的裝置，在未開啟使用前是密封的，保證了試紙與外部環境的隔絕。
[0056]在另一實施例中，在上層通路6、中間層8和下層通路7的外部，可以由包覆層包覆，進一步提供了一個與外部環境隔絕的內部環境。
[0057]實施例2
[0058]本實施例涉及另一種尿液多指標檢測微流控裝置，其包括由第一上層通路、第一下層通路和第一中間層組成的第一單元，由第二上層通路、第二下層通路和第二中間層組成的第二單元。第一單元和第二單元相對獨立，并且他們的內部結構相似，分別與實施例1中的內部結構類似。包覆層包覆在兩個單元的外側，使第一單元和第二單元與外界環境隔離，同時包覆層自身也形成一個袋狀容器。
[0059]在包覆層的內部，靠近兩個單元的進樣通道的入口處，設置有可拉開形成漏斗狀的進樣口，該進樣口的底部的一部分與兩個單元的通道入口連通，使得一部分液體可以進入漏斗狀進樣口，然后順利流入進樣通道，一部分與包覆層形成的腔室連通，使得其余液體進入包覆層形成的腔室中。
[0060]在本實施例的尿液多指標檢測微流控裝置中，實現了同時對更多指標的檢測。
[0061 ] 實施例3
[0062 ]本實施例涉及一種如實施例1中的尿液多指標檢測微流控裝置制備方法，具體如下:
[0063]1、3D模具的設計:采用三維繪圖軟件設計通路模型，其中，進樣通道I寬為1.5mm、高為1mm，流動通道2寬為1mm、高為1mm，反應區直徑為4mm、高為1.5mm，集液室4直徑為10mm、高為5mm。
[0064]2、打印模具:采用熔融沉積式累積技術以及熱熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。
[0065]3、澆注:將PDMS(聚二甲基硅氧烷)和固化劑按照重量比10:1混合，并攪拌混勻，澆注在模具上，置于70°C烘箱中靜置固化8小時以上。其中，固化劑為本領域常用的固化劑，包括硫黃、砸、碲、含硫化合物、金屬氧化物、過氧化物、樹酯、醌類和胺類等。
[0066]4、脫模:將固化后的PDMS脫模，形成通路層，并在對應于反應區的位置填充不同的分析試紙。
[0067]5、組裝:對形成的通路層進行等離子體處理，使其表面活化，然后將兩個通路層(即上層通路層和下層通路層)與中間層通過鍵合進行組裝，如圖3所示。其中，中間層是一層PDMS，在對應于集液室的位置具有多個孔;等離子體處理是將通道層放入等離子體表面活性儀中，抽真空至形成真空密閉環境，將RF 1^￥61調節至!11檔，計時1-2111；[11，以1.5min為佳，從而實現表面活化。
[0068]實施例4
[0069]本實施例涉及一種尿液多指標檢測微流控裝置制備方法，具體如下:
[0070]1、3D模具的設計:采用三維繪圖軟件設計通路模型，其中，進樣通道I寬為2mm、高為1.5mm，流動通道2寬為1.5mm、高為1.5mm，反應區直徑為5mm、高為2mm，集液室4直徑為15mm、高為 I Omm。
[0071]2、打印模具:采用熔融沉積式累積技術以及熱熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。
[0072]3、澆注:將PDMS和固化劑按照重量比50:1混合，并攪拌混勻，澆注在模具上，置于90°C烘箱中靜置固化10小時。
[0073]4、脫模:將固化后的PDMS脫模，形成通路層，并在對應于反應區的位置填充不同的分析試紙。
[0074]5、組裝:對形成的通路層進行等離子體處理，使其表面活化，然后將兩個通路層(即上層通路層和下層通路層)與中間層通過鍵合進行組裝。其中，中間層是一層PDMS，在對應于集液室的位置具有多個孔;等離子體處理是將通道層放入等離子體表面活性儀中，抽真空至形成真空密閉環境，將RF Level調節至HI檔，計時1.5min，從而實現表面活化。
[0075]6、包覆:在通道層和中間層組裝完成后，在其外部包覆一個包覆層。
[0076]實施例5
[0077]本實施例涉及一種尿液多指標檢測微流控裝置制備方法，具體如下:
[0078]1、3D模具的設計:采用三維繪圖軟件設計通路模型，其中，進樣通道I寬為1mm、高為0.8mm，流動通道2寬為0.5mm、高0.8mm，反應區直徑為2mm、高為1mm，集液室4直徑為8mm、高為4mm。
[0079]2、打印模具:采用熔融沉積式累積技術以及熱熔性塑料，在一基板上打印形成前述3D模具。
[0080]3、澆注:將PDMS和固化劑按照重量比5:1混合，并攪拌混勻，澆注在模具上，置于50°(:烘箱中靜置固化5小時。
[0081]4、脫模:將固化后的PDMS脫模，形成通路層，并在對應于反應區的位置填充不同的分析試紙。
[0082]5、組裝:對形成的通道層進行等離子體處理，使其表面活化，然后將兩個通路層(即上層通路層和下層通路層)與中間層通過鍵合進行組裝。其中，中間層是一層PDMS，在對應于集液室的位置具有多個孔;等離子體處理是將通道層放入等離子體表面活性儀中，抽真空至形成真空密閉環境，將RF Level調節至HI檔，計時1.5min，從而實現表面活化。
[0083]6、包覆:在通路層和中間層組裝完成后，在其外部包覆一個包覆層。
[0084]實施例6
[0085]本實施例涉及一種尿液多指標檢測微流控裝置制備，其結構與實施例1中的類似。但是，在本實施的裝置中，在集液室中填充有一定量的吸水硅膠。該吸水硅膠在該裝置的通道經澆注脫模后，與分析試紙一起放置到裝置中。
[0086]吸水硅膠一方面可以保持該裝置在儲存過程中維持干燥的狀態，使得分析試紙保持更良好的狀態，從而保證后續分析的準確性。另一方面，在使用該裝置時，吸水硅膠接觸到液體，并吸收液體，從而對處于通道中的液體產生引流的作用，能使液體順利的在流動通道中流動。再一方面，吸水硅膠對液體的吸收，能防止液體滯留在反應區，避免對對測定結果產生影響。
[0087]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，包括 進樣通道，所述進樣通道位于所述裝置的上游； 流動通道，所述流動通道為兩條或多條，與所述進樣通道連通，并位于所述進樣通道下游； 反應區，所述反應區位于所述流動通道中，并包括分析試紙；以及 集液室，所述集液室位于所述反應區的下游，與所述流動通道的下游末端連通； 其中，所述進樣通道、所述流動通道、所述反應區和所述集液室形成的上層通路由第一通路層和中間層構成。2.如權利要求1所述的尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二通路層，所述第二通路層和中間層構成下層通路，所述上層通路和所述下層通路位于所述中間層的兩側。3.如權利要求1所述的尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，所述通路為多個，由多個所述第一通路層和多個所述中間層形成。4.如權利要求1所述的尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，所述分析試紙選自檢測白細胞、亞硝酸鹽、蛋白質、潛血、尿膽原、膽紅素、葡萄糖、胴體、抗壞血酸、尿比重、肌酐、微量白蛋白、鈣離子和PH的分析試紙。5.如權利要求3所述的尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，所述裝置還包括包覆層，所述包覆層包覆在所述多個所述通路的外部，并且所述包覆層還包括漏斗狀的進樣口，所述進樣口被配置為一部分與所述通道的入口連通，使得一部分液體從所述通道的入口進入進樣通道中，一部分與所述包覆層形成的腔室連通，使得其余液體進入所述包覆層形成的腔室中。6.如權利要求1所述的尿液多指標檢測微流控裝置，其特征在于，所述集液室中填充有吸水娃膠。7.—種如權利要求1所述的裝置的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 1)采用三維繪圖軟件設計通路模型； 2)通過三維打印形成所述通路模型的模具； 3)使用聚二甲基硅氧烷澆注在所述模具上，并進行固化形成通路層； 4)將所述通路層脫模，并在所述反應區填充分析試紙； 5)將所述通路層進行等離子體處理，然后與所述中間層組裝。8.一種如權利要求7所述的裝置的制備方法，其特征在于，步驟I)中的所述通路模型，進樣通道寬為I?2mm、高為0.8?1.5mm，流動通道寬為0.5?1.5mm、高為0.8?1.5mm，反應區直徑為2?5mm、高為I?2mm，集液室直徑為8?15mm、高為4?I Omm。9.一種如權利要求7所述的裝置的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述聚二甲基硅氧烷需要先和固化劑按照重量比5:1?50:1進行配比混合。10.一種如權利要求7所述的裝置的制備方法，其特征在于，步驟3)中，澆注之后需要置于50?90°C烘箱中靜置固化5?10小時。
【文檔編號】G01N33/50GK105921185SQ201610218381
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】劉碩鵬, 丁顯廷, 陳守慧, 蘇文瓊, 李宗霖
【申請人】上海交通大學