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一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法

阅读：114发布：2024-02-12

专利汇可以提供一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法，包括：微流控检测芯片，包括：微流体腔体；微井阵列，设置于所述微流体腔体内的底面上；样品导入导管、样品导出导管；其分别连接设置所述微流体腔体的两侧；微流体操作装置，用于使与微球反应后的样品通过样品导入导管进入所述微流体腔体，且通过控制流速以使与微球反应后的样品沉积到所述微井中；图像采集装置，设置于所述微井阵列的上方，用于采集沉积于所述微井中的样品的信息；数据分析装置，用于分析所述图像采集装置采集的样品信息并获取分析结果。由上，有利于实现对待测样品高通量、无阻塞、便携式、低检测极限的检测。，下面是一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微流控芯片检测系统，其特征在于，包括：
微流控检测芯片，包括：
微流体腔体；
微井阵列，设置于所述微流体腔体内的底面上；
样品导入导管、样品导出导管；其分别连接设置所述微流体腔体的两侧；
微流体操作装置，用于使与微球反应后的样品通过样品导入导管进入所述微流体腔体，且通过控制流速以使与微球反应后的样品沉积到所述微井中；
图像采集装置，设置于所述微井阵列的上方，用于采集沉积于所述微井中的样品的信息；
数据分析装置，用于分析所述图像采集装置采集的样品信息并获取分析结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微流体操作装置还用于：将缓冲液通过样品导入导管导入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括样品反应室：
所述样品反应室为与所述微流体操作装置连通的一独立设置的腔室；或所述微流体腔体或所述样品导入导管同时兼作为所述样品反应室。
4.根据权利要求1-3所述的系统，其特征在于，所述微流控检测芯片数量为1或者至少为2；
当所述微流控检测芯片数量至少为2时；依次相邻的微流控检测芯片通过连接管道依次串联连通；每个微流控检测芯片中的各个微井阵列尺寸一致；不同微流控检测芯片的微井的尺寸沿样品流动方向依次增大。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，依次相邻的微流控检测芯片之间的连接管道上还设置有可被控的阀门。
6.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述微流体操作装置包括：气压流体泵或注射泵。
7.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，
所述微球直径范围为：1微米-20微米；
所述微球的材料至少包括以下其一：聚苯乙烯、二氧化硅、四氧化三铁；
其中，所述微球表面修饰有特异性分子探针及设置于所述分子探针间隙的用于减少分子非特异性吸附的阻抗分子；
其中，所述特异性分子探针至少包括以下其一：DNA、RNA、蛋白质分子、生物素分子；
其中，所述阻抗分子至少包括以下其一：牛血清白蛋白BSA、聚乙二醇PEG。
8.根据权利要求1-3任一项所述系统，其特征在于：
所述微井的直径为单个微球直径3-10倍；
所述微井的深度为单个微球直径的1-5倍；
其中，所述微流体腔体的高度为单个微球直径2-10倍；
其中，所述微井在水平方向投影为：圆形、椭圆形或多边形。
9.一种基于微流控芯片检测系统进行样品检测的方法，其特征在于，包括：
A、将待测样品置于盛有微球的样品反应室中，使待测样品中的待测目标分子与所述微球反应形成二聚体；
B、通过微流体操作装置使反应后的样品通过样品导入导管进入微流控检测芯片的微流体腔体，且通过控制流速以使所述二聚体沉积到所述微井中；
C、通过所述微流体操作装置使缓冲液通过样品导入导管进入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出；
D、通过图像采集装置采集沉积于所述微井中的所述二聚体的信息；
E、通过数据分析装置分析所述图像采集装置采集的二聚体的信息，以获取待测分子在待测样品中的浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述微流控检测芯片数量为1或者至少为
2；
当所述微流控检测芯片数量至少为2时；依次相邻的微流控检测芯片通过连接管道依次串联连通；每个微流控检测芯片中的各个微井阵列尺寸一致；不同微流控检测芯片的微井的尺寸沿样品流动方向依次增大；
其中，依次相邻的微流控检测芯片之间的连接管道上还设置有可被控的阀门。

说明书全文

一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生命科学与医学领域，并且特别地，涉及一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法。

背景技术

[0002] 生物标志物是检测和评估常规生物学过程、发病机理或治疗性干预的药理学反应的有效手段，因此，对生物标志物进行便利地且准确地检测和定量是现代生物技术的核心目标。对于临床应用而言，三明治免疫测定是使用最为广泛的目标生物标志物检测手段。一般而言，这些方法需要一些类型的标记(酶或荧光等)来选择性和灵敏地检测目标分析物。同时还需要特定的仪器(例如读板仪)和许多洗涤步骤。最近，快速、准确、便携且无需标志物的生物标志物定量检测方法的快速发展使得即时诊断(亦称为床边检测)这个概念成为现实。其中，诸如阻抗谱、电位传感器、表面增强拉曼散射技术、和重量传感器等生物传感器已经被开发且用目标生物标志物的直接定量测量。这些方法通过将特定的受体固定在传感器表面，因而不需要任何形成的标记。另一种很有前景的无标记检测方法是基于生物功能化的微米/纳米粒子。以这种微米/纳米粒子形成的分子探针或载体，已被广泛地用于从复杂样品中直接捕获目标蛋白质或DNA。通过分析这些颗粒的聚集状态，比色法或粒径分析仪已被用于生物标志物的检测。通过固定在颗粒表面上的受体与溶液中的目标分析物之间的特定蛋白质相互作用(例如抗原—抗体)，可以使得纳米粒子形成聚集体。一般来说，生物标志物浓度越高，产生的聚集体也就越多，并且越大。

[0003] 然而，因为缺乏相兼容的方法或工具来准确地量化聚集状态(包括每个聚集体内的纳米颗粒数目等信息)，纳米颗粒的聚集与生物标志物浓度之间的准确关系尚未被彻底揭示。除纳米粒子之外，人们也开始对微米粒子的表面进行抗体修饰，并且利用阻抗传感器来检测修饰有特异性抗体的微米小球间的聚集状态，进而实现对抗原的检测。虽然阻抗传感器可以直接读出聚集体的数量，但是这种方法具有通量低、易堵塞，以及分辨率低等问题。此外，开发阻抗分析系统需要专用的流体运输装置和昂贵的数据采集系统，以实现快速和低噪声的电信号处理。这就阻碍了这种电阻抗系统发展成为便携式的检测设备。

[0004] 因此，目前亟需一种检测装置以克服现有技术中检测时由于通量低、易堵塞，以及分辨率低导致的不易检测等问题。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本申请提供一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法，以克服现有技术中检测时由于通量低、易堵塞，以及分辨率低导致的不易检测等问题。实现了高通量、无阻塞、高分辨率的检测。

[0006] 本申请提供一种微流控芯片检测系统，包括：

[0007] 微流控检测芯片，包括：

[0008] 微流体腔体；

[0009] 微井阵列，设置于所述微流体腔体内的底面上；

[0010] 样品导入导管、样品导出导管；其分别连接设置所述微流体腔体的两侧；

[0011] 微流体操作装置，用于使与微球反应后的样品通过样品导入导管进入所述微流体腔体，且通过控制流速以使与微球反应后的样品沉积到所述微井中；

[0012] 图像采集装置，设置于所述微井阵列的上方，用于采集沉积于所述微井中的样品的信息；

[0013] 数据分析装置，用于分析所述图像采集装置采集的样品信息并获取分析结果。

[0014] 由上，本申请通过微流体操作装置控制流速，并结合本申请的上述结构将微球反应后的样品分散沉积到所述微流控检测芯片的微井中，并进一步通过便携式的图像采集装置(例如手机)采集微井中的信息进行分析，克服了现有技术中由于样品不分散、叠加导致的通量低、易堵塞，以及分辨率低的缺陷，实现了对待测样品高通量、无阻塞、便携式、高分辨率的检测。

[0015] 优选地，所述微流体操作装置还用于：将缓冲液通过样品导入导管导入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出。

[0016] 由上，将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，有利于减少对微井中样品检测的干扰。在此时冲洗的过程中，由于微井的存在，使得其中的二聚体不会被冲走。

[0017] 优选地，所述系统，还包括：

[0018] 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括样品反应室：

[0019] 所述样品反应室为与所述微流体操作装置连通的一独立设置的腔室；或[0020] 所述微流体腔体或所述样品导入导管同时兼作为所述样品反应室接。

[0021] 由上，上述样品反应室可以是单独设置的试管、离心管、导管、微腔体等，也可以直接将样品导入导管作为样品反应室，使得设备更加简洁易携带。

[0022] 优选地，所述微流控检测芯片数量为1或者至少为2；

[0023] 当所述微流控检测芯片数量至少为2时；依次相邻的微流控检测芯片通过连接管道依次串联连通；每个微流控检测芯片中的各个微井阵列尺寸一致；不同微流控检测芯片的微井的尺寸沿样品流动方向依次增大。

[0024] 由上，当设置单个微流控检测芯片时，其内设置微井阵列，流入的样品不易阻塞，通量高，且待测样品分散的落入各个微井中，使得检测更加清楚。

[0025] 当设置两个以上的微流控检测芯片时(例如3个)，可以实现对微球的逐级分类捕捉：第一级微流体腔体用于捕捉反应后微球溶液中的单个微球，第二级微流体腔体主要用于捕捉由两个两个微球组成的二聚体，第三级微流体腔体用于捕捉三个或者三个以上微球组成的聚合体。这样分级处理，可以降低微球的检测与计数难度，进而降低检测误差。

[0026] 优选地，依次相邻的微流控检测芯片之间的连接管道上还设置有可被控的阀门。

[0027] 由上，通过设置上述的阀门，可以更好的分级实现对不同聚合程度的微球的捕捉。例如，当第一级的微流控检测芯片的微流体腔体捕捉反应后微球溶液中的单个微球时，关闭第一级和第二级微流体腔体之间的管道；当通入缓冲液对未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第一级和第二级微流体腔体之间的管道；同时关闭第二级和第三级微流体腔体之间的管道；将未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第二级微流体腔体中，使其中的由两个微球组成的二聚体被捕捉到微井中；当通入缓冲液对未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第二级和第三级微流体腔体之间的管道；将未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第三级微流体腔体中，使其中的由三个或者三个以上微球组成的聚合体被捕捉到微井中。这样分级处理，可以降低微球的检测与计数难度，进而降低检测误差。

[0028] 优选地，所述微流体操作装置包括：气压流体泵或注射泵。

[0029] 优选地，所述微球直径范围为：1微米-20微米；

[0030] 所述微球的材料至少包括但不限于以下其一：聚苯乙烯、二氧化硅、四氧化三铁；

[0031] 其中，所述微球表面修饰有特异性分子探针及设置于所述分子探针间隙的用于减少分子非特异性吸附的阻抗分子；

[0032] 其中，所述特异性分子探针至少包括但不限于以下其一：DNA、RNA、蛋白质分子、生物素分子；

[0033] 其中，所述阻抗分子至少包括但不限于以下其一：牛血清白蛋白BSA、聚乙二醇PEG。

[0034] 由上，其中，微球的直接范围可以是1-100微米，优选为1-10微米，可以根据需要进行选择。

[0035] 优选地，所述微井的直径为单个微球直径3-10倍；

[0036] 所述微井的深度为单个微球直径的1-5倍；

[0037] 其中，所述微流体腔体的高度为单个微球直径2-10倍；

[0038] 其中，所述微井在水平方向投影为：圆形、椭圆形或多边形。

[0039] 由上，微井直径优选地为所单个微球直径的3-5倍；微井深度优选的单个微球直径的2-3倍。所述微流体腔体的高度优选地为单个微球直径2-10倍。

[0040] 优选地，所述微流体腔体及微井的制作材料至少包括但不限于以下其一：透明有机聚合物、玻璃、二氧化硅。

[0041] 由上，所述微流体腔体及微井的制作材料可以是一切的透明材料。以有利于后续的图像采集。

[0042] 优选地，所述导入导管和导出导管的制作材料至少包括但不限于以下其一：塑料管，Teflon管，玻璃导管、金属导管。

[0043] 本申请还提供一种基于微流控芯片检测系统进行样品检测的方法，包括：

[0044] A、将待测样品置于盛有微球的样品反应室中，使待测样品中的待测目标分子与所述微球反应形成二聚体；

[0045] B、通过微流体操作装置使反应后的样品通过样品导入导管进入微流控检测芯片的微流体腔体，且通过控制流速以使所述二聚体沉积到所述微井中；

[0046] C、通过所述微流体操作装置使缓冲液通过样品导入导管进入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出；

[0047] D、通过图像采集装置采集沉积于所述微井中的所述二聚体的信息；

[0048] E、通过数据分析装置分析所述图像采集装置采集的二聚体的信息，以获取待测分子在待测样品中的浓度。

[0049] 优选地，所述微流控检测芯片数量为1或者至少为2；

[0050] 当所述微流控检测芯片数量至少为2时；依次相邻的微流控检测芯片通过连接管道依次串联连通；每个微流控检测芯片中的各个微井阵列尺寸一致；不同微流控检测芯片的微井的尺寸沿样品流动方向依次增大；

[0051] 其中，依次相邻的微流控检测芯片之间的连接管道上还设置有可被控的阀门。

[0052] 由上，通过设置上述的阀门，可以更好的分级实现对不同聚合程度的微球的捕捉。例如，当第一级的微流控检测芯片的微流体腔体捕捉反应后微球溶液中的单个微球时，关闭第一级和第二级微流体腔体之间的管道；当通入缓冲液对未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第一级和第二级微流体腔体之间的管道；同时关闭第二级和第三级微流体腔体之间的管道；将未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第二级微流体腔体中，使其中的由两个微球组成的二聚体被捕捉到微井中；当通入缓冲液对未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第二级和第三级微流体腔体之间的管道；将未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第三级微流体腔体中，使其中的由三个或者三个以上微球组成的聚合体被捕捉到微井中。这样分级处理，可以降低微球的检测与计数难度，进而降低检测误差。

[0053] 综上所述，本申请通过将微球反应后的样品分散沉积到所述微流控检测芯片的微井中，并进一步通过便携式的图像采集装置(例如手机)采集微井中的信息进行分析，克服了现有技术中由于样品不分散、叠加导致的通量低、易堵塞，以及分辨率低的缺陷，实现了对待测样品高通量、无阻塞、便携式、高分辨率的检测。并且本申请还可以实现对不同的类型的聚合体的分级捕捉，从而降低了检测与计数的难度，进而降低了检测误差。附图说明

[0054] 图1为本申请实施例提供的微流控检测芯片的俯视图；

[0055] 图2为本申请实施例提供的微流控检测芯片三维立体示意图；

[0056] 图3为本申请实施例提供的样品反应室中的微球与样品中的待测目标分子的反应的原理示意图；

[0057] 图4为本申请实施例提供的微流控芯片检测系统整体结构及工作原理示意图；

[0058] 图5为本申请实施例提供的当样品反应室为样品导入导管时的示意图；

[0059] 图6为本申请实施例提供的当样品反应室为微流体腔体时的示意图；

[0060] 图7为本申请实施例提供的当微流控检测芯片为两个以上(本实施例为3个，通过导管连通)时的示意图；

[0061] 图8为修饰有不同的分子探针的不同大小的微球同时与含有被检测样品混合分别形成不同放入二聚体的示意图；

[0062] 图9为将微流控检测芯片集成到一个便携式黑盒子的结构示意图；

[0063] 图10为通过图像采集装置采集后的图像的示意图；

[0064] 图11为本申请实施例的一种实施例检测前列腺癌抗体(PSA)的检测结果的示意图；

[0065] 图12为本申请实施例提供的基于微流控芯片检测系统进行样品检测的方法的流程示意图。

具体实施方式

[0066] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0067] 本申请提供一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法，有利于实现对待测样品高通量、无阻塞、便携式、低检测极限的检测。

[0068] 如图1-4所示本申请提供一种微流控芯片检测系统，包括：

[0069] 微流体检测芯片，包括：

[0070] 微流体腔体100；

[0071] 微井阵列101，设置于所述微流体腔体内的底面上；

[0072] 样品导入导管102、样品导出导管103；其分别连接设置所述微流体腔体的两侧；

[0073] 微流体操作装置200，用于使与微球反应后的样品通过样品导入导管进入所述微流体腔体，且通过控制流速以使与微球反应后的样品沉积到所述微井中；其中，所述微流体操作装置还用于：将缓冲液通过样品导入导管导入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出。有利于将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，有利于减少对微井中样品检测的干扰。其中，所述微流体操作装置包括：气压流体泵或注射泵或者其他原理诸如电学驱动的流体泵等。

[0074] 图像采集装置300，设置于所述微井阵列的上方，用于采集沉积于所述微井中的样品的信息。

[0075] 数据分析装置，用于分析所述图像采集装置采集的样品信息并获取分析结果。利用图片处理技术，例如Matlab程序、深度学习对图片进行处理提取微球聚合体形状、尺寸、数量与比例信息，从而进一步地据此获取待测目标分子的浓度。

[0076] 其中，所述系统，还包括：

[0077] 样品反应室400，与所述微流体操作装置连接；在样品反应室中，微球与样品中的待测目标分子进行反应，形成二聚体。具体的原理如图3所示。微球31表面修饰有特异性吸附样品中目标分子32的分子探针33。此外，被测样品34中还包含有其他分子35和36等。利用分子探针33与目标分子32的特异性结合，形成了微球聚合体37。

[0078] 其中，所述样品反应室为单独设置的腔室；或者，将所述样品导入导管或微流体腔体作为样品反应室。其中，上述样品反应室可以是单独设置的试管、离心管、导管、微腔体等，也可以直接将样品导入导管或微流体腔体作为样品反应室，使得设备更加简洁易携带。

[0079] 其中，所述微流体腔体为单个腔体；或者

[0080] 通过连接管道并联连接相通的两个以上的腔体；其中，每一个腔体中设置一微井阵列；其中，每一个腔体中的微井的尺寸一致，不同的腔体中的微井的尺寸沿着样品导入导管--微流体腔体--样品导出导管的方向依次增大。

[0081] 由上，单个腔体，其内设置微井阵列，设置流入的样品不易阻塞，通量高，且待测样品分散的落入各个微井中，使得检测更加清楚。

[0082] 两个以上的腔体的设置，可以实现对微球的逐级分类捕捉：第一级微流体腔体用于捕捉反应后微球溶液中的单个微球，第二级微流体腔体主要用于捕捉由两个两个微球组成的二聚体，第三级微流体腔体用于捕捉三个或者三个以上微球组成的聚合体。这样分级处理，可以降低微球的检测与计数难度，进而降低检测误差。

[0083] 其中，与样品中的待测目标分子进行结合的微球直径范围为：1微米-20微米；其中，微球的直接范围可以是1-100微米，优选为1-10微米，或1微米-20微米；可以根据具体需要进行选择。

[0084] 所述微球的材料至少包括但不限于以下其一：聚苯乙烯、二氧化硅、四氧化三铁；

[0085] 其中，所述微球表面修饰有特异性分子探针及设置于所述分子探针间隙的用于减少分子非特异性吸附的阻抗分子；

[0086] 其中，所述特异性分子探针至少包括但不限于以下其一：(脱氧核糖核酸)DNA、(核糖核酸)RNA、蛋白质分子、生物素分子；

[0087] 其中，所述阻抗分子至少包括但不限于以下其一：(牛血清蛋白)BSA、(低聚乙二醇-聚L赖氨酸)PLL-OEG。

[0088] 优选地，所述微井的直径为单个微球直径3-10倍；优选地为所单个微球直径的3-5倍。

[0089] 所述微井的深度为单个微球直径的1-5倍；深度优选的单个微球直径的2-3倍。

[0090] 其中，所述微流体腔体的高度为单个微球直径2-10倍；

[0091] 其中，所述微井在水平方向投影为：可以为各种拓扑结构，例如圆形、椭圆形或多边形(菱形、梯形、三角形、正方形、长方形、平行四边形等)。

[0092] 其中，所述微流体腔体及微井的制作材料至少包括但不限于以下其一：透明有机聚合物、玻璃、二氧化硅、塑料等。由上，所述微流体腔体及微井的制作材料可以是一切的透明材料。以有利于后续的图像采集。微流体腔体与微井通过键合或者机械装卡组合在一起。加工微米尺度的微流体腔体和微井的主要方式有湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀、机械铣削等方法。

[0093] 其中，所述导入导管和导出导管的制作材料至少包括但不限于以下其一：塑料管，Teflon管，玻璃导管、金属导管。

[0094] 为了更清楚的说明本申请的技术方案，现将本申请的微流控芯片检测系统的各种方案下的工作原理说明如下：

[0095] 一、1、如图1-4所示，将待测样品置于设置有微球的样品反应室400中，使待测样品中的待测分子与所述微球31表面的分子探针33反应形成二聚体37；

[0096] 2、通过所述微流体操作装置200(气压流体泵或注射泵或者其他原理诸如电学驱动的流体泵)使反应后的样品通过样品导入导管102进入微流体腔体，且通过控制流速以使所述二聚体沉积到所述微井101中；

[0097] 3、通过所述微流体操作装置使缓冲液通过样品导入导管进入微流体腔体(单个)，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管103流出。由于微井的存在，使得在其中的二聚体不会被冲走。

[0098] 4、通过图像采集装置300采集沉积于所述微井101中的所述二聚体37的信息；其中，上述的微流控检测芯片固定于便携式显微镜(图像采集装置300)上，通过在所述显微镜上设置一部手机，该手机的摄像头通过显微镜的目镜对微流控检测芯片进行图像采集。如图10所示为采集后的图像。

[0099] 5、通过数据分析装置分析所述图像采集装置采集的二聚体的信息，利用图片处理技术，例如Matlab程序、深度学习对图片进行处理提取微球聚合体形状、尺寸、数量与比例信息，从而进一步地据此获取待测目标分子的浓度。

[0100] 实验结果

[0101] 如图11所示是利用本发明专利的一个实施例，对血清中的PSA蛋白分子进行检测的结果。在血清实验中，浓度为0，3.67pM,36.7pM,和367pM的PSA血清溶液与浓度为2*106个/mL，直径为5.1微米的聚苯乙烯微球溶液反应。在聚苯乙微球表面修饰有特异性捕捉PSA的anti-PSA分子探针。微球溶液与血清样品充分混合后在1mL离心管中反应了30分钟后通入微井微流控芯片进行检测，以微球二聚体的数量以及比例作为检测指标。其检测结果如图11所示。图11实验结果所示实验结果不仅验证了微球聚合法的可行性，也验证了所属实施例的实用性。

[0102] 二、其中，如图5所示，为当样品反应室为样品导入导管时的情形，其与上述一中的原理的不同之处在于，将上述的1替换为：将微球与含有待测分子以及其他分子的被测样品溶液充分混合后导入样品导入导管102。其余与前述方案一中的2-5一致。

[0103] 三、其中，如图6所示，为当样品反应室为微流体腔体时的情形，其与上述一中原理的不同之处在于，将上述的1、2替换为：将微球与含有待测分子以及其他分子的被测样品溶液充分混合后通过样品导入导管102导入至微流体腔体中，使其在其中反应。其余与前述方案一中的2-5一致。

[0104] 四、其中，如图7所示，与前述一至三不同的是图7所示的微流控检测芯片是有两个或者两个以上的微流体腔体组成。微球与被测样品溶液反应后，将反应溶液通过样品导入导管102导入至微流体腔体中。被测样品依次通过一级微流体腔体71，二级微流体腔体72，三级微流体腔体73。多级微流体腔体通过流道74连通。多级微流体腔体内的微井阵列711，721，731中的微井尺寸依次增大。例如微井阵列711尺寸为所用微球尺寸的一倍到两倍，用以捕捉单个微球；微井阵列721尺寸为所用微球尺寸的两倍到四倍，用以捕捉两个微球形成的微球聚合体；微井阵列731尺寸为所用微球尺寸的四倍到十倍，用以捕捉多个微球形成的微球聚合体。入口与出口分别与导管联通用于导入和引出样品溶液。利用此实施例中的分级式微井芯片，可以实现对微球的逐级分类捕捉：第一级微流体腔体用于捕捉反应后微球溶液中的单个微球，第二级微流体腔体主要用于捕捉由两个微球组成的二聚体，第三级微流体腔体用于捕捉三个或者三个以上微球组成的聚合体。其中，通过在流道74上设置阀门
741，可以更好的分级实现对不同聚合程度的微球的捕捉。例如，当第一级的微流控检测芯片的微流体腔体捕捉反应后微球溶液中的单个微球时，关闭第一级和第二级微流体腔体之间的管道；当通入缓冲液对未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第一级和第二级微流体腔体之间的管道；同时关闭第二级和第三级微流体腔体之间的管道；将未沉积到第一级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第二级微流体腔体中，使其中的由两个微球组成的二聚体被捕捉到微井中；当通入缓冲液对未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品进行冲洗时，打开第二级和第三级微流体腔体之间的管道；
将未沉积到第二级的微流体腔体的微井中的样品重新悬浮冲洗至第三级微流体腔体中，使其中的由三个或者三个以上微球组成的聚合体被捕捉到微井中。这样分级处理，可以降低微球的检测与计数难度，进而降低检测误差。

[0105] 五、其中，如图8所示，与前述一至四不同的是，修饰有不同的分子探针的不同大小的微球84，85，86同时与含有被检测样品87混合分别形成二聚体88，89，810，其中的目标被测物81，82，83同时进行检测。微球与被测样品溶液反应后，将反应溶液导入微流控检测芯片之中。后续操作与一致。特别需要指出的是，本实施例提出的多种尺寸的微球检测不同目标检测物的方法，可以与四、图8中提出的方案相结合。具体的方式是，多级微流体腔体，其功能设计分别是：一级微流体腔体用于捕捉最小尺寸的微球，然后所捕捉微球尺寸在下游的微流体腔体中逐级增大，实现了对不同大小微球的分类捕捉，也就是实现了对不同目标检测物检测结果的空间区别检测。

[0106] 六、其中，如图9所示，与前述一至四不同的是，本方案用将微流控检测芯片集成到一个便携式黑盒子94，包括：固定微流控检测芯片97的装载平台96，可聚焦在微流控检测芯片97中的观测物镜98。在实际操作中，只需将微流体控制装置91，通过导入导管92与便携式黑盒子94中的微流控检测芯片97连同，并连通引出导管95，即可进行微球样品的导入与捕捉。最后，将手机93(也可以为其他图像采集设备)放在黑盒子94的观测物镜98上进行图像提取即可。

[0107] 综上所述，本申请的微流控芯片检测系统通过将微球反应后的样品分散沉积到所述微流控检测芯片的微井中，并进一步通过便携式的图像采集装置(例如手机)采集微井中的信息进行分析，克服了现有技术中由于样品不分散、叠加导致的通量低、易堵塞，以及分辨率低的缺陷，实现了对待测样品高通量、无阻塞、便携式、高分辨率的检测。并且本申请的微流体腔体的高度、宽度，微井的直径和高度设置一合适的范围，更加有效地消除了阻塞问题。

[0108] 并且本申请还可以实现对不同的类型的聚合体的分级捕捉，从而降低了检测与计数的难度，进而降低了检测误差。

[0109] 并且本发明所实现的装置，相较于传统的光学、库勒计数器原理的检测系统，无需复杂的光学和电学检测设备。本发明中的所使用的微流控芯片体积较小，成本非常低廉，每个芯片成本可以控制在几十元人民币以内，而且可以重复使用。后续的检测系统是基于手机拍照与手机APP实现的图像检测法，一部手机就可以解决传统技术中复杂的检测模块所要实现的任务。显微放大装置采用便携式显微镜或者小型物镜实现。微流体导入系统，通过一个注射泵实现即可。相较于现有的检测技术，本发明所提供的技术方案大大降低了检测装置门槛，各个模块均可采用便携式的装置，方便地组装完成，在医院、家中、野外均可操作。在微球检测中，表面修饰有特异性分子探针的微球与目标分子结合，使得相邻的两个微球可以形成三明治结构，进而形成了二聚体，乃至多聚体。这些微球聚合体的数目或者是浓度与目标分子的浓度存在着对应的关系。本申请通过单个目标分子即可以连接两个微球形成一个微球二聚体，因此微球聚合的方法在理论上可以检测极低的分子浓度。本发明的微流控芯片检测系统，可以最低限度地降低检测手段对微球聚合体本身的影响。如图11所示，通过对PSA的检测，最低检测极限为3.67pM，即，本申请可以检测极低浓度的样品，可以充分满足临床所关注的30pM～3 00pM PSA诊断浓度范围的检测需求。

[0110] 实施例二

[0111] 如图12所示，基于实施例一种的微流控芯片检测系统，本申请还提供一种基于上述的微流控芯片检测系统的检测方法，包括：

[0112] S121，将待测样品置于设置有微球的所述样品反应室中，使待测样品中的待测分子与所述微球反应形成二聚体；

[0113] S122，通过所述微流体操作装置使反应后的样品通过样品导入导管进入微流体腔体，且通过控制流速以使所述二聚体沉积到所述微井中；

[0114] S123，通过所述微流体操作装置使缓冲液通过样品导入导管进入微流体腔体，且通过控制缓冲液的流速将未沉积到所述微井中的样品进行冲洗，使其通过样品导出导管流出；

[0115] S124，通过图像采集装置采集沉积于所述微井中的所述二聚体的信息；

[0116] S125，通过数据分析装置分析所述图像采集装置采集的二聚体的信息，以获取待测分子在待测样品中的浓度。

[0117] 综上所述，本申请的微流控芯片检测系统通过将与微球反应后的样品沉积到所述微井中，并进一步通过图像采集装置采集微井中的信息，并进行分析，实现了对待测样品高通量、无阻塞、便携式、低检测极限的检测。

[0118] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法

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