一种微流控芯片分析仪及配套芯片
专利汇可以提供一种微流控芯片分析仪及配套芯片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种采用激光照射驱动待测液体流动的微流控芯片分析仪以及配套的专用芯片，所述的微流控芯片分析仪通过可控 光源 对芯片分析工作区表面预定线路进行精确照射，使芯片分析工作区表面具有亲 水 性，从而引导待测液体在芯片表面可控、可逆流动，并可获取确定体积的待测液体。此微流控芯片分析仪及芯片可大规模应用于临床、食品、医药、化工、环境、畜牧、农业等方面所需的快速、集成检测分析，与 现有技术 微流控芯片分析技术相比，不需要在芯片上加工密集的微通道，具有芯片结构简单、制造成本低的优点。，下面是一种微流控芯片分析仪及配套芯片专利的具体信息内容。
1.一种微流控芯片分析仪，其中
所述微流控分析仪包括：
载物工作台(4)，为网格状矩形平台，其中设置六个中空方框，每个方框内镶嵌一 块微流控芯片，载物工作台(4)由第五步进电机(41)和第六步进电机(42)驱动；
其特征在于：所述分析仪进一步包括：
上工作台(2)，位于载物工作台(4)之上，上工作台(2)由第一步进电机(21) 和第二步进电机(22)驱动，上工作台上安装的紫外线激光头(23)和检测探头(24)；
下工作台(3)，位于载物工作台(4)之下，下工作台(3)由第三步进电机(31) 和第四步进电机(32)驱动，下工作台上安装蓝绿光激光头(33)；
操作面板(6)，其与控制电路(5)之间连接信号线路，操作面板(6)上设置有按 键和液晶显示器，用于操作人员手动按键产生对上工作台(2)、下工作台(3)的操作信 号，并将操作信号传递给控制电路(5)，还用于由操作面板(6)的液晶显示器显示化学 分析检测结果；
控制电路(5)，用于将操作信号转换为对上工作台第一步进电机(21)和第二步进 电机(22)、下工作台第三步进电机(31)和第四步进电机(32)、载物工作台第五步进 电机(41)和第六步进电机(42)的控制信号，控制上工作台(2)、下工作台(3)和载 物工作台(4)的动作，控制电路(5)还用于控制上工作台上安装的紫外线激光头(23) 及下工作台上安装的蓝绿光激光头(33)的输出，以及接收来自检测探头(24)的检测 信号，并将检测信号转换为检测结果数据传送给操作面板(6)；控制电路(5)还与输入 输出接口(7)之间连接信号线路；
输入输出接口(7)接收来自外部设备对上工作台(2)、下工作台(3)和载物工作 台(4)的操作控制指令，并通过信号线路传输给控制电路(5)，输入输出接口(7)还 将来自控制电路(5)的检测结果信息输出给外部设备；
微流控芯片包括：
光学玻璃或透明光学塑料材料的基板(101)，
基板之上为一层透明导电薄膜(102)，透明导电薄膜(102)在芯片长方向两角暴露 出矩形区域(110)和(111)作为放电接头，用于通过分析仪接地放电，
透明导电膜之上为第一层光导材料(103)，
第一层光导材料之上为第二层光伏材料(104)，
第二层光伏材料上设置以塑料为基材的双面胶衬板层(105)，双面胶衬板层具有小 于0.2毫米的厚度，该双面胶衬板层为具有缺口(109)的矩形环状，矩形环状双面胶衬 板横向长度小于基板横向长度、而纵向宽度等于基板纵向宽度，
矩形环状双面胶内所包围的第二层光伏材料(104)上表面为分析工作区，在第二层 光伏材料上表面分析工作区内的表面上涂覆一层强疏水性薄膜，
双面胶衬板(105)上设置透明材料盖片(106)，在盖片(106)下表面对应分析工 作区的部分也涂覆强疏水性薄膜，
由第二层光伏材料(104)上表面、矩形环状双面胶衬板(105)、盖片(106)形成 分析工作区上高度小于等于0.2毫米的空腔，
盖片(106)上表面以丝网印刷方式加上定位标记(107)，
双面胶衬板(105)将沉积了透明导电膜(102)、第一层光导材料(103)、第二层光 伏材料(104)并在分析工作区涂覆疏水性薄膜的基板(101)与盖片(106)紧密结合并 相互固定，
矩形环状双面胶衬板(105)的缺口(109)外的第二层光伏材料上表面保留了储液 区(108)。
2.根据权利要求1的所述微流控芯片分析仪，其特征在于：
构成基板(101)的所述透明光学塑料材料为聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，
基板(101)之上的所述透明导电薄膜(102)材料为氧化铟锡，
所述第一层光导材料(103)为硒碲合金，
所述第二层光伏材料(104)为二氧化钛(TiO2)，
在第二层光伏材料(104)上表面分析工作区内表面涂覆一层强疏水性薄膜为硅烷薄 膜或四氟乙烯薄膜，
所述透明材料盖片(106)采用光学石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，
在盖片(106)下表面对应分析工作区的部分涂覆的强疏水性薄膜为硅烷薄膜或四氟 乙烯薄膜。
3.一种微流控芯片分析仪，其中
所述微流控分析仪包括：
载物工作台(4)，为网格状矩形平台，其中设置六个中空方框，每个方框内镶嵌一 块微流控芯片，载物工作台(4)由第五步进电机(41)和第六步进电机(42)驱动；
其特征在于：所述分析仪进一步包括：
上工作台(2)，位于载物工作台(4)之上，上工作台(2)由第一步进电机(21) 和第二步进电机(22)驱动，上工作台上安装的紫外线激光头(23)和检测探头(24)；
下工作台(3)，位于载物工作台(4)之下，下工作台(3)由第三步进电机(31) 和第四步进电机(32)驱动，下工作台上安装蓝绿光激光头(33)；
操作面板(6)，其与控制电路(5)之间连接信号线路，操作面板(6)上设置有按 键和液晶显示器，用于操作人员手动按键产生对上工作台(2)、下工作台(3)的操作信 号，并将操作信号传递给控制电路(5)，还用于由操作面板(6)的液晶显示器显示化学 分析检测结果；
控制电路(5)，用于将操作信号转换为对上工作台第一步进电机(21)和第二步进 电机(22)、下工作台第三步进电机(31)和第四步进电机(32)、载物工作台第五步进 电机(41)和第六步进电机(42)的控制信号，控制上工作台(2)、下工作台(3)和载 物工作台(4)的动作，控制电路(5)还用于控制上工作台上安装的紫外线激光头(23) 及下工作台上安装的蓝绿光激光头(33)的输出，以及接收来自检测探头(24)的检测 信号，并将检测信号转换为检测结果数据传送给操作面板(6)；控制电路(5)还与输入 输出接口(7)之间连接信号线路；
输入输出接口(7)接收来自外部设备对上工作台(2)、下工作台(3)和载物工作 台(4)的操作控制指令，并通过信号线路传输给控制电路(5)，输入输出接口(7)还 将来自控制电路(5)的检测结果信息输出给外部设备；
微流控芯片包括：
光学玻璃或透明光学塑料材料的基板(101)，
基板之上为一层透明导电薄膜(102)，透明导电薄膜(102)在芯片长方向两角暴露 出矩形区域(110)和(111)作为放电接头，用于通过分析仪接地放电，
透明导电膜之上为第一层光导材料(103)，
第一层光导材料之上为第二层光伏材料(104)，
第二层光伏材料上以光刻胶形成胶质材料层(105)，该胶质材料层具有小于0.2毫米 的厚度，该胶质材料层为具有缺口(109)的矩形环状，该胶质材料层与第二层光伏材料 结合为一体结构(104/105)，矩形环状的胶质材料层横向长度小于基板横向长度、而纵 向宽度等于基板纵向宽度，
矩形环状的胶质材料层所包围的第二层光伏材料(104)上表面为分析工作区，在第 二层光伏材料(104)上表面分析工作区内的表面上涂覆一层强疏水性薄膜，
胶质材料层上设置透明材料盖片(106)，在盖片(106)下表面对应分析工作区的部 分也涂覆强疏水性薄膜，
由第二层光伏材料(104)上表面、矩形环状的胶质材料层(105)、盖片(106)形 成分析工作区上高度小于等于0.2毫米的空腔，
盖片(106)上表面以丝网印刷方式加上定位标记(107)，
胶质材料层(105)将沉积了透明导电膜(102)、第一层光导材料(103)、第二层光 伏材料(104)并在分析工作区涂覆疏水性薄膜的基板(101)与盖片(106)紧密结合并 相互固定，
矩形环状的胶质材料层缺口(109)外的第二层光伏材料上表面保留了储液区(108)。
4.根据权利要求3的所述微流控芯片分析仪，其特征在于：
构成基板(101)的所述透明光学塑料材料为聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，
基板(101)之上的所述透明导电薄膜(102)材料为氧化铟锡，
所述第一层光导材料(103)为硒碲合金，
所述第二层光伏材料(104)为二氧化钛(TiO2)，
在第二层光伏材料(104)上表面分析工作区内表面涂覆一层强疏水性薄膜为硅烷薄 膜或四氟乙烯薄膜，
所述胶质材料层(105)采用的材料为光刻胶，
所述透明材料盖片(106)采用光学石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，
在盖片(106)下表面对应分析工作区的部分涂覆的强疏水性薄膜为硅烷薄膜或四氟 乙烯薄膜。
5.一种微流控芯片分析仪，其中
所述微流控分析仪包括：
载物工作台(4)，为网格状矩形平台，其中设置六个中空方框，每个方框内镶嵌一 块微流控芯片，载物工作台(4)由第五步进电机(41)和第六步进电机(42)驱动；
其特征在于：所述分析仪进一步包括：
上工作台(2)，位于载物工作台(4)之上，上工作台(2)由第一步进电机(21) 和第二步进电机(22)驱动，上工作台上安装的紫外线激光头(23)和检测探头(24)， 紫外线激光头(23)的功率为0.1瓦至1.0瓦；
下工作台(3)，位于载物工作台(4)之下，下工作台(3)由第三步进电机(31) 和第四步进电机(32)驱动，下工作台上安装蓝绿光激光头(33)；
操作面板(6)，其与控制电路(5)之间连接信号线路，操作面板(6)上设置有按 键和液晶显示器，用于操作人员手动按键产生对上工作台(2)、下工作台(3)的操作信 号，并将操作信号传递给控制电路(5)，还用于由操作面板(6)的液晶显示器显示化学 分析检测结果；
控制电路(5)，用于将操作信号转换为对上工作台第一步进电机(21)和第二步进 电机(22)、下工作台第三步进电机(31)和第四步进电机(32)、载物工作台第五步进 电机(41)和第六步进电机(42)的控制信号，控制上工作台(2)、下工作台(3)和载 物工作台(4)的动作，控制电路(5)还用于接收来自检测探头(24)的检测信号，并 将检测信号转换为检测结果数据传送给操作面板(6)；控制电路(5)还与输入输出接口 (7)之间连接信号线路；
输入输出接口(7)接收来自外部设备对上工作台(2)、下工作台(3)和载物工作 台(4)的操作控制指令，并通过信号线路传输给控制电路(5)，输入输出接口(7)还 将来自控制电路(5)的检测结果信息输出给外部设备；
微流控芯片包括：
光学玻璃或透明光学塑料材料的基板(101)，
基板之上为一层透明导电薄膜(102)，
透明导电膜之上为第一层光导材料(103)，透明导电薄膜(102)在芯片长方向两角 暴露出矩形区域(110)和(111)作为放电接头，用于通过分析仪接地放电，
第一层光导材料(103)上设置以塑料为基材的双面胶衬板层(105)，双面胶衬板层 具有小于0.2毫米的厚度，该双面胶衬板层为具有缺口(109)的矩形环状，矩形环状双 面胶衬板横向长度小于基板横向长度、而纵向宽度等于基板纵向宽度，
矩形环状双面胶内所包围的第一层光导材料(103)上表面为分析工作区，在第一层 光导材料上表面分析工作区内的表面上涂覆一层强疏水性薄膜，
双面胶衬板(105)上设置透明材料盖片(106)，在盖片(106)下表面对应分析工 作区的部分也涂覆强疏水性薄膜，
由第一层光导材料(103)上表面、矩形环状双面胶衬板(105)、盖片(106)形成 分析工作区上高度小于等于0.2毫米的空腔，
盖片(106)上表面以丝网印刷方式加上定位标记(107)，
双面胶衬板(105)将沉积了透明导电膜(102)、第一层光导材料(103)并在分析 工作区涂覆疏水性薄膜的基板(101)与盖片(106)紧密结合并相互固定，
矩形环状双面胶衬板(105)的缺口(109)外的第一层光导材料上表面保留了储液 区(108)。
6.根据权利要求4的所述微流控芯片分析仪，其特征在于：
构成基板(101)的所述透明光学塑料材料为聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)，
基板(101)之上的所述透明导电薄膜(102)材料为氧化铟锡，
所述第一层光导材料(103)为硒碲合金，
在第一层光导材料(103)上表面分析工作区内表面涂覆一层强疏水性薄膜为硅烷薄 膜或四氟乙烯薄膜，
所述透明材料盖片(106)采用光学石英玻璃或聚丙烯酸酯塑料，
在盖片(106)下表面对应分析工作区的部分涂覆的强疏水性薄膜为硅烷薄膜或四氟 乙烯薄膜。
7.一种微流控芯片的待测液体驱动方法，所述方法用于驱动如同权利要求1至4所 述芯片上待测液体，所述方法包括步骤：
在微流控芯片光伏材料层上表面设置的疏水材料薄膜形成的分析工作区内预定位置 设置化学分析试剂，并确定试剂与微流控芯片定位边之间的相对位置；
在微流控芯片光伏材料层上表面设置的储液区内注入待测液体；
以紫外线激光照射分析工作区内指定区域位置的光伏材料层，光伏材料层充电，使 得分析工作区表面该指定区域具有亲水性，该亲水性区域与分析工作区表面上方的微高 度空间形成虹吸效应，将待测液体吸引流入该亲水性区域；
以蓝绿光激光照射对应分析工作区内指定区域下方位置的光导材料层，使得光导材 料层内相应位置电阻降低，从而将光伏材料层相应位置所充电荷通过光导材料层和光导 材料层之下的透明导电薄膜层接地放电，使对应分析工作区的指定区域丧失亲水性而恢 复疏水性；
紫外线激光和蓝绿光激光在分析工作区内沿预定线路交替照射，引导待测液体从储 液区流入设置了化学分析试剂的特定位置。
8.一种微流控芯片的待测液体驱动方法，所述方法用于驱动如同权利要求5至6所 述芯片上待测液体，所述方法包括步骤：
在微流控芯片光导材料层上表面设置的疏水材料薄膜形成的分析工作区内预定位置 设置化学分析试剂，并确定试剂与微流控芯片定位边之间的相对位置；
在微流控芯片光导材料层上表面设置的储液区内注入待测液体；
以较高功率的紫外线激光照射分析工作区内指定区域位置的光导材料层，光导材料 层表面空气被电离形成等离子体，所述等离子体使得分析工作区表面该指定区域充电而 具有亲水性，该亲水性区域与分析工作区表面上方的微高度空间形成虹吸效应，将待测 液体吸引流入该亲水性区域；
以蓝绿光激光照射对应分析工作区内指定区域位置的光导材料层，使得光导材料层 内相应位置电阻降低，从而将光导材料层表面电荷通过光导材料层和光导材料层之下的 透明导电薄膜层接地放电，使对应分析工作区的指定区域丧失亲水性而恢复疏水性；
紫外线激光和蓝绿光激光在分析工作区内沿预定线路交替照射，引导待测液体从储 液区流入设置了化学分析试剂的特定位置。
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片分析仪，尤其涉及采用激光照射驱动待测液体流动的微流 控芯片分析仪以及配套的专用芯片。
背景技术
上述现有技术的微流控芯片，均需要在工作分析区制作大量微通道，例如在一块片基 上加工96条微通道，因此存在制造技术复杂、工艺步骤多、制作成本高的缺点。此外，现 有技术微流控芯片分析仪中对待测液体流动采用高压电场或泵驱动源，增加了芯片结构的复 杂程度，也增加了对芯片上液体驱动控制的难度。
因此，需要一种结构简单、制作成本低、液体流动控制简单精确的微流控芯片以及相 应的分析仪。
发明内容
首先介绍本发明的微流控芯片分析仪和专用芯片的基本结构以及其工作原理。本发明 的微流控芯片利用绝缘材料表面充有电荷后水浸润性的变化，使芯片分析工作区表面具有亲 水性，从而引导待测液体在芯片表面流动。而这种绝缘材料表面充有电荷的过程是通过本发 明的微流控芯片分析仪执行，具体地说，分析仪内的可控光源对芯片表面进行精确照射，实 现芯片表面预定路线上水浸润性改变，由此实现待测液体流动的可控性；同时可采用另一可 控光源照射已充电区域下方的光导材料，改变其电导率，可使该充电区域通过接地放电恢复 其表面疏水性。两种方法结合，可实现待测液体可控、可逆流动，并通过采用虹吸腔的方式 将待测液体分割出所需体积。
本发明的第一种微流控芯片，在光学玻璃或透明塑料材料的基板，例如聚碳酸酯塑料 (PC)或聚酯塑料(PET)表面，通过真空磁控溅射、真空化学沉积等表面成膜技术，形成 透明导电薄膜，该层透明导电膜采用例如氧化铟锡材料，然后在该层透明导电膜上沉积第一 层光导材料，该第一层光导材料可采用例如硒碲合金材料，该层光导材料具有在蓝绿激光照 射下材料层内部沿与层表面垂直方向呈现低电阻的物理特性，在上述第一层光导材料上再沉 积具有光伏特性的第二层光伏材料，该第二层光伏材料采用例如二氧化钛(TiO2)材料，该 第二层光伏材料具有在紫外线激光照射下被照射表面充电而呈现亲水性的物理特性，在第二 层光伏材料上设置以塑料为基材的双面胶衬板层，双面胶衬板层具有小于0.2毫米的厚度， 该双面胶衬板层为具有缺口的矩形环状，矩形环内所包围的第二层光伏材料上表面为分析工 作区，在第二层光伏材料上表面分析工作区内表面涂覆一层硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使第 二层光伏材料上的分析工作区具有强疏水性，双面胶衬板上设置盖片，盖片采用光学石英玻 璃或其它可透明紫外线光束的透明材料，例如聚丙烯酸酯塑料，在盖片下表面对应分析工作 区的部分也涂覆硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使盖片下表面对应分析工作区的部分具有强疏水 性，由此形成分析工作区上高度小于等于0.2毫米的空腔。盖片上表面通过丝网印刷方式加 上定位标记，用于芯片在分析仪中使用时进行定位。利用双面胶衬板将沉积了透明导电膜、 第一层光导材料、第二层光伏材料并在分析工作区涂覆疏水性薄膜的基板与盖片紧密结合并 相互固定。在环状双面胶缺口外的第二层光伏材料上表面保留了储液区，该储液区用于将待 测液体直接滴注在芯片该区域，然后将芯片放置在分析仪进行测试分析。
在本发明的上述第一种微流控芯片中，包围分析工作区的矩形环状部件也可以通过光 刻、压模等加工工艺将具有一定硬度的0.2毫米厚胶质材料例如光刻胶直接成型在第二层光 伏材料上表面，获得与第二层光伏材料层黏合为一体的胶质材料层构成的矩形环状部件，并 且形成高度小于等于0.2毫米的分析工作区上方空腔，然后在分析工作区内第二层光伏材料 上表面涂覆疏水性材料薄膜，加盖片与胶质材料层结合固定。
使用时，芯片被放置在本发明的分析仪的载物工作台上，该载物工作台由两台步进电 机驱动，该载物工作台可根据实际需要放置若干张芯片进行测试，例如放六张芯片，通过分 析仪将微流控芯片的第一层透明导电薄膜接地，分析仪内载物工作台上下分别设置有上工作 台和下工作台，上工作台由两台步进电机驱动，以便上工作台连同所安装的紫外线激光头在 二维平面内精确移动，使得上工作台上所安装的紫外线激光头精确对准分析工作区内所需要 照射位置，紫外线激光头发出的聚焦紫外线激光透射过透明盖片后照射在本发明芯片第二层 光伏材料的分析工作区，在第二层光伏材料表面定点形成表面充电区域，该充电区使得分析 工作区表面相应位置形成亲水区域，下工作台同样由两台步进电机驱动在二维平面内精确移 动，控制下工作台上所安装的蓝绿光激光头精确移动以便对准第一层光导材料层上所指定位 置，蓝绿光激光头发出的聚焦蓝绿光激光透射过基板和透明导电膜后，照射在第一层光导材 料上，在光导材料内形成沿该层厚度方向上低电阻的定点区域，由于该低电阻区域使得该第 一层光导材料之上的第二层光伏材料在对应位置上的充电电荷经过第一层低电阻光导材料和 透明导电膜接地放电，从而使分析工作区上表面丧失亲水性而恢复强疏水性，由于分析工作 区上方的微高度空腔部分形成基于毛细原理的虹吸通道，通过控制紫外线激光头的精确移动 和蓝绿光激光头的精确移动来形成亲水区连续移动，从而引导待测液体从储液区进入分析工 作区，并按照紫外线激光头的运动路线使待测液体在分析工作区表面受控地流动到指定位置 并形成可控的分布。在本发明芯片的使用中，芯片上分析工作区内预定位置上预先固定干燥 状态的化学分析试剂，分析试剂的位置相对应于盖片上表面的定位标记，以便分析仪在分析 试验中能够按照定位标记将待测液体引导到指定化学分析试剂位置进行生化反应。反应开始 一定时间后，通过对激光诱导荧光或化学发光信号检测，从而获得待测物质的测试结果。测 试光信号的检测探头与紫外线激光头一同安装在上工作台上，二个步进电机驱动上工作台在 二维平面内运动，以便将检测探头精确移动到分析工作区内的目标位置进行光信号强度测 量。
通过采用本发明的微流控芯片并采用相应分析仪进行上述控制，不但可把待测液流导 引到需要的地方，而且还可以控制其分布的大小。并且这种待测液体的导引过程不但是可控 的，而且是可逆的。
本发明的第二种微流控芯片为第一种芯片的简化，由于采用较大功率例如0.1W至1.0W 范围的紫外线激光照射第一层光导材料层上表面，从而直接在该第一层光导材料层上表面附 近产生气体放电，使得第一层光导材料层上表面附近的气体形成等离子体，此等离子体使得 疏水性材料薄膜表面带电，同样可实现在分析工作区上表面形成亲水区。此第二种芯片技术 方案可以省略前述芯片技术方案中的第二层光伏材料层，矩形环状的双面胶衬板直接将基板 上的第一层光导材料与盖片相互结合固定，在双面胶衬板所包围的第一层光导材料上表面仍 然涂覆同第一种芯片技术方案相同的疏水性薄膜。第二种芯片技术方案与第一种芯片相比， 进一步简化芯片结构和制造工序。但是，此第二种芯片结构在分析工作区表面形成的虹吸沟 道平面尺寸精度稍差，并且分析仪的紫外线激光头需要较大的照射功率，芯片及分析仪的其 它结构组成不变，在进行精度要求不高的生化测试时，使用此第二种芯片技术方案和分析仪 可以进一步降低芯片制备的工艺难度，同时减少芯片制备成本。
利用本发明的微流控芯片分析仪及本发明芯片，可大规模应用于临床、食品、医药、 化工、环境、畜牧、农业等方面所需的快速、集成检测分析，与现有的常规微流控芯片分析 技术相比，由于不需要在芯片上加工密集的微通道，具有芯片结构简单、制造成本低，可大 规模实际应用的优点。还可用于集成微反应器等其它领域。
附图说明
图1为本发明第一种微流控芯片的第一实施例结构立体图；
图2为本发明第一种微流控芯片的第二实施例结构立体图；
图3为本发明第二种微流控芯片的第一实施例结构立体图；
图4为本发明分析仪中紫外线激光头和蓝绿光激光头的结构示意图；
图5为本发明微流控芯片分析仪的结构示意图；
图6为载物工作台结构示意图。
具体实施方式
图5表示本发明分析仪的结构。如图5所示，本发明的微流控芯片1被安置在分析仪 的载物工作台4上，载物工作台结构如图6所示，载物工作台4为矩形网格框架，有六个中 空的矩形边框，可以同时在边框中镶嵌六个本发明的芯片，图6中的载物工作台4在一个边 框中镶嵌了一块芯片1，载物工作台4由步进电机41和步进电机42驱动，将当前需要进行 分析测试的芯片定位在上工作台2与下工作台3之间；载物工作台4之上为上工作台2，上 工作台2上设置有紫外线激光头23和检测探头24，上工作台2由步进电机21和步进电机22 驱动在与载物工作台4平行的二维平面内运动，将上工作台2上的紫外线激光头23或检测 探头24精确定位在所测试芯片的预定位置；载物工作台4之下为下工作台3，下工作台3 上设置有蓝绿光激光头33，下工作台3由步进电机31和步进电机32驱动在与载物工作台4 平行的二维平面内运动，将下工作台3的蓝绿光激光头33精确定位在所测试芯片的预定位 置；操作面板6上设置有操作按键和液晶显示器，可以用于手动操作载物工作台4、紫外线 激光头23、蓝绿光激光头33、检测探头24的移动，并在液晶显示器上显示分析结果；操作 面板6上按键产生的操作信号传递给控制电路5，由控制电路5将操作信号转换为对上工作 台步进电机21和步进电机22、下工作台步进电机31和步进电机32、载物工作台步进电机 41和步进电机42的控制信号，控制上、下工作台和载物工作台的动作，控制电路5还控制 上工作台2上安装的紫外线激光头23及下工作台4上安装的蓝绿光激光头33的激光辐射输 出，以及接收来自检测探头24的检测信号，并将检测信号转换为检测结果数据传送给操作 面板，由操作面板6的液晶显示器显示检测结果；控制电路5还连接输入输出接口7，通过 输入输出接口7接收来自外部设备例如个人计算机对上工作台2、下工作台3和载物工作台 4的操作控制指令，并通过输入输出接口7将检测结果输出给外部设备例如个人计算机。本 发明的微流控芯片分析仪所采用的检测探头由光学透镜组和光电倍增管组成，或者由光学透 镜组和电荷耦合器件组成。本发明的微流控芯片在采用激光诱导荧光方式检测时，在上工作 台2上设置诱导激光源，例如近紫外发光二极管(LED)激光源。如图4所示，紫外线激光 头23和蓝绿光激光头33均由激光器和透镜组组成。所述蓝绿光激光头发射波长范围400至 550nm的蓝绿激光。
图1表示本发明的第一种微流控芯片结构具体实例。如图1和图2所示，矩形形状的 光学玻璃或透明塑料材料基板101，其上为一层氧化铟锡透明导电薄膜102，形状、尺寸与 基板101相同，透明导电薄膜102在芯片长方向一端的两个角部位暴露出矩形区域110和111 作为放电接头，用于接地放电，再上一层为第一层光导材料硒碲合金层103，光导材料层形 状、尺寸除了在放电接头区域110和111之外均与基板101相同，之上为第二层光伏材料二 氧化钛层104，其形状、尺寸除了在放电接头区域110和111之外均与基板101相同，再上 一层为塑料基材的双面胶衬板105为矩形环状，矩形环状衬板105一端设置了缺口109，衬 板105外轮廓宽度与光学玻璃基板101相同、长度小于光学玻璃基板101、厚度小于等于0.2 毫米，衬板105粘接固定在第二层光伏材料层104上，缺口109对准第二层光伏材料层靠近 放电接头区域110和111一端上表面设置的储液区108，衬板另一端与第二层光伏材料层的 另一端对齐，衬板105矩形环结构所包围的第二层光伏材料层上表面区域涂覆硅烷薄膜或四 氟乙烯薄膜，作为分析工作区，衬板105上粘接固定盖片106，盖片106为矩形且长度、宽 度与衬板105等同并且四边与衬板105对齐定位，盖片106上以丝网印刷方式设置定位标记 107，用于分析过程中激光头与检测探头定位。如图2所示，储液区108暴露在第二层光伏 材料层表面，用于保存待测液体。在本发明微流控芯片制作中，需要精确控制各层材料尤其 是基板和盖片的几何尺寸，尺寸误差必须小于10微米。
以血糖和尿酸化验为例，说明如何利用本发明的微流控芯片及相应分析仪。在利用本 发明的第一种微流控芯片制作血糖及尿酸分析芯片时，首先在光学玻璃基板101上形成透明 导电薄膜层102、第一层光导材料层103、第二层光伏材料层104，透明导电薄膜层在芯片 设置储液区一端的两角保留暴露的放电接头区域110和111，并且在预定的分析工作区涂覆 硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，形成芯片半成品。选择矩形芯片半成品的一个边作为定位边，在 微量分液机平台上将芯片放置在准确位置。将分别包含葡萄糖氧化酶、过氧化物酶例如过氧 化氢酶、鲁米诺以及尿酸酶、过氧化物酶例如过氧化氢酶、鲁米诺的溶液几微升滴加在芯片 第二层光伏材料层疏水性分析工作区内的确定位置，经过干燥后上述化学分析试剂以干燥方 式保留在该确定位置，上述位置被简称为酶点。由于芯片尺寸被精确控制，这样酶点距芯片 定位边的距离被确定，保留酶点位置参数以用于分析仪测试过程中激光头及检测探头的定 位。类似地，在第二层光伏材料层一端上表面确定储液区位置，并保留相应的位置参数。之 后，在第二层光伏材料层104上加衬板105及盖片106紧密封接，并在盖片106上预定位置 已设置定位标记107，确定该定位标记与定位边的相对位置，在芯片被放置在分析仪的载物 工作台时，以该定位标记107识别芯片的定位边，并根据各个酶点与定位边之间的位置参数 确定各个酶点在分析仪内位置，从而可以精确控制分析仪的激光头和检测探头对酶点定位。
化验分析时，在上述第一种芯片1的储液区108处加上适量待测血清后，将芯片放入 分析仪，芯片透明导电薄膜层102在芯片设置储液区108的一端处于暴露状态的放电接头区 域110和111通过分析仪的接地导线端子接地。分析仪通过定位标记107确定芯片的定位边， 并结合酶点位置参数和储液区位置参数确定各个酶点及储液区位置，通过上工作台2的紫外 线激光头23聚焦照射芯片分析工作区内特定位置表面，使该表面充电，形成亲水性区域微 通道，待测液体沿亲水性区域形成的微通道流动，进入芯片分析工作区上的微高度空腔。同 样利用上工作台2的紫外线激光头23聚焦照射芯片分析工作区内距离酶点不远的地方，通 过移动紫外线激光头23形成直径2毫米的圆形亲水性区域，在此圆形区域上利用微高度空 腔的高度可获得确定体积的待测血清。然后利用下工作台3的蓝绿光激光头33聚焦照射对 应上述圆形区域沿圆切线处的进液微通道区域，使得该进液微通道区域通过透明导电薄膜102 和放电接头区域101、111放电，使通道区域亲水性消失，则分析工作区内圆形区域处的待 测血清与储液区之间的微通道联系被切断，圆形区域形成相对独立的待测血清液滴。仍然利 用上工作台2的紫外线激光头23聚焦照射形成引流通道，将圆形区域内待测血清引流到酶 点所在区域，与化学试剂接触并进行反应，一定时间后利用上工作台2上的检测探头24进 行光强度测量，测量出的光强度信号传输给控制电路5，由控制电路5根据光强度信号换算 出待测血清中血糖及尿酸含量结果数据，结果数据被传输给操作面板6或通过输入输出接口 7输出给外部设备。
图2所示为本发明第一种芯片结构的第二实施例，如图2所示，其中直接在第二层光 伏材料层上通过光刻、压模等方式直接加工形成0.2毫米厚度并且成矩形环状的胶质层，该 胶质层在本实施例中使用光刻胶形成，由于胶质层直接形成在第二层光伏材料层，使得胶质 层构成的包围分析工作区的矩形环与第二层光伏材料层形成一体结构，如图2中附图标记 104/105所示的一体结构层。图2所示第一种芯片第二实施例化学分析试剂的设置、定位和 待测液体注入方式均与第一实施例相同，在此不再重复描述。图2所示第一种芯片第二实施 例的使用方式尤其是透明导电薄膜层102通过分析仪接地的方式也与图1所示的第一种芯片 第一实施例完全相同。
图3表示本发明的第二种微流控芯片结构具体实施例。第二种芯片结构与图1所示第 一种芯片的区别在于可以省略第一种芯片技术方案中的第二层光伏材料层104，矩形环状的 双面胶衬板105将第一层光导材料层103与盖片106相互结合固定，在双面胶衬板层105所 包围的第一层光导材料层103上表面区域仍然涂覆同第一种芯片技术方案相同的疏水性材料 薄膜，并且在双面胶衬板层105的缺口109外的第一层光导材料层103上表面同样设置储液 区108。第二种芯片技术方案与第一种芯片相比，由于省略了第二层光伏材料层104，从而 进一步简化芯片结构和制造工序。图3中第二种芯片结构中除了省略第二层光伏材料层104 外，其余各层均与图1所示第一种芯片实施例相同。本发明的上述第二种芯片在分析工作区 内设置化学分析试剂并对试剂位置定位的方法均与图1所示第一种芯片第一实施例完全相 同，在此不重复描述。本发明此第二种芯片的使用方式与第一种芯片类似，唯一区别在于本 发明分析仪上工作台2的紫外线激光头23以0.1至1.0瓦的较高功率照射第二种芯片内第一 层光导材料层103上表面涂覆有疏水性材料薄膜的分析工作区，由于较高功率激光照射使得 分析工作区表面空气被电离，形成等离子体，该等离子体使得分析工作区上表面带电从而使 被照射区域具有亲水性，其余分析操作过程包括芯片在分析仪内透明导电薄膜层102的接地 方式均与第一种芯片第一实施例使用方式相同。
图1、2、3所示各个芯片技术方案中，相同材料形成的层和相同的结构部分以相同的 附图标记表示。本领域技术人员应当注意，本说明书实施例中仅仅对芯片材料和所使用激光 波段进行举例式说明，任何能够在激光照射下产生光导特性、光伏特性的其它材料以及任何 照射相应材料能够产生光导特性、光伏特性的其它波段激光光源均可以作为替代性芯片材料 和替代性分析仪光源使用。例如，当使用硒化砷(Se-As)材料作为第一层光导材料层103 的材料时，由于该硒化砷材料对于红外线激光敏感，因此在图5所示的与此硒化砷材料作为 第一层光导材料层芯片配合使用的分析仪下工作台3上的蓝绿光激光头应当替换为红外线激 光头。除了上述硒碲合金材料和硒化砷材料外，其他光导材料例如硫化镉(CdS)材料、无 定型硅(A-Si)材料和有机光导材料(OPC)等也可以作为本发明芯片第一层光导材料层103 的材料使用，自然也应当在本发明微流控芯片分析仪的下工作台3上安装能够发射所述材料 敏感波长激光的激光头。同样地，第二层光伏材料层104也可以使用二氧化钛以外的其它光 伏材料，自然也应当在本发明微流控芯片分析仪的上工作台2上安装能够发射所使用光伏材 料敏感波长激光的激光头。本发明芯片中的透明导电薄膜层102也可以使用氧化铟锡外的其 他透明导电材料。本发明的芯片形状也不限于图1至3中所示的矩形形状，本领域技术人员 可以根据需要灵活采用其他的芯片形状。例如，当需要时可以在芯片长度方向两端都设置储 液区108和缺口109，甚至还可以采用正方形芯片并在正方形四边均设置储液区108和缺口 109。
采用本发明的微流控芯片以及配套的分析仪在实际使用中，测试的指标可根据需要添 加、集成，以实现多通道、大通量测试。
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