[发明专利]一种微阵列反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及微流控分析技术，微机电加工技术与化学表面改性技术，提供了一种通过旋转滑移操作实现多种微量液样分步进样并混合反应的微阵列反应装置，可用于生物化学分析及环境监控方面的研究，非常适合于临床应用尤其是医疗定点诊断领域。

背景技术

微流控分析技术(Microfluidics)的发展使得芯片实验室(Lab on a chip)与微全分析系统(Micro-total analysis system，μ-TAS)的应用越来越广泛。该技术通过控制及操作微加工通道中的液样来有效实现包括样品前处理，反应，分离与检测等所有的分析步骤。微流控分析技术已应用在多种生物分析方法中，诸如电泳分离，免疫分析，核酸扩增检验，细胞操纵等等。由于基于微流控分析技术的分析装置往往具有微型化，集成化，制作简易，方便携带等优点，因此非常适合为生化环境样品的实时检测、现场分析提供高效便捷的手段，尤其适合应用于医疗点即时诊断(Point of Care Testing)领域。

大规模并行试验分析的微型化与简单化一直以来都是微流控分析技术在应用上发展的一个重要方向，其目标是获得更小体积的样品消耗量，更少的人力操作成本，以及更高的实验效率。目前已有各式依赖不同原理的微流控系统被开发出来用于微纳级的大规模并行试验分析。这些系统往往具有较为复杂的进样控制系统，如引入了微阀与微泵等装置来控制实现不同反应样品依次装填到对应反应腔这一繁复的进样过程。由于系统中还需要外加一些水力驱动设备或是采用透气性较高的材料来完成密封尾端的填注，客观上使得装置中反应物的贮存实现起来变得相当困难。CD型的微流控芯片装置是一类依靠电渗流，气动阀，或是离心力来进行流体驱动控制的新型微流控芯片方案，它能够在一片CD芯片上同时进行多达数百组的并行试验分析。然而，这类系统往往较为复杂，并且依赖高精度的机械来实现流动控制与检测，一般条件下不太容易实现。由于易加工与高通量的特点，基于微孔板的系统是另一类具有应用可能的大规模并行试验分析系统，但是这些系统普遍面临着一些技术上的障碍，例如在微孔中无法贮存纳升级溶液，湿度很难控制，以及亚微升级液样平行分配技术受限等问题，因此也表现出很大的局限性。液滴技术是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操纵微小体积液体的技术，最常见的应用是作为微反应器。在微流控芯片上产生液滴，是利用特殊的表面化学性质来控制两种互不相溶的液体，以其中一种作为连续相，另一种作为分散相，分散相以微小体积(10^-15～10^-9L)单元的形式分散于连续相中，形成液滴。作为微反应器的载体，液滴具有体积小，无扩散，样品间无交叉污染，反应条件稳定，以及混合效率高等诸多优点。但是液滴在实现与操作方面较为繁琐，且必须依赖外部驱动设备。

2009年，Ismagilov研究小组的Du Wenbin基于利用特殊表面化学现象对液样进行控制这一液滴技术的核心思想，从简化加工与控制方式的角度出发，提出了结构上类似于微孔板预进样方法的微流控大规模并行阵列反应器装置SlipChip。

这个装置由上下独立的两片刻蚀有微连通通道与阵列状贮样微孔的玻璃板组成。玻璃底板与顶板都有各自的贮样孔，在实验前可在单独放置的底板贮样孔中预装样，实验中将顶板盖在底板上紧密接触并将各自互补的离散微孔与连通通道对齐形成完整的液流进样通道。完成所有进样操作后，可将顶板相对于底板进行手动平移，装满样品的贮样孔脱离连通通道而将样品密封在两玻璃板之间，反应时则再次手动平移顶板，使得上下板各自的贮样孔发生重合，两孔中液样发生接触进而完成混合与反应，随后可进行各种常规检测方法获取反应结果。该反应装置结构简单，加工相对方便，同时结合了液滴技术与微孔板方法的优点，能自由操控可控体积的微量液样实现进样，贮存，转移，以及混合反应。但是该方法仍存在一些问题，例如玻璃板刻蚀加工方法相对较繁琐，实验中手动操作难以准确定位，以及上下板实验前准备及固定存在困难等等，还无法满足生化与环境的实时检测，现场分析以及医疗点即时诊断等应用的需要。

发明内容

本发明目的是克服现有微流控芯片大规模并行试验分析系统的缺点，提供一种结构简单，操作方便灵活，可实现进样与混合多步控制，结果稳定可靠的微阵列反应装置。

本发明提供的一种微阵列反应装置，其特征在于，该装置包括从上至下放置的顶层进样层、顶层反应层、底层反应层和底层基片层；其中顶层进样层与顶层反应层键合组成顶层芯片，底层反应层与底层基片层键合组成底层芯片；