[发明专利]基于导电弹性体材料的血液凝固检测微流控芯片

说明书

本发明公开了基于导电弹性体材料的血液凝固检测微流控芯片，包括一条单一的流道、与流道方向垂直的一对主体电极、与主体电极相连且在流道中间上下悬空的可形变结构、块状侧壁、绝缘沟道以及样品的出入口。利用导电弹性材料的压阻效应，将流动血液的应变所带来的材料的形变转化为电学信号的变化，从而对血液凝结过程进行检测。根据弹性模量、灵敏度系数等力学参数调整了导电弹性材料的制作配比，达到最佳电导率和灵敏度。该发明不用涉及如荧光标记等技术手段，拥有低成本、易使用、灵敏度高的优点，作为血液凝固检测设备具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，具体涉及一种基于导电弹性体材料的血液凝固检测微流控芯片。

背景技术

血液凝固检测对于止血和抗血栓药物的选择具有重要作用，而能够及时对血液凝固过程进行准确的检测对于心脑血管疾病，如脑血栓、脑梗、心梗等疾病的诊断和治疗也具有重大意义。例如，在手术期间，血液凝固检测是诊断潜在出血原因和预测手术出血风险的重要手段之一，在术后阶段，患者要根据血液凝固检测结果接受口服抗凝治疗，以控制血栓形成或确保无过度凝血等情况。

现有的检测方法和医疗器械(如血栓弹性成像)存在一定的局限，如存在运动部件因而不容易小型化、需要专业的技术人员进行操作，容易出现处理或采样错误等问题，过程复杂且检测成本较高。

近年来，因微流控技术低成本、高通量、操作简单等特点，基于微流控芯片技术的血液凝固检测发展迅速，目前常用的检测方法主要分为荧光检测法、基于力学的检测方法和基于电学的检测方法这三大类。荧光检测法即加入促凝剂或荧光标记的物质后用显微镜等分析仪器直接观察血液凝结的过程。这种方法虽然直观清晰，但检测不够精确；基于力学的检测方法其原理是检测血液在凝结过程中剪切力或血小板收缩力的改变，这种检测方法虽然精确，但仍依赖于荧光检测法，操作繁琐且成本较高；基于电学的检测方法是检测血液凝固过程中血液的电阻、电容或介电常数等电学参数的变化，这种检测方法实时灵敏，还避免了血液与器件发生机械作用，但大多数基于电学的检测都是静态检测，无法模拟血液流动状态。目前，利用柔性压阻传感器芯片进行压力传感或流量传感的研究十分先进，微流控技术结合压阻形变检测的卓越表现给血液凝结过程的检测开辟了新的思路——除了基于荧光、力学或电学直接检测凝血过程之外，利用导电弹性体受力易于形变且灵敏度高的特点，将器件的形变转化为电学信号变化来检测血液凝结过程也是一个十分具有应用前景的方法，且兼具高精度和低成本的特点，并且可以在微流道中模拟血液流动的真实环境。

压阻效应指的是电阻率随施加应变而变化的现象。通过设计合理可行的微流控芯片结构，使应变结构在实验过程中始终处在血流当中，随着血液状态的改变而发生形变，使芯片电阻也随之发生改变，从而反应血液凝固的过程。由于微流控芯片中的微小通道流过的是小体积血液样本，因此样本的均匀性可以得到保证。同时，精确地微加工技术为血液凝固过程的测量提供了一个精确、可控的环境条件。与传统的分析技术相比，利用微流控芯片，通过凝血过程对导电弹性体施加应变进而引发电学特性的改变使得凝血检测更加灵敏、准确，为血液凝固的测量提供了一种更为便捷和低成本的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明设计了一种基于导电弹性体材料的血液凝固检测微流控芯片，通过双层模具形成三维电极结构从而连接悬空于流道中的可形变结构。导电弹性体是指聚合物与金属或导电非金属微纳颗粒的混合物，这种固化后具有弹性的混合物具有灵敏度高、响应迅速等优点，在形变时(弯曲、拉伸等)能够将应变转换成电阻率变化。当血液按照一定流速注入微流控芯片中时，由导电弹性体制成的可形变结构会由于受到血液流体的剪切力发生形变。随着凝血过程的进行，可形变结构的形变随着血液粘度的增大而增大，通过检测芯片电阻抗的变化来监测血液凝固的过程。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

基于导电弹性体材料的血液凝固检测微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片由自上而下的三层结构组成，包括顶层(1)、中间层(2)以及底层(3)。顶层(1)为流道(13)的结构，中间层(2)具有流道、电极和可形变结构。