一种能够实现多种标志物检测的装置及方法

技术领域

本发明涉及标志物检测技术领域，尤其是涉及一种能够实现多种标志物检测的装置及方法。

背景技术

目前，多数血液标志物检测方法采用静脉抽血的方式采取样本，通过在血液中混合一定的标志物，采用大型设备通过荧光的方法进行血液检测。

本申请人发现现有的技术至少存在以下技术问题：

虽然上述方法数据相对比较稳定，但是用血量大，而且只能在实验室中进行，不够方便。此外，通常情况下，一种标志物只能混在一种血液中，测试效率较低，不利于在急救中对病人状况进行快速的分析，不方便医护人员进行判断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现多种标志物检测的装置及方法，以解决现有技术中存在的采用静脉抽血的方式采取样本，通过在血液中混合一定的标志物，采用大型设备通过荧光的方法进行血液检测用血量大，而且只能在实验室中进行，不够方便，而且一种标志物只能混在一种血液中，测试效率较低，不利于在急救中对病人状况进行快速的分析，不方便医护人员进行判断的技术问题

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种能够实现多种标志物检测的装置，包括由上至下依次设置的光学传感单元、微流控和血液反应单元以及激发光源单元，其中：

所述光学传感单元，用于检测样本激发出的特征光谱，并对特征光谱的强度进行检测；

所述微流控和血液反应单元，用于承载血液，并按照设计，对血液进行分流，在血液分流的位置和标志物进行反应；

所述激发光源单元，包括激发光源，用于产生不同波长的激发光，对已经标记好的样本目标进行光学激发。

优选地，所述微流控和血液反应单元至少包括基板和推送结构，其中：

所述基板上设置有检测物承载台和反应试剂承载台，所述检测物承载台和所述反应试剂承载台之间设置多组检测点，每组所述检测点的周侧均设置止挡结构；

所述推送结构设置于所述基板上，所述推送结构包括上大下小的梯形弹性柱，所述弹性柱的顶部设置金属电极线，所述电极线的顶部设置保护层，每两个所述推送结构之间设置金属电极。

优选地，所述止挡结构采用疏液性材料，疏水角度大于90度，且所述承载台的高度高于所述止挡结构之间的通道高度；

所述弹性柱的高度为5～10um，长度为所述止挡结构之间间距的80％～90％，宽度为2～4um。

优选地，所述基板采用厚度为0.1～0.5mm的玻璃，所述玻璃上涂覆PI层，所述基板透过率超过90％，厚度为20～50um，所述推送结构设置于所述PI层上。

优选地，所述光学传感单元包括光学探测结构，所述光学探测结构采用半导体光学元器件制作。

优选地，还包括挡墙结构，每个所述激发光源的两侧均设置所述挡墙结构。

优选地，所述挡墙结构至少包括丙烯酸树脂或者亚克力材料，所述挡墙结构设置为黑色或者灰色，其中：

黑色的所述挡墙结构为在所述丙烯酸树脂或者亚克力材料内加入黑色染色材料；

灰色的所述挡墙结构为在所述丙烯酸树脂或者亚克力材料中加入TiO散射光粒子。

优选地，所述挡墙的高度设置为5～15um，所述挡墙的尺寸为所述激发光源尺寸的120％～150％。

优选地，所述激发光源采用microLED或者minLED，所述激发光源的尺寸范围设置为20um～500um。

一种能够实现多种标志物检测的方法，采用上述的能够实现多种标志物检测的装置，包括：

在检测片上，通过微流控的方式对血液进行搬运；

在不同位置设定不同的检测预制试剂对血液进行标定；

通过多种波长的光对血液进行照射，激发出标志物发光，并可以对可见光进行接受和强度检测。

本发明提供的一种能够实现多种标志物检测的装置及方法

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明能够实现多种标志物检测的装置一实施例的结构示意图；

图2是本发明能够实现多种标志物检测的装置中基板的结构示意图；

图3是图2使用时的结构示意图；

图4是本发明能够实现多种标志物检测的装置中基板上表面的截面图；

图5是本发明能够实现多种标志物检测的装置中推送结构的结构示意图；

图6是本发明能够实现多种标志物检测的装置中电极线的排布结构示意图；

图7是本发明能够实现多种标志物检测的装置中电极线过孔结构的结构示意图；

图8是本发明能够实现多种标志物检测的装置中玻璃结构的结构示意图；

图9是本发明能够实现多种标志物检测的装置中光探测结构的结构示意图；

图10是本发明能够实现多种标志物检测的装置中光探测结构的截面图；

图11是本发明能够实现多种标志物检测的装置中micro LED驱动的结构示意图；

图12是本发明能够实现多种标志物检测的装置中LED波长分布的结构示意图。

图中：1、光学传感单元；11、背板结构；12、光接收器；13、反光层；2、微流控和血液反应单元；20、导流槽；21、基板；211、检测物承载台；212、反应试剂承载台；213、检测点；214、止挡结构；22、推送结构；221、弹性柱；222、电极线；223、保护层；23、金属电极；24、透光区；25、聚光结构；26、荧光反应物；3、激发光源单元；30、激发光源；4、挡墙结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种能够实现多种标志物检测的装置，图1是本实施例的结构示意图，如图1所示，包括由上至下依次设置的光学传感单元1、微流控和血液反应单元2以及激发光源单元3。

其中，光学传感单元1，用于检测样本激发出的特征光谱，并对特征光谱的强度进行检测。微流控和血液反应单元2，用于承载血液，并按照设计，对血液进行分流，在血液分流的位置和标志物进行反应。激发光源单元3，包括激发光源30，用于产生不同波长的激发光，对已经标记好的样本目标进行光学激发。

此能够实现多种标志物检测的装置，通过设置光学传感单元1采用半导体光学元器件制作，主要作用是检测样本激发出的特征光谱，并对特征光谱的强度进行检测。通过设置微流控和血液反应单元2主要的作用是承载血液，并按照设计，对血液进行精准分流，在血液分流的位置和标志物进行反应。通过设置激发光源单元3为激发光供给单元，可以产生不同波长的激发光，对已经标记好的样本目标进行光学激发。采用光学传感单元1、微流控和血液反应单元2以及激发光源单元3的配合，可以在一次测试时，完成多种采样的需求。可根据实际的使用需要制成便携式结构，在户外灯特殊场景下使用，解决了现有技术存在的测试使用不方便的问题，广谱测试，检测更加快捷且成本更低。

作为可选的实施方式，微流控和血液反应单元2至少包括基板21和推送结构22。

其中，图2是本实施例中基板的结构示意图，图3是图2使用时的结构示意图，如图2和图3所示，基板21上设置有检测物承载台211和反应试剂承载台212，检测物承载台211和反应试剂承载台212之间设置多组检测点213，每组检测点213的周侧均设置止挡结构214。

图4是本实施例基板上表面的截面图，如图4所示，检测物承载台211用于承载检测物。使用时，首先将检测物，例如，血液，滴在检测物承载台。

本实施例中，检测物承载台211的尺寸为宽1～5mm，长约10～20mm，当然，在实际的生产和使用时可根据实际的使用需要设置，尺寸并不限于此。在检测物承载台211和检测点213的周围，存在有止挡结构214，止挡结构214的高度在5～25um，原则上要和检测物承载台211的高度具有一致性。止挡结构214是黑色的或者是反射型的。通过涂胶工艺，将检测物承载台211的高度高于止挡结构214内通道的高度约3～20um，

优选地，止挡结构214采用疏液性比较强的材料。本实施例中采用在环氧树脂或者丙烯酸树枝中掺加F元素，在进行光刻工艺时，F元素被激发到材料表面，降低材料到表面能，起到疏水的作用，疏水角度一般在90度以上。

图5a～5c是本实施例中推送结构的结构示意图，如图5a～5c所示，推送结构22设置于基板21上，推送结构22包括上大下小的梯形弹性柱221，弹性柱221的顶部设置金属电极线222，电极线222的顶部设置保护层223，每两个推送结构22之间设置金属电极23。

优选地，弹性柱221的高度为5～10um，长度为止挡结构214之间间距的80％～90％，宽度为2～4um。

本实施例中，推送结构22包括三部分，首先是倒梯形的弹性柱221，高度约在5～10um，长度为止挡结构214间间距的80％～90％，宽度在2～4um，在其顶部有金属电极线，可以是Mo，Al，Ag等，厚度约200～500nm，在其顶部覆盖电极保护层223，可以是无机材料的SiO2，也可以是树枝材料，厚度在200～300nm。

在两个推送结构22的中间存在金属电极23，后期加和推送结构22电极相反的电压。在金属电极23的上方有保护结构，采用表面能比较高的SiNx等材料，推送结构22位于这些材料的上方。

图6是本实施例中电极线的排布结构示意图，图7是本实施例中电极线过孔结构的结构示意图，如图6和图7所示，本实施例中，电极线的排布采用图6中的方式将正电极放在一层，负极放在一侧，这样便于后期驱动结构的连接。当第一个加正电压相邻的点加负电压，在电场力的作用下，推送结构就会倾斜，倾斜的过程中推送液态的检测物质沿止挡结构214流动。驱动一次后，图送柱恢复，再进行第二次扫描，通过多次推动，将测试台上的液态检测物推送到一个个待检测位置。

同理，也可以用相同的方法，将检测标志物只做成液态，图送到指定位置，干燥后形成标志点，如图2中所示，也可以通过喷墨的方式，将标志物直接打印在指定位置。为了防止污染载台，检测物要从另一侧进入，切是分离的状态，这样的好处是每个载台都可以是一种独立的标志物。

作为可选的实施方式，基板21采用厚度为0.1～0.5mm的玻璃，玻璃上涂覆PI层，基板21透过率超过90％，厚度为20～50um，推送结构22设置于PI层上。

本实施例中，微流控结构采用玻璃进行制作，考虑到强度问题，选择0.1～0.5mm的玻璃，并在玻璃上涂覆PI材料。整体为透明结构，透过率超过90％，厚度在20～50um。

在实际的生产和使用时，推送结构22都制作在PI层上，制作完成后，对背面的玻璃基板进行氢氟酸蚀刻，将主要的支撑结构保留，图8是本实施例中玻璃结构的结构示意图，如图8所示，其他位置去除，确保下层光和检测物有比较近的距离，防止光的侧向串扰。当然，其他位置的玻璃可以保留一定的厚度，增加整体结构的强度。

作为可选的实施方式，图9是本实施例中光探测结构的结构示意图，如图9所示，本实施例中，光探测结构采用玻璃基二极管。采用比较成熟的玻璃基二极管，通过光刻等工艺可以完成传统的场效应晶体光的制作，并按照测试片和光源的排列制作成相应的阵列排布。

通过设计PIN结构的材料和厚度，可以实现不同波长的单独探测，可以实现多波长的混合探测。

图10是光探测结构的截面示意图，如图10所示，感光器件包括背板结构11、光接收器12以及反光层13，反光层13的宽度和高度与测试基板21上止挡结构214的宽度和高度匹配，后期进行测试时要插入到测试基板21中，使测试基板21形成密闭的腔，防止光侧漏发生干扰。

作为可选的实施方式，图11是本实施例中micro LED驱动的结构示意图，如图11所示，激发光源30采用micro LED或者min LED，通常情况下，激发光源30的尺寸范围设置为20um～500um，用于和检测单元实现一一对应。

当然，为了节约成本，也可采用传统的尺寸较大的LED，可以是几毫米到十几毫米，此时，激发光无法和检测位置实现一一对应，而是一颗LED对应多个检测位置。

本实施例中，LED的波长选择在375nm～700nm之间，在这样一个广谱的激发尺度上对于多种标志物可以进行检测，根据检测目标的特点，选择合适的检测光源。LED光源的驱动方式如图12中所示，结构中的场效应晶体管部分，包括Micro LED，min LED的制作和转印部分。

作为可选的实施方式，还包括挡墙结构4，每个激发光源30的两侧均设置挡墙结构4。

其中，挡墙结构的高度在5～15um左右，大小为激发光源30尺寸的120％～150％。一方面可以防止激发光对周边的检测单元产生串扰，另一方面，可以起到平坦的作用。

具体地，激发光源30的两侧要被黑色的或者是高反射的灰色挡墙进行阻挡。

在材料的选择上，黑色挡墙结构主要是丙烯酸树脂或者亚克力材料，并在其中加入黑色染色材料。灰色挡墙结构主要是丙烯酸树脂或者亚克力材料，在其中掺杂了TiO等散射光的粒子。

在实际的使用时，在遮光层制作完成后，需要在激发光源30上制作一层SiNx或者是SiO2，然后在其中滴入高透的环氧树脂类材料，由于表面张力的存在，树脂材料的顶部会出现弧形，通过UV光对树脂材料固化，形成可以聚光的透镜结构。

激发光源30的波长选择和排布可以有多种方式，如图12a～12c中所列举的三种。在实际的使用时，并不限于这三种，可以按照实际的设计需求设置。对任意一点的激发光源可以定制选择，考虑到转印成本的问题，优先选择有规律的排布方式。

此能够实现多种标志物检测的装置的使用方法为：激发光源30和光探测结构可以多次使用，将其固定在上下两个可分离的装置上，并进行对位的调整。含有微流控结构的基板21上有对位用的标记，并在设备上设计了限位结构。在外围装置上设定有驱动连接结构。将血液滴在测量台上，通过驱动控制，将血液驱动到指定位置，此时，激发光和驱动承载基板已经完成了对位，将光检测装置落下，形成闭合腔体，对激发的特征光进行检测，检测的数据可以通过无线传输的方式传送的手机，显示器等设备的终端。

本发明还提供了一种能够实现多种标志物检测的方法，采用上述的能够实现多种标志物检测的装置，包括：在检测片上，通过微流控的方式对血液进行搬运；在不同位置设定不同的检测预制试剂对血液进行标定；通过多种波长的光对血液进行照射，激发出标志物发光，并可以对可见光进行接受和强度检测。对于每个检测位置均可独立控制，并进行检测数据反馈。

随着半导体技术的不断发展，配合喷墨打印技术、微流控、micro LED，min LED，半导体光电探测的配合。此能够实现多种标志物检测的装置，采用微流控的方式对血液进行搬送，通过喷墨打印的方式在选定的位置预先喷涂标志物，通过micro LED或者min LED，产生波长为400～700nm之间的可见光，通过光电探测器，对激发的标志物的光进行接受，并根据光的强度对含量进行判断。并且可以做成便携的方式，在户外灯特殊场景下使用，解决了现有技术存在的测试使用不方便的问题，广谱测试，检测更加快捷且成本更低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。