МИКРОФЛЮИДИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКИХ ПРОБ С АНАЛИТАМИ

МЮКРОФЛЮИДИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖИДКИХ ПРОБ С АНАЛИТАМИ.
Данное техническое решение относится к области биомедицинской диагностики и служит одной из компонент мобильных устройств для индивидуальной экспресс-иммунодиагностики.
В настоящее время существует множество конфигураций микрофлюидических чипов или блоков, но не одна из них не удовлетворяет требованиям транспорта жидких биологических проб с аналитами к массиву из более 200 измерительных микроячеек, расположенных на измерительном чипе в шахматном порядке виде матрицы определенной конфигурации. Известные микрофлюидические чипы имеют, как правило, только один или небольшое количество микроканалов (Евстрапов, Т.А. Лукашенко, Г.Е. Рудницкая, А.Л. Буляница, В.Е. Курочкин, В.С. Гусев, О.Г. Иванов, И.Ф. Беркутова, А.А. Савицкая. Микрофлюидные чипы из стеклянных материалов., Научное приборостроение, 2012, том 22, №2, с. 27-43.), или представляют собой блок из компонент, имеющих предназначение, отвечающее другим функциональным требованиям (Zhaoxin Geng, Yanrui Ju, Wei Wanga, Zhihong Li. Continuous blood separation utilizing spiral filtration microchannel with gradually varied width and micro-pillar array. Sensors and Actuators В 180 (2013) 122- 129). Также из уровня техники известен микрофлюидический модуль для транспортировки жидких проб с аналитами принятый в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели (см. международную заявку WO/2010/149292 опубликованная 29.12.2010) содержащий каналы для транспортировки жидких проб, сквозные отверстия сопряженные с измерительными микроячейками, при этом одним из недостатков данного модуля является то, что модуль имеет специфическую геометрию микроканалов, не совпадающую с желаемой геометрией,
Для устранения отмеченных в том числе и у наиболее близкого аналога недостатков было разработано предложенное техническое решение. Микрофлюидический модуль предназначен для подачи и распределения микрообъемов жидких проб с аналитами, например, биологических проб, таких как плазма крови, слюна, моча, лимфа и т.д. к многочисленным измерительным микрокюветам, расположенным в виде массива, упорядоченного в шахматном порядке на поверхности измерительного чипа.
Технический результат, достигаемый предложенным микрофлюидическим модулем состоит в том, что его использование позволяет транспортировать микрообъемы жидких проб с аналитами для одновременного и параллельного проведения большого количества измерений в микроячейках на чипе, имеющем заданную конфигурацию.
Для достижения поставленной задачи был разработан микрофлюидический модуль для транспортировки жидких проб с аналитами, содержащий центральный резервуар для нанесения жидких биологических проб с аналитами, ряды микроканалов выходящие из центрального резервуара, причем каждый микроканал выполнен с односторонними или двухсторонними ответвлениями к расположенными в шахматном порядке сквозным отверстиям, сопряженными с измерительными микроячейками на чипе, и завершается сквозным отверстием также сопряженным с измерительной микроячейкой на чипе.
Центральный резервуар может состоять из двух отсеков, разделенных перегородкой с фильтром, предназначенным для фильтрации твердых тел или клеточных элементов крови.
Модуль может содержать 8-15 рядов микроканалов.
Микроканалы могут представлять собой в поперечном сечении полукруг радиусом в 50-400 мкм.
Микроканалы могут иметь дополнительное углубление размерами в 50-200 мкм.
Микроканалы могут быть выполнены открытыми на поверхности модуля.
Микроканалы могут быть расположены внутри модуля.
На внутренней поверхности по всей длине мироканала для улучшения действия капиллярных сил может быть проложен дополнительный структурный элемент в виде нити диаметром от 50 до 100 мкм, выполненной из того же материала, что и микрофлюидический модуль.
Поверхность микроканала обрабатывается специальным реагентом для увеличения ее гидрофильности.
Сквозные отверстия могут иметь диаметр от 500 до 1000 мкм.
Количество сквозных отверстий может составлять не более 256 штук.
Предложенный микрофлюидический модуль поясняется следующими чертежами.
На Рис. 1 показан общий вид микрофлюидического модуля, где (1) -центральный резервуар для нанесения жидких биологических проб с аналитами; (2) - микроканалы; (3) - отверстия, соответствующие измерительным микроячейкам на чипе.
На Рис. 2 приведен поперечный срез микроканала микрофлюидического модуля. R - радиус; D - углубление микроканала.
Заявленный микрофлюидический модуль представляет собой плату, содержащую центральный резервуар для нанесения жидких биологических проб с аналитами, и ряды микроканалов, выходящие из центрального резервуара, причем каждый микроканал выполнен с односторонними или двухсторонними ответвлениями к расположенными в шахматном порядке сквозным отверстиям, сопряженными с измерительными микроячейками на чипе, и завершается сквозным отверстием также сопряженным с измерительной микроячейкой на чипе. Заполнение микроканалов происходит под действием капиллярных сил, без применения внешнего давления для продавливания жидкой пробы. При этом для улучшения действия капиллярных сил поверхность канала обрабатывается специальным реагентом увеличивающим ее гидрофильность. Также для улучшения действия капиллярных сил на внутренней поверхности по всей длине мироканала может быть проложен дополнительный структурный элемент в виде нити диаметром от 50 до 100 мкм, выполненой из того же материала, что и микрофлюидический модуль. Основная идея данного технического решения состоит в том, что модуль позволяет обеспечить распределение и подачу микрообъемов жидких проб с аналитами в очень большое количество (более 200) измерительных ячеек, расположенных в шахматном порядке в виде матрицы на сопряженном с ним измерительном чипе. Микрофлюидический модуль с таким большим количеством микроканалов для подачи жидких проб с аналитами в реакционные ячейки на чипе для проведения более чем 200 параллельных и одновременных измерений до настоящего времени разработан не был. Микрофлюидический модуль обладает следующими техническими параметрами:
- Ширина микроканалов от 50 до 400 мкм;
- Количество рядов измерительных микроячеек - 16 и более;
- Количество микроячеекячеек: 200-256;
- Диаметр измерительных микроячеек: 600-1000 мкм;
- Толщина платы микрофлюидического модуля: 700-1500 мкм;
- Каждый ряд микроячеек имеет один общий канал, который содержит отвеветвления к каждой из них;
- Поперечный срез микроканала имеет форму полукруга с углублением на 50-200 мкм;
Как показали многочисленные эксперименты именно данные параметры микрофлюидического модуля позволяют достигать указанный технический результат и являются наиболее оптимальными как для изготовления модуля так и для его эксплуатации.
Предложенный модуль используется следующим образом: микрофлюидичесикй модуль наклеивается сверху на чип своей нижней стороной с прорезями микроканалов таким образом, что сквозные отверстия модуля располагаются над измерительными микроячейками на чипе. Жидкая проба с аналитами, наносится во входной резервуар (1) микрофлюидического блока (Рис. 1). Далее жидкая проба под действием капиллярных сил, без приложения внешнего давления, одновременно и однородно распределяется по микрофлюидическим микроканалам (2) и транспортируется в многочисленные микроячейки на чипе (3), предназначенные для проведения иммунохимических или прочих химических реакций. Для улучшения действия капиллярных сил поверхность канала обрабатывается специальным реагентом для увеличения ее гидрофильности. В микроячейках находятся лиофилизированные антитела, антигены, или другие сенсорные элементы, которые растворяются в биологических пробах при их поступлении в ячейки через систему микроканалов микрофлюидического модуля. Далее, в ячейках измерительного чипа осуществляется измерение иммунохимических реакций антиген-антитело или прочих химических реакций и, с помощью подключенного к чипу считывающего устройства, осуществляется регистрация измерений и анализ данных.
Проведенные эксперименты по заполнению модуля показали, что заполнение всех микроканальцев и ячеек модуля происходит в течение от нескольких до нескольких десятков секунд в зависимости от ширины микроканалов и их расположения на микрофлюидическом модуле.