CN104166008B - 一种微流控芯片自动同步进样方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微流控芯片自动同步进样方法与装置，每个注射泵均通过各自的输出通道连接位于驱动泵箱体外部的一个透明输样管的上端，每个透明输样管的下端均伸入一个吸盘式套管内且连接位于吸盘式套管内腔下方的针形输液端子上端，每个针形输液端子的下端均连接微流控芯片内的一个微通道；通过检测不同进样端样品的光学特性，自动设定同步阈值，从而使同步进样操作适用于各类生化样品，同时进样的同步控制、以及样品的流动进样均采用自动化程序完成，只需将结构简单的吸盘式套管套装于进样管末端，吸在微流控芯片上，便可实现同步进样控制，操作方便，吸盘式套管内部具有二极管阵列，能够有效判断管道饱和度，排除气泡干扰。

Description

一种微流控芯片自动同步进样方法与装置

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术，具体是使样液同步进入微流控芯片的方法与装置。

背景技术

微流控芯片是将生物、化学实验过程微缩到只有几厘米的芯片上来进行自动化实验与分析的新技术。进样是微流控芯片技术的首要环节，进样过程的高精度控制是保证芯片内部生化反应准确进行的前提条件，然而实际操作过程中，由于进样压力容器与微流控芯片各进样口之间的管道路径长度难以保证完全相同，样品容器的初始存样量也难以保证完全相同，因此很难保证样品在进入微流控芯片前能够同步到达进样口，目前样品的进样都是靠人工手动将各进样管内的空气排出到进样口后再接通驱动进样设备进行进样操作的，进样效率低且人工肉眼判断误差较大，很容易造成待反应生化制剂的配比失调。

中国专利申请号为201110393768.6公开了一种用于养鱼水环境微流控检测的进样方法与自动装置，该方法及装置采用一种吸附推抽式过滤进样方法及结构，该结构按一定次序分别挤压和抽吸两端的挤压泵便可以实现样品的自动过滤以及样品从宏观到微观的自动进样，自动化程度高，解决养鱼水环境中原始水样不能直接用于微流控检测的样品预处理及进样问题，但该装置也没有解决样品同步进入微流控芯片的自动控制问题。因此，有效解决自动同步进样问题是确保微流控芯片生化反应精度，提高制药等基于微流控生化反应技术领域生产效率的关键问题。

发明内容

本发明的内容是针对目前微流控芯片进样设备不具备同步进样的功能，提出一种微流控芯片自动同步进样方法与装置，实现样品的自动同步进样。

为达到上述目的，本发明微流控芯片自动同步进样装置采用的技术方案是：具有一个驱动泵箱体，驱动泵箱体内部设有注射泵驱动控制器、光电信号调理及LED驱动电路、智能控制电路和多个注射泵；多个注射泵均经注射泵驱动控制器连接智能控制电路；每个注射泵均通过各自的输出通道连接位于驱动泵箱体外部的一个透明输样管的上端，每个透明输样管的下端均伸入一个吸盘式套管内且连接位于吸盘式套管内腔下方的针形输液端子上端，每个针形输液端子的下端均连接微流控芯片内的一个微通道且与微通道相通；在吸盘式套管内腔中，位于针形输液端子上方的吸盘式套管的内壁一侧上从上至下依次固定装有三个激光二极管、内壁另一侧上从上至下依次固定装有与所述三个光电倍增管呈180°相面对布置的三个光电倍增管；三个激光二极管和三个光电倍增管分别经信号采集及控制线连接所述光电信号调理及LED驱动电路，光电信号调理及LED驱动电路连接至智能控制电路。

为达到上述目的，本发明一种微流控芯片自动同步进样方法采用的技术方案是按以下步骤：

A、智能控制电路通过信号采集及控制线开启第一个输出通道对应的第一个吸盘式套管内的三个激光二极管，将此刻最上方的光电倍增管的信号值传送至智能控制电路。

B、智能控制电路通过注射泵驱动控制器控制与第一个输出通道相连接的第一个注射泵工作，并获得最下方的光电倍增管的信号值，比较最上方和最下方的光电倍增管的两个信号值的大小并判断出最下方的光电倍增管的信号值是否减小，若减小则样液已流入整个透明输样管，否则继续开启第一个注射泵工作直至最下方的光电倍增管的信号值减小；当最下方的光电倍增管的信号值减小时还需判断此时的最下方与最上方的光电倍增管的信号值是否相同，若不同则透明输样管内有气泡存在，继续开启第一个注射泵工作直到最下方与最上方的光电倍增管的信号值相同，信号相同时的这一信号值即为第一个输出通道的阈值。

C、重复步骤A和B，获得每个输出通道的阈值。

D、开启各个输出通道所对应的三个激光二极管和三个光电倍增管，控制各个注射泵同时工作，分别判断各个输出通道的三个光电倍增管中的信号值是否达到各自的输出通道的阈值，若达到则关闭该输出通道所对应的注射泵；当所有的注射泵均已关闭，则达到同步进样状态。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样方法，该方法能够解决现有进样方法无法自动同步进样的缺点。

2、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样方法，该方法通过自动检测不同进样端样品的光学特性，自动设定同步阈值，从而使同步进样操作适用于各类生化样品。

3、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样方法，该方法的初始化阈值的测定与设置、进样的同步控制、以及样品的流动进样均采用自动化程序完成，操作简单。

4、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样装置，该装置含有多路吸盘式套管，且只需将结构简单的吸盘式套管套装于进样管末端，便可实现同步进样控制，操作方便，适用范围广泛。

5、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样装置，该装置所述吸盘式套管安装灵活可适用于各种结构的微流控芯片，具有较好的通用性。

6、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样装置，该装置所述吸盘式套管内部具有激光二极管阵列，能够有效判断管道饱和度，排除气泡干扰。

7、本发明所述一种微流控芯片自动同步进样装置，该装置所述吸盘式套管的底部含有吸盘能够使检测端子牢牢站立于微流控芯片表面，保证各路进样检测位置的一致性。

附图说明

图1是本发明一种微流控芯片自动同步进样装置的整体结构示意图。

图2是图1中吸盘式套管6的结构放大示意图。

图3是图1中驱动泵箱体1的内部结构图。

图4是本发明一种微流控芯片自动同步进样方法的阈值自动设定方法流程图。

图5是本发明一种微流控芯片自动同步进样方法的流程图。

附图中各部件的序号和名称：1.驱动泵箱体，2.操作触摸屏，3.信号采集及控制线，4.注射泵输出管道，5.透明输样管，6.吸盘式套管，7.微流控芯片，8.针形输液端子，9.微通道，10.微型橡胶吸盘，11.信号线入口，12~14.激光二极管，15~17.光电倍增管，18.注射泵体，19.注射泵驱动控制线，20.注射泵驱动控制器，21.光电信号调理及LED驱动电路，22.智能控制电路，23.触摸屏驱动电路，24.触摸屏信号传输线，25.数字信号传输线，26.驱动板控制信号线，A~F.输出通道。

具体实施方式

参见图1所示的本发明一种微流控芯片自动同步进样装置的整体结构，该装置具有一个驱动泵箱体1，驱动泵箱体1上方安装有操作触摸屏2，便于操作指令的设定。驱动泵箱体1的侧面开有多个信号线入口11，将与吸盘式套管6连接的信号采集及控制线3引入驱动泵箱体1内部。驱动泵箱体1侧面有从内部引出的多路相同的输出通道，图1中仅示出A、B、C、D、E、F这6个输出通道A~F，输出通道的数量与信号线入口11的数量相同。

每路输出通道内均有一个注射泵输出管道4，注射泵输出管道4与微流控芯片透明专用输样管5相连，微流控芯片专用的透明输样管5连接吸盘式套管6，每个吸盘式套管6内均装有一个针形输液端子8，透明输样管5连接针形输液端子8的上端，每个针形输液端子8的下端均连接微流控芯片7内的一个微通道9。微流控芯片7内有多个微通道9，微通道9的数量与进入吸盘式套管6、输出通道、针形输液端子8的数量相同。针形输液端子8将待测或待反应液输入微流控芯片的微通道9内。

吸盘式套管6具有检测样液进样程度的功能，并将反馈信号通过信号采集及控制线3传送至驱动泵箱体1内的控制器来有效控制进样过程，多路输出通道用于本发明一种微流控芯片自动同步进样装置的多路进样驱动，多路输出通道的输出结构与终端末梢完全一致，可以完成多种液体进样的同步性控制。

参见图1及图2，图2为吸盘式套管6的内部结构示意图。吸盘式套管6的底部有微型橡胶吸盘10，微型橡胶吸盘10可将吸盘式套管6牢牢吸在微流控芯片7表面上，防止吸盘式套管6发生偏斜从而使光电检测失真。吸盘式套管6内腔下部有针形输液端子8，针形输液端子8与吸盘式套管6共中心轴。位于针形输液端子8上方的吸盘式套管6的内壁一侧上从上至下依次固定安装有三个激光二极管12、13、14，位于针形输液端子8上方的吸盘式套管6的内壁另一侧上从上至下依次固定安装有三个光电倍增管15、16、17。三个激光二极管12、13、14与三个光电倍增管15、16、17呈180°相对布置，在吸盘式套管6的轴向上，三个激光二极管12、13、14的中心与三个光电倍增管15、16、17的中心在轴向的高度分别相同，分别一一正对分布，也就最上方的激光二极管12与最上方的光电倍增管15正面相对，中间的激光二极管13与中间的光电倍增管16正面相对，最下方的激光二极管14与最下方的光电倍增管17正面相对。透明输样管5的下端伸入吸盘式套管6内，经过三个激光二极管12、13、14与三个光电倍增管15、16、17的位置连接针形输液端子8的上端，针形输液端子8的下端微流控芯片7中的微通道9，与微通道9相通。信号采集及控制线3分别与三个激光二极管12、13、14和光电倍增管15、16、17相连，用于激光二极管12、13、14的激发供电及光电倍增管15、16、17的检测输出，信号采集及控制线3附着于透明专用输样管5的内壁表面，便于输出通道A~F线路的辨认。

参见图1、图2及图3，图3是驱动泵箱体1的内部结构示意图。驱动泵箱体1的内部安装多个注射泵18，还设有注射泵驱动控制器20、光电信号调理及LED驱动电路21、智能控制电路22、触摸屏驱动电路23等。注射泵18的数量与输出通道和注射泵输出管道4的数量相同，每个输出通道和注射泵输出管道4分别连接一个注射泵18后伸出驱动泵箱体1外，与位于驱动泵箱体1外的透明输样管5连接。注射泵18的结构与中国专利申请号为201210047155.1、名称为“基于微流控芯片的养鱼水环境有害菌实时检测方法与装置”中所述的注射泵体完全相同，因此这里不再赘述。各注射泵18的驱动信号由各注射泵驱动控制线19汇总引入后连接注射泵驱动控制器20。注射泵驱动控制器20还经驱动板控制信号线26连接至智能控制电路22，智能控制电路22经触摸屏信号传输线24连接触摸屏驱动电路23，触摸屏驱动电路23连接驱动泵箱体1上方安装的操作触摸屏2。信号采集及控制线3从驱动泵箱体1外部伸入内部中并连接光电信号调理及LED驱动电路21，光电信号调理及LED驱动电路21经后连接数字信号传输线25连接到智能控制电路22。

驱动泵箱体1内部的具体工作方式为：操作触摸屏2收到信号，通过触摸屏信号传输线24将信号传送至智能控制电路22，智能控制电路22根据触摸屏信号类别通过信号线26将指令信号传送至注射泵驱动控制器20，注射泵驱动控制器20根据指令信号通过控制线19传递电流驱动注射泵18工作。智能控制电路22还通过数字信号传输线25将二极管控制指令发送给光电信号调理及LED驱动电路21，并由光电信号调理及LED驱动电路21通过信号采集及控制线3将驱动信号传送给各激光二极管12、13、14；同时信号采集及控制线3将图2中各光电倍增管15、16、17采集的模拟信号传送至光电信号调理及LED驱动电路21，并将调理后的数字信号通过数字信号传输线25馈送至智能控制电路22。

当注射泵18输出时，外界压力大于管道内的压力，液体是从上至下依次充满整个透明输样管5，这样使得激光二极管12、13、14出射光完全透过透明输样管5进入相应的光电倍增管15、16、17，当样液未到透明专用输样管5时，光电倍增管15、16、17均接受到来自激光二极管12、13、14的较强信号，当样液进入透明输样管5且并未充满时，最上方的光电倍增管15接收到受样液衰减后的光信号，而光电倍增管16或光电倍增管17可能收到的未衰减或半衰减信号，则可通过光电倍增管15、16、17收到的信号判断样液的位置，当样液完全进入透明输样管5时，光电倍增管15、16、17均输出完全衰减信号。当光电倍增管15、16、17收到的信号不呈现依次规律性衰减相同时，则说明透明输样管5内部有气泡。

参见图1、图2、图3及图4，图4是本发明一种微流控芯片自动同步进样方法的阈值自动设定方法图。阈值自动设定是本发明一种微流控芯片自动同步进样方法的第一步。在保证与注射泵输出管道4相连接的透明输样管5内还没有注入样液时开启阈值自动设定模式。当操作触摸屏2收到阈值自动设定指令，智能控制电路22通过信号采集及控制线3开启第一个输出通道（输出通道A）对应的信号采集及控制线3所连接的三个激光二极管二极管12、13、14，记录此刻对应的最上方的光电倍增管15所采集的信号值，并将信号值传送至智能控制电路22。智能控制电路22发出与第一个输出通道相连接的第一个注射泵18的开启命令，通过注射泵驱动控制器20控制第一个注射泵进样工作，此时智能控制电路22通过信号采集及控制线3获得最下方的光电倍增管17所采集的信号值，比较最上方的光电倍增管15和最下方的光电倍增管17的信号值的大小，判断最下方的光电倍增管17的信号值是否减小，若减小则说明样液已流入整个透明输样管5，否则继续开启第一个注射泵19工作直至最下方的光电倍增管17的信号值减小，当最下方的光电倍增管17的信号值减小时，还需判断此时最下方的光电倍增管17与最上方的光电倍增管15的信号值是否相同，若不同则说明透明输样管5内有气泡存在，继续开启第一个注射泵18进样，直到光电倍增管17与光电倍增管15的信号值相同，此时记录光电倍增管17采集的信号值，这一信号值表明其吸光度，并将这一吸光度信号值定义为第一个输出通道的阈值，终止第一个输出通道的信号采集。以此类推，采用同样的方式依次开启其他通道信号的采集过程，直至最后一个输出通道（输出通道F）信号采集结束，获得每个输出通道的阈值，终止阈值设定程序。

参见图1及图5，图5是本发明一种微流控芯片自动同步进样方法的流程图。获得每个输出通道的阈值后，进行同步进样。当通过操作触摸屏2开启各个输出通道（输出通道A~F）同步进样指令时，智能控制电路22通过信号采集及控制线3开启各个输出通道出口所对应的激光二极管二极管12、13、14和光电倍增管15、16、17，并记录对应的光电倍增管15、16、17采集的信号，智能控制电路22通过注射泵驱动控制器20控制各个注射泵18同时工作，分别实时判断各个输出通道光电倍增管15、16、17中的信号是否均达到各自的阈值，若达到则立即关闭该输出通道所对应的注射泵18。最后，判断所有的注射泵18是否均已关闭，若均关闭了则说明各注射通道均已达到同步进样状态。

Claims (5)

1.一种微流控芯片自动同步进样装置，具有一个驱动泵箱体（1），其特征是：驱动泵箱体（1）内部设有注射泵驱动控制器（20）、光电信号调理及LED驱动电路（21）、智能控制电路（22）和多个注射泵（18）；多个注射泵（18）均经注射泵驱动控制器（20）连接智能控制电路（22）；每个注射泵（18）均通过各自的输出通道连接位于驱动泵箱体（1）外部的一个透明输样管（5）的上端，每个透明输样管（5）的下端均伸入一个吸盘式套管（6）内且连接位于吸盘式套管（6）内腔下方的针形输液端子（8）上端，每个针形输液端子（8）的下端均连接微流控芯片（7）内的一个微通道（9）且与微通道（9）相通；在吸盘式套管（6）内腔中，位于针形输液端子（8）上方的吸盘式套管（6）的内壁一侧上从上至下依次固定装有三个激光二极管（12、13、14）、内壁另一侧上从上至下依次固定装有与所述三个激光二极管（12、13、14）呈180°相面对布置的三个光电倍增管；

三个激光二极管和三个光电倍增管分别经信号采集及控制线（3）连接所述光电信号调理及LED驱动电路（21），光电信号调理及LED驱动电路（21）连接至智能控制电路（22）。

2.根据权利要求1所述微流控芯片自动同步进样装置，其特征是：驱动泵箱体（1）上方装有操作触摸屏（2），驱动泵箱体（1）内部还设有触摸屏驱动电路（23），操作触摸屏（2）经触摸屏驱动电路（23）连接智能控制电路（22）。

3.根据权利要求1所述微流控芯片自动同步进样装置，其特征是：吸盘式套管（6）的底部连接有微型橡胶吸盘（10），微型橡胶吸盘（10）吸在微流控芯片（7）的表面上。

4.一种如权利要求1所述微流控芯片自动同步进样装置的自动同步进样方法，其特征是按以下步骤：

A、智能控制电路（22）通过信号采集及控制线（3）开启第一个输出通道对应的第一个吸盘式套管（6）内的三个激光二极管，将此刻最上方的光电倍增管（15）的信号值传送至智能控制电路（22）；

B、智能控制电路（22）通过注射泵驱动控制器（20）控制与第一个输出通道相连接的第一个注射泵（18）工作，并获得最下方的光电倍增管（17）的信号值，比较最上方和最下方的光电倍增管的两个信号值的大小并判断出最下方的光电倍增管的信号值是否减小，若减小则样液已流入整个透明输样管（5），否则继续开启第一个注射泵工作直至最下方的光电倍增管的信号值减小；当最下方的光电倍增管（17）的信号值减小时还需判断此时的最下方与最上方的光电倍增管的信号值是否相同，若不同则透明输样管（5）内有气泡存在，继续开启第一个注射泵工作直到最下方与最上方的光电倍增管的信号值相同，信号相同时的这一信号值即为第一个输出通道的阈值；

C、重复步骤A和B，获得每个输出通道的阈值；

D、开启各个输出通道所对应的三个激光二极管和三个光电倍增管，控制各个注射泵（18）同时工作，分别判断各个输出通道的三个光电倍增管中的信号值是否达到各自的输出通道的阈值，若达到则关闭该输出通道所对应的注射泵；当所有的注射泵均已关闭，则达到同步进样状态。

5.根据权利要求4所述的自动同步进样方法，其特征是：通过触摸屏将信号传送至智能控制电路（22），智能控制电路（22）将信号传送至注射泵驱动控制器（20），注射泵驱动控制器（20）根据指令信号通过控制线（19）传递电流驱动注射泵（18）工作；智能控制电路（22）还通过数字信号传输线（25）将二极管控制指令发送给光电信号调理及LED驱动电路（21），并由光电信号调理及LED驱动电路（21）通过信号采集及控制线（3）将驱动信号传送给各激光二极管；同时信号采集及控制线（3）将各光电倍增管采集的模拟信号传送至光电信号调理及LED驱动电路（21），将调理后的数字信号通过数字信号传输线（25）馈送至智能控制电路（22）。