CN105013550B - 微流控芯片夹具和微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控芯片夹具，包括上限位件、下限位件和设置于所述上限位件与所述下限位件之间的弹性塞，所述上限位件上开设有阶梯孔，所述阶梯孔包括上方的小孔和下方的大孔，所述小孔用于固定连接微流控芯片的导液管，所述大孔用于安置和限位所述弹性塞，待夹固的微流控芯片是限位于所述上限位件、下限位件之间，所述弹性塞的下端用于以弹性紧配合的密封方式塞入微流控芯片的接口中，所述弹性塞具有与所述小孔对位连通的通孔。该夹具能够方便可靠地实现对微流控芯片的固定与密封。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片夹具和微流控芯片。
背景技术
微流控芯片特别是具备高密度、大规模、高通量、多功能等特点的集成微流控芯片，已经在化学和生物学等领域发挥着重要的作用。与宏观尺度的实验装置相比，这一技术显著降低了样品的消耗量，提高了反应效率。同时也降低了实验产生废物对环境的污染；集成微流控芯片操作的并行优势可以实现实验的高通量、自动化控制；并且可以通过微阀微泵等微细结构进行精确控制。这使得微流控芯片在分析领域中具有不可替代的优势。在微流控芯片的实际应用中，微流控芯片的固定装置及流体接头装置是连接微流控芯片内部通道和外部泵阀等流体管道的器件，起到非常重要的作用。但是，目前在微流控实验室领域，多采用直接将硬质导管插到弹性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的样品孔中，或是将导管粘贴于硬质的塑料或玻璃芯片的流体进出口。上述方法，虽然物料成本低，但是操作麻烦，频繁的对芯片插拔会使微流控芯片接口损坏，PDMS碎末流入通道使其堵塞，贴过程也易发生堵塞，并且由于微流控芯片质量体积较小，容易受到连接管路等的影响而倾倒。此外在生物实验中常常是阵列结构，传统的进样方式管路分布散乱，不易管理。已有的一些芯片夹具适用于硬质微流控芯片，例如玻璃芯片，PMMA芯片等。对于PDMS软材质的微流控芯片，常采用弹性圈密封压紧密封的方式，而过大的压紧力会使微流道堵塞；压紧力过小时，当芯片中通入较高压力时液体将从密封面处溢出。因此设计一种能用于PDMS软质微流控芯片固定，密封，规范化的微流控芯片夹具具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种微流控芯片夹具和微流控芯片，能够方便可靠地实现对微流控芯片的固定与密封。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微流控芯片夹具，包括上限位件、下限位件和设置于所述上限位件与所述下限位件之间的弹性塞，所述上限位件上开设有阶梯孔，所述阶梯孔包括上方的小孔和下方的大孔，所述小孔用于固定连接微流控芯片的导液管，所述大孔用于安置和限位所述弹性塞，待夹固的微流控芯片是限位于所述上限位件、下限位件之间，所述弹性塞的下端用于以弹性紧配合的密封方式塞入微流控芯片的接口中，所述弹性塞具有与所述小孔对位连通的通孔。
其中所述上限位件包括上夹板和上盖板，所述下限位件包括下夹板和下盖板，所述上夹板、所述下夹板由连接件固定在一起，所述上盖板、所述下盖板由所述上夹板和所述下夹板夹固，所述阶梯孔开设在所述上盖板上并暴露在外。
所述连接件为固定螺钉或弹簧夹。
所述上、下夹板的材料是玻璃、高分子聚合物、金属或不锈钢，使用注塑法、浇铸法、激光切割或者精密车床加工而成。
所述上、下盖板的材料是玻璃或PMMA透明材质。
还包括设置在所述上限位件、下限位件之间用于对微流控芯片进行水平定位的微流控芯片定位框。
所述弹性塞为由上至下逐渐变窄的圆台形状。
所述弹性塞的材料是硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丙烯酸酯橡胶。
一种微流控芯片，适于由所述的微流控芯片夹具的进行固定，所述微流控芯片具有突出于所述微流控芯片的本体表面且与所述微流控芯片的进液孔对位连通的接口，所述接口的孔径比所述微流控芯片的弹性塞的下端直径小，使得所述弹性塞的下端能够以弹性紧配合的密封方式塞入所述接口中。
所述微流控芯片的所述本体和所述接口为PDMS材质，两者通过氧等离子体和烘烤处理键合在一起。
本发明的有益效果：
与已有夹具靠上下板压紧的密封方式不同，本发明通过上、下限位件和定位于上、下限位件之间的弹性塞的结构，使弹性塞与软材质的微流控芯片的对应接口紧密配合而实现密封。该夹具不仅能够固定微流控芯片，更能够与微流控芯片上的特殊接口相结合实现良好密封。采用本发明，通过设计出合适尺寸的夹具部件，只需对传统微流控芯片进行接口扩展，即可方便地使用弹性塞与扩展后的接口相结合实现密封，从而可通过各部分合适尺寸的配合来实现固定和规范化。
附图说明
图1示出了本发明一种实施例的PDMS微流控芯片夹具的结构示意图。
图2示出了图1的局部放大图；
图3示出了带有特殊接口的微流控芯片。
图中标号：1为上夹板，2为下夹板，3为上盖板，4为下盖板，5为芯片定位框，6为固定螺钉，7为弹性塞，8为微流控芯片，9为阶梯孔，10为微流控芯片接口上的圆孔，20为接口实体，30为微流控芯片上的流道。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在一种实施例中，一种微流控芯片夹具，包括上限位件、下限位件和设置于所述上限位件与所述下限位件之间的弹性塞7，所述上限位件上开设有阶梯孔9，所述阶梯孔9包括上方的小孔和下方的大孔，所述小孔用于固定连接微流控芯片8的导液管，所述大孔用于安置和限位所述弹性塞7，待夹固的微流控芯片8，尤其是PDMS微流控芯片，将被限位于所述上限位件、下限位件之间，所述弹性塞7的下端用于以弹性紧配合的密封方式塞入微流控芯片8的接口中，所述弹性塞7具有与所述小孔对位连通的通孔。弹性塞7可以是硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶等弹性材料，优选形状为圆台形。阶梯孔9的的数目和位置可以根据微流控芯片8上的进液孔的数目和位置来设计。
如图1和图2所示，在优选的实施例中，所述上、下限位件包括上、下夹板1、2和上、下盖板3、4，所述上、下夹板1、2由连接件固定在一起，所述上、下盖板3、4由所述上、下夹板1、2夹固，所述阶梯孔9开设在所述上盖板上并暴露在外。所述连接件可以为固定螺钉6或弹簧夹等。优选地，下夹板的底部还加工有螺纹孔，以便固定或与三维移动台等设备结合使用。上盖板阶梯孔9的小孔用于定位导液管，而下面的大孔能够限制弹性塞7，防止在芯片进液时，弹性塞7底面受到液体压力上移。上盖板阶梯孔9的小孔最好配置成与弹性塞7的通孔同心，在弹性塞7与微流控芯片8紧密配合时，方便将导管从上盖板的阶梯孔9的小孔插入弹性塞7通孔实现芯片进出液。所述弹性塞7优选为由上至下逐渐变窄的圆台形状。
上、下夹板的材料可以是玻璃、高分子聚合物、金属、不锈钢等，可使用注塑法、浇铸法、激光切割或者精密车床加工而成。上、下盖板的材料可以使用玻璃、PMMA等高透明度的材质，便于观察，上、下盖板厚度可根据PDMS微流控芯片8确定。
在优选的实施例中，微流控芯片夹具还包括设置在上、下盖板之间用于对微流控芯片8进行水平定位的芯片定位框5。芯片定位框5的材料可以是玻璃、高分子聚合物、金属、不锈钢等，可使用注塑法、浇铸法、激光切割或者精密车床加工而成，尺寸可以根据所述微流控芯片8尺寸设计。
如图3所示，在一种实施例中，一种微流控芯片8，适于由上述的微流控芯片夹具的进行固定，所述微流控芯片8具有突出于所述微流控芯片8的本体表面且与所述微流控芯片8的进液孔对位连通的接口，所述接口的孔径比所述微流控芯片8的弹性塞7的下端直径小，使得所述弹性塞7的下端能够以弹性紧配合的密封方式塞入所述接口中。接口可以是圆孔10或其他能够与弹性塞7紧配合而形成密封的孔形状。所述微流控芯片8的所述本体和所述接口为PDMS材质。对于微流控芯片8的接口制作方法，优选通过氧等离子处理，和烘烤的方法在常规的PDMS微流控芯片8上键合带有圆孔的PDMS接口，该接口上的圆孔与微流控芯片8上的进液孔优选同心。由于PDMS微流控芯片8接口上的圆孔直径比弹性塞7小头直径小，两者配合后不漏液。
该夹具不仅能够固定微流控芯片8，也能够和微流控芯片8上的特殊接口相结合实现高压密封。微流控芯片夹具包括上、下夹板1、2、上、下盖板3、4，芯片定位框5、固定螺钉6或弹簧夹、弹性塞7。所述芯片定位框5、上下盖板由所述上下夹板固定在中间；所述微流控芯片8由所述芯片定位框5固定。所述上盖板小孔与所述弹性塞7通孔同心，所述弹性塞7与所述PDMS微流控芯片8接口紧密配合。将导管从所述上盖板小孔插入所述弹性塞7通孔。本发明的显著优势在于，与已有夹具不同，其密封方式不靠上下板压紧方式，而是通过弹性塞7与PDMS微流控芯片8的特殊接口紧密配合实现密封。
图2示出的一种PDMS微流控芯片夹具结构示意图。该夹具的上、下夹板由铝合金机加工而成，上、下盖板采用有机玻璃(PMMA)制成，并通过沉头螺钉分别固定在上、下夹板上。在上盖板上面有阶梯孔9，上面的小孔用于固定导液管，下面的大孔用于固定弹性塞7，防止塞受到液体压力后向上移动脱离微流控芯片8。上下盖板之间固定有芯片定位框5，微流控芯片8定在芯片定位框5中。上下盖板和芯片定位框可通过蝶形螺钉和上下夹板固定起来，弹性塞7由上盖板定位，弹性塞7中间的小孔与上盖板上的小孔和微流控芯片8上的小孔同心。注意上盖板对弹性塞7并不需要提供压紧作用，但可以防止弹性塞7上移。以上部件固定好之后，将导液管插入弹性塞7的小孔中即可。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种微流控芯片夹具，其特征在于,包括上限位件、下限位件和设置于所述上限位件与所述下限位件之间的弹性塞，所述上限位件上开设有阶梯孔，所述阶梯孔包括上方的小孔和下方的大孔，所述小孔用于固定连接微流控芯片的导液管，所述大孔用于安置和限位所述弹性塞，待夹固的微流控芯片是限位于所述上限位件、下限位件之间，所述弹性塞的下端用于以弹性紧配合的密封方式塞入微流控芯片的接口中，所述弹性塞具有与所述小孔对位连通的通孔,其中所述上限位件包括上夹板和上盖板，所述下限位件包括下夹板和下盖板，所述上夹板、所述下夹板由连接件固定在一起，所述上盖板、所述下盖板由所述上夹板和所述下夹板夹固，所述阶梯孔开设在所述上盖板上并暴露在外。
2.如权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于,所述连接件为固定螺钉或弹簧夹。
3.如权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于,所述上、下夹板的材料是玻璃、高分子聚合物、金属或不锈钢，使用注塑法、浇铸法、激光切割或者精密车床加工而成。
4.如权利要求1所述的微流控芯片夹具，其特征在于,所述上、下盖板的材料是玻璃或PMMA透明材质。
5.如权利要求1至4任一项所述的微流控芯片夹具，其特征在于,还包括设置在所述上限位件、下限位件之间用于对微流控芯片进行水平定位的微流控芯片定位框。
6.如权利要求1至4任一项所述的微流控芯片夹具，其特征在于,所述弹性塞为由上至下逐渐变窄的圆台形状。
7.如权利要求1至4任一项所述的微流控芯片夹具，其特征在于,所述弹性塞的材料是硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶或丙烯酸酯橡胶。
8.一种微流控芯片，适于由权利要求1至7任一项所述的微流控芯片夹具的进行固定，其特征在于,所述微流控芯片具有突出于所述微流控芯片的本体表面且与所述微流控芯片的进液孔对位连通的接口，所述接口的孔径比所述微流控芯片的弹性塞的下端直径小，使得所述弹性塞的下端能够以弹性紧配合的密封方式塞入所述接口中。
9.如权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于,所述微流控芯片的所述本体和所述接口为PDMS材质，两者通过氧等离子体和烘烤处理键合在一起。
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| CN105013550A (zh) | 2015-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili of Tsinghua Applicant after: GRADUATE SCHOOL AT SHENZHEN, TSINGHUA University Address before: 518000 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili Shenzhen Tsinghua Campus of Tsinghua University Applicant before: Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000 2nd floor, building a, Tsinghua campus, Shenzhen University Town, Xili street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen International Graduate School of Tsinghua University Address before: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili of Tsinghua Patentee before: GRADUATE SCHOOL AT SHENZHEN, TSINGHUA University |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231218 Address after: 530000 floor 18, building 8, Nanning Greenland center, No. 15, piankaixuan Road, China (Guangxi) pilot Free Trade Zone, Nanning, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Guangxi Guihua Intelligent Manufacturing Co.,Ltd. Address before: 518000 2nd floor, building a, Tsinghua campus, Shenzhen University Town, Xili street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen International Graduate School of Tsinghua University |
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| TR01 | Transfer of patent right |