CN107101581A - 一种微纳流控芯片的对准装置及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳流控芯片的对准装置及装配方法，其特点是，包括：显微观测系统、气路部分真空吸附系统和机械对准调节系统：采用固定基片和移动盖片的装配方法搭建对准装置，基片由四对磁铁固定于培养皿中，盖片由真空吸盘吸附而悬空，通过调节手动旋转微移动装置和手动三维微移动装置实现盖片的移动操作，同时采用倒置荧光显微镜进行实时观测对准状态。该发明解决了微纳流控芯片的三维移动和角度旋转集成化操作问题，实现了芯片的精确对准，可以满足日益复杂芯片的对准操作。

Description

一种微纳流控芯片的对准装置及装配方法

技术领域

本发明属于微纳器件对准装配领域，是一种微纳流控芯片的对准装置及装配方法，适用于三维移动平台、旋转移动装置和真空吸附装置。

背景技术

微流控芯片，又称芯片实验室，是一种以在微米尺度空间内对流体进行操控为主要特征的技术，具有将化学和生物实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米大小芯片上的功能。有着体积轻巧、使用样品及试剂量少，且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点，可广泛用于石油化工，医学检验，加工技术等领域。目前该芯片的使用还没有大范围的推广，制约其快速广泛应用的瓶颈是复杂的制造装配工艺。微流控芯片的制造方法有两种形式，一种是将微纳结构制造在同一片芯片上，这种方法对光刻套刻的精准度要求较高；第二种方法是将微纳结构制造在两块芯片上，这种方法分别在两个芯片上制造微和纳结构，弥补了第一种方法对套刻工艺精度高的不足，但是对微和纳结构的装配对准提出了更高的要求，因此，需要研制一种微纳流控芯片的对准装置及装配方法。目前能够达到这种要求的设备在市面上还很少见。中国专利授权公告号CN101691203B公开了名称为：“一种玻璃微纳流控芯片的对准装配方法及对准装配装置”，其缺点是，没有集成角度旋转功能；中国专利授权公告号CN205235993U公开了名称为“微流控芯片对准健合装置”，其缺点是，需要多个精密移动平台。总之，现有技术存在着结构复杂，功能少，精度差等不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，操作简便，对准精度高，能够满足日益复杂芯片的对准操作要求的微纳流控芯片的对准装置。并提供其科学合理，适用性强，效果佳的微纳流控芯片的对准装配方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种微纳流控芯片的对准装置，其特征是，它包括：显微观测系统、气路部分真空吸附系统和机械对准调节系统：

所述显微观测系统为一台包括电源装置、观察筒、载物台和照明柱的倒置荧光显微镜，其功能为观测微纳流控芯片的精准位置，完成两块微纳流控芯片的精确对准；

所述气路部分真空吸附系统包括真空泵、真空过滤器、带压力表的真空调压阀、二位三通手动阀和T形接管，真空过滤器、真空调压阀、二位三通手动阀、T形接管通过软管依次连接在真空吸盘上，实现吸附盖片的功能；

所述机械对准调节系统包括手动三维微移动装置、手动旋转微移动装置、圆形连接板、真空吸盘连接板、真空吸盘、芯片容器、磁铁、连接板、支撑柱、螺旋测微微分头和螺旋测微微分头安装座。螺旋测微微分头安装在螺旋测微微分头安装座上，且固定在倒置荧光显微镜的载物台上；支撑柱安装在连接板上，连接板固定在倒置荧光显微镜的载物台上；芯片容器放置在倒置荧光显微镜载物台的相对应圆槽中，并与两个支撑柱接触；手动旋转微移动装置通过圆形连接板与手动三维微移动装置连接，手动旋转微移动装置固定在连接板上；真空吸盘通过真空吸盘连接板与三维微移动装置连接；实现固定基片与移动盖片完成对准的功能。

实现本发明另一目的采用的技术方案是：一种微纳流控芯片的对准装配方法，其特征是，它包括的步骤有：

1）固定基片：把基片放入芯片容器内，在芯片的各边放置一对磁铁，通过调整磁铁的位置来固定基片；

2）真空吸附盖片：打开真空泵，通过调节真空调压阀调节压力，打开真空阀时，真空吸盘吸附盖片；

3）调节盖片三坐标位置：通过手动三维微移动装置上的三个螺旋测微器结合显微镜的观察来调整盖片在X、Y、Z方向上的位置；

4）调节盖片角度位置：通过手动旋转微移动装置上的螺旋测微器结合显微镜的观察来调整盖片在水平位置的角度；通过三维微移动平台降低盖片Z轴方向的位置使其与基片贴合，此时关闭真空阀，盖片与真空吸盘脱离，即基片与盖片对准完毕。

本发明微纳流控芯片的对准装置及装配方法的优点体现在：

1．由于采用倒置荧光显微镜观测基片与盖片的对准状态，使用手动三维移动装置与手动旋转装置来实现盖片的移动，使盖片不但可以完成X、Y、Z轴方向的移动，还可以在水平位置进行旋转移动，使基片与盖片的对准状态更加的精确；

2.搭建了一台集成三维移动和角度旋转于一体的芯片对准装置，为微纳流控芯片的盖片与基片的对准提供了平台；

3.提出了一种基于倒置荧光显微系统、以固定基片和移动盖片为装配思想、同时调节三维坐标和旋转角度的高效精准的装配方法；

4.缩短了微纳流控芯片的制造周期，降低了芯片的制作难度；

5. 结构简单，操作简便，对准精度高，能够满足日益复杂芯片的对准操作要求；

6.方法科学合理，适用性强，效果佳。

附图说明

图1为一种微纳流控芯片的对准装置的机械结构部分结构示意图；

图2为一种微纳流控芯片的对准装置的气路部分结构示意图；

图3为一种微纳流控芯片的对准装配过程结构示意图；

其中：图3A为芯片对准初始状态；图3B为吸附盖片状态；图3C为调整盖片三坐标状态；图3D为调整盖片角度状态；图3E为通道对准完成状态；

图4为微纳通道对准装配效果图。

图中:1倒置荧光显微镜、2螺旋测微微分头安装座、3螺旋测微微分头、4连接板、5芯片容器、6支撑柱、7磁铁、8基片、9盖片、10真空吸盘、11真空吸盘连接板、12手动三维微移动装置、13圆形连接板、14手动旋转微移动装置、15真空泵、16真空过滤器、17带压力表的真空调压阀、18二位三通手动阀、19T形接管、20软管。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，本发明的一种微纳流控芯片的对准装置，它包括：显微观测系统、气路部分真空吸附系统和机械对准调节系统。

所述显微观测系统为一台包括电源装置、观察筒、载物台和照明柱的倒置荧光显微镜1，其功能为观测微纳流控芯片的精准位置，完成两块微纳流控芯片的精确对准；

所述气路部分真空吸附系统包括真空泵15、真空过滤器16、带压力表的真空调压阀17、二位三通手动阀18和T形接管19。真空过滤器16、带压力表的真空调压阀17、二位三通手动阀18、T形接管19通过软管20依次连接在真空吸盘10上，实现吸附盖片的功能；

所述机械对准调节系统包括手动三维微移动装置12、手动旋转微移动装置14、圆形连接板13、真空吸盘连接板11、真空吸盘10、芯片容器5、磁铁7、连接板4、支撑柱6、螺旋测微微分头3和螺旋测微微分头安装座2，螺旋测微微分头3安装在螺旋测微微分头安装座2上，且固定在倒置荧光显微镜1的载物台上；手动旋转微移动装置14通过圆形连接板13与手动三维微移动装置12连接，真空吸盘10通过真空吸盘连接板11与手动三维微移动装置12连接，实现固定基片8与移动盖片9完成对准的功能。

如图3所示，一种微纳流控芯片的对准装配过程为：

1）将芯片容器5放入显微镜载物台相应的圆形区域内，与两个支撑柱6接触上，通过调节螺旋测微微分头3与芯片容器5接触使其固定，螺旋测微微分头3的最大调节距离为25mm，精度为0.01mm。

2）通过调整芯片容器5内磁铁7的位置来固定基片8，根据芯片尺寸的不同可以更换不同尺寸的磁铁，该芯片的尺寸为25mm50mm，选用尺寸为10mm 5mm2mm的磁铁，盖片9放在基片上方，如图3A所示。

3)根据芯片的尺寸选用直径为6mm的两个真空吸盘10，接通电源开启真空泵15，打开二位三通手动阀18，真空吸盘10将盖片9吸附起来，如图3B所示。

4)通过调节手动三维微移动装置12来调整盖片9所在X、Y、Z轴方向的位置，最大行程为6.5mm，精度为0.01mm，如图3C所示；通过调节手动旋转微移动装置14来调整水平方向的角度，该装置的粗调范围是360°，精调范围是6.5°，精度约为0.0167°，如图3D所示。

5）通过显微镜1成像系统实时观察盖片9的位置，该显微镜采用CCD彩色相机，有效像素为201万，可以清晰的观察盖片9的位置，进而做出精确的判断。在确定好盖片9的位置以后，通过手动三维微移动装置12垂直降低盖片9的位置，使其与基片8贴合上，这时断开关闭真空阀15，断开电源，真空吸盘10与大气接通，盖片9与真空吸盘10分离，即完成了的芯片的对准操作，如图3E所示。

采用本发明装置和装配方法进行微和纳结构对准，装配效果如图4所示，微米沟道宽为50μm、深为30μm，微米沟道由20根纳米沟道阵列垂直连接，纳米沟道宽为5μm、深为200nm。

本发明并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种微纳流控芯片的对准装置，其特征是，它包括：显微观测系统、气路部分真空吸附系统和机械对准调节系统：

所述显微观测系统为一台包括电源装置、观察筒、载物台和照明柱的倒置荧光显微镜，其功能为观测微纳流控芯片的精准位置，完成两块微纳流控芯片的精确对准；

所述气路部分真空吸附系统包括真空泵、真空过滤器、带压力表的真空调压阀、二位三通手动阀和T形接管，真空过滤器、真空调压阀、二位三通手动阀、T形接管通过软管依次连接在真空吸盘上，实现吸附盖片的功能；

所述机械对准调节系统包括手动三维微移动装置、手动旋转微移动装置、圆形连接板、真空吸盘连接板、真空吸盘、芯片容器、磁铁、连接板、支撑柱、螺旋测微微分头和螺旋测微微分头安装座。螺旋测微微分头安装在螺旋测微微分头安装座上，且固定在倒置荧光显微镜的载物台上；支撑柱安装在连接板上，连接板固定在倒置荧光显微镜的载物台上；芯片容器放置在倒置荧光显微镜载物台的相对应圆槽中，并与两个支撑柱接触；手动旋转微移动装置通过圆形连接板与手动三维微移动装置连接，手动旋转微移动装置固定在连接板上；真空吸盘通过真空吸盘连接板与三维微移动装置连接，实现固定基片与移动盖片完成对准的功能。

2.一种微纳流控芯片的对准装配方法，其特征是，它包括的步骤有：

1）固定基片：把基片放入芯片容器内，在芯片的各边放置一对磁铁，通过调整磁铁的位置来固定基片；

2）真空吸附盖片：打开真空泵，通过调节真空调压阀调节压力，打开真空阀时，真空吸盘吸附盖片；

3）调节盖片三坐标位置：通过手动三维微移动装置上的三个螺旋测微器结合显微镜的观察来调整盖片在X、Y、Z方向上的位置；

4）调节盖片角度位置：通过手动旋转微移动装置上的螺旋测微器结合显微镜的观察来调整盖片在水平位置的角度；通过三维微移动平台降低盖片Z轴方向的位置使其与基片贴合，此时关闭真空阀，盖片与真空吸盘脱离，即基片与盖片对准完毕。