CN107321399B - 面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样系统 - Google Patents

面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微流控进样领域的一种面向离心式微流控芯片的多组分自动进样系统，它包括丝杠传动机构1、压头2、特制注射器系统3、注射盘4、针尖5、电机芯片连接套6、微流控芯片7和伺服电机8。本发明通过丝杠传动机构能对特制注射器实现自动精确注入功能，特制注射器系统能实现注射后的自动弹回功能，同时在注射盘与芯片的相对位置和大小设计上保证了注射区域覆盖了芯片的所有区域，最后通过同时控制芯片和注射盘的转动以及丝杠传动机构，实现了离心式微流控芯片上任意位置的多组分高精度自动进样功能。

Description

面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样 系统
技术领域
本发明涉及离心式微流控领域的进样问题，具体而言本发明提供了一种面向离心式微流控芯片的多组分高精度自动进样系统。
背景技术
离心式微流控芯片不需要繁杂的外围驱动设备，只需要调节转速就能控制驱动力，进而控制流体运动，且不受地球引力的约束，因而具有极大的优越性，得到了广泛研究与应用。
在离心式微流控相关自动化仪器设备中，芯片进样问题，尤其是在芯片已经装夹在旋转平台上后，在反应过程中需要在不同区域自动随时精确添加多种样品的进样问题，一套多组分高精度并且能在任意位置自动进样的系统显得必不可少。本发明利用注射盘与芯片的旋转交互式关系创造性地设计了一套专门面向离心式微流控芯片进样问题的系统，该系统具有多组分、高精度且能自动进样的优点，更重要的是它能对芯片任意位置进行进样，完美地解决了离心式微流控芯片的复杂进样问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样系统。
本发明提供了一种进样系统，其包括丝杠传动机构1、压头2、特制注射器系统3、注射盘4、针尖5、电机芯片连接套6、微流控芯片7和伺服电机8。
所述丝杠传动机构1固结于注射盘4内中，丝杠传动机构1的丝杠螺母与压头2连接，在注射盘4上以中心对称方式排布有多组特制注射器系统3，特制注射器系统通过弹簧作用力悬置于注射盘4空腔内，特制注射器系统3到注射盘4中心O2的距离为r2；所述针尖5与特制注射器系统3连接且通过注射盘4台阶孔伸出下端面；丝杠传动机构1可带动压头2实现360°旋转以满足对注射盘4上所有特制注射器系统的控制，丝杠传动机构1由伺服电机控制，伺服电机精度以及丝杠导程根据进样精度选取。
所述微流控芯片7置于注射盘7下方且距针尖5适当距离，微流控芯片7上需要注射的最远区域距微流控芯片7中心距离为r1，微流控芯片7中心O1到注射盘4中心O2距离为O1O2，微流控芯片7上待注射区域到芯片中心距离为r，r与O1O2夹角为θ1，r2与O1O2夹角为θ2，满足r2≥O1O2以保证特制注射器系统3可达到微流控芯片7上所有需注射的区域；伺服电机8通过电机芯片连接套6与微流控芯片7连接置于芯片下方并驱动芯片实现回转运动。
上述面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样系统的工作过程为：当微流控芯片7上某一区域需要注射试剂时，需确定微流控芯片7和注射盘4的相对位置，通过和rcosθ1+r2cosθ2＝O1O2即可求得待注射区域和特制注射器系统3相对O1O2的偏角θ1和θ2(对应的偏角θ1和θ2有两组可行解，根据控制系统的设定来选择某一组解来驱动微流控芯片7和注射盘4的转动到指定位置)。伺服电机驱动微流控芯片7到达指定位置，后伺服电机驱动注射盘4转动使得第一种待注射试剂对应的特制注射器系统3到达指定位置；伺服传动系统1带动压头2运动到对应特制注射器系统上方，在伺服传动系统1的驱动下压头1带动注射器推杆活塞下压预设距离，第一种试剂被注入芯片对应区域；后伺服传动系统1驱动压头升起，特制注射器系统在外围弹簧作用下自动回弹，完成首次试剂注射过程。
保持微流控芯片7位置不变，重复第一种试剂的注射过程直至本区域所需的所有试剂均注射完成；后依次重复上述微流控芯片7上待注射区域的注射过程，完成芯片上所有待注射区域的注射过程。
本发明通过丝杠精确传动实现了精确进样功能，通过芯片主轴伺服电机和注射盘主轴伺服电机的联动实现了指定区域的多组分注射，三个伺服电机的同时联动实现了离心式微流控芯片上任意位置的多组分高精度自动进样功能。本发明利用注射盘与芯片的旋转交互式关系创造性地设计了一套专门面向离心式微流控芯片进样问题的系统，该系统具有多组分、高精度且能自动进样的优点，更重要的是其能对芯片任意位置完成进样过程，很好地解决了离心式微流控芯片的复杂进样问题。
附图说明
图1表示的是整个注射系统的前视图。
图2表示的是芯片与注射盘联动示意图。
图3表示的是整个系统的俯视图，反应了芯片与注射盘的相对位置关系。
图中，1-丝杠传动机构、2-压头、3-特制注射器系统、4-注射盘、5-针尖、6-电机芯片连接套、7-微流控芯片和8-伺服电机。
具体实施例
下面将结合附图所示实施例对本发明做进一步具体说明：
参阅图1，本发明包括丝杠传动机构1、压头2、特制注射器系统3、注射盘4、针尖5、电机芯片连接套6、微流控芯片7和伺服电机8。首先，为了实现注射区域能覆盖芯片整个区域，尺寸设计上满足了r2≥O1O2，然后通过和rcosθ1+r2cosθ2＝O1O2确定了θ2和θ1。最后，将所需要注射的区域和相关注射药品的位置关系明确后编程输入控制机构，同时控制丝杠传动机构的伺服电机、注射盘的伺服电机以及芯片的伺服电机。
仪器工作开始后，芯片开始转动，当需要对某区域进行药品注射时，芯片主轴电机停止转动到预定参考位置，注射盘主轴电机开始运动，一直到第一种所需试剂针管运动到注射区域，丝杠传动系统开始工作，压头下压预设距离，预设定量试剂注入芯片，注入完成后压头上升，针管在外围弹簧作用下弹出，注射盘继续开始转动，一直到所需第二种试剂的针管到达注射区域，然后注入往复循环一直到该区域注射完成，此时完成了第一个注射区域的注射，然后芯片开始转动，反应进行，直到需要再次注射时，第二注射区域到达指定位置，然后相同步骤开始完成所需注射，以此往复循环直到完成所有需要注射区域的注射，反应结束。
该注射系统实现了对于离心式微流控芯片的任意位置的多组分高精度自动进样功能。

Claims (1)

1.一种面向离心式微流控芯片任意位置的多组分高精度自动进样系统，其特征在于，包括丝杠传动机构(1)、压头(2)、特制注射器系统(3)、注射盘(4)、针尖(5)、电机芯片连接套(6)、微流控芯片(7)和伺服电机(8)；
所述丝杠传动机构(1)固结于注射盘(4)内中，丝杠传动机构(1)的丝杠螺母与压头(2)连接，在注射盘(4)上以中心对称方式排布有多组特制注射器系统(3)，特制注射器系统(3)通过弹簧作用力悬置于注射盘(4)空腔内；所述针尖(5)与特制注射器系统(3)连接且通过注射盘(4)台阶孔伸出下端面；丝杠传动机构(1)可带动压头(2)实现360°旋转以满足对注射盘(4)上所有特制注射器系统(3)的控制，丝杠传动机构(1)由伺服电机控制，伺服电机精度以及丝杠导程根据进样精度选取；
所述微流控芯片(7)置于注射盘(4 )下方且距针尖(5)一定距离，微流控芯片(7)上需要注射的最远区域距微流控芯片(7)中心距离为r1，微流控芯片(7)中心O1到注射盘(4)中心O2距离为O1O2，r2是微流控芯片(7)上需要注射的最远区域距离注射盘(4)中心O2的距离，r2的端点与r1端点重合，r1与O1O2夹角为θ1，r2与O1O2夹角为θ2，满足r2≥O1O2；伺服电机(8)通过电机芯片连接套(6)与微流控芯片(7)连接置于芯片下方并驱动芯片实现回转运动。
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