CN107703062B - 一种实时观测离心式微流控芯片的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时观测离心式微流控芯片的方法及装置，包括，连接件，所述连接件设有第三容置空间，所述第三容置空间内设有旋转锁定件和扣压件；其中，所述扣压件上设有固定齿轮，所述旋转锁定件的外轮廓为固定齿，且所述固定齿轮与所述固定齿相啮合，通过旋转扣压件带动所述旋转锁定件旋转。本发明的实时观测离心式微流控芯片装置中的第一闪光灯和第二闪光灯的触发信号的延时可以调控，且兼容多种频闪光源及图像传感器的使用，且通过设定第一闪光灯的脉宽时间，满足旋转件的不同转速，装置简易且集成化，降低了观测的使用成本又易于扩展。
Description
技术领域
本发明涉及电子仪器，尤其涉及一种实时观测离心式微流控芯片的方法及装置。
背景技术
离心式微流控芯片(centrifugal microfluidic chip)系统是指以微机电加工技术为依托，将生化分析的采样、预处理、衍化、混合及检测等过程中涉及的阀、流动管道、混合反应器、加热器、分离装置、检测器等功能单元微型化，集成到光盘(Compact Disk，CD)形状的芯片上，以离心力为液流驱动力，实现对液流检测分析的微流控体系。
实时观测离心式流控芯片上的众多功能单元，有助于了解芯片的运行状态，并为芯片的设计及优化提供依据。然而，在离心式流控芯片的实时观测过程中，芯片处于旋转运动的状态，观测区域的线速度非常快(v＝R*ω ,其中R为观测区域到圆形的距离，ω为旋转角速度)。普通的相机难以捕捉清晰的图像；使用高速摄像机存在的问题是：价格高昂，产生的数据量巨大，有用的数据很少，且拍摄时间短暂。
频闪(Strobe)是一种低成本的观测高速运动物体的方法，在机械工业、打印喷头、MEMS动态测试中得到了广泛的应用，国内外多家研究机构或大学都使用了相应的频闪系统，但一般不用于旋转物体，且安逸直接观察芯片上不同区域的微米级尺寸的功能单元。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有技术存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是提供一种能够实时观测离心式微流控芯片的方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种实时观测离心式微流控芯片的方法及装置，包括，支撑组件，包括第一底面、第一侧板和第二侧板，所述第一底面和所述第一侧板围成内部中空的第一容置空间，所述第二侧板与所述第一侧板相互垂直，所述第二侧板包括第二连接件和第一定位孔，所述第二连接件凸出于所述第二侧板所在面，内部凹陷形成第二容置空间；以及，调整组件，包括销钉、第二定位孔、盖板和卡合件，所述卡合件设置在所述盖板的边缘，嵌合在所述第二容置空间内，所述盖板能绕着所述卡合件和所述第二连接件的连接点旋转；其中，所述第一定位孔为螺纹孔，所述第二定位孔为台阶孔，且所述第二定位孔最小的孔径和所述第一定位孔的孔径相等，所述销钉穿过所述第一定位孔和所述第二定位孔，并与所述第二侧板的第一定位孔相固定。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：还包括，密封件，所述密封件放置在所述第一侧板和所述第二侧板的连接处，凸出于所述第二侧板的表面。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：所述调整组件还包括联动件和调节旋转纽，所述联动件包括第一单向轴承、第一旋转轴和第一偏心凸块，所述第一单向轴承和所述第一旋转轴之间通过第一连接带传动，所述第一偏心凸块的直径大于所述第一旋转轴的直径；所述联动件还包括第二单向轴承、第二旋转轴和第二偏心凸块，所述第二单向轴承和所述第二旋转轴之间通过第二连接带传动，所述第二偏心凸块的直径大于所述第二旋转轴的直径；所述调节旋转纽分别与所述第一单向轴承和所述第二单向轴承相连接，使得所述调节旋转纽正转时，所述第一单向轴承工作，所
述调节旋转纽反转时，所述第二单向轴承工作。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：所述盖板上设有第一凹槽，所述联动件放置在所述第一凹槽内。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：所述第一容置空间内设有第一旋转件，所述第一旋转件一端通过第一连接件与所述第一底面固定相连接，所述第一连接件的另一端与所述第一旋转件铰接；所述第一旋转件上设有标记，所述第一底面上设有位置传感器，且所述位置传感器设置在所述第一旋转件的下方，所述位置传感器感测所述标记的位置。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：还包括检测组件，所述检测组件包括图像传感器、第一闪光灯、第二闪光灯和光学部件，所述盖板还包括第三定位孔，所述图像传感器与所述光学部件相连接，所述光学部件穿过所述第三定位孔，插入到所述第一容置空间内，所述第一闪光灯放置在所述图像传感器插入所述第一容置空间部分的末端，所述第二闪光灯放置在所述盖板的内侧。
本发明的另一个目的是提供一种实施观测离心式微流控芯片的方法。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：包括实时观测离心式微流控芯片的装置，还包括，处理单元和控制单元，所述处理单元与所述控制单元相连接，所述处理单元分别与所述图像传感器、所述第一闪光灯、所述第二闪光灯和所述位置传感器相连接，所述处理单元提供多种控制信号，并接收所述控制单元发出的指令，所述控制单元与用户进行交互，并向所述处理单元发送控制指令，以及收集、存储图像。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：所述控制单元向所述处理单元发送所述第一旋转件的旋转转速以及所述检测组件的各个参数后，所述第一旋转件开始旋转；所述处理单元收取所述位置传感器的位置信号，向所述图像传感器发送信号和延时，同时向所述第一闪光灯发送触发信号，所述第一闪光灯工作；所述图像传感器在被触发信号触发下采集图像，并将图像数据发送给所述控制单元。
作为本发明所述实时观测离心式微流控芯片的方法及装置的一种优选方案，其中：所述检测组件的各个参数为：所述第一闪光灯的脉宽设置的范围是1ns～10ms，根据所述第一旋转件的转速调节所述第一闪光灯的脉宽。
本发明的有益效果：本发明的实时观测离心式微流控芯片装置中的第一闪光灯和第二闪光灯的触发信号的延时可以调控，且兼容多种频闪光源及图像传感器的使用，且通过设定第一闪光灯的脉宽时间，满足第一旋转件的不同转速，装置简易且集成化，降低了观测的使用成本又易于扩展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中所述支撑组件的整体结构及局部放大示意图；
图2为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中所述调整组件的整体结构示意图；
图3为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中所述联动件的整体结构示意图；
图4为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中所述调节旋转纽的整体结构示意图；
图5为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中所述调整组件的横截面的剖视示意图；
图6为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的一种实施例中整体结构的横截面的剖视示意图；
图7为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中带有第三侧板的整体结构的示意图；
图8为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中不带第三侧板的整体结构的示意图；
图9为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述锁紧单元整体结构示意图；
图10为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述锁紧单元的另一视角的整体结构示意图；
图11为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述旋转件的整体结构示意图；
图12为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述固定件的整体结构爆炸图；
图13为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述定位单元的整体结构示意图；
图14为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述按压件的整体结构示意图；
图15为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的另一种实施例中所述卡件的整体结构示意图；
图16为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的第一种实施例的整体结构示意图；
图17为本发明实时观测离心式微流控芯片的方法中的各个光信号的时序图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明提供了一种实时观测离心式微流控芯片的装置，参照图16，其主体包括支撑组件100和调整组件200，支撑组件100包括第一底面103、第一侧板104和第二侧板105，第一底面103和第一侧板104围成内部中空的第一容置空间A，类似于没有盖体的箱子，第二侧板105与第一侧板104相互垂直，第二侧板105为一个中空的边框，其一端与第一侧板104相连接，并且，第二侧板105与第一侧板104后，支撑组件100的顶部仍然中空，物件可通过第二侧板105的中空处放置到第一容置空间A内。
调整组件200与第一侧板104相配合，调整组件200包括盖板204和调节螺丝209，盖板204上设有第三定位孔204b，调节螺丝209连接第一侧板104和盖板204，且不完全旋入第一侧板104和盖板204内，也就是说，调节螺丝209固定在盖板204的某一个位置，在将第一侧板104和盖板204连接配合时，通过盖板204所需的倾斜的角度，旋转放置在盖板204两侧的调节螺丝209，使得盖板204相对于第一侧板104有倾斜角，且仍能保证盖板204和调节螺丝209相互配合着。
在本实施例中，第一容置空间A内设有第一旋转件101，第一旋转件101一端通过第一连接件102与第一底面103固定相连接，第一连接件102的另一端与第一旋转件101铰接。第一旋转件101上设有标记101a，第一底面103上设有位置传感器103a，且位置传感器103a设置在第一旋转件101的下方，位置传感器103a感测标记101a的位置。需要说明的是，在本实施例中，第一旋转件101可以为离心式微流控芯片，也可以是一个旋转装置上放置了一个离心式微流控芯片。
较佳的，本装置还包括检测组件400，检测组件400包括图像传感器401、第一闪光灯402和第二闪光灯403，盖板204还包括第三定位孔204b，图像传感器401穿过第三定位孔204b，插入到第一容置空间A内，第一闪光灯402放置在图像传感器401插入到第一容置空间A部分的末端，第二闪光灯403放置在盖板204的内侧。
参照图1～6，本发明提供了一种实时观测离心式微流控芯片的装置的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：主体还包括密封件300，密封件300放置在支撑组件100的上端，且凸出于支撑组件100所在的面，调整组件200放置在密封件300上，且可以通过内部结构在密封件300上方对调整组件200的整体进行微调，使其相对于支撑组件100有了上下偏移的变化。
具体地，参照图1，支撑组件100包括第一底面103、第一侧板104和第二侧板105，第一底面103和第一侧板104围成内部中空的第一容置空间A，类似于没有盖体的箱子，第二侧板105与第一侧板104相互垂直，第二侧板105为一个中空的边框，其一端与第一侧板104相连接，并且，第二侧板105与第一侧板104后，支撑组件100的顶部仍然中空，物件可通过第二侧板105的中空处放置到第一容置空间A内。其中，第二侧板105包括第二连接件105a和第一定位孔105b，第二连接件105a凸出于第二侧板105的所在面，内部凹陷形成第二容置空间B，第二连接件105a可以采用关节轴承，可以采用万向节，也可以采用球铰接的结构，在本实施中，参照附图，以球铰接为例。
需要说明的是，第二侧板105可以是圆形的，也可以是矩形的，在本实施例中，第二侧板105优选为矩形的，第二连接件105a放置在矩形的顶角处，第一定位孔105b设置在与第二连接件105a所在顶角的对角的两条边上，其中，在本实施例中，第一定位孔105b优选为螺纹孔。
参照图2，调整组件200包括销钉203、第二定位孔202、盖板204和卡合件201，盖板204放置在第二侧板105的上方，卡合件201设置在盖板204的边缘，嵌合在第二容置空间B内，盖板204能绕着卡合件201和第二连接件105a的连接点旋转，在本实施例中，卡合件201采用球状，与第二容置空间B的形状相配合，且保证能在第二容置空间B内活动，并不掉出第二容置空间B。其中，第二定位孔202为台阶孔，第二定位孔202最小的孔径和第一定位孔105b的孔径相等，销钉203从盖板204端先后分别穿过第二定位孔202和第一定位孔105b，并第二侧板105的第一定位孔105b相固定(因为第一定位孔105b优选为螺纹孔，所以第一定位孔105b的螺纹和销钉203下端的螺纹相配合形成锁定结构)。在本实施例中，第二定位孔202处是没有螺纹的，即盖板204可以沿着销钉203上下活动。较佳的，第二定位孔202的直径大于第一定位孔105b的孔处放置一个弹性件q，且弹性件q的一端抵触在第二定位孔202的台阶处，另一端抵触在销钉203的上端部。
结合图1和图2，将密封件300放置在第一侧板104和第二侧板105的连接处，凸出于第二侧板105的表面，再将盖板204放置到密封件300上，较佳的，密封件300为具有弹性的橡胶材质的物件，可以采用橡胶的密封条，也可以采用橡胶的密封环。
当盖板204放置到第二侧板105上后，卡合件201和第二容置空间B配合卡住，而因为卡合件201和第二容置空间B之间采用球铰接的形式，所以盖板204能相对于第二侧板105绕着卡合件201和第二容置空间B的铰接处旋转。盖板204上设有第二定位孔202，销钉203从盖板204端先后分别穿过第二定位孔202和第一定位孔105b，并第二侧板105的第一定位孔105b相固定，通过第一定位孔105b和销钉203的限位，使得此时的密封件300受力被挤压，使得第一侧板104与盖板204相互配合，并通过密封件300保证了密封性能。
参照图3和图4，为了实现盖板204能够产生相对于第二侧板105的上下微调的情况，调整组件200还包括联动件205和调节旋转纽206，应当说明的是，盖板204上设有第一凹槽204a，联动件205放置在第一凹槽204a内。联动件205包括第一单向轴承205a、第一旋转轴205b和第一偏心凸块205c，第一单向轴承205a和第一旋转轴205b之间通过第一连接带205d传动，第一偏心凸块205c设置在第一旋转轴205b上，且第一偏心凸块205c的直径大于第一
旋转轴205b的直径，当第一单向轴承205a工作，并带动第一连接带205d传动后，使得第一旋转轴205b也运转，此时第一偏心凸块205c也随之旋转。
在本实施例中，在初始状态下，与第一旋转轴205b相连接的第一偏心凸块205c，恰好安放在第一凹槽204a中，此时，密封件300被由于第一定位孔105b和销钉203的配合，被压缩在盖板204和第二侧板105之间，并保证了盖板204和第二侧板105之间的密封性能。当第一单向轴承205a工作，并带动第一连接带205d传动后，使得第一旋转轴205b也运转，此时第一偏心凸块205c也随之旋转，第一偏心凸块205c的凸块一端抵住盖板204，另一端抵住第二侧板105，将盖板204随着第一偏心凸块205c旋转的角度向上倾斜，使得盖板204相对于第二侧板105有了上下移动的相对偏移。因为第二定位孔202处是没有螺纹的，所以当盖板204能沿着销钉203，在受力后上下运动，需要指出的是，销钉203的上端部的直径大于第一定位孔105b的孔径，使得对盖板204上下移动的距离进行限位。较佳的，销钉203的上端面到与第一定位孔105b的孔径相等的孔端面的距离“恰好”等于第一偏心凸块205c最大直径的距离。当盖板204旋转后，装置的密封性通过压缩的密封件300还原挡住原本会空出的缺口，依然保证了装置的密封性。
参照图5和图6，较佳的，第二定位孔202的直径大于第一定位孔105b的孔处放置一个弹性件q，且弹性件q的一端抵触在第二定位孔202的台阶处，另一端抵触在销钉203的上端部，弹性件q和密封件300的配合，使得盖板204可以复位，并同时保证了装置的密封性。
较佳的，调节旋转纽206与第一单向轴承205a相连接，使得调节旋转纽206正转时，第一单向轴承205a工作，与之相连的一系列部件随之运动。值得指出的是，单向轴承是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死的一种轴承，所以若调节旋转纽206反转时，第一单向轴承205a不工作。
参照图3～图5，为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：联动件205还包括第二单向轴承205e、第二旋转轴205f和第二偏心凸块205g。
为了实现盖板204能够产生相对于第二侧板105的多角度微调的情况，调整组件200包括联动件205和调节旋转纽206，应当说明的是，盖板204上设有第一凹槽204a，联动件205放置在第一凹槽204a内。联动件205包括第一单向轴承205a、第一旋转轴205b和第一偏心凸块205c，还包括第二单向轴承205e、第二旋转轴205f和第二偏心凸块205g。
第一单向轴承205a和第一旋转轴205b之间通过第一连接带205d传动，第一偏心凸块205c设置在第一旋转轴205b上，且第一偏心凸块205c的直径大于第一旋转轴205b的直径，当第一单向轴承205a工作，并带动第一连接带205d传动后，使得第一旋转轴205b也运转，此时第一偏心凸块205c也随之旋转。第二单向轴承205e和第二旋转轴205f之间通过第二连接带205h传动，第二偏心凸块205g设置在第二旋转轴205f上，且第二偏心凸块205g的直径大于第二旋转轴205f的直径，当第二单向轴承205e工作，并带动第二连接带205h传动后，使得第二旋转轴205f也运转，此时第二偏心凸块205g也随之旋转。
在本实施例中，在初始状态下，与第一旋转轴205b相连接的第一偏心凸块205c，与第二旋转轴205f相连接的第二偏心凸块205g，恰好安放在第一凹槽204a中，此时，密封件300被由于第一定位孔105b和销钉203的配合，被压缩在盖板204和第二侧板105之间，并保证了盖板204和第二侧板105之间的密封性能。
当第一单向轴承205a工作，并带动第一连接带205d传动后，使得第一旋转轴205b也运转，此时第一偏心凸块205c也随之旋转，第一偏心凸块205c的凸块一端抵住盖板204，另一端抵住第二侧板105，将盖板204随着第一偏心凸块205c旋转的角度向上倾斜，使得盖板204相对于第二侧板105有了上下移动的相对偏移。
与之相似的，当第二单向轴承205e工作，并带动第二连接带205h传动后，使得第二旋转轴205f也运转，此时第二偏心凸块205g也随之旋转，第二偏心凸块205g的凸块一端抵住盖板204，另一端抵住第二侧板105，将盖板204随着第二偏心凸块205g旋转的角度向上倾斜，使得盖板204相对于第二侧板105有了上下移动的相对偏移。
因为第二定位孔202处是没有螺纹的，所以当盖板204能沿着销钉203，在受力后上下运动，需要指出的是，销钉203的上端部的直径大于第一定位孔105b的孔径，使得对盖板204上下移动的距离进行限位。较佳的，销钉203的上端面到与第一定位孔105b的孔径相等的孔端面的距离“恰好”等于第一偏心凸块205c或者第二偏心凸块205g的最大直径距离。当盖板204旋转后，装置的密封性通过压缩的密封件300还原挡住原本会空出的缺口，依然保证了装置的密封性。
较佳的，第二定位孔202的直径大于第一定位孔105b的孔处放置一个弹性件q，且弹性件q的一端抵触在第二定位孔202的台阶处，另一端抵触在销钉203的上端部，弹性件q和密封件300的配合，使得盖板204可以复位，并同时保证了装置的密封性。
较佳的，调节旋转纽206分别与第一单向轴承205a、第二单向轴承205e相连接，使得调节旋转纽206正转时，第一单向轴承205a工作，与之相连的一系列部件随之运动，调节旋转纽206反转时，第二单向轴承205e工作，与之相连的一系列部件随之运动。值得指出的是，单向轴承是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死的一种轴承，所以若调节旋转纽206反转时，第一单向轴承205a不工作，第二单向轴承205e工作；若调节旋转纽206正转时，第一单向轴承205a工作，第二单向轴承205e不工作。
在本实施例中，第一容置空间A内设有第一旋转件101，第一旋转件101一端通过第一连接件102与第一底面103固定相连接，第一连接件102的另一端与第一旋转件101铰接。第一旋转件101上设有标记101a，第一底面103上设有位置传感器103a，且位置传感器103a设置在第一旋转件101的下方，位置传感器103a感测标记101a的位置。
较佳的，本装置还包括检测组件400，检测组件400包括图像传感器401、第一闪光灯402和第二闪光灯403，盖板204还包括第三定位孔204b，图像传感器401穿过第三定位孔204b，插入到第一容置空间A内，第一闪光灯402放置在图像传感器401插入到第一容置空间A部分的末端，第二闪光灯403放置在盖板204的内侧。
参照图7～图15，为本发明实时观测离心式微流控芯片的装置的第四个实施例，实施例不同于第三个实施例的是：第一底面103和第一侧板104围成内部中空的第一容置空间A为半包围结构，第一侧板104的侧面设有第一凹槽b，且本装置还包括第三侧板106，第三侧板106与第一侧板104的一端相连接，并可绕着连接处旋转，并在另一端可以闭合可以打开。通过对第一容置空间A半包围结构的设计，改善了第一个和第二个实施例中全包围的结构中不能实施观测到第一容置空间A内部的情况，且及时更换磨损或者损坏的零部件的问题。
具体的，第三侧板106设置了锁紧单元600和定位单元700，锁紧单元600包括第二旋转件601和固定件602，第二旋转件601设置在第三侧板106的外侧，固定件602设置在第三侧板106的内部。其中，第二旋转件601包括凸块601a、手柄601b、连接杆601c和第四弹性件601d，手柄601b设置在第三侧板106的外侧，通过手柄601b使第二旋转件601旋转，连接杆601c设置在第三侧板106的内侧，且固定连接手柄601b和凸块601a，当手柄601b旋转时，连接杆601c和凸块601a随着手柄601b旋转。例如：手柄601b在第三侧板106的外侧旋转90°，与手柄601b相固定连接的连接杆601c随之旋转90°，因为凸块601a与连接杆601c固定相连接，所以凸块601a也随之旋转90°。需要说明的是，凸块601a包括长边和短边，且长边和短边以平滑的曲面相连接，长边和短边相互垂直，即，若手柄601b的初始状态下，凸块601a是以长边抵住固定件602，此时第三侧板106和第一侧板104锁紧，当旋转手柄601b使凸块601a的长边离开固定件602，即在本实施例中，凸块601a的长边离开固定件602需要旋转的角度为90°，所以，旋转手柄601b至相对原始位置90°时，第三侧板106打开。第四弹性件601d套设于连接杆601c，其一端与手柄601b相连接，另一端抵触至固定板602a的端面。
较佳的，固定件602包括固定板602a和定位块602b，固定板602a为“L”型，其一端套设于第二旋转件601的连接杆601c上，另一端设有定位孔602a-1，定位块602b穿过定位孔602a-1与固定板602a相连接。固定板602a还设有中间槽p，中间槽p设置在固定板602a的中央，且中心对称，在中间槽p上还设有抵住块602a-2，抵住块602a-2凸出在中间槽p的表面。其中，定位块602b与固定板602a之间设有第一弹性件603，第一弹性件603可以是弹簧，可以是网状中空可压缩塑胶，在本实施例中，第一弹性件603优选为弹簧。第一弹性件603一端抵触在固定板602a上另一端抵触至定位块602b的凸起端，通过第一弹性件603可使定位块602b在被压缩后复位。
优选的，在第三侧板106内部设有第一凹槽b，第一凹槽b与定位块602b相配合。例如，当手柄601b处于初始状态时，凸块601a的长边抵住定位块602b，使得第一凹槽b与定位块602b卡住配合，且此时第三侧板106和第一侧板104锁紧。当旋转手柄601b至相对其初始位置90°的位置的时候，凸块601a的长边离开定位块602b，此时，定位块602b由于第一弹性件603而被复位(因为第一弹性件603从压缩状态变为原始状态，将其具有的弹性势能转化为动力势能，使得定位块602b复位)，复位后的定位块602b不再与凸块601a产生相对作用力，所以此时凸块601a和定位块602b之间不接触，即使在凸块601a的长边离开定位块602b后，凸块601a仍与定位块602b接触，但两者之间没有作用力产生，那么第一凹槽b与定位块602b就不会相互卡住配合。
定位单元700包括按压件701和卡件702，卡件702一端设有穿透孔702a，另一端设有倾斜面s，按压件701通过穿透孔702a套设于卡件702。在本实施例中，手柄601b包括第二凹槽，第二凹槽设置在第三侧板106的外侧，且第二凹槽与卡件702相配合。按压件701包括挡板701a、连接柱701b和复位块701c，挡板701a的直径大于穿透孔702a的直径，与手柄601b设置在同侧，连接柱701b连接挡板701a和复位块701c，其呈圆台状，且与挡板701a连接处的直径大于与复位块701c连接处的直径，始终保持穿透孔702a的边缘与连接柱701b的表面相接触。复位块701c的直径大于穿透孔702a的直径，设置在卡件702的另一侧，与挡板701a所在面相对立，其下端设有第三弹性件701c-1，通过第三弹性件701c-1使复位块701c复位，并带动按压件701复位。
在本实施例中，原始状态时，卡件702与第二凹槽相互配合，且此时手柄601b处于初始状态(即竖直状态)，凸块601a的长边抵住定位块602b，使得第一凹槽b与定位块602b卡住配合，且此时第三侧板106和第一侧板104锁紧。按下按压件701，连接柱701b在穿透孔702a中向下运动，因为连接柱701b向下运动时，其直径越来越大，会带动卡件702向下移动，卡件702与第二凹槽不再配合，卡件702从第二凹槽处脱落，此时手柄601b因为第四弹性件601d而被弹起，并且在按压件701按下去后，在第三弹性件701c-1的带动下，便立即复位。手柄601b被弹出后，旋转手柄601b至相对其初始位置90°的位置的时候，凸块601a的长边离开定位块602b，此时，定位块602b由于第一弹性件603而被复位，复位后的定位块602b不再与凸块601a产生相对作用力，那么第一凹槽b与定位块602b就不会相互卡住配合，第三侧板106和第一侧板104之间解锁。
作为一种优选方式，卡件702还包括方形孔702b，方形孔702b中设有第二弹性件702b-1，在此种优选方式中，第二弹性件702b-1可以弹簧，也可以是具有弹性的压件，这里优选的是具有弹性的压件。第二弹性件702b-1的一端与方形孔702b的内侧端面相连接，另一端悬空设置。
当需要再次锁紧第三侧板106和第一侧板104时，旋转手柄601b使其回到初始位置，即竖直状态，手柄601b下按，此时固定件602与卡件702相接触，抵住块602a-2与方形孔702b两者互相配合前，会带动卡件702微微向下移动一点，便于手柄601b下按。手柄601b沿着卡件702的倾斜面s下移，直至卡件702卡合到第二凹槽内，且抵住块601b-1与方形孔702b相互配合，第三侧板106关上并锁定。
参照图17，本发明还提供了一种实时观测离心式微流控芯片的方法，利用实时观测离心式微流控芯片的装置，解决现有装置无法针对不同应用场景调节参数Δt而无法保证成像质量的问题，并保证在离心式微流控芯片任意位置快速定位，且与现有技术相比，大大的降低了生产成本。
较佳的，在本发明中，实时观测离心式微流控芯片的装置还包括处理单元和控制单元，处理单元和控制单元相连接，处理单元分别与图像传感器401、第一闪光灯402、第二闪光灯403和位置传感器103a相连接，其中，在本实施例中，为了清楚、完整的说明实施方案，处理单元以微处理器例，控制单元以电脑为例，进行具体的阐述，通过微处理器接收电脑发出的指令，并提供多种控制信号，且电脑可与用户交互、发送控制指令并收集、存储图像。
实时观测离心式微流控芯片的方法中，分为几个步骤：
第一步，由电脑向微处理器发送第一旋转件101旋转转速w、第一闪光灯402延时Δt和脉宽Wm、Wn等指令，并且设定图像传感器401的外触发工作模式。需要说明的是，在本实施例中，第一旋转件101可以为离心式微流控芯片，也可以是一个旋转装置上放置了一个离心式微流控芯片。
其次，第一旋转件101在微处理器的控制下按设定转速转动，此时，位置传感器103a实时获取标记101a的位置信号，并发送给微处理器。
需要说明的是，在工作过程中，位置传感器103a的检测到的位置信号和第一旋转件101是同步的，换言之，微处理器产生的各种触发信号与第一旋转件101实际的转动是同步的，不受特定转速的限制。
较佳的，第一闪光灯402的脉宽Wm可以设置的范围为1ns～10ms，通过对第一闪光灯402的脉宽Wm的设置，可满足不同转速情况下对曝光时间的需求，其中，本装置的第一旋转件101的工作转速范围为60rpm～10000rpm，其基本覆盖了离心式微流控芯片的工作范围，故能满足离心式微流控芯片的不同转速的工作范围。
第二步，微处理器收取并判读位置信号，向图像传感器401发送外触发采集信号和延时Δt，并向第一闪光灯402发送触发信号。
第三步，图像传感器401在外触发信号的触发下采集图像，并将图像数据发送给电脑。
在本步骤中，需要在不同观察区域快速定位，而在快速定位的过程中，图像传感器401由于其视野小，难以提供精准、快速的反馈。为此，在芯片的快速定位过程中，本实施例采取粗调和细调结合的方式。在粗调的过程中，使用发散、宽脉冲的第一闪光灯402，操作者通过肉眼就能观察到标记101a的大体轮廓，便于操作者快速将图像传感器401快速移送到目的地的大致区域，继而开始细调，在图像传感器401的指引及反馈下，采用笛卡尔坐标移动、极坐标移动两种模式进行精密的移动和定位操作。
较佳的，在使用离心式微流控芯片过程中，需要观察芯片在不同区域液滴的情况，因此需要移动成像系统，对目标区域进行快速定位。为此，需要保证在成像系统移动过程中，离心式微流控芯片上的功能单元均在图像传感器的焦平面上(避免在移动过程中失焦，难以提供有效反馈)，本实施例，通过调节旋转纽206微调节，当调节旋转纽206正转时，第一单向轴承205a工作，与之相连的一系列部件随之运动，当调节旋转纽206反转时，第二单向轴承205e工作，与之相连的一系列部件随之运动使得在成像系统移动过程中，图像传感器401的焦平面年和离心式微流控芯片平行。
其中，参照图17，在实时观测离心式微流控芯片的装置中，通过在第一旋转件101设置标记101a，使得在第一旋转件101转动时，位置传感器103a能够提供标记101a变化的位置信号。当第一旋转件101旋转时，设置在第一旋转件101上的标记101a随之一起旋转(转动频率为f)，提供转盘的位置信号，当位置传感器103a到达特定位置时，位置传感器103a释放一个电平信号(假设为高电平)，此信号将会触发第一闪光灯402工作和图像传感器401曝光(两者间的延时为Δt)，由于图像传感器401均存在一定的响应时间T，因此需要调整延时Δt，使得第一闪光
灯402在图像传感器401的采样周期内有效。当位置传感器103a转离特定位置时(位置传感器103a检测不到标记101a)，位置传感器103a改变电平信号(假设为低电平)，这个低电平信号将会结束图像传感器401的一个采样周期。如此周而复始，由于第一闪光灯402可以很短暂(Wm，纳秒～微秒量级)，图像传感器401视野中的物体在这段时间内的运动位移也就被限制在很小的范围内，或者可认为基本没有运动，这种方式实现了对运动瞬间的“凝固”，因此图像传感器401能采集到特定位置处的“静止”、清晰的图像。
较佳的，图像传感器401采用CCD，且优选为Qimaging Retiga2000R，当其外部上升沿触发时，图像传感器401工作，且工作模式实现通过电脑设定好，图像传感器401采样成像由微控制器的触发信号控制，在采样结束后，将图像信息发送给电脑。图像传感器401的下方是光学部件，光学部件采用同轴光镜筒，镜筒的观测端采用5倍放大率的物镜，光学部件通过标准的C口与图像传感器401连接，并配备调焦装置，可根据芯片的结构高度进行聚焦，保证清晰成像。第二闪光灯403采用大功率发光二极管(优选为，5W白光高亮的LED)以同轴光的方式耦合至镜筒。第一闪光灯402采用并联10个发光二极管(LED)贴附在盖板204的下表面。微控制器采用FPGA，用于接受电脑的调整转速、调整第一闪光灯402或者第二闪光灯403的脉冲宽度Wm、Wn，并调整触发延时Δt等指令；根据电脑调整转速的指令，控制、调节第一旋转件101的转速；检测位置传感器103a的信号，产生延时间隔为Δt的图像，采集触发信号和第一闪光灯402或第二闪光灯403的频闪光信号。
离心式微流控芯片固定在第一旋转件101上，通过调节旋转纽206，使得CCD的焦平面和微流控芯片重合。先用电脑设置好相关参数，例如：第一旋转件101的转速为1500rpm，第二闪光灯403延时为100微秒、脉冲宽度为1微秒，第一闪光灯402延时为100微秒、脉冲宽度为40毫秒，CCD触发延时0微秒，脉冲宽度为29微秒。微控制器接收到指令后，调整第一旋转件101的转速，使其稳定在1500rpm。同时，微控制器接收位置传感器103a的信号，产生延时100微秒、脉冲宽度1微秒的第二闪光灯403，产生延时100微秒、脉冲宽度40毫秒的第一闪光灯402，延时0微秒、脉冲宽度20微秒CCD触发信号，并分别发送给第二闪光灯403、第一闪光灯402和图像传感器401。
在第一闪光灯402的照射下，肉眼可以看见几乎静止不动的离心式芯片，快速盖板204、移动光学部件和图像传感器401，使得图像传感器401的实业落在离心式芯片上目标区域的附近。随后，在图像传感器401的指引及反馈下，采用对视野位置进行精密的移动、定位才做，当图像传感器401的实业到达目的功能单元后，图像传感器401就能观察该单元的实时地状态，并将图像信息发送给电脑，在电脑上完成显示、分析及存档等操作。
本发明实时观测离心式微流控芯片的方法的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：该实施例的第二闪光灯403采用激光二极管(波长473nm，1w)以同轴光的方式耦合至镜筒，这样可以观察离心式芯片上的实时荧光(激光诱导荧光)信号。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种实时观测离心式微流控芯片的装置，其特征在于：包括，
支撑组件(100)，包括第一底面(103)、第一侧板(104)和第二侧板(105)，所述第一底面(103)和所述第一侧板(104)围成内部中空的第一容置空间(A)，所述第二侧板(105)与所述第一侧板(104)相互垂直，
调整组件(200)，与所述第一侧板(104)相配合，所述调整组件(200)包括盖板(204)和调节螺丝(209)，所述盖板(204)上设有第三定位孔(204b)，所述调节螺丝(209)连接所述第一侧板(104)和所述盖板(204)，且不完全旋入所述第一侧板(104)和所述盖板(204)，微调所述盖板(204)与所述第一侧板(104)之间的倾斜角；
所述第一容置空间(A)内设有第一旋转件(101)，所述第一旋转件(101)一端通过第一连接件(102)与所述第一底面(103)固定相连接，所述第一连接件(102)的另一端与所述第一旋转件(101)铰接；所述第一旋转件(101)上设有标记(101a)，所述第一底面(103)上设有位置传感器(103a)，且所述位置传感器(103a)设置在所述第一旋转件(101)的下方，所述位置传感器(103a)感测所述标记(101a)的位置；
所述第二侧板(105)包括第二连接件(105a)和第一定位孔(105b)，所述第二连接件(105a)凸出于所述第二侧板(105)所在面，内部凹陷形成第二容置空间(B)；以及，调整组件(200)，还包括销钉(203)、第二定位孔(202)、盖板(204)和卡合件(201)，所述卡合件(201)设置在所述盖板(204)的边缘，嵌合在所述第二容置空间(B)内，所述盖板(204)能绕着所述卡合件(201)和所述第二连接件(105a)的连接点旋转，所述盖板(204)上设有第一凹槽(204a)，联动件(205)放置在所述第一凹槽(204a)内；其中，所述第一定位孔(105b)为螺纹孔，所述第二定位孔(202)为台阶孔，且所述第二定位孔(202)最小的孔径和所述第一定位孔(105b)的孔径相等，所述销钉(203)穿过所述第一定位孔(105b)和所述第二定位孔(202)，并与所述第二侧板(105)的第一定位孔(105b)相固定；
还包括，密封件(300)，所述密封件(300)放置在所述第一侧板(104)和所述第二侧板(105)的连接处，凸出于所述第二侧板(105)的表面；
所述调整组件(200)还包括联动件(205)和调节旋转纽(206)，
所述联动件(205)包括第一单向轴承(205a)、第一旋转轴(205b)和第一偏心凸块(205c)，所述第一单向轴承(205a)和所述第一旋转轴(205b)之间通过第一连接带(205d)传动，所述第一偏心凸块(205c)的直径大于所述第一旋转轴(205b)的直径；所述联动件(205)还包括第二单向轴承(205e)、第二旋转轴(205f)和第二偏心凸块(205g)，所述第二单向轴承(205e)和所述第二旋转轴(205f)之间通过第二连接带(205h)传动，所述第二偏心凸块(205g)的直径大于所述第二旋转轴(205f)的直径；所述调节旋转纽(206)分别与所述第一单向轴承(205a)和所述第二单向轴承(205e)相连接，使得所述调节旋转纽(206)正转时，所述第一单向轴承(205a)工作，所述调节旋转纽(206)反转时，所述第二单向轴承(205e)工作；
第三侧板（106）设置了锁紧单元（600）和定位单元（700），锁紧单元（600）包括第二旋转件（601）和固定件（602），第二旋转件（601）设置在第三侧板（106）的外侧，固定件（602）设置在第三侧板（106）的内部，其中，第二旋转件（601）包括凸块（601a）、手柄（601b）、连接杆（601c）和第四弹性件（601d）。
2.根据权利要求1所述的实时观测离心式微流控芯片的装置，其特征在于：还包括检测组件(400)，所述检测组件(400)包括图像传感器(401)、第一闪光灯(402)、第二闪光灯(403)和光学部件(404)，所述图像传感器(401)与所述光学部件(404)相连接，所述光学部件(404)穿过所述第三定位孔(204b)，插入到所述第一容置空间(A)内，所述第一闪光灯(402)放置在所述图像传感器(401)插入所述第一容置空间(A)部分的末端，所述第二闪光灯(403)放置在所述盖板(204)的内侧。
3.一种根据权利要求2所述的装置的实时观测离心式微流控芯片的方法，其特征在于：包括，处理单元和控制单元，所述处理单元与所述控制单元相连接，所述处理单元分别与所述图像传感器(401)、所述第一闪光灯(402)、所述第二闪光灯(403)和所述位置传感器(103a)相连接，所述处理单元提供多种控制信号，并接收所述控制单元发出的指令，所述控制单元与用户进行交互，并向所述处理单元发送控制指令，以及收集、存储图像。
4.根据权利要求3所述的实时观测离心式微流控芯片的方法，其特征在于：所述控制单元向所述处理单元发送所述第一旋转件(101)的旋转转速以及所述检测组件(400)的各个参数后，所述第一旋转件(101)开始旋转；所述处理单元收取所述位置传感器(103a)的位置信号，向所述图像传感器(401)发送信号和延时，同时向所述第一闪光灯(402)发送触发信号，所述第一闪光灯(402)工作；所述图像传感器(401)在被触发信号触发下采集图像，并将图像数据发送给所述控制单元。
5.根据权利要求4所述的实时观测离心式微流控芯片的方法，其特征在于：所述位置传感器(103a)到达所述标记(101a)的位置后，所述位置传感器(103a)释放一个电平信号，所述电平信号触发所述第一闪光灯(402)和所述图像传感器(401)，且所述第一闪光灯(402)工作和所述图像传感器(401)曝光之间的延时(Δt)在所述图像传感器(401)的响应周期(T)内，使得所述第一闪光灯(402)工作在所述图像传感器(401)的采样周期内。
6.根据权利要求5所述的实时观测离心式微流控芯片的方法，其特征在于：所述检测组件(400)的各个参数为：所述第一闪光灯(402)的脉宽设置的范围是1ns～10ms，根据所述第一旋转件(101)的转速调节所述第一闪光灯(402)的脉宽。
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