CN107727838A - 一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，包括夹具上片、夹具下片、夹具螺丝、夹具转轴、夹具托架、电池盒支架、电池、旋钮调速开关、电机盒、电机、转子挂架、两个水平转子、废液收集垛等部件。所述的芯片夹具上片、夹具下片、芯片夹具支架、电池盒支架、电机盒、转轴、水平转子均可由ABS塑料制成。所述电机为3V直流电机，可带动所述转子挂架和两个水平转子做低速离心运动。所述废液收集垛由玻璃毛细管束、医用棉花团、医用胶带组成，为一次性使用、可更换。本废液收集装置通过毛细管束吸取微流控芯片底面出口废液，残留量小，通过离心将废液富集至棉花团可清空毛细管，再次沾取时不会交叉污染，解决了在同一出口沾取不同废液时必须更换新的吸水纸、棉花造成的浪费和杂乱问题，可使操作更加规范洁净。

Description

一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置

技术领域

本发明涉及一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，属于微流控芯片配套设备领域。

背景技术

使用微流控芯片进行液体的操控时，常有废液从芯片出口流出，需要及时地收集或排走。目前的方法为：当废液量较大时，采用针头、导管和废液收集桶来完成。这种方式不适合收集微量废液，主要表现在：微量液体容易蓄积在芯片出口难以排出，和容易发生倒吸污染，这对于完成微流控芯片上的化学和生物实验非常不利。

当需导出的废液量少于100μL时，常使用移液器吸出或吸水纸、棉花等吸净。但使用移液器吸取散布在表面的液体需要一定的经验技巧，且不一定能完全吸净；而使用吸水纸、棉花时由于反复沾取会造成污染，所以每次沾取都需要更换材料，不仅产生大量浪费，还造成实验桌面杂乱。所以这两种方法都存在缺点，不利于将实验操作标准化、体系化。

发明内容

针对现有方法存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可以重复吸取、二次接触无污染，不浪费纸张的微量废液收集装置。

毛细管在医学中被广泛用于血样采集工作，但单根毛细管直接用于芯片废液收集，存在吸取面积小、容易吸入气泡、废液无法排出等问题。基于这些问题，本发明采取了将毛细管截断、粘接成平齐的毛细管束、使用棉花材质进行二次吸取、低速离心使废液全部转移的设计，实现了以毛细作用为动力来收集100微升以内的表面废液，以离心力使管内液体和气泡完全转移至棉花，排空后可进行二次沾取且几乎无倒流污染的使用效果，成为一种可能的废液收集途径。离心装置工作时需使用抬架将芯片夹具抬起，需要沾取废液时放下，底部废液口直接落在毛细管束的截面上。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，包括由夹具上片、夹具下片、夹具螺丝、夹具转轴、夹具托架组成的芯片夹具系统，由电池盒支架、电池、旋钮调速开关、电机、电机盒、转子挂架、两个水平转子组成的低速离心系统，和由毛细管束、医用胶带、医用棉花团组成的废液收集垛；其特征在于：所述夹具上片与夹具下片通过夹具螺丝连接，所述夹具下片底部粘结夹具转轴，所述电池盒支架内部插有干电池且顶部分别粘结有夹具转轴、夹具托架、旋钮调速开关和电机盒，所述电机盒内部插入电机，所述电池、旋钮调速开关、电机连接成闭合直流电路，所述转子挂架中部插在电机上后两端各挂载一个水平转子，所述毛细管束插入医用棉花团后外面包裹医用胶带组成一个可更换整体。

进一步，所述芯片夹具通过两对夹具托轴固定在电池盒架顶部。

进一步，芯片夹具转轴上托面粘合芯片夹具底片，下托面粘合电池仓顶部。

进一步，芯片夹具托架只有下托面粘接电池仓顶部，上活页为可活动式。离心时架起，沾取废液时放下。上托面架起时可托起芯片夹具头部使芯片夹具底片与电池仓顶平行，放下时芯片夹具向下30°倾斜。

进一步，所述芯片夹具的上片具有进液口孔，所述芯片夹具下片的一端设有废液出口孔，孔底面为扁圆台形斜面凹陷设计，使毛细管束擦过时更为顺畅。

进一步，所述电机盒为下部侧壁露空的空心四棱柱，可塞入尺寸12mm×15mm的3V电机，下部有电线孔可使电线伸出，底部与电池盒架底面直接粘接，位于电池盒一侧。

进一步，所述转子挂架内有一空心圆孔插槽，插在电机转轴上时甩桶挂架与电机盒的中轴重合。所述挂架两臂内侧各有一对水平圆柱，为挂钩。

进一步，所述水平转子为内径12mm外径14mm的空心圆柱，其壁上方具有两个对称的开孔，与甩桶挂架一臂上的两个圆柱状挂钩匹配。

进一步，所述甩桶底部为同心圆状的镂空设计，可透气、方便清洁。

进一步，所述芯片夹具系统、芯片夹具转轴和托架、离心系统、电池仓的部件均由3D打印机使用ABS塑料打印而成。

进一步，所述废液收集垛包含一捆毛细管束、压制成圆柱形的医用棉花团底部，和医用胶带外壳。

进一步，所述废液收集垛直径为11mm，与水平转子相匹配可将其塞入，塞入后毛细管束高出甩桶侧壁0.5mm。

进一步，所述毛细管束为一捆15-25支，内径0.3-0.7mm的玻璃毛细管截断至8-12mm长度后将末端对齐，使用环氧树脂万能胶粘合成束状得到。

进一步，所述废液收集垛为消耗品，成本低可大量生产，使用后更换即可。

本发明的优点在于：

1. 废液的收集经历由出液孔—小口径毛细管束—棉花团的顺序，对液体的毛细作用力不同使三种载体的液体保有作用依次递增，吸收的废液单向传导，不可逆，不倒流。

2. 通过搭建一个简易离心装置加强单向富集作用，当毛细管中的液体未完全排出而出现气泡、残留或挂壁时，利用转动产生的离心力将剩余液体甩出，全部转移至棉花上。

3. 由于1使单向导流不倒流，2使离心后毛细管内液体无残留，二次沾取时对芯片的污染几乎为零，使得废液收集沾取一种药品并离心后不更换即可沾取下一种药品，满足一次实验中收集同一芯片排出的多种废液的需求，且不会沾取时弄湿手或使实验台面堆满纸巾。

4. 采用沾取废液的方式，相比于插在出口的废液管道，本设计不会有倒流污染的危险；相比于微量移液器吸取的方式，本设计对扁平表面上的废液吸取得更加干净彻底。

5. 本设计中的毛细管束-棉花废液吸收垛本身起到了废液桶作用，但作为成本低廉的消耗品可以随时弃掉更换，避免了废液收集桶需要清洁、灭菌才能再次在超净台使用的繁琐操作，是洁净条件下废液收集的一种理想方式。

6. 本发明对轻薄微流控芯片的夹具固定、灌注、废液收集三类操作进行标准化设计，不需要实验室经验技巧也可稳定操作，具有改造成为自动化芯片处理设备的潜能。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1是本发明中整体和主要部件的全部示意图，包括夹具上片1、夹具下片2各自的底面、侧面、顶面视图，夹具转轴4、夹具托架5的各自立体示意图，电机盒9的立体示意图，转子挂架11的顶视图、侧视图，水平转子12的立体示意图、顶视图、侧视图，和废液收集垛13的立体示意图。

图片说明如下：

1-夹具上片 2-夹具下片 3-夹具螺丝 4-夹具转轴 5-夹具托架

6-电池盒支架 7-电池 8-旋钮调速开关 9-电机盒 10-电机

11-水平转子 12-转子挂架 13-废液收集垛 14-上片3mm螺丝孔

15-注射管插孔 16-下片3mm螺丝孔 17-芯片卡槽 18-废液收集孔

19-芯片卡槽凹槽 20-转轴上部 21-转轴下部 22-托架上部

23-把手 24-托架下部 25-电线孔 26-侧壁漏空 27-挂钩 28-电机轴插孔

29-挂钩孔 30-底部镂空 31-毛细管束 32-医用棉花团 33-医用胶带。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的实施进行详细的描述。

本发明为一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，包括由夹具上片、夹具下片、夹具螺丝、夹具转轴、夹具托架组成的芯片夹具系统，由电池盒支架、电池、旋钮调速开关、电机、电机盒、转子挂架、两个水平转子组成的低速离心系统，和由毛细管束、医用胶带、医用棉花团组成的废液收集垛；

装置的组装方法：

1.使用以ABS塑料为原料的3D打印机，打印出以下部件，（在生产中也可通过注塑方式得到）：夹具上片（1）、夹具下片（2）、夹具转轴（4）、夹具托架（5）、电池盒支架（6）、电机盒（9）、转子挂架（11）、两个水平转子（12）。

2.使用一根直径3mm的夹具螺丝（3）将夹具上片的螺丝孔（14）和夹具下片的螺丝孔（16）串联起来。

3.使用时，将尺寸为17×60，高度1-5mm的薄芯片放入夹具下片芯片卡槽（17），并使芯片入口对准注射管插孔（15），芯片出口对准废液收集孔（18），将夹具上片（1）旋紧后，夹具下片（2）的芯片卡槽（17）的一部分可嵌入夹具上片（1）的芯片卡槽凹槽（19），即完成芯片固定。此时将直径1mm进液管由进液管插孔（15）插入，塞紧芯片入口即可。

4.将夹具转轴下部（21）顶面、夹具托架下部（24）底面分别使用树脂胶粘接在电池盒架顶面上，再将夹具转轴上部底面（20）粘接在组装完成的芯片夹具系统的下底面，即完成芯片夹具系统的组装。注：此时拨动夹具托架的上部（22）的把手（23）使其倒下可使夹具倾斜，废液收集孔下降；反之将把手复位可使夹具抬起，废液收集孔上升。

5.将一个截面尺寸为12×15mm的3V直流电动机（10）插入电机盒（9）内部，将电机的电线从电机盒底部的电线孔（25）伸出，用树脂胶粘将电机盒底部在电池盒支架的底面上。将装有两节1.5V5号电池的电池盒塞入电池盒支架（6）内部，用树脂胶将电池盒底部粘在电池盒支架的底面上。将电池盒、旋钮调速开关、直流电机的导线依次相连，组成闭合回路。

6.将电机轴插孔（28）涂抹树脂胶后插进电机露出的转轴，调整高度。依次将两个水平转子各自的两个挂钩孔（29）套入转子挂架上的挂钩（27），完成成低速离心系统的组装。

7.将内径0.3-0.7mm，长8-12mm的玻璃毛细管侧壁涂抹无毒环氧树脂胶，末端对齐后，每15-25支一束粘接得到毛细管束（31），取医用棉花0.8-1.2g，用管状容器压制成紧密圆柱体的医用棉花团（32），顶部插入毛细管束（31）后使用医用胶带（32）包封，完成废液收集垛的组装。

装置的使用方法及注意事项：

1、当实际操作时，先将芯片放入夹具中夹紧，使出口与夹具底部孔洞对齐，入口与夹具盖片孔洞对齐，插入进液管即可。此外，还要将两个废液收集垛分别塞入两个离心甩桶中。

2、向芯片内注入10-30μL液体后，再以气体灌入将液体顶出。由于出液量较少，会残留在下底面出液口处。

3、此时将夹具底部可活动托轴放下，夹具头部自由落在吸收垛的毛细管束头所在平面上放。拨动甩桶转到夹具位置，使毛细管束头部擦过芯片夹具下底面圆锥斜面沾取废液。沾取废液后，抬起芯片夹具托轴，使其不再阻挡离心系统运转。

4、打开电池盒开关，打开旋钮调速开关，电动机转轴带动转子挂架，继而带动水平转子及其中的废液收集垛以约150r/min的速度水平旋转，废液从毛细管束中全部转移至底部棉花团内，完成一次废液收集。

5、当芯片内加入了第二种药品并排出后，可重复以上操作。由于此时毛细管束内洁净无残液，故可继续沾取第二种废液而不污染芯片出口，也不形成倒流。

6、实验完毕，丢弃废液收集垛。棉花团重量为1g，大约可承载200-500μL水溶液，基本满足一次实验内的所有废液收集需要。如所需吸收废液总量超出500μL，则应开始使用另一转子内的收集垛，防止第一个垛的棉花由于吸水过饱，溶液滞留毛细管造成污染。

7、需要注意的是，由于离心装置需要配平，必须在两个甩桶内同时放入收集垛。而一个收集垛用完后也可不立即丢弃而留作给下一次实验配平使用。由于转速低，对配平的要求不高，沾取废液的收集垛和干燥的收集垛之间不需平衡。

8、由于离心装置原理的限制，废液收集垛只能采用毛细管束向上沾取废液而不可向下的形式，故本装置仅适用于出液口在下底面的芯片。

最后说明的是，以上使用方法仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述方案已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出适当的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，包括夹具上片（1）、夹具下片（2）、夹具螺丝（3）、夹具转轴（4）、夹具托架（5）、电池盒支架（6）、电池（7）、旋钮调速开关（8）、电机盒（9）、电机（10）、转子挂架（11）、两个水平转子（12）、废液收集垛（13）；其特征在于：所述夹具上片（1）与夹具下片（2）通过夹具螺丝（3）连接，所述夹具下片（2）底部粘接夹具转轴（4），所述电池盒支架（6）内部插有电池（7）且顶部粘接有四个部件：夹具转轴（4）、夹具托架（5）、旋钮调速开关（8）和电机盒（9），所述电机盒（9）内部插入电机（10），所述电池（7）、旋钮调速开关（8）、电机（10）连接成闭合直流电路，所述转子挂架（11）中部插在电机（10）上后两端各挂载一个水平转子（12），所述废液收集垛（13）可插入水平转子（12）内。

2.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述夹具上片（1）具有一个直径为3mm的螺丝孔（14），一个直径为1mm的注射管插孔（15）和芯片卡槽凹槽（19）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述夹具下片（2）具有一个直径为3mm的螺丝孔（16），一个扁圆台状的废液收集孔（18），上表面具有一尺寸为17×60mm的芯片卡槽（17）。

4.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述夹具转轴（4）的上部分（20）和下部分（21）成合页结构。

5.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述夹具托架（5）的上部分（22）和下部分（24）可合页结构，上部分（22）带有把手（23）。

6.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述电机盒（9）为带有底部电线孔（25）和侧壁漏空（26）的方盒结构。

7.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述水平转子（12）为两侧具有挂钩孔（29）和底部镂空（30）的中空圆柱桶形结构。

8.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述转子挂架（11）中间具有一电机轴插孔（28），两端各带有两个转子挂钩（27）。

9.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述毛细管束为数量15-25根、内径0.3-0.7mm、长8-12mm的毛细管经无毒胶粘接制成。

10.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片的微量废液收集装置，其特征在于：所述夹具托架（5）上部分（22）倾斜至一侧时，废液收集孔（18）下底面与毛细管束（31）顶面高度相同。