CN108325570A - 多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法 - Google Patents

多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法；多功能气动微流体控制系统，包括气源，气源的出气管道上设有减压阀和压力开关，压力开关之后的管道分为多条支路，每条支路上设有自动调压模块；每个自动调压模块的出口管道连接至少两条支路，每条支路上设有一个电磁阀；每个自动调压模块的出口管道连接的多条支路中一条支路上的电磁阀通过管道连接第一液体容器的进气口，第一液体容器的液体出口管道通过单向阀连接微流控芯片；所述自动调压模块和电磁阀都与控制面板连接。通过单向阀可以简单便捷的帮助实现微流体的瞬停，有效防止流体的交叉污染。利用多功能气动微流体控制系统既可以实现连续进样也可以实现间歇进样。

Description

多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法。
背景技术
微流控技术指的是使用微米尺度管道处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化、智能化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室和微全分析系统。
微流控分析芯片是新一代床旁诊断主流技术，可直接在被检对象身边提供快捷有效的生化指标，使现场检测、诊断及治疗成为一个连续的过程，可以极大的提高医疗结果；微流控反应芯片以液滴为代表，是迄今为止最重要的微反应器，在高通量药物筛选，荧光编码微球制备，单细胞测序等领域显示了巨大的威力。
在微流控技术中，对微流体的精准控制是实现芯片功能的关键。目前在微流控实验中使用最广泛的是利用柱塞泵推动流体进入芯片，该方法的缺陷是连续进样时间受注射泵体积的限制且操作相对复杂。有些实验，如在制备光固化微球实验过程中需要使芯片内流体实现瞬停，而利用注射泵推动流体实现瞬停是不可能的，即使注射泵停止工作后，注射泵的注射器和实验管道内都会存在一定的残余压力，由于流体流量很小，残余压力仍会推动液体继续流动。因此，集成一种结构紧凑、性能优异、操作简单、可实现多种功能的微流体控制系统非常必要。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供多功能气动微流体控制系统、间歇进样系统及控制方法，结构紧凑、性能优异、操作简单、可实现多种功能的气动微流体控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
多功能气动微流体控制系统，其特征是，包括气源，气源的出气管道上设有减压阀和压力开关，压力开关之后的管道分为多条支路，每条支路上设有自动调压模块；
每个自动调压模块的出口管道连接至少两条支路，每条支路上设有一个电磁阀；
每个自动调压模块的出口管道连接的多条支路中一条支路上的电磁阀通过管道连接第一液体容器的进气口，第一液体容器的液体出口管道通过单向阀连接微流控芯片；
所述自动调压模块和电磁阀都与控制面板连接。
所述压力开关连接泄压保护阀。
所述压力开关之后的管道分为四条支路。
所述电磁阀能够正负压双重控制。
能够间歇进样的气动微流体控制系统，采用所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片通过管道连接第二液体容器的进气口，第二液体容器的液体出口管道连接到对应的自动调压模块的出口管道连接的支路上的另一个所述电磁阀。
另一种，能够间歇进样的气动微流体控制系统，采用所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片的输出管道上设有夹管阀。
所述多功能气动微流体控制系统的连续进样控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的。
所有通过所述控制面板设置的参数通过组态软件集成在所述控制面板上，通过更改所述控制面板上相应的参数设置实现对各通路微流体的控制。
所述控制系统的控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启连接第二液体容器的电磁阀，连接第二液体容器的电磁阀所在管路产生的压力反作用于流体继续向前流动的惯性力，加上所述单向阀防止微流体回流的特性，两管路结合实现微流体的瞬停。
所述控制系统的控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启所述夹管阀，所述夹管阀的打开阻断了流体向前流动的通路，加上单向阀阻止微流体回流的特性能够实现微流体的瞬停。
本发明的有益效果：
多功能气动微流体控制系统中各参数集成于控制面板上实现可视一体化，系统中的压力开关可设置上下限将压力控制在一定范围内，能够保证操作者的安全。
通过单向阀可以简单便捷的帮助实现微流体的瞬停，有效防止流体的交叉污染。
利用多功能气动微流体控制系统既可以实现连续进样也可以实现间歇进样。
附图说明
图1为多功能气动微流体控制系统用于连续进样的示意图；
图2为不带有夹管阀的能够间歇进样多功能气动微流体控制系统示意图；
图3为带有夹管阀的能够间歇进样多功能气动微流体控制系统示意图。
其中，1.单向阀，2.夹管阀，3.第一液体容器，4.第二液体容器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，多功能气动微流体控制系统，包括气源，气源的出气管道上设有减压阀和压力开关，压力开关之后的管道分为四条支路，每条支路上设有自动调压模块，分别为自动调压模块一、自动调压模块二、自动调压模块三及自动调压模块四；
每个自动调压模块的出口管道连接两条支路，每条支路上设有一个电磁阀，分别为电磁阀一、电磁阀二……电磁阀八；
每个自动调压模块的出口管道连接的多条支路中一条支路上的电磁阀(如图1中的电磁阀一)通过管道连接第一液体容器3的进气口，第一液体容器的液体出口管道通过单向阀1连接微流控芯片；
所述自动调压模块和电磁阀都与控制面板连接。
所述气源可根据实验需要自主选择；
所述控制面板为触摸屏，实验中需要设置的参数变量有各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间，所有这些参数通过组态软件集成在所述控制面板上，通过更改所述控制面板上相应的参数设置可实现多功能气动微流体控制系统对各通路微流体的控制；
所述减压阀用来调节整个控制系统的压力；
所述压力开关用于显示所述控制系统的压力值，且所述压力开关可以设置压力上下限，即系统压力超过所述压力开关的上限时，所述泄压保护阀自动打开将压力控制在设定范围内，当系统压力在所述压力开关的设定范围内时所述泄压保护阀保持关闭；
所述自动调压模块是一种以电控方式实现对压力的连续控制的比例阀，阀口可以根据需要打开任意角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
所述电磁阀具有正负压双重控制功能，可以更精细的控制管路压力，它的作用是控制气路的关断，2个所述电磁阀连接1个所述自动调压模块；
所述单向阀1的作用是在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的。
多功能气动微流体控制系统，可实现多种功能的气动微流体控制系统，所述多功能气动微流体控制系统包括气源、控制面板、减压阀、压力开关、泄压保护阀、4个自动调压模块、8个电磁阀及单向阀。
连续进样时，所述系统可以最多同时进行8组不同的实验，如图1所示。
所述多功能气动微流体控制系统的连续进样控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的。
间歇进样时有两种控制方式，以下提供两个实施例。
实施例一
第一种控制方式如图2所示，能够间歇进样的气动微流体控制系统，采用所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片通过管道连接第二液体容器4的进气口，第二液体容器的液体出口管道连接到对应的自动调压模块的出口管道连接的支路上的另一个所述电磁阀。
所述控制系统的控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启连接第二液体容器的电磁阀，连接第二液体容器的电磁阀所在管路产生的压力反作用于流体继续向前流动的惯性力，加上所述单向阀防止微流体回流的特性，两管路结合实现微流体的瞬停。
关闭电磁阀二的同时开启电磁阀一，电磁阀一所在管路产生的压力可以反作用于流体继续向前流动的惯性力，加上单向阀防止微流体回流的特性，两管路结合可以实现微流体的瞬停。
实施例二
第二种控制方式如图3所示，能够间歇进样的气动微流体控制系统，采用所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片的输出管道上设有夹管阀2。
所述控制系统的控制方法，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启所述夹管阀2，所述夹管阀的打开阻断了流体向前流动的通路，加上单向阀阻止微流体回流的特性能够实现微流体的瞬停。
在微流控芯片后添加一个夹管阀2，关闭电磁阀二的同时开启夹管阀，夹管阀的打开阻断了流体向前流动的通路，加上单向阀阻止微流体回流的特性也可以实现微流体的瞬停，同样的原理，通过控制其他各个电磁阀、夹管阀的开启和关闭时间，所述系统可以同时开展4组不同的实验；
对于多相流混合的实验也可以通入四种所需压力不同的流体，通过所述自动调压模块调节压力满足不同管路所需的流速，达到预想实验效果。
本发明有效节省了实验时间，极大提高了科研效率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.多功能气动微流体控制系统，其特征是，包括气源，气源的出气管道上设有减压阀和压力开关，压力开关之后的管道分为多条支路，每条支路上设有自动调压模块；
每个自动调压模块的出口管道连接至少两条支路，每条支路上设有一个电磁阀；
每个自动调压模块的出口管道连接的多条支路中一条支路上的电磁阀通过管道连接第一液体容器的进气口，第一液体容器的液体出口管道通过单向阀连接微流控芯片；
所述自动调压模块和电磁阀都与控制面板连接。
2.如权利要求1所述多功能气动微流体控制系统，其特征是，所述压力开关连接泄压保护阀。
3.如权利要求1所述多功能气动微流体控制系统，其特征是，所述压力开关之后的管道分为四条支路。
4.如权利要求1所述多功能气动微流体控制系统，其特征是，所述电磁阀能够正负压双重控制。
5.能够间歇进样的气动微流体控制系统，其特征是，采用权利要求1所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片通过管道连接第二液体容器的进气口，第二液体容器的液体出口管道连接到对应的自动调压模块的出口管道连接的支路上的另一个所述电磁阀。
6.能够间歇进样的气动微流体控制系统，其特征是，采用权利要求1所述的一种多功能气动微流体控制系统，所述微流控芯片的输出管道上设有夹管阀。
7.权利要求1所述多功能气动微流体控制系统的连续进样控制方法，其特征是，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是，所有通过所述控制面板设置的参数通过组态软件集成在所述控制面板上，通过更改所述控制面板上相应的参数设置实现对各通路微流体的控制。
9.权利要求5所述控制系统的控制方法，其特征是，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启连接第二液体容器的电磁阀，连接第二液体容器的电磁阀所在管路产生的压力反作用于流体继续向前流动的惯性力，加上所述单向阀防止微流体回流的特性，两管路结合实现微流体的瞬停。
10.权利要求6所述控制系统的控制方法，其特征是，包括：
通过所述控制面板设置的参数包括各个自动调压模块的开启、各个自动调压模块的停止、各个自动调压模块的压力值、各个电磁阀的开启、各个电磁阀的停止以及各个电磁阀的开启时间和停止时间；
通过所述减压阀调节整个系统的压力；
通过所述压力开关显示所述控制系统的压力值，且通过所述压力开关能够设置压力上下限；
通过所述自动调压模块以电控方式实现对压力的连续控制，自动调压模块的阀口根据需要打开任意设定角度，由此控制压力的大小，满足不同的实验需求；
通过所述电磁阀控制管路压力，能够控制气路的关断；
所述单向阀在关闭同一气路上电磁阀的情况下防止微流控芯片内的微流体回流，达到使芯片内流体瞬停的目的；
关闭连接第一液体容器的电磁阀的同时开启所述夹管阀，所述夹管阀的打开阻断了流体向前流动的通路，加上单向阀阻止微流体回流的特性能够实现微流体的瞬停。
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Application publication date: 20180727

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