CN108364556A - 基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法 - Google Patents

基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，提供注射泵、注射器和微流控芯片，注射器与微流控芯片之间连通，注射泵作用于注射器实现往复运动，微流控芯片通过一定的频率舒张以模拟心脏脉冲或血管收缩。本发明利用注射泵和微流控芯片的配合，通过注射泵的往复运动以模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，控制精度高，操作简单，成本低。

Description

基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法
技术领域
本申请涉及微流控技术领域，特别是涉及一种基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法。
背景技术
微流控芯片(microfluidicchip)因其具有低耗、快速、多种分析功能可集成等优点而成为近年来生物、化学等领域微分析研究的重要平台。由于微流控芯片分析是在一个几平方厘米芯片上、网络特征的微米级分离分析通道内，通过对纳升甚至皮升级样品规模的快速操纵，而实现生化实验所涉及的样品制备、进样、混合、反应、分离、检测等操作的一种新型分析技术。
现有技术中，心脏脉冲的模拟存在控制精度差、成本高的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，提供注射泵、注射器和微流控芯片，注射器与微流控芯片之间连通，注射泵作用于注射器实现往复运动，微流控芯片通过一定的频率舒张以模拟心脏脉冲或血管收缩。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，包括：
注射泵包括壳体，该壳体顶端凹设形成有一装配槽，所述装配槽内设置有电机座、滑块、筒座和丝杆电机，所述丝杆电机包括电机和丝杆，所述滑块上固定有与丝杆配合的螺母，滑块在丝杆的作用下，移动于电机座和筒座之间；
注射器包括针筒和拉杆，所述针筒固定于所述筒座上，所述滑块连接于所述拉杆；
微流控芯片包括与针筒连通的微通道；
丝杆电机带动拉杆往复运动，并通过微通道的舒张模拟心脏脉冲或血管收缩。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，所述注射器内的介质为空气。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，控制所述注射器的流速为1～70ml/min。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，所述电机的工作频率为0.05HZ～1.5HZ。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，所述注射器的容量为1ml～20ml。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，微流控芯片的材质采用PDMS。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，还包括设置设置于微流控芯片上的压力传感器。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，所述电机座一体成型，包括水平的顶板、以及与顶板成L型的侧板，电机座与壳体之间围成一电机安装腔，所述电机设置于所述电机安装腔内。
优选的，在上述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法中，所述电机座和筒座之间连接有至少一光轴，光轴水平设置，滑块套设于光轴上并可沿光轴移动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用注射泵和微流控芯片的配合，通过注射泵的往复运动以模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，控制精度高，操作简单，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中注射泵的立体结构示意图；
图2所示为本发明具体实施例中注射泵的立体分解示意图；
图3所示为本发明具体实施例中滑块的截面示意图；
图4所示为本发明具体实施例中筒座的截面示意图；
图5所示为本发明具体实施例中注射泵(组装有注射器)的立体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1、图2和图5所示，本实施例提供一种用于微流控芯片的注射泵，包括壳体10、电机座20、滑块30和筒座40。
壳体10的顶面凹设形成有一装配槽101，电机座20、滑块30和筒座40设置于装配槽101内。
电机座20一体成型，包括水平的顶板201、以及与顶板201成L型的侧板202，电机座20与壳体10之间围成一电机安装腔。
该技术方案中，顶板201起到遮盖保护的作用，其围成的电机安装腔对电机起到保护隔离的作用。侧板202上开设有供丝杆穿设的通孔2021以及电机装配孔2022，在组装时，可以先将丝杆电机通过螺钉与电机座20安装，然后再将丝杆电机和电机座整体安装在壳体上，操作方面，结构简单。
电机安装腔内设置有丝杆电机(图未示)，丝杆电机包括电机和丝杆，滑块30上固定有与丝杆配合的螺母。
壳体10上开设有与电机安装腔连通的电源线孔102，电源线可以穿过电源线孔102与电机连接。
在一实施例中，电源线孔开设于壳体的侧壁上，易于想到的是，电源线孔也可以开设于壳体的底面。
进一步地，顶板201的宽度大于装配槽101的宽度，因此，电机座20安装后，其顶板201的边缘支撑于壳体10的顶端边缘。
电机座20与壳体10之间通过螺钉可拆卸连接。
在一实施例中，壳体10的侧壁上下贯穿有安装孔103，电机座20的顶板201的底面配合设置有螺孔。
该技术方案中，螺钉从壳体的底面进行安装，可以对螺钉起到一定的防水作用，同时，不影响美观。
在一实施例中，丝杆的末端转动支撑于筒座40上。通过多点支撑以保持丝杆处于水平位置，从而保证其精度和使用寿命。
滑块30在丝杆的作用下，可以移动于电机座20和筒座40之间。滑块30上形成有对注射器60拉杆帽601进行限位的第一卡槽301。
为了保证滑块30在移动过程中的稳定性，电机座20和筒座40之间还连接有至少一光轴50，光轴50水平设置，滑块30套设于光轴50上并可沿光轴50移动。
在一实施例中，光轴50设置有并列的三根，三根光轴50呈等腰三角形排列。
该技术方案中，通过三根非共面的光轴，可以保证滑块30移动过程中的稳定性，滑块30不易发生晃动。
该技术方案中，光轴构成导引滑块移动的轨道，同时还具有对滑块进行限位的作用。
在一实施例中，螺母与滑块30之间可拆卸连接。
该技术方案中，螺母与滑块为分体设置，一方面制作成本低，另一方面可以根据需要替换螺母，比如螺母长时间使用后发生磨损。
筒座40一体成型，包括水平的顶座401、以及与顶座401成L型的支撑板402。
顶座401的上表面凹设形成有供针筒602支撑的V形槽403。
该技术方案中，V形槽403沿滑块的行进方向延伸，V形槽的两个底面分别对针筒602的对称两侧形成支撑，V形槽与针筒602之间为线性接触。
顶座401上还形成有对注射器60针筒帽6021进行限位的第二卡槽404。
在一实施例中，顶座401的宽度大于装配槽101的宽度，因此，筒座40安装后，顶座401的边缘支撑于壳体10的顶端边缘。
筒座40与壳体10之间通过螺钉可拆卸连接。
在一实施例中，壳体10的侧壁上下贯穿有安装孔104，筒座40的顶座401的底面配合设置有螺孔。
该技术方案中，螺钉从壳体的底面对筒座进行安装，可以对螺钉起到一定的防水作用，同时，不影响美观。
支撑板402与侧板202相对设置，丝杆的末端转动支撑于支撑板402上，光轴50的两端分别固定于支撑板402和侧板202上。
结合图3所示，顶座401上还设置有接近或远离V形槽403的压板405，压板405和顶座401之间设置有第一螺杆406，第一螺杆406转动以驱动压板405接近或远离V形槽403。
进一步地，压板405套设于第一螺杆406上，顶座401上设置有螺孔407，第一螺杆406与顶座401之间螺纹配合。
该技术方案中，第二卡槽404与针筒帽6021配合以限制针筒602轴向的移动，V形槽作用于针筒602两侧以实现对针筒602横向的移动，同时可以适应不同直径的针筒602；压板作用于针筒602的顶面以实现对针筒602竖直方向的限位。
结合图4所示，第一卡槽301包括相对设置的挡板3011和驱动板3012，驱动板3012与驱动件3013连接，驱动件3013作用于驱动板3012并可带动其在第一方向上接近或远离挡板3011，第一方向为滑块的移动方向。
该技术方案中，注射器60的拉杆帽601限位在挡板3011和驱动板3012之间，通过驱动板3012的移动，可以将拉杆帽601挤压在第一卡槽内，实现拉杆帽601与滑块之间的相对固定。
进一步地，挡板3011的顶端向下凹设形成有V形槽3014。
该技术方案中，V形槽3014用以对注射器60的拉杆进行支撑，同时实现对拉杆的横向限位。
进一步地，还包括一固定板3015，固定板3015与驱动板3012相对设置，固定板3015与滑块之间可拆卸固定，驱动板3012设置于固定板3015和挡板3011之间，驱动件3013为一螺杆，该螺杆与固定板3015之间螺纹配合，螺杆的末端作用于驱动板上。
该技术方案中，通过转动螺杆，以带动驱动板接近或远离挡板3011。
在一实施例中，固定板3015通过螺钉与滑块之间固定。
进一步地，滑块30的一侧还形成有对固定板3015侧边进行限位的台阶部302。台阶部形成于第一卡槽的四周。
本实施例注射泵的工作原理在于：电机转动以带动丝杆转动，丝杆与螺母配合以带动滑块沿光轴移动，由于注射器60的拉杆与滑块相对固定，注射器60的针筒602与筒座之间相对固定，所以通过滑块的移动可以实现精确的注射动作。
结合图5所示，微流控芯片(图未示)包括与针筒连通的微通道；丝杆电机带动拉杆往复运动，并通过微通道的舒张模拟心脏脉冲或血管收缩。
本案的工作原理在于，注射器内的介质为空气或流体，工作时，电机直接带动丝杆转动，进而带动滑块沿丝杆方向移动，由于针筒与筒座之间相对固定，拉杆与滑块之间相对固定，在滑块移动过程中可以带动拉杆相对针筒移动，从而实现针筒内介质的进出。
为了模拟心脏脉冲或血管收缩，通过对电机的工作频率进行控制，实现滑块的往复移动，进而可以模拟心脏脉冲或血管收缩的状态。
在优选的实施例中，注射器内的介质为空气。
在一实施例中，控制注射器60的流速为1～70ml/min。
在一实施例中，电机的工作频率为0.05HZ～1.5HZ。
在优选的实施例中，电机的工作频率选自0.05HZ、0.1HZ、0.2HZ、0.5HZ、1HZ、1.5HZ。
在一实施例中，注射器60的容量为1ml～20ml。
在优选的实施例中，注射器的容量选自1ml、2ml、5ml、10ml和20ml。
在一实施例中，微流控芯片的材质采用PDMS。
在其他实施例中，也可以采用其他具有一定弹性的材质。
在一实施例中，还包括设置设置于微流控芯片上的压力传感器。
该技术方案中，通过压力传感器以实时检测微流控芯片的舒张压力。
需要说明的是，在实际工作时，由于芯片尺寸和流体环境与人体内真实情况存在差异，所以即便达到了人体心脏收缩的实际频率，但过小的气体流量也不足以引起芯片内的薄膜舒张，因此需要减小频率，增加气体通入的时间，保证有足够的气流量支撑芯片内的薄膜舒张。
为了满足不同的需求，注射器的容量可选的范围尽量大，注射泵的工作频率范围也应尽量的大，芯片的尺寸也可以根据需要进行选用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，提供注射泵、注射器和微流控芯片，注射器与微流控芯片之间连通，注射泵作用于注射器实现往复运动，微流控芯片通过一定的频率舒张以模拟心脏脉冲或血管收缩。
2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，
注射泵包括壳体，该壳体顶端凹设形成有一装配槽，所述装配槽内设置有电机座、滑块、筒座和丝杆电机，所述丝杆电机包括电机和丝杆，所述滑块上固定有与丝杆配合的螺母，滑块在丝杆的作用下，移动于电机座和筒座之间；
注射器包括针筒和拉杆，所述针筒固定于所述筒座上，所述滑块连接于所述拉杆；
微流控芯片包括与针筒连通的微通道；
丝杆电机带动拉杆往复运动，并通过微通道的舒张模拟心脏脉冲或血管收缩。
3.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，所述注射器内的介质为空气。
4.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，控制所述注射器的流速为1～70ml/min。
5.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，所述电机的工作频率为0.05HZ～1.5HZ。
6.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，所述注射器的容量为1ml～20ml。
7.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，微流控芯片的材质采用PDMS。
8.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，还包括设置设置于微流控芯片上的压力传感器。
9.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，所述电机座一体成型，包括水平的顶板、以及与顶板成L型的侧板，电机座与壳体之间围成一电机安装腔，所述电机设置于所述电机安装腔内。
10.根据权利要求2所述的基于微流控芯片注射泵模拟心脏脉冲或血管收缩的方法，其特征在于，所述电机座和筒座之间连接有至少一光轴，光轴水平设置，滑块套设于光轴上并可沿光轴移动。
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