CN108709985B - 一种生物芯片反应器倾倒排液结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物芯片反应器倾倒排液结构。所述生物芯片反应器倾倒排液结构包括生物芯片基座和反应器；所述反应器包括具有反应池的杯体；在生物芯片基座内开设有一个容置所述反应器的安装腔，该反应器悬挂安装在所述安装腔内；所述杯体的内壁涂覆有疏水材料层，在杯体的杯口外侧设有吸水材料，该吸水材料与杯体的杯口边沿接触；所述杯体一侧设有驱动所述反应器相对所述生物芯片基座振动的振动机构。本发明倾倒排液后反应池内的残液余量占比一般在1%左右。

Description

一种生物芯片反应器倾倒排液结构

技术领域

本发明涉及一种生物芯片反应器倾倒排液结构，属于生物芯片检测领域。

背景技术

生物芯片技术在近20年得到了快速发展，尤其是微流控技术/新材料技术以及人工智能技术的快速发展，使得生物芯片技术逐渐走向产业化。现有芯片中的反应器是芯片中的一个局部区域，与芯片是一个整体，相互之间不能产生运动。但是芯片无法采用，至少是很难采用吸收排废液的方式来排除废液，一般都通过采用气压，电渗流或微阀门的方式来排除废液的方式，废液残余多，且CV（流量系数）值大、结构复杂。

现在的芯片技术是通过加工技术在基片上面加工出一个反应器，然后通过与盖片的键合形成一个密闭的反应器，反应器与芯片一个整体，这样的反应器存在以下问题：

1) 生物芯片本身无法加工或很难加工出复杂的、有特殊设计的一体微反应器。

2) 与芯片一体的微反应器的键合方法都会对反应器中的反应产生影响；键合过程中胶水可能会溢出污染试剂，键合面平整度不高键合有间隙，反应试剂可能流出，出现上述问题会直接影响分析结果的准确性。键合所有的胶水可能存在气味，无法达到环保要求。

3) 与芯片一体的微反应器无法做到与芯片不同材料，不同工艺。

4) 与芯片一体的微反应器振动混匀困难。需要连通生物芯片本体和反应器一起进行振动。

5) 与芯片一体的微反应器有些检测是无法实现的。

现有技术倾倒废液的方式主要分为两种：

1、自动化检测仪器中采用制造负压抽取废液，即采用从反应容器中吸收后再转移，例如旋转到指定位置的方式进行排液，这种方法难以适用于微小的芯片，换句话说，采取吸收排液的方式无法在微流控芯片上进行，而且存在交叉感染风险。

2、在芯片中采用气压驱动或是电泳的方法驱动排除废液，这种方法仪器设计复杂、结构复杂的问题，同时采用气压或是电渗流排液的方式，则会导致排液不干净，残余多，且CV值大，无法应用于精确检测。

发明内容

本发明旨在提供一种生物芯片反应器倾倒排液结构，该反应器倾倒排液后反应池内的残液余量占比一般在1%左右。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种生物芯片反应器倾倒排液结构，包括生物芯片基座和反应器；所述反应器包括具有反应池的杯体；其结构特点是，在生物芯片基座内开设有一个容置所述反应器的安装腔，该反应器悬挂安装在所述安装腔内；所述杯体的内壁涂覆有疏水材料层，在杯体的杯口外侧设有吸水材料，该吸水材料与杯体的杯口边沿接触；所述杯体一侧设有驱动所述反应器相对所述生物芯片基座振动的振动机构。

由此，所述反应器的杯体具有用于容置反应液体的反应池，通过在杯体内设计疏水材料层和在杯口设计吸水材料，这样一疏一吸，可以将杯体反应池内的残液余量降至占比一般在1%左右。

本发明使用吸水材料辅助排除废液，让废液排除的更干净，且液体在芯片中不会以流动状态存在。本发明通过在反应器的容器内表面增加疏水涂层达到排液干净的目的。

为了将反应杯与芯片基座分离开来形成独立结构设计，所述生物芯片基座内开设有一个容置所述反应器的安装腔，所述反应器的杯体悬挂安装在所述安装腔内。在倾倒的时候，反应池里面的液体在自身重力下流出反应池，同时在振动机构的振动下，反应器相对生物芯片基座振动，从而使得残余液体更容易流出，在液体到了反应池嘴口的时候，吸水材料能快速地将相应的液体吸收干净，并且液体在倾倒出杯体外时被吸水材料捆绑住，不会以流动液态存在。

本发明所述的杯体一侧设有振动机构，不局限于整个振动机构整体安装在杯体，而应当囊括振动机构设置在杯体下方，但振动机构的部件延伸至杯体一侧的情况，本质上是实现驱动反应器相对所述生物芯片基座振动。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

为了更好地驱动所述反应器相对所述生物芯片基座振动，所述反应器的外壁面通过转动件悬挂安装在所述安装腔的壁面上。这样杯体可以相对芯片基片运动。

优选地，作为两种具体的悬挂安装方式，所述杯体的侧壁上设有两根转轴，两根转轴共轴心线，所述安装腔内壁上开设有与所述转轴配合的转孔，该杯体通过所述转轴枢接悬挂在所述安装腔内；或所述杯体的侧壁上设有两个转孔，两个转孔共轴心线，所述安装腔内壁上设有与所述转孔配合的转轴，该杯体通过所述转孔枢接悬挂在所述安装腔内。

这样整个反应器在振动机构的驱动下形成荡秋千运动模式，从而使得反应器所需振动能量得到大幅降低，且更容易得到精确控制，从而达到更理想的混匀效果。

所述生物芯片基座设置在一个芯片放置托盘上，所述振动机构安装在所述芯片放置托盘上。更优选地，所述振动机构包括安装在芯片放置托盘上的振动片，以及安装在振动片上的驱动装置；所述振动片的顶端设置在反应器底部一侧。最优选地，所述驱动装置为微型扁平振动电机，该微型扁平振动电机固定在振动片的侧壁面上。

由此，通过振动机构的振动带动反应器振动，不仅便于液体更彻底地倾倒流出，还可以在反应前实现反应器内反应液体的混匀，本发明的反应器能在狭小空间内方便控制，且结构简单、便于安装、振动混匀效果好，能适合对不同粘度、不同密度样本液体进行混匀。

振动片的顶端设置在反应器底部一侧，这样，在不需要振动混匀时，振动片与反应器不接触，需要振动混匀时，设置在反应器底部一侧的振动片的振动可以直接带动反应器本身振动。最好地，如果在杯体底部设置有片状凸起，则振动片的振动可以直接带动片状凸起振动，进而带动反应器本身振动。

所述驱动装置为微型扁平振动电机，该微型扁平振动电机固定在振动片的侧壁面上。

所述反应器的底部具有向下延伸的片状凸起；所述振动片的顶部具有U型叉状结构，所述片状凸起位于U型叉状结构的U形区域内。这样通过振动所述片状凸起即可实现带动整个反应器振动的目的，不用直接去振动反应器本身。

优选地，所述吸水材料为吸水纸。更优选地，所述吸水纸为高分子复合吸水纸。

优选地，所述疏水材料层为微纳米复合材料层或聚四氟乙烯层。

为了方便观测杯内液体反应情况，所述杯体由透明的高分子聚合物材料材质制成。同时，为了实现轻量化和降低杯体壁厚的目的，所述杯体由聚丙烯材料（PP）、聚碳酸酯（PC）材料或亚克力（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）材料一体成型而成。这种一体成型结构避免了现有键合设计带来的不良影响。

对于本发明而言，倾倒排液不仅仅只是将液体倒出来，最重要的指标是反应器内的残余量要非常少。而在本领域中，常规技术没有去研究，一般倾倒排液后的残余量都是以毫升为单位，换句话说，常规的倾倒排液都不关注残余量。所以基于这种考虑，常规技术没有动机去研究一种倾倒排液结构来应对本发明对要求残余量非常少的使用环境。

本发明采用旋转倾倒的方式来排废液，将反应池与芯片基片拆分为两个相对独立零部件，二者采用活动装配方式组合一起。进一步地，本发明采用的倾倒排液结构不需要额外的驱动结构，共用芯片微泵的驱动结构即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明的倾倒排液结构排液后，反应器内的残余量一般以微升为单位计，残余量占比一般在1%左右。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图（带局剖）；

图2是本发明倾倒废液的状态图（带局剖）；

图3是本发明过杯体转轴轴心线的纵向截面图；

图4是本发明的生物芯片安装在芯片放置托盘上的示意图；

图5是图4的纵剖面示意图。

在图中：

1-生物芯片基座；2-吸水材料；3-反应池；4-转动中心；5-疏水材料层；6-振动片；7-微型扁平振动电机；8-片状凸起；9-U型叉状结构；10-转轴；11-芯片放置托盘。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种生物芯片反应器倾倒排液结构，如图1-3所示，包括生物芯片基座1和反应器；所述反应器包括具有反应池3的杯体，该反应池3用于容置反应液体；在生物芯片基座1内开设有一个容置所述反应器的安装腔，该反应器悬挂安装在所述安装腔内。所述杯体的内壁涂覆有疏水材料层5，最好是微纳米复合材料层或聚四氟乙烯层。在杯体的杯口外侧设有吸水材料2，吸水材料最好是高分子复合吸水纸。所述吸水材料2与杯体的杯口边沿接触。

如图3所示，所述杯体一侧设有驱动所述反应器相对所述生物芯片基座1振动的振动机构。所述反应器的外壁面通过转动件悬挂安装在所述安装腔的壁面上，这样杯体可以相对芯片基座1摆动。如图3所示，作为一种实施例，所述杯体的侧壁上设有两根转轴10，两根转轴10共轴心线，所述安装腔内壁上开设有与所述转轴10配合的转孔，该杯体通过所述转轴10枢接悬挂在所述安装腔内。作为另一个等同的实施例，所述杯体的侧壁上设有两个转孔，两个转孔共轴心线，所述安装腔内壁上设有与所述转孔配合的转轴，该杯体通过所述转孔枢接悬挂在所述安装腔内。

倾倒废液时，由于反应池3装配到芯片基片1上，而在芯片基片1内放置有与反应池3的出口边沿接触的吸水材料2。吸水材料2最好是高分子复合吸水纸。

本实施例的整个芯片放置在检测仪器的一个托盘上，当需要排除废液的时候，整个芯片绕着反应池底部的圆心为转动中心4逆时针旋转。通过将反应池设计成易脱水的结构，反应池的池内壁上采用疏水材料，例如微纳米复合材料或聚四氟乙烯设计后，这样在倾倒的时候，同时在振动机构的振动下，反应器相对生物芯片基座振动，从而使得残余液体更容易流出，反应池里面的液体在自身重力下流出反应池，在液体到了反应池的出口边沿时，吸水材料就能快速地将相应的液体吸收干净，从而将倾倒出杯体外的液体通过吸水材料捆绑住，不会以流动液态存在。

为了方便观测杯内液体反应情况，所述杯体由透明的高分子聚合物材料材质制成。同时，为了实现轻量化和降低杯体壁厚的目的，所述杯体由聚丙烯材料、聚碳酸酯材料或亚克力材料一体成型而成。这种一体成型结构避免了现有键合设计带来的不良影响。本实施例的杯体采用轻量化设计，产品壁厚比较薄，使杯体透明度提高，便于对颜色较浅的试剂进行识别，从而扩大使用范围。

本实施例的反应器采用独立结构设计，反应器质量小，所以振动混匀需要的激振力小，小功率的振动电机就可以将反应液进行充分的振动混匀，而且不会对芯片中其它的部分产生影响，同时方便对微反应中的反应及实际试剂量做出相应的检测。

为了更彻底地将残液倾倒流出，同时保证反应液在反应时充分混匀，如图4和5所示，所述生物芯片基座1设置在一个芯片放置托盘11上，所述振动机构安装在所述芯片放置托盘11上。所述振动机构包括安装在芯片放置托盘上的振动片6，以及安装在振动片6侧壁面上的微型扁平振动电机7。

如图3所示，所述反应器的底部具有向下延伸的片状凸起8；所述振动片6的顶部具有U型叉状结构9，所述片状凸起8位于U型叉状结构9的U形区域内，即使反应器下部的片状凸起8正好插入到U型叉状结构9中。这样，反应器下方底部为一个片状凸起8，振动片6头部为U型叉状结构9，振动片6的侧面固定一个市售的微型扁平振动电机7的金属振动片。

当扁平振动电机接通合适的直流电压后，电机产生的偏心振动使得金属振动片产生类似音叉的往复振动。振动产生的振幅通过U型叉状结构作用于反应器的下部片状凸起上，最终使反应器绕自身旋转轴实现往复振动，从而达到使反应器内部液体的振动混匀效果。

本实施例的反应器是一种杯体本身独立于基体的独立悬浮部件，在材料的选择和运动模式等不受承载主体影响限制运动的特殊杯体，便于相关试剂在悬浮反应器的反应池中进行化学发光反应、检测、校准。

本实施例的反应器采用独立设计，可以容易设计加工出一些有特殊要求，特殊结构的微反应器，同时采用独立设计，因为不需要再键合，消除了键合带来的影响。现在有技术中需要两个零件键合在一起才可以形成密闭的空间，键合过程中胶水可能会溢出污染试剂，键合面平整度不高键合有间隙，反应试剂可能流出，出现上述问题会直接影响分析结果的准确性。键合的胶水可能存在气味，无法达到环保要求。

实例：不需要外部复杂结构的前提下，本发明能够实现芯片干净的排除废液，现有吸取排液的残余量是1%，以下数据为试验过程中随机连续20组取样的实验数据。试验条件：反应池3中加入400ul清洗液后，再倾倒，测残余量。0.001g=1ul。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种生物芯片反应器倾倒排液结构，包括生物芯片基座（1）和反应器；所述反应器包括具有反应池（3）的杯体；其特征在于，在生物芯片基座（1）内开设有一个容置所述反应器的安装腔，该反应器悬挂安装在所述安装腔内；所述杯体的内壁涂覆有疏水材料层（5），在杯体的杯口外侧设有吸水材料（2），该吸水材料（2）与杯体的杯口边沿接触；所述杯体的一侧设有驱动所述反应器相对所述生物芯片基座（1）振动的振动机构。

2.根据权利要求1所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述反应器的外壁面通过转动件悬挂安装在所述安装腔的壁面上。

3.根据权利要求2所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述杯体的侧壁上设有两根转轴（10），两根转轴（10）共轴心线，所述安装腔内壁上开设有与所述转轴（10）配合的转孔，该杯体通过所述转轴（10）枢接悬挂在所述安装腔内；或

所述杯体的侧壁上设有两个转孔，两个转孔共轴心线，所述安装腔内壁上设有与所述转孔配合的转轴，该杯体通过所述转孔枢接悬挂在所述安装腔内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述生物芯片基座（1）设置在一个芯片放置托盘（11）上，所述振动机构安装在所述芯片放置托盘（11）上。

5.根据权利要求4所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述振动机构包括安装在芯片放置托盘（11）上的振动片（6），以及安装在振动片（6）上的驱动装置；所述振动片（6）的顶端设置在反应器底部的一侧。

6.根据权利要求5所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述驱动装置为微型扁平振动电机（7），该微型扁平振动电机（7）固定在振动片（6）的侧壁面上。

7.根据权利要求5所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述反应器的底部具有向下延伸的片状凸起（8）；所述振动片（6）的顶部具有U型叉状结构（9），所述片状凸起（8）位于U型叉状结构（9）的U形区域内。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述吸水材料（2）为吸水纸。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述疏水材料层为微纳米复合材料层或聚四氟乙烯层。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的生物芯片反应器倾倒排液结构，其特征在于，所述杯体由聚丙烯材料、聚碳酸酯材料或亚克力材料一体成型而成。