CN109030844B - 应用于生物系统微流体的自动生成装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于生物系统微流体的自动生成装置和方法，该装置包括：自动加样组件，用于给生物系统进行加样；气路系统，用于提供正压或负压；微流体自动生成组件，与加样后的生物系统密封连接，在气路系统提供的正压或负压作用下，使得生物系统中装填微流体。本发明能够同时实现多张生物系统微流体单元的生成，通量较大。通过正压或者负压的方式多生物系统实现微流体的生成，方式更灵活。

Description

应用于生物系统微流体的自动生成装置和方法

技术领域

本发明涉及一种微流体的自动生成装置及方法，特别涉及一种应用于生物系统微流体的自动生成装置和方法。

背景技术

目前存在的生物系统微流体的自动生成装置，在进行微流体生成的过程中，每次只能够实现单张生物系统微流体的自动生成，通量较小，生成效率较低，耗时较长。在微流体生成过程中都是通过正压去实现，微流体生成方式单一。在对生物系统进行装填矿物油的过程中，都是通过手动移液器去装填，由于使用人员的差异性，可能导致在装填矿物油的过程中在生物系统中形成空气泡，最终导致微流体生成效果不好，且通过移液器装填效率较低。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种应用于生物系统微流体的自动生成装置和方法，在对生物系统微流体生成的过程中，能同时对多张生物系统进行微流体生成，从而提高工作效率，微流体的装填方法能够通过正压和负压都可以实现。

本发明所采用的技术方案如下：一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，包括：

自动加样组件，用于给生物系统进行加样，

气路系统，用于提供正压或负压；

微流体自动生成组件，与加样后的生物系统密封连接，在气路系统提供的正压或负压作用下，使得生物系统中装填微流体，所述正压和负压呈梯度正变化。

进一步的，所述自动加样组件包括固定连接的上固定块和下固定块、液路驱动装置，上固定块和下固定块之间构成缓冲区，缓冲区内至少设置加样头，加样头和上固定块之间设置有第一缓冲弹簧，加样头的下端穿出下固定块，加样头的上端与液路驱动装置的出口相连通。

进一步的，所述液路驱动装置为油泵，油泵通过管道与加样头的上端相连通。

进一步的，所述自动加样组件搭载在第一移动平台上，所述第一移动平台能实现Z轴和X 轴方向的移动。

进一步的，所述气路系统包括气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一缓冲罐、第二缓冲罐、第五电磁阀、第六电磁阀、第一传感器、第二传感器，所述气泵的出气口分别与第一电磁阀的一出入口和第三电磁阀的一出入口相连通，第三电磁阀的另一出入口、第五电磁阀的一出入口以及第二传感器均与第一缓冲罐相连通，所述气泵的进气口分别与第二电磁阀的一出入口和第四电磁阀的一出入口相连通，第四电磁阀的另一出入口、第六电磁阀的一出入口以及第一传感器均与第二缓冲罐相连通，第五电磁阀另一出入口和第六电磁阀另一出入口相连通后通过微流体自动生成组件作用于生物系统的进样端口。

进一步的，所述微流体自动生成组件包括块体以及安装在块体上的密封组件，所述块体上开有气路通道，所述密封组件包括基体、滑动轴和第二缓冲弹簧，所述基体安装在块体上，所述滑动轴滑动穿设在基体上，第二缓冲弹簧套设在滑动轴上，第二缓冲弹簧的一端抵住基体，另一端抵住滑动轴的下端，滑动轴的上端安装限位帽，所述滑动轴上沿轴线方向和径向方向均开有气道，两个气道相连通，滑动轴上套有第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈位于基体与限位帽之间，当限位帽压住第一密封圈时，气路通道的出口不与气道相连通，当限位帽不压住第一密封圈时，气路通道的出口与气道相连通；第二密封圈位于基体和滑动轴之间，滑动轴的下端开有与生物系统的进样端口相配合的孔，孔内安装第三密封圈，所述气路系统的出气口与气路通道的入口相连通。

进一步的，所述微流体自动生成组件搭载在第二移动平台上，所述第二移动平台能实现Z 轴方向的移动。

进一步的，还包括枪头盒基座、96孔板基座、生物系统，枪头盒基座、96孔板基座和生物系统均搭载在第三移动平台上，所述第三移动平台能实现Y轴方向移动。

本发明的另一目的是提供一种应用于生物系统微流体的自动生成方法，该方法在上述的应用于生物系统微流体的自动生成装置中实现，该方法包括如下步骤：

(1)自动加样组件给生物系统进行加样，

(2)当气路系统提供正压时，气泵启动，第二电磁阀和第三电磁阀得电气路连通，第四电磁阀和第一电磁阀断电常闭，气泵工作时，空气通过第二电磁阀流向第三电磁阀，然后对气路第一缓冲罐进行加压，当第二传感器检测到气路第一缓冲罐中的压力到达设定值时，第五电磁阀打开，正压通过微流体自动生成组件作用于生物系统的进样端口，将生物系统的进样端口处的溶液通过正压吹到生物系统的微流体储存区中，形成微流体；

(3)当气路系统提供负压时，气泵启动，第四电磁阀和第一电磁阀得电气路连通，第二电磁阀和第三电磁阀断电常闭，气泵工作时，将气路第二缓冲罐中的气体，通过第四电磁阀和第一电磁阀排到空气中，在气路第二缓冲罐中形成负压，当第一传感器检测到气路缓冲罐中的压力达到设定值时，第六电磁阀打开，负压通过微流体自动生成组件作用于生物系统的出样口端，将生物系统的进样端口处的溶液通过负压吸到生物系统的微流体储存区中，形成微流体。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1、本发明能够同时实现8张生物系统32个微流体单元的生成，通量较大。

2、本发明能够通过正压或者负压的方式多生物系统实现微流体的生成，方式更灵活。

3、本发明自动加样组件每个通道设计独立的缓冲结构，能够有效避免由于生物系统不平整造成矿物油不能装填的可能。

4、在进样过程中，由于生物系统中微流体逐渐增多，装填阻力会逐渐增大，本发明压力随着时间梯度变化，能够有效提高生物系统微流体生成效率。

附图说明

图1是生物系统微流体自动生成装置的整机结构图；

图2是自动加样组件结构示意图；

图3是微流体自动生成装置的气路系统示意图；

图4是微流体生成组件结构示意图；

图5是生物系统示意图；

图中：整机支架1、自动加样组件2、气路系统3、微流体自动生成组件4、工作台组件5、生物系统6、枪头盒基座7、96孔板基座8、第一移动平台9、第二移动平台10；

底板101、左支撑板102、右支撑板103、后板104；

上固定块201、下固定块202、缓冲区203、加样头204、第一缓冲弹簧205；

气泵301、第一电磁阀302、第二电磁阀303、第三电磁阀304、第四电磁阀305、第一缓冲罐306、第二缓冲罐307、第五电磁阀308、第六电磁阀309、第一传感器310、第二传感器311；

块体401、气路通道402、基体403、滑动轴404、第二缓冲弹簧405、限位帽406、气道407、第一密封圈408、第二密封圈409、孔410、第三密封圈411；

进样端口601、出样端口602、微流体储存区603；

第一丝杆电机901、第一丝杆导轨连接块902、第一直线导轨903、固定板904、第二直线导轨905、步进电机906；

第二丝杆导轨连接块1001、第三直线导轨1002、第二丝杆电机1003、连接板1004。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有的实施方式。本说明书的各个实施例均采用递进的方式描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

名称的解释：

生物系统：本发明中涉及到的生物系统是一种溶液平铺装填设备，每个生物系统上设置有四个单元，见附图5，本生物系统6主要由3部分组成，生物系统的进样端口601、生物系统的出样端口603和生物系统的微流体储存区602，能够确保生物系统能够装填微流体的前提是在生物系统中首先装填矿物油，然后将溶液装填到生物系统中，在装填溶液时，溶液会通过生物系统的微流道，然后溶液和矿物油接触，形成油包水的微流体，最终将微流体装填到生物系统的微流体储存区602。

为了对本发明更好的说明，下面结合附图对整个生物系统微流体的自动生成装置及方法进行详细的实施方案说明：

如图1-5所示，本发明实施例提供一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，主要由整机支架1、自动加样组件2、气路系统3、微流体自动生成组件4和工作台组件5组成，整机支架1为其他组件提供固定和支撑；自动加样组件2用于给生物系统6进行加样；气路系统3用于提供正压或负压；微流体自动生成组件4，与加样后的生物系统6密封连接，在气路系统3提供的正压或负压作用下，使得生物系统6中装填微流体；工作台组件5用于承载生物系统6、枪头盒基座7和96孔板基座8等。

整机支架1主要由底板101、左支撑板102、右支撑板103以及后板104组成，左、右支撑板(102、103)通过预先预留好的定位基准，然后通过螺钉固定在底板101上，后板104 通过螺钉紧固在左、右支撑板(102、103)上，用于连接左、右支撑板(102、103)。

所述自动加样组件2包括固定连接的上固定块201和下固定块202、液路驱动装置，上固定块201和下固定块202之间构成缓冲区203，缓冲区203内至少设置加样头204，加样头204和上固定块201之间设置有第一缓冲弹簧205，加样头204的下端穿出下固定块202，加样头204的上端与液路驱动装置的出口相连通。所述加样头204采用4联排缓冲加样头204，每个通道设计独立的缓冲结构，能够有效避免由于生物系统不平整造成矿物油不能装填的可能。所述液路驱动装置为油泵，油泵通过管道与加样头204的上端相连通，主要是通过液泵提取流体，将流体装填在生物系统6的端口上。

所述自动加样组件2搭载在第一移动平台9上，所述第一移动平台9能实现Z轴和X轴方向的移动。具体的，第一移动平台9包括第一丝杆电机901、第一丝杆导轨连接块902、第一直线导轨903、固定板904、第二直线导轨905、步进电机906；所述上固定块201固定在第一丝杆导轨连接块902上，第一丝杆电机901和第一直线导轨903均固定在固定板904上，第一丝杆电机901上的丝杆和第一丝杆导轨连接块902相啮合，同时，第一丝杆导轨连接块 902滑动套接在第一直线导轨903上，通过第一丝杆电机901的驱动，实现自动加样组件2 在Z轴方向的移动；第二直线导轨905和步进电机906固定在后板104上，固定板904滑动套接在第二直线导轨905上，后板104的前端面上支承有一从动轮，步进电机906的转轴上安装有主动轮，从动轮和主动轮之间安装同步带，固定板904与同步带的一侧固定连接，同步带的转动下，自动加样组件2沿X轴方向移动。

所述气路系统3包括气泵301、第一电磁阀302、第二电磁阀303、第三电磁阀304、第四电磁阀305、第一缓冲罐306、第二缓冲罐307、第五电磁阀308、第六电磁阀309、第一传感器310、第二传感器311，所述气泵301的出气口分别与第一电磁阀302的一出入口和第三电磁阀304的一出入口相连通，第三电磁阀304的另一出入口、第五电磁阀308的一出入口以及第二传感器311均与第一缓冲罐306相连通，所述气泵301的进气口分别与第二电磁阀303的一出入口和第四电磁阀305的一出入口相连通，第四电磁阀305的另一出入口、第六电磁阀309的一出入口以及第一传感器310均与第二缓冲罐307相连通，第五电磁阀308 另一出入口和第六电磁阀309另一出入口相连通后通过微流体自动生成组件4作用于生物系统6的进样端口。气路系统3主要是实现在微流体自动生成的过程中提供压力，从而使得生物系统6中装填微流体。两个压力传感器主要是检测给气路系统3的实时压力，以提供稳定的压力用于生物系统6装填微流体。在进样过程中，由于生物系统中微流体逐渐增多，装填阻力会逐渐增大，本发明压力随着时间呈梯度正变化，能够有效提高生物系统微流体生成效率。

所述微流体自动生成组件4包括块体401以及安装在块体401上的密封组件，所述块体 401上开有气路通道402，所述密封组件包括基体403、滑动轴404和第二缓冲弹簧405，所述基体403安装在块体401上，所述滑动轴404滑动穿设在基体403上，第二缓冲弹簧405套设在滑动轴404上，第二缓冲弹簧405的一端抵住基体403，另一端抵住滑动轴404的下端，滑动轴404的上端安装限位帽406，用于阻止在第二缓冲弹簧405的作用下滑动轴404 与基体403的分离；所述滑动轴404上沿轴线方向和径向方向均开有气道407，两个气道407 相连通，滑动轴404上套有第一密封圈408和第二密封圈409，所述第一密封圈408位于基体403与限位帽406之间，当限位帽406压住第一密封圈408时，气路通道402的出口不与气道407相连通，当限位帽406不压住第一密封圈408时，气路通道402的出口与气道407 相连通；第二密封圈409位于基体403和滑动轴404之间，用于放置漏气；滑动轴404的下端开有与生物系统6的进样端口相配合的孔410，孔410内安装第三密封圈411，用于实现密封；所述气路系统3的出气口与气路通道402的入口相连通。在微流体自动生成组件4的块体401上，总共安装了32个密封组件，每个生物系统上有四个微流体单元，能同时实现8 张生物系统32个微流体单元的生成，所以通量较大。

所述微流体自动生成组件4搭载在第二移动平台10上，所述第二移动平台10能实现Z 轴方向的移动。具体的，所述第二移动平台10包括第二丝杆导轨连接块1001、第三直线导轨1002、第二丝杆电机1003、连接板1004，一对第三直线导轨1002竖直固定在右支撑板103 的内侧，连接板1004固定连接在左、右支撑板(102、103)之间，第二丝杆电机1003固定在连接板1004上，第二丝杆导轨连接块1001与第二丝杆电机1003相啮合，同时第二丝杆导轨连接块1001滑动套接在第三直线导轨1002上，通过第二丝杆电机1003的转动，实现微流体自动生成组件4在Z轴方向的移动。

所述枪头盒基座7、96孔板基座8和生物系统6均搭载在第三移动平台上，也就是工作台组件5上，所述第三移动平台能实现Y轴方向移动，第三移动平台这里不再进行赘述。

一种应用于生物系统微流体的自动生成方法，该方法包括如下步骤：

(1)首先将枪头盒、装有矿物油和溶液的96孔板分别搭载在枪头盒基座7、96孔板基座上，生物系统直接搭载在第三移动平台上。

(2)步进电机906带动自动加样组件2沿着X轴方向移动，当自动加样组件的加样头204 和枪头盒里面的枪头在X轴方向对齐时停止移动。

(3)步进电机带动第三移动平台沿着Y轴方向移动，当枪头盒里面的枪头移动到加样头 204的正下方时，第三移动平台停止移动。

(4)第一丝杆电机901带动自动加样组件沿着Z轴方向移动，通过加样头204将枪头提取起来。

(5)步进电机906带动自动加样组件2到达96孔板区域，然后液路驱动装置工作，从96 孔板提取矿物油。

(6)步进电机906带动自动加样组件2到达生物系统区域，然后第一丝杆电机带动自动加样组件下移，加样头204上面的枪头和生物系统的进样端口601接触，通过第一缓冲弹簧205，确保加样头和生物系统的每个单元的进样端口可靠密封。

(7)液路驱动装置工作，将矿物油装填到生物系统中。

(8)步进电机906带动自动加样组件2到96孔板区域，然后液路驱动装置工作，从96孔板中提取溶液。

(9)步进电机906带动自动加样组件2到生物系统区域，然后将溶液添加在生物系统的进样端口601上。

(10)第三移动平台移动，移动到微流体自动生成组件4的正下方。

(11)第二丝杆电机1003带动微流体自动生成组件4下移，当第三密封圈411和生物系统的进样端口601实现可靠密封时，停止下移。(如果采用负压方式，第三密封圈411和生物系统的出样端口603实现可靠密封)

(12)气路系统3开始工作，气泵提供正压，工作过程中压力实现梯度控制，将溶液压入生物系统中，形成微流体。

(13)微流体形成完毕后，微流体自动生成组件上移。

(14)将生物系统取出，整机完成一整个工作流程。

Claims (6)

1.一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，其特征在于，包括：

自动加样组件，用于给生物系统进行加样，

气路系统，用于提供正压或负压；

微流体自动生成组件，与加样后的生物系统密封连接，在气路系统提供的正压或负压作用下，使得生物系统中装填微流体，所述正压和负压呈梯度正变化；

所述气路系统包括气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一缓冲罐、第二缓冲罐、第五电磁阀、第六电磁阀、第一传感器、第二传感器，所述气泵的出气口分别与第一电磁阀的一出入口和第三电磁阀的一出入口相连通，第三电磁阀的另一出入口、第五电磁阀的一出入口以及第二传感器均与第一缓冲罐相连通，所述气泵的进气口分别与第二电磁阀的一出入口和第四电磁阀的一出入口相连通，第四电磁阀的另一出入口、第六电磁阀的一出入口以及第一传感器均与第二缓冲罐相连通，第五电磁阀另一出入口和第六电磁阀另一出入口相连通后通过微流体自动生成组件作用于生物系统的进样端口；

所述微流体自动生成组件包括块体以及安装在块体上的密封组件，所述块体上开有气路通道，所述密封组件包括基体、滑动轴和第二缓冲弹簧，所述基体安装在块体上，所述滑动轴滑动穿设在基体上，第二缓冲弹簧套设在滑动轴上，第二缓冲弹簧的一端抵住基体，另一端抵住滑动轴的下端，滑动轴的上端安装限位帽，所述滑动轴上沿轴线方向和径向方向均开有气道，两个气道相连通，滑动轴上套有第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈位于基体与限位帽之间，当限位帽压住第一密封圈时，气路通道的出口不与气道相连通，当限位帽不压住第一密封圈时，气路通道的出口与气道相连通；第二密封圈位于基体和滑动轴之间，滑动轴的下端开有与生物系统的进样端口相配合的孔，孔内安装第三密封圈，所述气路系统的出气口与气路通道的入口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，其特征在于，所述自动加样组件包括固定连接的上固定块和下固定块、液路驱动装置，上固定块和下固定块之间构成缓冲区，缓冲区内至少设置加样头，加样头和上固定块之间设置有第一缓冲弹簧，加样头的下端穿出下固定块，加样头的上端与液路驱动装置的出口相连通。

3.根据权利要求2所述的一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，其特征在于，所述自动加样组件搭载在第一移动平台上，所述第一移动平台能实现Z轴和X轴方向的移动。

4.根据权利要求1所述的一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，其特征在于，所述微流体自动生成组件搭载在第二移动平台上，所述第二移动平台能实现Z轴方向的移动。

5.根据权利要求1所述的一种应用于生物系统微流体的自动生成装置，其特征在于，还包括枪头盒基座、96孔板基座、生物系统，枪头盒基座、96孔板基座和生物系统均搭载在第三移动平台上，所述第三移动平台能实现Y轴方向移动。

6.一种应用于生物系统微流体的自动生成方法，其特征在于， 该方法在权利要求1所述的应用于生物系统微流体的自动生成装置中实现，该方法包括如下步骤：

（1）自动加样组件给生物系统进行加样，

（2）当气路系统提供正压时，气泵启动，第二电磁阀和第三电磁阀得电气路连通，第四电磁阀和第一电磁阀断电常闭，气泵工作时，空气通过第 二电磁阀流向第三电磁阀，然后对气路第一缓冲罐进行加压，当第二传感器检测到气路第一缓冲罐中的压力到达设定值时，第五电磁阀打开，正压通过微流体自动生成组件作用于生物系统的进样端口，将生物系统的进样端口处的溶液通过正压吹到生物系统的微流体储存区中，形成微流体；

（3）当气路系统提供负压时，气泵启动，第四电磁阀和第一电磁阀得电气路连通，第二电磁阀和第三电磁阀断电常闭，气泵工作时，将气路第二缓冲罐中的气体，通过第四电磁阀和第一电磁阀排到空气中，在气路第二缓冲罐中形成负压，当第一传感器检测到气路缓冲罐中的压力达到设定值时，第六电磁阀打开，负压通过微流体自动生成组件作用于生物系统的出样口端，将生物系统的进样端口处的溶液通过负压吸到生物系统的微流体储存区中，形成微流体。

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