CN109046477A - 离心微流控装置 - Google Patents
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Abstract
一种离心微流控装置，离心微流控装置包括：离心驱动机构，若干个连接件及若干个检测卡盒；离心驱动机构具有离心转轴；各连接件的第一端连接离心转轴；检测卡盒包括盒体、盒盖、光电传感器及温度控制模块，盒体具有一端开口的腔体结构，光电传感器及温度控制模块均设置于腔体结构的侧壁上，微流控芯片位于盒体的腔体结构内，光电传感器对齐微流控芯片的检测腔。上述离心微流控装置，盒体的腔体结构容量更小，温度控制模块对温度的控制更为精确，尤其适和于对温度反应敏感的生化反应，从而使得检测结果更为准确。由于光电传感器与微流控芯片的位置相对静止，从而使得光电传感器能够检测到微流控芯片的检测腔的光电信号。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，特别是涉及一种离心微流控装置。
背景技术
微流控(Microfluidics)是指在亚毫米尺度上，一般在几微米到几百微米的尺度范围内，操控液体。微流控将生物和化学领域所涉及的基本操作单位，甚至于把整个化验操作，包括采样、稀释、反应、分离、检测等集成在一个小型芯片上，故又称芯片实验室(Lab-on-a-Chip)。这种芯片一般是由各种储液池和相互连接的微通道网络组成，能很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率。微流控为生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。微流控能很好地满足即时诊断(point-of-caretesting，POCT)小型化仪器的需求，所以被广泛的应用在POCT中。在产业化中，微流控一般分为以下几大类型：压力(气压或者液压)驱动式微流控，离心微流控，液滴微流控，数字化微流控，纸质微流控等。
其中，离心微流控隶属于微流控的一个分支，离心微流控指通过离心力来驱动液体的流动，它将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一个小型碟式的(disc-shaped)芯片上。除了微流控所特有的优点外，由于离心微流控只需要一个电机来提供液体操控所需要的力，所以整个设备更为简洁紧凑。而碟片式芯片上的离心场既能使得液体驱动更为有效，确保管道内没有残留液体，又能有效的实现基于密度差异的样本分离，因而能让并行处理更为简单。因此，离心微流控也被越来越多的应用在即时诊断中，其中最典型的产品代表就是Abaxis公司的Piccolo XpressTM。
离心微流控有着上述的诸多优点，但是由于在液体操控过程中，碟式芯片处在高速旋转中，这样终端的检测，比如光学检测就比较困难。每次测量前，碟式芯片均需要首先要停止高速离心状态，然后碟式芯片的位置才能被精确校准以对准芯片上方或者下方的光学检测部件。
现有的离心微流控，对于提供离心力的电机提出了很高的要求：一方面，电机要能高速旋转提供足够的离心力，另一方面，电机要能精准定位，保证每次检测前检测腔，比如化学发光中的发光反应腔，要能精确的对准光学检测部件。此外，目前的离心微流控对于处在高速离心状态中的碟式芯片中的检测腔的信号的实时读取几乎不能胜任。
在传统的离心微流控中，为了避免不同样本在后续液体操控中的串行污染，所以单个碟式芯片往往只能处理单个样本。这也大大降低了离心微流控自身所具有的能多样本并行处理的优势。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够在芯片旋转中进行光学检测、对电机要求较小、能够对处在高速离心状态中的芯片中的检测腔的信号进行实时检测以及能够并行处理多个样本的离心微流控装置。
一种离心微流控装置，用于处理微流控芯片，所述离心微流控装置包括：离心驱动机构，若干个连接件及若干个检测卡盒；所述离心驱动机构具有离心转轴；各所述连接件的第一端连接所述离心转轴；各所述检测卡盒一一对应连接所述连接件的第二端；所述检测卡盒包括盒体、盒盖、光电传感器及温度控制模块，所述盒体连接所述连接件的第二端；所述连接件用于在所述离心转轴的带动下带动所述盒体以所述离心转轴为中心转动，所述盒体具有一端开口的腔体结构，所述盒盖盖合所述盒体且所述盒盖位于所述腔体结构的开口位置处；所述光电传感器及所述温度控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述微流控芯片位于所述盒体的腔体结构内，所述光电传感器对齐所述微流控芯片的检测腔。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括控制器，所述控制器分别电连接所述光电传感器及所述温度控制模块。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括阀及阀控制模块，所述阀及所述阀控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述阀、所述阀控制模块及所述微流控芯片顺序连通，所述阀控制模块电连接所述控制器。
在其中一个实施例中，所述阀为主动阀。
在其中一个实施例中，所述主动阀包括石蜡阀、压力阀或电磁阀
在其中一个实施例中，所述盒体具有扇形截面。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括无线供电模块，所述无线供电模块设置于所述盒体上，所述无线供电模块电连接所述控制器。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括无线通信模块，所述无线通信模块设置于所述盒体上，所述无线通信模块电连接所述控制器。
在其中一个实施例中，设置偶数个所述检测卡盒，若干个所述检测卡盒以所述离心转轴为中心两两对称设置。
在其中一个实施例中，所述连接件为连接臂，所述连接臂具有矩形体状结构。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括光源，所述光源设置于所述盒盖朝向所述腔体结构的一侧上，所述光源的出光侧对齐所述微流控芯片的检测腔，且所述微流控芯片位于所述光电传感器和所述光源之间，所述光源电连接所述控制器。
上述离心微流控装置，通过设置若干个检测卡盒，每个检测卡盒中均设置光电传感器，用于检测微流控芯片的检测腔的光电信号，如此，在检测卡盒高速离心转动中，由于光电传感器与微流控芯片的位置相对静止，从而使得光电传感器能够检测到微流控芯片的检测腔的光电信号，上述离心微流控装置无需使电机停机即可检测，相对于传统电机每次检测都需要电机能够精准定位以便于光学检测部件进行检测，上述离心微流控装置无此要求，从而对电机要求较低，能够对处在高速离心状态中的芯片中的检测腔的信号进行实时检测。通过在每个检测卡盒中均设置温度控制模块，可以对每个检测卡盒的盒体的腔体结构内均进行较为精密的温度控制，相对于传统的整体温度控制方案，上述离心微流控装置，能够同时并行处理多个样本，尤其是适用于样本涉及PCR反应的检测。此外，相对于传统的整体温度控制，上述离心微流控装置的盒体的腔体结构容量更小，温度控制模块对温度的控制更为精确，尤其适和于对温度反应敏感的生化反应，从而使得检测结果更为准确。
附图说明
图1为本发明一实施例的离心微流控装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例的离心微流控装置的检测卡盒的局部分解图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种离心微流控装置，用于处理微流控芯片，所述离心微流控装置包括：离心驱动机构，若干个连接件及若干个检测卡盒；所述离心驱动机构具有离心转轴；各所述连接件的第一端连接所述离心转轴；各所述检测卡盒一一对应连接所述连接件的第二端；所述检测卡盒包括盒体、盒盖、光电传感器及温度控制模块，所述盒体连接所述连接件的第二端，所述连接件用于在所述离心转轴的带动下带动所述盒体以所述离心转轴为中心转动；所述盒体具有一端开口的腔体结构，所述盒盖盖合所述盒体且所述盒盖位于所述腔体结构的开口位置处；所述光电传感器及所述温度控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述微流控芯片位于所述盒体的腔体结构内，所述光电传感器对齐所述微流控芯片的检测腔。
为了进一步说明上述离心微流控装置，又一个例子是，请参阅图1及图2，离心微流控装置10包括离心驱动机构100，若干个连接件200及若干个检测卡盒300；所述离心驱动机构100具有离心转轴110；离心驱动结构用于提供离心旋转作用，离心驱动机构带动离心转轴旋转。各所述连接件200的第一端连接所述离心转轴110；各所述检测卡盒300一一对应连接所述连接件200的第二端；所述连接件200在所述离心转轴110的带动下带动所述检测卡盒300以所述离心转轴的轴线为中心进行旋转，从而产生离心力。又如，所述连接件200在所述离心转轴110的带动下带动所述检测卡盒300以所述离心转轴的中心轴线为中心进行旋转，从而产生离心力。所述检测卡盒300包括盒体310、盒盖320、光电传感器330及温度控制模块340，所述盒体310连接所述连接件200的第二端；所述盒体310具有一端开口的腔体结构311，所述盒盖320盖合所述盒体311且所述盒盖311位于所述腔体结构311的开口位置处；所述光电传感器330及所述温度控制模块340均设置于所述腔体结构311的侧壁上，所述微流控芯片位于所述盒体的腔体结构内，所述光电传感器330对齐所述微流控芯片的检测腔。所述光电传感器用于检测微流控芯片的检测腔的光电信号。所述温度控制模块用于对所述腔体结构311的温度起到控制作用，其升温通过升温电阻实现，其降温通过帕尔帖效应来实现，即通过半导体来进行制冷，从而对腔体结构311的温度起到较为精确的控制作用。在其中一个实施例中，设置偶数个所述检测卡盒，若干个所述检测卡盒以所述离心转轴为中心两两对称设置。在其中一个实施例中，所述连接件为连接臂，所述连接臂具有矩形体状结构。如此，连接结构较为牢固。当然，检测卡盒的数量也可以这只为奇数个，但必须能保证离心配平，例如，设置三个检测卡盒，检测卡盒两两夹角为120度。
上述离心微流控装置10，通过设置若干个检测卡盒300，每个检测卡盒300中均设置光电传感器330，用于检测微流控芯片的检测腔的光电信号，如此，在检测卡盒300高速离心转动中，由于光电传感器330与微流控芯片的位置相对静止，从而使得光电传感器330能够检测到微流控芯片的检测腔的光电信号，上述离心微流控装置10无需使电机停机即可检测，相对于传统电机每次检测都需要电机能够精准定位以便于光学检测部件进行检测，上述离心微流控装置10无此要求，从而对电机要求较低，能够对处在高速离心状态中的芯片中的检测腔的信号进行实时检测。通过在每个检测卡盒300中均设置温度控制模块340，可以对每个检测卡盒300的盒体310的腔体结构311内均进行较为精密的温度控制，相对于传统的整体温度控制方案，上述离心微流控装置10，能够同时并行处理多个样本，尤其是适用于样本涉及PCR反应的检测。此外，相对于传统的整体温度控制，上述离心微流控装置的盒体310的腔体结构311容量更小，温度控制模块330对温度的控制更为精确，尤其适和于对温度反应敏感的生化反应，从而使得检测结果更为准确。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括控制器，所述控制器分别电连接所述光电传感器及所述温度控制模块，即，所述光电传感器及所述温度控制模块分别电连接所述控制器。所述控制器用于控制光电传感器和温度控制模块。
在其中一个实施例中，所述盒体具有扇形截面，即，所述盒体整体具有扇形结构，且所述盒体的扇形的圆心与所述离心转轴的轴心重合，如此，能够使得盒体在离心转动过程中的阻力相对较小，从而对盒体的离心作用力较大。优选的，所述，所述扇形结构的两个侧边的延长线的夹角为60度，且所述扇形结构的远离圆心的外弧边的直径为15厘米，如此，能够使得盒体在离心转动过程中的阻力相对较小，从而对盒体的离心作用力较大，且能够起到较好地离心微流控作用。当然，所述盒体也不限于扇形截面，也可以为其它形状。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括光源，所述光源设置于所述盒盖朝向所述腔体结构的一侧上，所述光源的出光侧对齐所述微流控芯片的检测腔，且所述微流控芯片位于所述光电传感器和所述光源之间，所述光源电连接所述控制器。所述光源的出光测发出光线，然后经过微流控芯片的检测腔之后的光线被光电传感器检测到并对其进行分析，从而产生光电信号，如此，能够对其进行分析从而分析出微流控芯片的检测腔的检测结果。需要说明的是，其分析原理包括但不限于朗伯一比尔定律及荧光强度等。
需要说明的是，在传统的微流控系统中，驱动力往往需要阀来配合，从而增大液体操控的自由度，也增大液体操控的稳定性，但是，在传统的离心微流控中，碟式芯片要处在能转动的状态中，所以使用接触式主动阀往往也成为不可能。为了在本发明的离心微流控装置能引入对微流控芯片内部的液体试剂的进行辅助控制的阀，在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括阀及阀控制模块，所述阀及所述阀控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述阀、所述阀控制模块及所述微流控芯片顺序连通，所述阀控制模块电连接所述控制器。例如，所述阀为主动阀。又如，所述主动阀包括但不限于石蜡阀、压力阀或电磁阀。需要说明的是，阀及阀控制模块能辅助离心力来实现对微流控芯片内部的液体试剂的控制，从而实现液体试剂的顺序加载等一些操作。当然，阀可以是压力阀，阀控制模块控制阀去挤压微流控芯片一些通道，从而使这些通道形变从而关闭以阻止液体在其内流动。需要说明的是，微流控芯片如何和阀连通，请参考现有技术，本申请在此不再赘述。又如，所述阀连通所述微流控芯片，所述阀受所述阀控制模块控制，所述阀控制模块电连接所述控制器。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括无线供电模块，所述无线供电模块设置于所述盒体上，所述无线供电模块电连接所述控制器。如此，通过无线供电模块，能够较好地对控制器、光电传感器及温度控制模块等进行供电。需要说明的是，由于光电传感器、温度控制模块等电连接控制器，因此在无线供电模块进行供电时，也能够对光电传感器、温度控制模块等进行供电。如此，配合其他无线供电模块即可实现供电连接。需要说明的是，如何通过无线供电模块进行供电，请参考现有技术，本申请在此不再赘述。当然，一种替代供电方案也可以是，可以采用供电滑环对控制器进行供电，即，将供电滑环套置于离心转轴外，供电滑环与所述控制器电连接，又如，所述供电滑环与所述离心转轴同步转动。另一种替代方案是，检测卡盒还包括可充电电池，可充电电池电连接所述控制器，可充电电池设置于盒体上，优选的，可充电电池设置于所述腔体结构的侧壁上。又如，可充电电池为锂离子电池、铅酸电池或镍氢电池。
在其中一个实施例中，所述检测卡盒还包括无线通信模块，所述无线通信模块设置于所述盒体上，所述无线通信模块电连接所述控制器。如此，通过无线通信模块，可以实时与外部总控制器连接，方便外部总控制器的分析、控制和对数据的接收。又如，所述无线通信模块包括但不限于LoRa模块、蓝牙模块、WIFI模块、Zigbee模块、GPRS模块、CDMA模块或WCDMA模块。
为了较好地实现微流控芯片的安装或者上样，一实施例中，所述腔体结构的侧壁开设有安装槽，所述检测卡盒还包括芯片托盘，所述芯片托盘安装于所述安装槽内，所述芯片托盘上开设有芯片槽，所述芯片槽用于安装或者容置微流控芯片，所述芯片槽的开设方向与所述离心转轴的轴向方向相同，所述芯片槽下开设有检测口，所述检测口与所述光电传感器对齐，或者说，光电传感器对准所述检测口，所述检测口的开设位置与所述微流控芯片的检测腔相对应，所述光源的出光测对准所述检测口，所述芯片托盘上还设置有卡接装置，所述卡接装置用于将微流控芯片限位在芯片槽内。如此，能够较好地实现微流控芯片的安装或者上样。
一实施例中，所述卡接装置包括卡持杆、卡钩及锁扣，所述卡持杆的第一端枢接在所述芯片托盘上，所述卡持杆的第二端设置连接所述卡钩，所述锁扣设置在所述芯片托盘上，所述锁扣具有锁销，所述卡钩可勾在所述锁销上，所述卡持杆中部凸设有抵接部，所述抵接部用于将所述微流控芯片抵接限位在芯片槽内。如此，通过设置所述卡接装置，将微流控芯片安装在芯片槽内后，通过将卡钩勾在所述锁销上，并锁紧锁扣，从而能够使得微流控芯片被限位在芯片槽内。当然，其它实施例中，卡接装置也可以做成类似光盘的放入装置。
上述离心微流控装置，通过设置若干个检测卡盒，每个检测卡盒中均设置光电传感器，用于检测微流控芯片的检测腔的光电信号，如此，在检测卡盒高速离心转动中，由于光电传感器与微流控芯片的位置相对静止，从而使得光电传感器能够检测到微流控芯片的检测腔的光电信号，上述离心微流控装置无需使电机停机即可检测，相对于传统电机每次检测都需要电机能够精准定位以便于光学检测部件进行检测，上述离心微流控装置无此要求，从而对电机要求较低，能够对处在高速离心状态中的芯片中的检测腔的信号进行实时检测。通过在每个检测卡盒中均设置温度控制模块，可以对每个检测卡盒的盒体的腔体结构内均进行较为精密的温度控制，相对于传统的整体温度控制方案，上述离心微流控装置，能够同时并行处理多个样本，尤其是适用于样本涉及PCR反应的检测。此外，相对于传统的整体温度控制，上述离心微流控装置的盒体的腔体结构容量更小，温度控制模块对温度的控制更为精确，尤其适和于对温度反应敏感的生化反应，从而使得检测结果更为准确。
需要说明的是，传统的离心微流控，在液体操控过程中，碟式芯片处在高速旋转中，这样终端的检测，比如光学检测就比较困难：每次测量前，碟式芯片首先要停止高速离心状态，然后碟式芯片的位置必须被精确校准以对准芯片上方或者下方的光学检测部件，如光电检测器等。这对于提供离心力的电机提出了很高的要求：一方面电机要能高速旋转提供足够的离心力，另一方面，电机要能精准定位，保证每次检测前检测腔，比如化学发光中的发光反应腔，要能精确的对准光学检测部件。而且，这里对于处在高速离心状态中的碟式芯片中的检测腔的信号实时读取往往变得更加不可能。另一方面，在其他微流控系统中，驱动力往往需要阀来配合，从而增大液体操控的自由度，也增大液体操控的稳定性。但是，由于离心微流控中，碟式芯片要处在能转动的状态中，所以使用接触式主动阀往往也成为不可能。最后，在传统的离心微流控中，为了避免不同样本在后续液体操控中的串行污染，所以单个碟式芯片往往只能处理单个样本，这也大大降低了离心微流控能多样本并行处理的优势。
本申请提出一种新型的离心微流控装置。该装置主要解决以下问题：1.检测终端，比如光电传感器，跟微流控芯片一起集成在密闭的检测卡盒内，与微流控芯片一起转动。这样检测器相对于微流控芯片检测区始终保持静止，能做到实时光学信号检测。2.多个微流控芯片可以被分别放置在多个检测卡盒里，这样既避免了多个样本之间的串行污染，又能实现多样本并行处理。3.检测卡盒的密闭空间的腔体结构中可以集成各种阀系统，能配合离心力一起实现更为复杂的液体操控。4.检测卡盒空间更小，其内温度控制更容易实现。5.检测卡盒之间不同相互通信或者实现并联。
本申请在在传统的离心微流控系统之上，搭建了新型离心微流控系统。该系统包含一个由电机驱动的离心平台和若干个对称放置的检测卡盒组成。其中检测卡盒可以固定在由电机带动的可转动的部件，如离心转轴上。这种固定方式包括但不限于通过伸展悬臂固定在转轴上。离心微流控芯片被放置在密闭卡盒内。卡盒内可以集成温度控制模块，辅助阀及其驱动模块，光电检测模块，无线供电模块，无线信号传输模块。下面以分子诊断为例，说明该新型离心微流控系统的具体应用方案：又如，检测卡盒即为密闭卡盒，由于盒体的腔体结构被盒盖密闭，因此称其为密闭卡盒，也简称为卡盒。又如，无线信号传输模块即为无线通信模块。
一实施例中，首先集成有分子诊断功能的离心微流控芯片被放置在对称的密闭卡盒里。卡盒内部可以预先集成了温度控制模块，辅助阀驱动模块，光电检测模块等。在分子诊断中，较为关键的一步就是PCR反应的温度循环。对于温度控制模块而言，由于卡盒内部空间远远小于传统离心微流控系统的碟式芯片转动空间，所以可以是对卡盒内部整体进行升温降温操作，能够理解，相同条件下，空间越小，升温降温越迅速，温度控制也越为准确，因而较小容量的卡盒温度控制更为精确。也可以只对PCR反应腔进行点对点的温度控制，这样升温降温更为迅速，温度控制也更为准确。此外，需要说明的是，在离心微流控中，由于离心力总是径向向外的，单单离心力来操控液体流动，液体操控的自由度也大大受到限制。虽然，离心微流控系统中离心力总是会配合着毛吸阀来使用，但是毛吸阀对于管道和试剂的亲疏水性要求一般都比较高，在实际应用中，应用往往也很受限制。而其他的微流控系统中，往往一些主动阀系统，比如压力阀或者电磁阀等，会用来辅助液体的操控。在传统碟片式离心微流控中，碟片式芯片需要转动，往往无法去集成这些主动阀及其控制系统。这里我们可以在卡盒里集成主动阀及其控制系统，主动阀比如石蜡阀，压力阀等，及其控制系统，能够辅助离心力来控制液体的流动。阀一般集成在微流控芯片内部，而阀驱动模块则可以集成在卡盒内其他合适位置。这样液体的控制的自由度更高，也更为稳定可靠。在分子诊断的最终检测过程中，往往需要实时的读取荧光信号，通过荧光曲线来判定检测结果。本实施例中可以把光电探测器集成在卡盒里，这样检测器相对于芯片检测区始终保持静止，能做到实时光学信号检测。而在传统的离心微流控平台中，由于碟式芯片的转动，荧光信号的读取往往要等到碟式芯片转动停止，而且要校准碟式芯片的位置以使得碟式芯片上的检测腔对准集成在碟式芯片上方或者下方的光电探测器。在该离心微流控装置中，检测卡盒可以对称地由悬臂固定在转轴上，所以理论上可以固定任意偶数个数的卡盒(2，4，6，8，10……)，这样可以偶数个数的集成有分子诊断功能的微流控芯片同时上机检测，从而做到单机多样本同时检测。且由于卡盒密闭，可以隔绝样本之间在PCR反应中由于气溶胶的产生而带来的串行污染。在离心过程中，因为卡盒与卡之间相对静止，所以卡盒与卡盒之间可以通过相互连接的线路进行实时通信或者实现并联。卡盒可以提供空间用于集成各种阀及其驱动模块，而一些主动阀将大大增加了离心微流控平台的液体操控自由度和稳定性。卡盒可以集成检测模块，如光电传感器和温度控制模块，这样在离心过程中，对于光学检测而言，可以保持光电探测器与微流控芯片中的检测腔的始终相对静止。从而可以做到光学信号的实时读取。相比于传统的碟式离心微流控，卡盒内部空间较小，便于生化反应中的温度控制。同时卡盒也提供了空间用以实现对芯片上需要温控的腔室的点对点温度控制。多个密闭卡盒可以实现单机多样本处理，大大增加了离心微流控平台的检测通量，与此同时也可以做到隔绝多个样本之间的串行污染。在离心过程中，因为卡盒与微流控芯片之间相对静止，所以卡盒与卡盒之间可以通过相互连接的线路等方式进行实时通信或者实现并联。离心微流控平台的转轴上通过悬臂固定有4个密闭卡盒。卡盒内部用以放置离心微流控芯片，也可以集成温度控制模块，光电检测模块，阀及其驱动模块，无线供电模块，无线信号传输模块等。在传统的离心微流控系统之上，搭建了新型离心微流控系统。该系统包含一个由电机驱动的离心平台和若干个对称放置的密闭卡盒组成。其中密闭卡盒可以通过伸展悬臂固定在由电机带动着转动的转轴上。这个系统中，离心微流控芯片被放置在密闭卡盒内。在密闭卡盒内集成有阀及其驱动模块，温度检测模块、光电检测模块。当然，主动阀也可以集成在离心微流控芯片的内部。这样主动阀及其驱动模块配合着离心力来操控液体在离心微流控芯片中流动。密闭卡盒内部实例如图，其中包含卡盒盖子，卡盒主体，四个阀，阀控制模块，温度控制模块，光电检测器。在使用过程中，微流控芯片放置在卡盒盖子和底部光电检测器之间。阀及其控制模块能辅助离心力来实现对微流控芯片内部的液体试剂的控制，从而实现液体试剂的顺序加载等一些操作。典型的，阀可以是压力阀，阀控制模块控制阀去挤压微流控芯片一些通道，从而使这些通道形变从而关闭以阻止液体在其内流动。温度控制模块中一般包含温度传感器和温敏电阻。典型的，卡盒内升温可以通过加热电阻加热卡盒内部空气来实现，降温可以通过帕尔帖效应来实现。光电检测器对准正上方的微流控芯片上的检测腔。比如在化学发光免疫实验中，最终的发光反应腔室发出来的光信号被光电探测器(光电倍增管等)实时接收。卡盒内部的供电可以有以下方式：1.卡盒下方集成无线供电模块，以实现卡盒内部的整体供电。2.转轴和悬臂之间用供电滑环连接，这样也可以实现边转动边供电。3.卡盒内部放置可充电电池，电池实现卡盒内部的供电。卡盒内部可以集成无线信号传输模块，比如蓝牙模块或者zigbee通信模块等，可以实现信号的实时传输以及与此离心微流控平台其他部件之间的通信。在离心过程中，因为卡盒与卡之间相对静止，所以卡盒与卡盒之间可以通过相互连接的线路进行实时通信或者实现并联。在由电机带动转动的模块上固定若干个密闭卡盒，包括但不限于在转轴上通过悬臂来固定的方式，并将离心微流控芯片固定在密闭卡盒内部的装置。在密闭卡盒内部集成各种模块，包括不限于温度控制模块，阀及其驱动模块，包括石蜡阀，压力阀，电磁阀等等，检测模块，包括但不限于光学检测，电化学检测等等，无线供电模块，无线信号传输模块比如蓝牙，zigbee等。在离心过程中，因为卡盒与卡之间相对静止，所以卡盒与卡盒之间可以通过相互连接的线路等方式进行实时通信或者实现并联。本发明专利在传统的碟式离心微流控系统之上，提出了一种新型的离心微流控系统。在该系统中，在由电机带动着转动的模块上对称固定偶数个密闭卡盒。固定方式包括但不限于通过伸展悬臂固定在由电机带动着转动的转轴上。这个系统中，离心微流控芯片被放置在密闭卡盒内。卡盒内可以集成温度控制模块，阀及其驱动模块，检测模块，无线供电模块，无线信号传输模块等。这种新型的离心微流控装置中既便于使用各种阀系统，又可以做到实时对生化反应的检测，也便于对卡盒内部整体的温度控制或者对离心微流控芯片上需要温控的部分进行点对点的温度控制，同时能实现多样本上机同时检测，大大地增大了离心微流控系统的检测通量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是，本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等，旨在对本申请进行举例说明，而不是用于限制本申请。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种离心微流控装置，用于处理微流控芯片，其特征在于，所述离心微流控装置包括：
离心驱动机构，所述离心驱动机构具有离心转轴；
若干个连接件，各所述连接件的第一端连接所述离心转轴；
若干个检测卡盒，各所述检测卡盒一一对应连接所述连接件的第二端；所述检测卡盒包括盒体、盒盖、光电传感器及温度控制模块，所述盒体连接所述连接件的第二端；所述连接件用于在所述离心转轴的带动下带动所述盒体以所述离心转轴为中心转动，所述盒体具有一端开口的腔体结构，所述盒盖盖合所述盒体且所述盒盖位于所述腔体结构的开口位置处；所述光电传感器及所述温度控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述微流控芯片位于所述盒体的腔体结构内，所述光电传感器对齐所述微流控芯片的检测腔。
2.根据权利要求1所述的离心微流控装置，其特征在于，所述检测卡盒还包括控制器，所述控制器分别电连接所述光电传感器及所述温度控制模块。
3.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，所述检测卡盒还包括阀及阀控制模块，所述阀及所述阀控制模块均设置于所述腔体结构的侧壁上，所述阀、所述阀控制模块及所述微流控芯片顺序连通，所述阀控制模块电连接所述控制器。
4.根据权利要求3所述的离心微流控装置，其特征在于，所述阀为主动阀。
5.根据权利要求4所述的离心微流控装置，其特征在于，所述主动阀包括石蜡阀、压力阀或电磁阀。
6.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，所述盒体具有扇形截面。
7.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，所述检测卡盒还包括无线供电模块，所述无线供电模块设置于所述盒体上，所述无线供电模块电连接所述控制器。
8.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，所述检测卡盒还包括无线通信模块，所述无线通信模块设置于所述盒体上，所述无线通信模块电连接所述控制器。
9.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，设置偶数个所述检测卡盒，若干个所述检测卡盒以所述离心转轴为中心两两对称设置。
10.根据权利要求2所述的离心微流控装置，其特征在于，所述检测卡盒还包括光源，所述光源设置于所述盒盖朝向所述腔体结构的一侧上，所述光源的出光侧对齐所述微流控芯片的检测腔，且所述微流控芯片位于所述光电传感器和所述光源之间，所述光源电连接所述控制器。
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| GR01 | Patent grant | ||
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