CN109317225A - 一种基于数字微流控的可移动磁体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁物理学及微流控技术，具体提供了一种基于数字微流控的可移动磁体装置，包括一个嵌于数字微流控的驱动控制系统内三坐标机械云台，在所述三坐标机械云台上设置卡槽，使其可随机械云台向X轴、Y轴和Z轴方向移动，且在卡槽内可分离设置有磁体结构，使磁体结构固定于卡槽内。本发明能操控粒径范围较大的磁珠，从纳米级到微米级的磁珠均能在该平台上操作，使多个并行的液滴可以同时与磁珠分离，反应和分析的通量得以提高，具有广阔的应用前景和推广价值。

Description

一种基于数字微流控的可移动磁体装置
技术领域
本发明涉及磁物理学及微流控技术，特别提供了一种基于数字微流控的可移动磁体装置。
背景技术
数字液滴微流控作为一种精确操控微量流体的技术，在生化分析和生物医学等领域均得到重要的应用。作为一种新型的芯片技术，在数字微流控芯片上，每个液滴均可作为独立的反应单元，与传统的通道微流控相比，具有样品消耗量低、通量高、反应时间短等优点。数字液滴微流控芯片由上极板和下极板组成，溶液夹在上、下极板之间形成液滴。控制系统通过电极向液滴施加电压，改变液滴的表面张力从而驱动液滴运动。
磁珠由于其具有比表面积大、化学性能稳定、表面易于修饰其他分子、易于在外加磁场中操控等优点，在生化分析(如免疫反应、核酸检测、蛋白富集)和细胞分离等应用中有巨大的应用价值。数字液滴微流控与磁珠的结合可以进一步提高反应的通量和缩短反应时间。例如通过化学修饰将抗体或者DNA链接到磁珠上，目标分子或细胞会与磁珠之间形成特定的相互作用。在外加磁场的作用下，捕获的目标分子或细胞很容易被洗脱，之后用于下一步的反应或者分析。
在数字液滴微流控平台中，数字液滴是利用液滴表面的电润湿现象(EWOD)，通过向芯片电极施加电压改变介电质层的固液表面张力，实现液滴的产生、输运、分裂和合并等操作的一种技术。液滴与磁珠的分离是通过磁力吸附磁珠并利用电压驱动液滴来完成的，而液滴与磁珠的充分混合不需要外加磁场的参与，因此，需要在数字液滴微流控驱动控制系统中嵌入一套可以自由移动且能方便施加与撤销磁场的磁体装置。
发明内容
本发明提供一种基于数字微流控的可移动磁体装置，为磁珠在数字微流控中的应用提供支持，即磁珠与液滴分离和混合是在可移动磁铁装置的操控下进行的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于数字微流控的可移动磁体装置，包括一个嵌于数字微流控的驱动控制系统内三坐标机械云台，在所述三坐标机械云台上设置卡槽，使其可随机械云台向X轴、Y轴和Z轴方向移动，且在卡槽内可分离设置有磁体结构，使磁体结构固定于卡槽内。
所述磁体结构包括形状相同且左右对称的磁套，以及夹在两个磁套中间的磁铁。
所述磁套的上端面与下底面平行；两个磁套上端面之间的距离小于两个磁套之间磁铁的宽度，从上端面至下底面，两个磁套之间的距离逐渐增大直至达到磁铁的宽度则保持该宽度不变。
所述磁铁的高度略低于两个磁套之间距离为磁铁宽度的最高位置。
所述磁套为一体成型的良导磁性硅钢片。
所述卡槽为透明的有机玻璃卡槽。
所述三坐标机械云台通过控制磁体结构在X轴、Y轴和Z轴三个方向移动，使磁体结构靠近或远离数字微流控芯片，实现磁体结构对于数字微流控芯片上液滴内磁珠的磁力施加或取消操作。
所述驱动控制系统包括数字微流控芯片，设置于所述磁体结构上方的磁力最大位置处，液滴在电润湿力的作用下与数字微流控芯片上磁珠进行分离和混合。
所述数字微流控芯片包括固体基片、嵌在基片上的微电极以及覆盖在微电极上的介电层和疏水层。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明多个并行的液滴可以同时与磁珠分离，因此反应和分析的通量得以提高。
2.本发明能操控粒径范围较大的磁珠，从纳米级到微米级的磁珠均能在该平台上操作。
3.本发明的应用范围包括但不限于免疫反应、细胞分离、核酸提取和蛋白富集等。
附图说明
图1是本发明的磁体装置的纵剖面图；
其中，1为磁套、2为磁铁。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
可移动磁体装置包括可沿x轴、y轴、z轴移动的三坐标机械云台和固定在其上的左右对称的磁套钳制的磁体。三坐标机械云台的每个轴均由直线导轨和精密螺纹副进行传动。三坐标机械云台通过旋转基座上的3个旋钮，控制磁体结构在X轴、Y轴和Z轴三个方向移动，自由调节磁体的位置使磁体结构靠近或远离数字微流控芯片，实现磁体结构对于数字微流控芯片上液滴内磁珠的磁力施加或取消操作。
如图1所示为本发明的磁体装置的纵剖面图。
可移动磁体结构由左右对称的磁套1(良导磁性硅钢片)和夹在其中的磁铁2构成。磁体放置在固定在机械云台上的透明有机玻璃卡槽中。两个磁套1上端面之间的距离小于两个磁套1之间磁铁2的宽度，从上端面至下底面，两个磁套1之间的距离逐渐增大直至达到磁铁2的宽度则保持该宽度不变。磁铁位于左右两侧磁套1的中间，磁铁2的高度略低于两个磁套1之间距离为磁铁2宽度的最高位置。
源于磁体的磁力线被磁套导入磁套间的狭缝。磁体产生的强磁场经过磁套的规避形成完整的磁力线。磁珠可位于芯片的任何电极上，当磁套的中缝对准磁珠所在电极和相邻电极之间的缝隙，磁珠可被磁力固定而不随流体移动。磁力主要集中在磁体上方的狭缝间，从而避免了磁力的不必要衰减。更强的磁力有利于芯片上磁珠与液滴的分离。
磁源包括但不限于含铁、钴、镍和稀土元素的磁性材料制成的永磁体。
多个并行的液滴可以同时与磁珠分离，因此反应和分析的通量得以提高。
能操控粒径范围较大的磁珠，从纳米级到微米级的磁珠均能在该平台上操作。
其应用范围包括但不限于免疫反应、细胞分离、核酸提取和蛋白富集等。
数字微流控的驱动控制系统包括人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板和芯片；所述人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板顺序连接，继电器控制板与芯片连接；所述人机界面，用于接收芯片的控制参数；控制器，用于将控制参数转换为电平信号发送至继电器控制板；驱动电源板，用于给继电器控制板提供驱动电压；继电器控制板，用于根据电平信号将驱动电压供给芯片上的电极。继电器控制板包括多个继电器电路；继电器电路包括继电器和三极管；继电器的线圈一端与电源连接，另一端与三极管的集电极连接，线圈并联有二极管；继电器的一组常开触点的一个触点用于输入继电器控制板的驱动电压，另一个触点用于连接芯片上的一个电极；三极管发射极接地，基极通过电阻与控制器连接。芯片包括：上极板、下极板和PCI插槽；所述上极板和下极板均为PCB板；所述上极板、下极板的边缘设有金手指引脚，插入PCI插槽；PCI插槽与继电器控制板连接。上极板的左右两端由导电胶带缠绕构成上、下极板之间的间隔。下极板上表面设有多个排列的电极，每个电极的引线通过通孔由下极板下表面引出，通过金手指引脚与继电器控制板连接。

Claims (9)

1.一种基于数字微流控的可移动磁体装置，包括一个嵌于数字微流控的驱动控制系统内三坐标机械云台，其特征在于：在所述三坐标机械云台上设置卡槽，使其可随机械云台向X轴、Y轴和Z轴方向移动，且在卡槽内可分离设置有磁体结构，使磁体结构固定于卡槽内。
2.根据权利要求1所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述磁体结构包括形状相同且左右对称的磁套，以及夹在两个磁套中间的磁铁。
3.根据权利要求2所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述磁套的上端面与下底面平行；两个磁套上端面之间的距离小于两个磁套之间磁铁的宽度，从上端面至下底面，两个磁套之间的距离逐渐增大直至达到磁铁的宽度则保持该宽度不变。
4.根据权利要求3所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述磁铁的高度略低于两个磁套之间距离为磁铁宽度的最高位置。
5.根据权利要求2～4任一项所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述磁套为一体成型的良导磁性硅钢片。
6.根据权利要求1所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述卡槽为透明的有机玻璃卡槽。
7.根据权利要求1所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述三坐标机械云台通过控制磁体结构在X轴、Y轴和Z轴三个方向移动，使磁体结构靠近或远离数字微流控芯片，实现磁体结构对于数字微流控芯片上液滴内磁珠的磁力施加或取消操作。
8.根据权利要求1所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述驱动控制系统包括数字微流控芯片，设置于所述磁体结构上方的磁力最大位置处，液滴在电润湿力的作用下与数字微流控芯片上磁珠进行分离和混合。
9.根据权利要求7或8所述的基于数字微流控的可移动磁体装置，其特征在于：所述数字微流控芯片包括固体基片、嵌在基片上的微电极以及覆盖在微电极上的介电层和疏水层。
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