CN109839418B - 微流控高通量合成和电化学表征一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，本发明可以快速的实现微流控高通量溶液的合成与电化学检测，材料合成后可以快速的实现对合成后材料的电化学检测，提高一体化性能；本发明在对微流控合成的材料进行检测时，利用多个电极进行检测，并采用双电源的方式；本发明的检测头在检测前，通过压力传感器与控制计算机控制连接，压力传感器用于检测检测头伸入反应腔体内检测时是否伸入到位，可以进行精确的定位。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体是微流控高通量合成和电化学表征一体化装置。
背景技术
微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
目前，采用微流控芯片进行合成材料的应用已经十分广泛，而且，对于材料的合成研究也具有极其重要的价值。由于微流控合成材料一般是在阵列布置的上百个反应腔体内进行的，因此，在对其进行合成后，一般需要研究合成后材料的电化学性能，以便于对不同条件下合成材料的性能进行研究，目前对于电化学性能的检测一般仅仅是对单个产品进行检测，这种检测设备对于微流控芯片合成的阵列的材料难以达到快速检测的目的，难以实现准确的对合成材料的研究。
因此，本发明提供了微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，包括底座、电源控制箱、控制计算机和合成与检测一体化箱，其中，所述电源控制箱、合成与检测一体化箱和控制计算机依次固定设置在所述底座的长度方向上；其特征在于，
所述合成与检测一体化箱包括设置在箱体内部的微流控高通量合成组件和电化学检测组件；其中，所述箱体包括从下向上依次盖设在一起的底箱、中间箱和上盖，
所述微流控高通量合成组件设置在所述底箱内，所述电化学检测组件设置在所述中间箱内，所述上盖上还设置有控制所述电化学检测组件升降的伸缩驱动器；
所述伸缩驱动器驱动所述电化学检测组件的检测盘升降运动，以便使得检测盘下端部的各个检测头伸入/升出微流控高通量合成组件的反应腔体；
所述微流控高通量合成组件包括阵列布置的多个反应腔体，且反应腔体的个数为几百个；
所述伸缩驱动器、微流控高通量合成组件和电化学检测组件均由所述控制计算机控制，以便依次实现微流控材料合成和合成材料的电化学性能检测。
作为本发明进一步的方案：所述微流控高通量合成组件包括微流控合成芯片、微流道材料泵入座和微流道材料泵入器，其中，所述反应腔体阵列布设在所述微流控芯片上，所述微流控合成芯片设置在所述底箱内，所述底箱的一侧壁上固定设置有微流道材料泵入座，所述微流道材料泵入座与所述微流道材料泵入器连接，所述微流道材料泵入座内设置有连通所述微流道材料泵入器出料端与微流控合成芯片的微流控流道的连通流道，所述微流控合成芯片的微流控流道与反应腔体连通，所述微流道材料泵入器由所述计算机控制器进行控制。
作为本发明进一步的方案：所述伸缩驱动器的输出端连接设置有升降柱，所述升降柱的底部固定连接所述检测盘，所述检测盘的底部的各个检测头与微流控合成芯片上的反应腔体一一对应设置；且
所述检测头的底部边缘处设置有锥形定位头，所述微流控合成芯片的反应腔体的上周壁上设置有锥形定位槽，所述锥形定位头与锥形定位槽定位配合，且锥形定位槽内设置有压力传感器，所述压力传感器与控制计算机控制连接，所述压力传感器用于检测所述检测头伸入反应腔体内检测时是否伸入到位。
作为本发明进一步的方案：所述电化学检测组件的检测头包括检测头座、单元检测电路板、弹性座、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，其中，所述检测头座内部的顶端设置有单元检测电路板，所述检测头座的内部竖直方向中间位置还设置有弹性座，所述弹性座的底部安装有与单元检测电路板电连接的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，且所述第二电极通过伸缩杆连接在所述弹性座的底部，所述第二电极接地，在所述检测头定位伸入反应腔体后，所述第二电极在所述伸缩杆的伸缩运动下，能够上升离开反应腔体内的检测液或者伸入反应腔体内的检测液内，所述第二电极的线路接地。
作为本发明进一步的方案：所述电化学检测组件的检测头还包括双电源、可变电阻器、电流表和电压表，其中，所述第一电极与第四电极之间的线路上依次串联设置有双电源、可变电阻器、电流表和电压表，所述电流表和电压表之间的线路上连接所述第三电极，所述双电源的两个电源的两端电压大小相同、且电压的极性相反，以便实现对所述第一电极与第四电极之间施加相反的电压值。
作为本发明进一步的方案：在对反应腔体内的检测液进行检测时，所述控制计算机能够控制所述双电源的其中一个电源供电，且控制所述可变电阻器的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小；之后，所述控制计算机能够控制所述双电源的另外一个电源供电，且控制所述可变电阻器的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小，分别记录不同可变电阻器的阻值时，所述电流表和电压表的检测值；且
所述控制计算机控制所述双电源由其中一个电源转换至另外一个电源供电前，所述检测头向上升起以便离开所述反应腔体，且所述伸缩杆控制第二电极伸入所述反应腔体的检测液内一定时间后，所述述伸缩杆控制第二电极抬起，并使得检测头重新伸入反应腔体的检测液内，再进行另外一个电源供电的检测。
作为本发明进一步的方案：所述伸缩驱动器为气缸、电磁伸缩器或电机螺母丝杆机构，所述伸缩杆为气缸或者电磁伸缩器。
作为本发明进一步的方案：所述上盖上的伸缩驱动器包括控制气泵、气杆和升降盘，所述控制气泵采用多个气管连接至各自的气杆，所述气杆的输出端连接至升降盘，所述检测盘的上端采用联轴器连接至所述升降盘。
作为本发明进一步的方案：所述合成与检测一体化箱的底部采用竖直调平支撑架固定支撑在底座上，所述电源控制箱内部设置有电源控制面板，所述底箱的前侧面设置有用于显示微流控合成芯片的各个反应腔体的反应条件的反应显示器，所述中间箱的前侧面设置有用于显示对各个反应腔体电化学检测的检测信息。
作为本发明进一步的方案：所述控制计算机能够根据对各个反应腔体的反应溶液所检测的电流电压值绘制出电流与电压变化曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明可以快速的实现微流控高通量溶液的合成与电化学检测，材料合成后可以快速的实现对合成后材料的电化学检测，提高一体化性能；
(2)本发明在对微流控合成的材料进行检测时，利用多个电极进行检测，并采用双电源的方式，利用对双电源施加电压方向相反的电压，便于提高对材料性能的检测精度，而且，在对电源进行转换时，利用第二电极接地处理，可以降低合成溶液内部电荷对检测精度的影响，提高检测精度；
(3)本发明的检测头在检测前，通过压力传感器与控制计算机控制连接，压力传感器用于检测检测头伸入反应腔体内检测时是否伸入到位，可以进行精确的定位。
附图说明
图1为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置的外观结构示意图；
图2为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置中的检测盘与微流控合成芯片局部放大位置关系结构示意图；
图3为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置中检测盘与升降盘的整体布置结构示意图。
图4为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置中微流控芯片的俯视结构示意图；
图5为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置的检测头内部结构示意图；
图6为微流控高通量合成和电化学表征一体化装置的各个电极与双电源的连接简化电路示意图；
具体实施方式
请参阅图1～6，本发明实施例中，微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，包括底座1、电源控制箱8、控制计算机和合成与检测一体化箱，其中，所述电源控制箱8、合成与检测一体化箱和控制计算机依次固定设置在所述底座1的长度方向上；其特征在于，
所述合成与检测一体化箱包括设置在箱体内部的微流控高通量合成组件和电化学检测组件；其中，所述箱体包括从下向上依次盖设在一起的底箱4、中间箱3和上盖2，
所述微流控高通量合成组件设置在所述底箱4内，所述电化学检测组件设置在所述中间箱3内，所述上盖2上还设置有控制所述电化学检测组件升降的伸缩驱动器12；
所述伸缩驱动器12驱动所述电化学检测组件的检测盘14升降运动，以便使得检测盘14下端部的各个检测头15伸入/升出微流控高通量合成组件的反应腔体19；
所述微流控高通量合成组件包括阵列布置的多个反应腔体19，且反应腔体19的个数为几百个；
所述伸缩驱动器12、微流控高通量合成组件和电化学检测组件均由所述控制计算机控制，以便依次实现微流控材料合成和合成材料的电化学性能检测。
在本实施例中，所述微流控高通量合成组件包括微流控合成芯片18、微流道材料泵入座5和微流道材料泵入器6，其中，所述反应腔体阵列布设在所述微流控芯片18上，所述微流控合成芯片18设置在所述底箱4内，所述底箱4的一侧壁上固定设置有微流道材料泵入座5，所述微流道材料泵入座5与所述微流道材料泵入器6连接，所述微流道材料泵入座5内设置有连通所述微流道材料泵入器6出料端与微流控合成芯片18的微流控流道的连通流道，所述微流控合成芯片18的微流控流道与反应腔体连通，所述微流道材料泵入器6由所述计算机控制器进行控制。
作为较佳的实施例，所述伸缩驱动器12的输出端连接设置有升降柱13，所述升降柱13的底部固定连接所述检测盘14，所述检测盘14的底部的各个检测头15与微流控合成芯片18上的反应腔体19一一对应设置；且
所述检测头15的底部边缘处设置有锥形定位头16，所述微流控合成芯片18的反应腔体19的上周壁上设置有锥形定位槽17，所述锥形定位头16与锥形定位槽17定位配合，且锥形定位槽17内设置有压力传感器，所述压力传感器与控制计算机控制连接，所述压力传感器用于检测所述检测头15伸入反应腔体内检测时是否伸入到位。
其中，所述电化学检测组件的检测头15包括检测头座150、单元检测电路板151、弹性座152、第一电极154、第二电极155、第三电极156和第四电极157，其中，所述检测头座150内部的顶端设置有单元检测电路板151，所述检测头座150的内部竖直方向中间位置还设置有弹性座152，所述弹性座152的底部安装有与单元检测电路板电连接的第一电极154、第二电极155、第三电极156和第四电极157，且所述第二电极155通过伸缩杆153连接在所述弹性座152的底部，所述第二电极155接地，在所述检测头15定位伸入反应腔体后，所述第二电极155在所述伸缩杆153的伸缩运动下，能够上升离开反应腔体内的检测液或者伸入反应腔体内的检测液内，所述第二电极155的线路接地。
作为更佳的实施例，所述电化学检测组件的检测头15还包括双电源158、可变电阻器159、电流表和电压表，其中，所述第一电极154与第四电极157之间的线路上依次串联设置有双电源158、可变电阻器159、电流表和电压表，所述电流表和电压表之间的线路上连接所述第三电极156，所述双电源158的两个电源的两端电压大小相同、且电压的极性相反，以便实现对所述第一电极154与第四电极157之间施加相反的电压值。
其中，为了提高检测的精度，在对反应腔体内的检测液进行检测时，所述控制计算机能够控制所述双电源158的其中一个电源供电，且控制所述可变电阻器159的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小；之后，所述控制计算机能够控制所述双电源158的另外一个电源供电，且控制所述可变电阻器159的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小，分别记录不同可变电阻器159的阻值时，所述电流表和电压表的检测值；且
所述控制计算机控制所述双电源158由其中一个电源转换至另外一个电源供电前，所述检测头向上升起以便离开所述反应腔体，且所述伸缩杆153控制第二电极155伸入所述反应腔体的检测液内一定时间后，所述述伸缩杆153控制第二电极155抬起，并使得检测头重新伸入反应腔体的检测液内，再进行另外一个电源供电的检测。
作为较佳的实施例，所述伸缩驱动器12为气缸、电磁伸缩器或电机螺母丝杆机构，所述伸缩杆153为气缸或者电磁伸缩器。
作为另一实施例，所述上盖上的伸缩驱动器12包括控制气泵20、气杆21和升降盘，所述控制气泵20采用多个气管连接至各自的气杆21，所述气杆21的输出端连接至升降盘，所述检测盘14的上端采用联轴器连接至所述升降盘。
所述合成与检测一体化箱的底部采用竖直调平支撑架7固定支撑在底座1上，所述电源控制箱8内部设置有电源控制面板9，所述底箱4的前侧面设置有用于显示微流控合成芯片18的各个反应腔体19的反应条件的反应显示器11，所述中间箱3的前侧面设置有用于显示对各个反应腔体19电化学检测的检测信息。
此外，为了便于对合成材料的电化学性能进行分析，所述控制计算机能够根据对各个反应腔体的反应溶液所检测的电流电压值绘制出电流与电压变化曲线。
本发明可以快速的实现微流控高通量溶液的合成与电化学检测，材料合成后可以快速的实现对合成后材料的电化学检测，提高一体化性能；本发明在对微流控合成的材料进行检测时，利用多个电极进行检测，并采用双电源的方式，利用对双电源施加电压方向相反的电压，便于提高对材料性能的检测精度，而且，在对电源进行转换时，利用第二电极接地处理，可以降低合成溶液内部电荷对检测精度的影响，提高检测精度；本发明的检测头在检测前，通过压力传感器与控制计算机控制连接，压力传感器用于检测检测头伸入反应腔体内检测时是否伸入到位，可以进行精确的定位。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，包括底座(1)、电源控制箱(8)、控制计算机和合成与检测一体化箱，其中，所述电源控制箱(8)、合成与检测一体化箱和控制计算机依次固定设置在所述底座(1)的长度方向上；其特征在于，所述合成与检测一体化箱包括设置在箱体内部的微流控高通量合成组件和电化学检测组件；其中，所述箱体包括从下向上依次盖设在一起的底箱(4)、中间箱(3)和上盖(2)，所述微流控高通量合成组件设置在所述底箱(4)内，所述电化学检测组件设置在所述中间箱(3)内，所述上盖(2)上还设置有控制所述电化学检测组件升降的伸缩驱动器(12)；所述伸缩驱动器(12)驱动所述电化学检测组件的检测盘(14)升降运动，以便使得检测盘(14)下端部的各个检测头(15)伸入/升出微流控高通量合成组件的反应腔体(19)；所述微流控高通量合成组件包括阵列布置的多个反应腔体(19)，且反应腔体(19)的个数为几百个；所述伸缩驱动器(12)、微流控高通量合成组件和电化学检测组件均由所述控制计算机控制，以便依次实现微流控材料合成和合成材料的电化学性能检测；
所述微流控高通量合成组件包括微流控合成芯片(18)、微流道材料泵入座(5)和微流道材料泵入器(6)，其中，所述反应腔体阵列布设在所述微流控芯片(18)上，所述微流控合成芯片(18)设置在所述底箱(4)内，所述底箱(4)的一侧壁上固定设置有微流道材料泵入座(5)，所述微流道材料泵入座(5)与所述微流道材料泵入器(6)连接，所述微流道材料泵入座(5)内设置有连通所述微流道材料泵入器(6)出料端与微流控合成芯片(18)的微流控流道的连通流道，所述微流控合成芯片(18)的微流控流道与反应腔体连通，所述微流道材料泵入器(6)由所述计算机控制器进行控制；
所述电化学检测组件的检测头(15)包括检测头座(150)、单元检测电路板(151)、弹性座(152)、第一电极(154)、第二电极(155)、第三电极(156)和第四电极(157)，其中，所述检测头座(150)内部的顶端设置有单元检测电路板(151)，所述检测头座(150)的内部竖直方向中间位置还设置有弹性座(152)，所述弹性座(152)的底部安装有与单元检测电路板电连接的第一电极(154)、第二电极(155)、第三电极(156)和第四电极(157)，且所述第二电极(155)通过伸缩杆(153)连接在所述弹性座(152)的底部，所述第二电极(155)接地，在所述检测头(15)定位伸入反应腔体后，所述第二电极(155)在所述伸缩杆(153)的伸缩运动下，能够上升离开反应腔体内的检测液或者伸入反应腔体内的检测液内，所述第二电极(155)的线路接地；
所述电化学检测组件的检测头(15)还包括双电源(158)、可变电阻器(159)、电流表和电压表，其中，所述第一电极(154)与第四电极(157)之间的线路上依次串联设置有双电源(158)、可变电阻器(159)、电流表和电压表，所述电流表和电压表之间的线路上连接所述第三电极(156)，所述双电源(158)的两个电源的两端电压大小相同、且电压的极性相反，以便实现对所述第一电极(154)与第四电极(157)之间施加相反的电压值。
2.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，所述伸缩驱动器(12)的输出端连接设置有升降柱(13)，所述升降柱(13)的底部固定连接所述检测盘(14)，所述检测盘(14)的底部的各个检测头(15)与微流控合成芯片(18)上的反应腔体(19)一一对应设置；且所述检测头(15)的底部边缘处设置有锥形定位头(16)，所述微流控合成芯片(18)的反应腔体(19)的上周壁上设置有锥形定位槽(17)，所述锥形定位头(16)与锥形定位槽(17)定位配合，且锥形定位槽(17)内设置有压力传感器，所述压力传感器与控制计算机控制连接，所述压力传感器用于检测所述检测头(15)伸入反应腔体内检测时是否伸入到位。
3.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，在对反应腔体内的检测液进行检测时，所述控制计算机能够控制所述双电源(158)的其中一个电源供电，且控制所述可变电阻器(159)的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小；之后，所述控制计算机能够控制所述双电源(158)的另外一个电源供电，且控制所述可变电阻器(159)的电阻值由小逐渐变大或者由大逐渐变小，分别记录不同可变电阻器(159)的阻值时，所述电流表和电压表的检测值；且所述控制计算机控制所述双电源(158)由其中一个电源转换至另外一个电源供电前，所述检测头向上升起以便离开所述反应腔体，且所述伸缩杆(153)控制第二电极(155)伸入所述反应腔体的检测液内一定时间后，所述述伸缩杆(153)控制第二电极(155)抬起，并使得检测头重新伸入反应腔体的检测液内，再进行另外一个电源供电的检测。
4.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，所述伸缩驱动器(12)为气缸、电磁伸缩器或电机螺母丝杆机构，所述伸缩杆(153)为气缸或者电磁伸缩器。
5.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，所述上盖上的伸缩驱动器(12)包括控制气泵(20)、气杆(21)和升降盘，所述控制气泵(20)采用多个气管连接至各自的气杆(21)，所述气杆(21)的输出端连接至升降盘，所述检测盘(14)的上端采用联轴器连接至所述升降盘。
6.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，所述合成与检测一体化箱的底部采用竖直调平支撑架(7)固定支撑在底座(1)上，所述电源控制箱(8)内部设置有电源控制面板(9)，所述底箱(4)的前侧面设置有用于显示微流控合成芯片(18)的各个反应腔体(19)的反应条件的反应显示器(11)，所述中间箱(3)的前侧面设置有用于显示对各个反应腔体(19)电化学检测的检测信息。
7.根据权利要求1所述的微流控高通量合成和电化学表征一体化装置，其特征在于，所述控制计算机能够根据对各个反应腔体的反应溶液所检测的电流电压值绘制出电流与电压变化曲线。
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