CN109946423A - 一种微流控自动采样反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控自动采样反应器，涉及大气检测设备技术领域，其技术要点是：包括气体自动进样反应装置与气体流量控制装置，液体样品自动切换装置包括控制阀、导管A、导管B、过滤网和控制阀驱动电路，导管A的输出端和导管B的输入端分别与控制阀连接，导管A的输入端位于外部机盒外部，导管B的输出端连接有反应部，所述反应部包括气液转换装置，所述气液转换装置连通有微流控芯片、加热组件与显示组件，反应部后连接有用于定时转换样品瓶的转盘机构，通过联合微芯片实现对大气含氧挥发性有机物(OVOCs)进行现场定时自动采样，完成气液转化与样品前处理，并现场进行一系列化学衍生反应的功能。

Description

一种微流控自动采样反应器

技术领域

本发明涉及大气检测设备技术领域，特别是涉及一种微流控自动采样反应器。

背景技术

微流控芯片技术已被列入21世纪最为重要的前沿技术的行列，它是通过分析化学、微机电加工、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学等的交叉实现从样品处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化。这样通常需要在一个实验室中，多种仪器辅助下才能完成的实验在一个芯片系统上就可以完成，这样不仅大大提高了实验速度，减少实验成本，最为重要的是减少了所需实验的样品剂量和反应时间。

公开号为CN206924774U的中国专利公开了一种用于制造特发性膜性肾病检测设备。包括动力部，试剂储存部，采样部，检测反应部，危废处理部。检测时通过各个部分端口连通后形成通路，通过微流控芯片检测指尖血就能够准确检测特发性膜性肾病，检测效率高，自动便携。

上述方案的微流控设备的应用领域为病毒检测，应用领域与实用检测方法均有较大差异与限制，微流控芯片对于样品引入、换样、前处理等有关研究还十分薄弱，它的发展依赖于多学科交叉的发展。当前技术下，对于大气样本的采集检验目前尚无采用微流控的案例，大气样本包括VOCs，其在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。对于VOCs及其相关的大气样本因采集与反应设备较大的问题，导致相关检测仅限于实验室内，需要人工到现场对样本进行采样并带回，并进行相关的处理进行反应，这使得检测的时效性与便捷性大受阻碍，且对于某处的环境气体随时间与温度存在较大变化，人工采集样本则需要耗费较大人力与时间，因而研制一种基于微芯片发展大气VOCs检测技术和仪器十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流控自动采样反应器，通过联合微芯片实现对大气进行现场进行定时自动采样，完成气液转化与样品前处理，实现盛装反应液的样品瓶能自动切换，而不需要手动将反应液导出端从一个样品瓶切换到另外一个样品瓶，并现场进行一系列反应的功能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种微流控自动采样反应器，包括外部机盒，所述外部机盒内设有自动进样部，所述自动进样部包括气体自动进样装置与气体流量控制装置；

所述气体自动进样装置包括控制阀、导管A、导管B、过滤网和控制阀驱动电路，所述导管A的输出端和导管B的输入端分别与控制阀连接，导管A的输入端位于外部机盒外部，导管B的输出端设有反应部；

所述反应部包括气液转换装置，所述气液转换装置连通有微流控芯片，所述微流控芯片设为平面，所述微流控芯片包括三组进样口与一组输出口，三组所述进样口分别导入有反应液与样品液体，三组所述进样口与输出口间设有重叠交错的反应米式通道；

所述反应部后连接有用于定时转换样品瓶的转盘机构；

所述反应部下方设有加热组件；

所述微流控芯片连接有用于显示结果的显示组件。

通过采用上述技术方案，将外部机盒放置在需要进行气体检测的地段，通过气体自动进样装置进行周期性的采样，定时采取同一时间轴上不同时段的大气样本，控制阀驱动电路根据人工定时驱动控制阀开启，通过针泵将位于外部机盒的导管A进行大气样本的吸收，并从导管B导出反应部液化，从而获取多个样本，取结果平均值，便携性与准确性更高，再将液化完毕的样本导出到转盘机构的样品瓶中，并通过气体流量控制装置对流量进行监控，保证每个样品瓶的取样容量一定，微流控芯片的整体结构简单，因设为平面使得气液接触面大，便于通过加热组件对收集的气体样本进行加热控温，反应液与大气样本通过三组进样口进入微流控芯片进行结合，气液反应效率高，从而快速进行气液反应，并将气体样本变成液体样本进行收集与前处理，其中的显示组件可观察样本反应与收集的步骤与进程，并便于人工设定时间轴上的采样间隔与采样量。

作为优选，所述反应部设有用于导出样本的导管C，所述转盘机构包括样品盘，所述样品盘上设有多组呈圆形排布的样品槽，所述样品槽供样品瓶贴合嵌入并可拆卸连接，所述转盘机构包括位于样品盘底部的环形轮，所述环形轮内环凹陷设有多组限位槽，所述样品盘一侧固定有驱动马达，所述样品盘底部偏心转动连接有驱动块，所述驱动马达的输出轴与驱动块固定连接，所述驱动块的一侧固定有贴合滑入限位槽的限位块，所述驱动块侧壁可贴合环形轮内环滑动，所述导管C一侧设有带动导管C上下移动的机械手。

通过采用上述技术方案，为自动进行定时采样，通过转盘机构一侧驱动马达进行定时转动，驱动马达带动驱动块转动，当驱动块上的限位块转动到限位槽内之后，即可使得限位块与限位槽进行卡紧，保证样品盘的相对导管C的位置固定，从而便于导管C将气体样本进行定时的采样与储存，采样完毕后，机械手带动导管C抬起，脱离样品瓶，根据时间定时，驱动马达转动带动驱动块转动，使得驱动块进行360°的转动，从而使得限位块从限位槽中转出，进入下一个限位槽，即带动样品盘转动，使得下一个样品盘上的气体样本瓶转移到导管C的下方，机械手驱动导管C进行下降，从而自动进行第二个样本的采样，逐渐往复，即可进行间隔的采样。

作为优选，所述微流控芯片包括有基底和设置在所述基底上的微流通道单元板，所述微流通道单元板上形成有一组用于承载被液化样品的反应米式通道，所述反应米式通道的三组进样口分别连接有第一微通道、第二微通道、第三微通道，所述第一微通道、第二微通道、第三微通道远离进样口的一端彼此汇合，并连接有缓释通道，所述缓释通道与米式反应通道连接，所述第一微通道、第二微通道、第三微通道的末端分别连接有注射针泵。

通过采用上述技术方案，微流控芯片上的反应米式通道为可容纳流体的有效结构，至少在一个纬度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能。因此发展出独特的分析产生的性能。通过注射针泵将样本导入到反应米式通道进行反应，从而进行样本的各项前处理。

作为优选，所述气体流量控制装置包括流量计、执行机构、调节阀及智能无线通讯接口。

通过采用上述技术方案，气体流量控制装置具有流量测量准确、瞬时流量任意设置和流量通过调节阀自动调节的功能，装置结构紧凑，操作简便，显示直观，控制精度高，手动控制流量或自动控制流量均可,适用于多种液体流量的定量控制。用户通过按键设定流量值，把瞬时流量值和设定值进行比较。若该差值大于瞬时流量稳定度，就会发出指令，驱动电机正旋或反旋来调节，使瞬时流量值接近或等于设定值。流量阀的执行机构是经过减速装置的交流电机，当交流断电时，流量计由于有内部电池供电可正常工作，此时可手动调节阀门，由于减速装置的作用手轮很轻，调节的分辩率较高。先进的电子技术使整个气体流量控制装置具有较高的稳定性和抗干扰能力。

作为优选，所述加热组件位于微流通道单元板底部，所述加热组件设为电阻丝。所述加热组件位于微流通道单元板底部，所述加热组件设为电阻丝，所述加热组件还包括多组温度传感器。

通过采用上述技术方案，因收集的气体样本需要进行气液转换，有时需要通过加热组件进行加热，加热组件为平铺在微流通道单元板底部的电阻丝，加热面广，与温度传感器配合，加热效率高。

作为优选，所述驱动马达连接有定时器。

通过采用上述技术方案，为保证实现更高时间间隔的采样，通过定时器进行设定，从而定时驱动驱动马达进行转动，进而实现样本盘的周期性转动，进一步优化了结构。

综上，本发明具有以下有益效果：

1、将外部机盒放置在需要进行气体检测的地段，通过气体自动进样装置进行周期性的采样，定时采取同一时间轴上不同时段的大气样本；

2、通过控制阀驱动电路根据人工定时驱动控制阀开启，针泵将位于外部机盒的导管A进行大气样本的吸收，并从导管B导入反应部进行样本的液体转化，便于储存；

3、导出到各个样品瓶进行储存，从而获取多个样本，取结果平均值，便携性与准确性更高；

4、并通过气体流量控制装置对流量进行监控，保证每个样品瓶的取样容量一定，微流控芯片的整体结构简单，因设为平面使得气液接触面大，便于通过加热组件对收集的气体样本进行加热控温，反应液与大气样本通过三组进样口进入微流控芯片进行结合，气液反应效率高，从而快速进行气液反应。

附图说明

图1为本实施例的整体示意图；

图2为本实施例用于表现气液转换装置的结构示意图；

图3为本实施例用于表现样品盘背部的结构示意图；

图4为本实施例中用于表现样品盘侧面的结构示意图；

图5为本实施例中用于表现微流通道单元板的结构示意图；

图6为本实施例中用于表现气体流量控制装置的示意图。

附图说明：1、外部机盒；2、自动进样部；3、气体自动进样装置；31、控制阀；32、导管A；33、导管B；34、过滤网；35、控制阀驱动电路；36、导管C；4、气体流量控制装置；41、流量计；42、执行机构；43、调节阀；44、智能无线通讯接口；5、转盘机构；51、样品盘；52、样品槽；53、环形轮；54、限位槽；55、驱动马达；551、定时器；56、驱动块；57、限位块；58、机械手；6、反应部；61、气液转换装置；62、微流控芯片；621、基底；622、微流通道单元板；623、反应米式通道；624、第一微通道；625、第二微通道；626、第三微通道；627、缓释通道；628、注射针泵；63、进样口；64、输出口；7、加热组件；71、温度传感器；72、电阻丝；8、显示组件；91、支撑环板；9、环槽。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例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，但是本发明还可以采用其他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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例：一种微流控自动采样反应器，如图1所示，包括外部机盒1，外部机盒1内设有自动进样部2，自动进样部2包括气体自动进样装置3与气体流量控制装置4；气体自动进样装置3包括控制阀31、导管A32、导管B33、过滤网34和控制阀驱动电路35，导管A32的输出端和导管B33的输入端分别与控制阀31连接，导管A32的输入端位于外部机盒1外部，导管B33的输出端固定连接反应部6。

如图1所示，反应部6连接有设有用于定时转换样品瓶的转盘机构5，将外部机盒1放置在需要进行气体检测的地段，通过气体自动进样装置3进行周期性的采样，定时采取同一时间轴上不同时段的大气样本，控制阀驱动电路35根据人工定时驱动控制阀31开启，通过针泵将位于外部机盒1的导管A32进行大气样本的吸收，并从导管B33导出反应部6进行液化，再导出到各个样品瓶进行储存，从而获取多个样本，取结果平均值，便携性与准确性更高，并通过气体流量控制装置4对流量进行监控，保证每个样品瓶的取样容量一定。

如图1、图2所示，反应部6包括气液转换装置61，气液转换装置61连通有微流控芯片62，微流控芯片62设为平面，微流控芯片62包括三组进样口63与一组输出口64，三组进样口63分别导入有反应液与样品液体，三组进样口63与输出口64间设有重叠交错的反应米式通道623，微流控芯片62的整体结构简单，反应部6下方设有加热组件7。加热组件7位于微流通道单元板622底部，加热组件7设为电阻丝72。加热组件7位于微流通道单元板622底部，加热组件7设为电阻丝72，加热组件7还包括多组温度传感器71。因收集的气体样本需要进行气液转换，有时需要通过加热组件7进行加热，加热组件7为平铺在微流通道单元板622底部的电阻丝72，加热面广，与温度传感器71配合，加热效率高。反应液与大气样本通过三组进样口63进入微流控芯片62进行结合，气液反应效率高，从而快速进行气液反应，并将气体样本变成液体样本进行收集与前处理，微流控芯片62连接有用于显示结果的显示组件8，其中的显示组件8可观察样本反应与收集的步骤与进程，并便于人工设定时间轴上的采样间隔与采样量。

如图1、图3所示，转盘机构5包括样品盘51，样品盘51上可拆卸连接有多组呈圆形排布的样品瓶，转盘机构5包括位于样品盘51底部的环形轮53，环形轮53内环凹陷设有多组限位槽54。

如图3、图4所示，样品盘51一侧固定有驱动马达55，样品盘51底部偏心转动连接有驱动块56，驱动马达55的输出轴与驱动块56固定连接，驱动块56的一侧固定有贴合滑入限位槽54的限位块57，驱动块56侧壁可贴合环形轮53内环滑动。

如图1所示，导管C36一侧设有带动导管C36上下移动的机械手58。

如图3、图4所示，为自动进行定时采样，通过转盘机构5一侧驱动马达55进行定时转动，驱动马达55带动驱动块56转动，样品盘51底部的环形轮53上开设有环槽9供支撑环板91贴合滑动，当驱动块56上的限位块57转动到限位槽54内之后，即可使得限位块57与限位槽54进行卡紧，保证样品盘51相对导管C36（参考图1）的位置固定，从而便于导管C36将气体样本进行定时的采样与储存，采样完毕后，机械手58带动导管C36抬起，脱离样品瓶，根据时间定时，驱动马达55转动带动驱动块56转动，使得驱动块56进行360°的转动，从而使得限位块57从限位槽54中转出，进入下一个限位槽54，即带动样品盘51转动，使得下一个样品盘51上的气体样本瓶转移到导管C36的下方，机械手58驱动导管C36进行下降，从而自动进行第二个样本的采样，逐渐往复，即可进行间隔的采样。

如图2、图5所示，微流控芯片62包括有基底621和设置在所述基底621上的微流通道单元板622，微流通道单元板622上形成有一组用于承载被液化样品的反应米式通道623，反应米式通道623的三组进样口63分别连接有第一微通道624、第二微通道625、第三微通道626，第一微通道624、第二微通道625、第三微通道626远离进样口63的一端彼此汇合，并连接有缓释通道627，缓释通道627与反应米式通道623连接，第一微通道624、第二微通道625、第三微通道626的末端分别连接有注射针泵628。微流控芯片62上的反应米式通道623为可容纳流体的有效结构，至少在一个纬度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能。因此发展出独特的分析产生的性能。通过注射针泵628将样本从样本瓶里依次导入到反应米式通道623进行反应，从而进行样本的各项前处理。

如图6所示，气体流量控制装置4包括流量计41、执行机构42、调节阀43及智能无线通讯接口44。气体流量控制装置4具有流量测量准确、瞬时流量任意设置和流量通过调节阀43自动调节的功能，装置结构紧凑，操作简便，显示直观，控制精度高，手动控制流量或自动控制流量均可,适用于多种液体流量的定量控制。用户通过按键设定流量值，可将瞬时流量值和设定值进行比较。若该差值大于瞬时流量稳定度，就会发出指令，驱动电机正旋或反旋来调节阀43，使瞬时流量值接近或等于设定值。执行机构42是经过减速装置的交流电机，当交流断电时，流量计41由于有内部电池供电可正常工作，此时可手动调节阀43，由于减速装置的作用手轮很轻，调节的分辩率较高。先进的电子技术使整个气体流量控制装置4具有较高的稳定性和抗干扰能力。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本发明做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种微流控自动采样反应器，其特征在于：包括外部机盒(1)，所述外部机盒(1)内设有自动进样部(2)，所述自动进样部(2)包括气体自动进样装置(3)与气体流量控制装置(4)；

所述气体自动进样装置(3)包括控制阀(31)、导管A(32)、导管B(33)、过滤网(34)和控制阀驱动电路(35)，所述导管A(32)的输出端和导管B(33)的输入端分别与控制阀(31)连接，导管A(32)的输入端位于外部机盒(1)外部，导管B(33)的输出端设有反应部（6）；

所述反应部(6)包括气液转换装置(61)，所述气液转换装置(61)连通有微流控芯片(62)，所述微流控芯片(62)设为平面，所述微流控芯片(62)包括三组进样口(63)与一组输出口(64)，三组所述进样口(63)分别导入有反应液与样品液体，三组所述进样口(63)与输出口(64)间设有重叠交错的反应米式通道(623)；

所述反应部（6）后连接有用于定时转换样品瓶的转盘机构（5）；

所述反应部(6)下方设有加热组件(7)；

所述微流控芯片(62)连接有用于显示结果的显示组件(8)。

2.根据权利要求1所述一种微流控自动采样反应器，其特征在于：所述反应部(6)设有用于导出样本的导管C(36)，所述转盘机构(5)包括样品盘(51)，所述样品盘(51)上设有多组呈圆形排布的样品槽(52)，所述样品槽(52)供样品瓶贴合嵌入并可拆卸连接，所述转盘机构(5)包括位于样品盘(51)底部的环形轮(53)，所述环形轮(53)内环凹陷设有多组限位槽(54)，所述样品盘(51)一侧固定有驱动马达(55)，所述样品盘(51)底部偏心转动连接有驱动块(56)，所述驱动马达(55)的输出轴与驱动块(56)固定连接，所述驱动块(56)的一侧固定有贴合滑入限位槽(54)的限位块(57)，所述驱动块(56)侧壁可贴合环形轮(53)内环滑动，所述导管C(36)一侧设有带动导管C(36)上下移动的机械手(58)。

3.根据权利要求2所述一种微流控自动采样反应器，其特征在于：所述微流控芯片(62)包括有基底(621)和设置在所述基底(621)上的微流通道单元板(622)，所述微流通道单元板(622)上形成有一组用于承载被液化样品的反应米式通道(623)，所述反应米式通道(623)的三组进样口(63)分别连接有第一微通道(624)、第二微通道(625)、第三微通道(626)，所述第一微通道(624)、第二微通道(625)、第三微通道(626)远离进样口(63)的一端彼此汇合，并连接有缓释通道(627)，所述缓释通道(627)与米式反应通道连接，所述第一微通道(624)、第二微通道(625)、第三微通道(626)的末端分别连接有注射针泵(628)。

4.根据权利要求3所述一种微流控自动采样反应器，其特征在于：所述气体流量控制装置(4)包括流量计(41)、执行机构(42)、调节阀(43)及智能无线通讯接口(44)。

5.根据权利要求4所述一种微流控自动采样反应器，其特征在于：所述加热组件(7)位于微流通道单元板(622)底部，所述加热组件(7)设为电阻丝(72)，所述加热组件(7)还包括多组温度传感器(71)。

6.根据权利要求4所述一种微流控自动采样反应器，其特征在于：所述驱动马达(55)连接有定时器(551)。