CN109967144B - 用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，包括升降机构、离心机构、芯片保持机构，所述的芯片保持机构设置有用于锁紧微流控芯片的芯片固定部件、用于顶压微流控芯片样品槽内液体试剂预封装装置的芯片穿刺部件，所述的芯片穿刺部件固定在所述的芯片固定部件上，所述的芯片固定部件与所述离心机构连接，所述的升降机构带动所述离心机构进行升降运动。本发明的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片，对样品槽顶部设有液体试剂预封装装置刺破端的微流控芯片能实现全程自动化，只需要将待检样本加入芯片中，芯片的进入、分离、定位、检测都可以实现自动化，能快速分离检测得出各项指标，免去手动转移芯片和按压刺破芯片的步骤，大大提高了检测效率。

Description

用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片

技术领域

本发明涉及检测技术领域，更确切地说涉及一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及与该装置配套使用的微流控芯片。

背景技术

微流控检测技术可在小尺寸的耗材上完成样品处理及检测，能够将原先多个操作室（样品预处理、混合、反应、分离及检测室）才能完成的检测，集成到一块芯片上，并在一台小设备上自动化完成分析全过程，具有检测时间短、多指标同时检测等优点。因其固有的快速、灵敏、小型、便携等特点，可以实现“现场即时检测”（Point of care），具有取代常规化学实验室的潜力。现有技术提供的常见微流控芯片液体试剂的预封装装置如图1所示，液体试剂注入预封装液囊中，然后将预封装液囊与封接薄膜进行密封处理，再将密封好的预封装装置放置于芯片中的样品槽中，芯片上在该预封装装置上方对应位置处设置有刺破端。使用时，在芯片下方对应上述预封装装置处施加向上的力，使该预封装装置被顶起，然后由上方的刺破端将封接薄膜刺破，再通过离心机作用使预封装液囊内的液体试剂完全释放出来。

目前常见的微流控检测系统往往需要人工干预多次移动或操作芯片，不但自动化程度低，而且成本高。国知局专利网公开的专利号为ZL201811202903.2的发明专利是涉及一种用于微流控芯片检测的检测装置，具有操作简单、自动化程度高的优势，但该专利中未提及微流控芯片中预封装的液体试剂是采用了什么方式释放出来的。因此，该专利对于采用如图1所示的液体试剂预封装装置的微流控芯片不能实现全程自动化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片，对采用如图1所示的液体试剂预封装装置的微流控芯片能实现全程自动化。

本发明的技术解决方案是，提供一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，包括升降机构、离心机构、芯片保持机构，所述的芯片保持机构设置有用于锁紧微流控芯片的芯片固定部件、用于顶压微流控芯片样品槽内液体试剂预封装装置的芯片穿刺部件，所述的芯片穿刺部件固定在所述的芯片固定部件上，所述的芯片固定部件与所述离心机构连接，所述的升降机构带动所述离心机构进行升降运动。

采用以上结构后，本发明的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪及微流控芯片，对采用如图1所示的液体试剂预封装装置的微流控芯片能实现全程自动化，只需要将待检样本加入芯片中，芯片的进入、分离、定位、检测都可以实现自动化。所述的升降机构使连接在所述离心机构上的芯片保持机构上升，在所述芯片固定部件固定住如图1所示的微流控芯片时，所述的芯片穿刺部件顶起微流控芯片样品槽内的预封装液囊，使预封装液囊上表面的封接薄膜被所述微流控芯片的刺破端刺破，所述离心机构再带动芯片离心旋转，使液囊中的样品进入芯片的检测区域，如此能快速分离检测得出各项指标，免去手动转移芯片和按压刺破芯片的步骤，大大提高了检测效率。

作为改进，所述的芯片穿刺部件设有顶压部，该顶压部露置在所述的芯片固定部件的上表面外。所述的顶压部是一个圆锥形或圆台形的凸起结构。

作为改进，所述芯片固定部件的上表面设置有用于吸附芯片以防止芯片移动的吸附件。本发明采用此结构简化了微流控芯片检测装置中的芯片锁紧机构，所述芯片固定部件上的吸附件可以自动完成对芯片的轴向锁定。

作为改进，所述芯片固定部件上表面的吸附件为强磁体。

作为改进，所述芯片固定部件的上表面设置有限位结构，该限位结构用于对芯片进行周向限位。本发明采用此结构进一步简化了微流控芯片检测装置中的芯片锁紧机构，芯片被轴向锁定后，在离心旋转过程中，所述芯片固定部件上的限位结构可以自适应地完成对芯片的周向定位和锁止。

作为改进，所述芯片固定部件的上表面的限位结构是齿圈。

作为改进，所述的升降机构包括升降电机、受所述升降电机驱动的丝杆、固定在所述丝杆上的用于连接所述的离心机构的传动固定座，所述的传动固定座带动所述的离心机构进行升降运动。

作为改进，所述的干式化学分析仪还包括位于所述升降机构和离心机构上方的传送机构，所述的升降机构的丝杆上设有用于接收芯片的接收载台，所述的传送机构将所述接收载台上的芯片传送至所述芯片保持机构的上方。采用此结构，芯片可以由所述的传送机构进入所述的干式化学分析仪内部进行检测，在检测完毕后再由所述的传送机构送出仪器。

作为改进，所述的传送机构包括传送电机、反应舱架及进出载台；所述的反应舱架上设有滑行槽，所述的进出载台滑动配合在所述的滑行槽上；所述的传送电机的输出端设有传送齿轮，所述的进出载台上设有齿条，所述的齿轮与所述的齿条啮合；所述的进出载台上还设置有供所述的接收载台或所述的芯片保持机构升降时均可以通过的载台通孔或开口。采用此结构，所述的传送齿轮在所述反应舱内与所述进出载台内侧的传送齿条啮合，节省了空间。所述的载台通孔或开口的尺寸要比待测芯片的尺寸小，使所述的接收载台得以上升通过该载台通孔或开口接收芯片，并在所述的接收载台下降通过该载台通孔或开口时将芯片留在所述的进出载台上；也使得所述的芯片保持机构上升通过该载台通孔或开口接收并锁紧芯片，并在所述的芯片保持机构下降通过该载台通孔或开口时将芯片留在所述的进出载台上。

作为改进，所述的干式化学分析仪还包括位于所述芯片保持机构与所述进出载台上方的光源模块和位于所述进出载台下方的检测模块，所述的光源模块发出检测光照射到芯片的待测样品上，所述的检测模块通过所述的载台通孔或开口接收到芯片样品发出的出射光并进行检测分析。

作为改进，所述的反应舱架在位于所述光源模块和进出载台之间的位置处还设置有上挡光板和下挡光板，所述上挡光板上设置有用于使所述的光源模块发出的检测光照射到芯片待测样品上的第一通光孔，所述下挡光板上设置有用于使所述的检测模块接收到芯片样品发出的出射光的第二通光孔，所述的下挡光板上还设置有供所述芯片保持机构上升从而将芯片送入所述上挡光板和下挡光板之间进行检测的芯片通过孔。采用此结构，能够保证反应舱内的芯片在检测时处于黑暗的环境中，避免外界一切杂散光的干扰。

本发明还提供了一种微流控芯片，包括带有样品槽的芯片本体，所述样品槽中设有预封装的液囊，在所述样品槽内位于所述液囊的上方设有刺破端，在所述芯片下表面设置有供上述用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片穿刺部件上升伸入所述样品槽中的槽孔，在所述芯片本体的下表面设置有定位件，所述的定位件用于与上述用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片固定部件上表面的吸附件相配合，用于固定芯片以防止芯片移动。本发明的微流控芯片与本发明的干式化学分析仪配套使用。

作为改进，当所述芯片固定部件上表面的吸附件是强磁体时，所述微流控芯片下表面的定位件则由磁性材料制成，该磁性材料能被所述芯片固定部件上表面的强磁体吸附件吸附。

作为改进，在所述微流控芯片的芯片本体的下表面还设置有限位件，所述的限位件用于与上述用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片固定部件上表面的限位结构相配合，用于对芯片限位以防止芯片发生周向移动。

作为改进，当所述芯片固定部件上表面的限位结构是齿圈时，所述微流控芯片上的限位件也是齿圈，并与所述芯片固定部件上表面的齿圈相啮合。

作为改进，所述的微流控芯片还包括设置在所述芯片本体下表面的固定座，所述的固定座上设置有供所述芯片穿刺部件上升伸入样品槽中的通孔，所述的定位件和限位件均设置在所述的固定座的下表面。采用此结构，方便对现有芯片的生产工艺进行改进。

附图说明

图1为现有技术提供的一种微流控芯片液体试剂的预封装装置的结构示意图。

图2为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的一种内部模块布局的左透视图。

图3为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的一种内部模块布局的后透视图。

图4为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的一种内部模块布局的前透视图。

图5为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的驱动模块的结构示意图。

图6为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片进入反应舱后的内部模块布局的后视图。

图7为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片进入反应舱后的内部模块布局的俯视图。

图8为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的上下挡光板的位置示意图。

图9为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的下挡光板的形状示意图。

图10为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的传送机构的俯视图。

图11为本发明提供的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的传送机构的内部结构示意图。

图12为本发明提供的微流控芯片的俯视图。

图13为本发明提供的微流控芯片在锁紧状态的结构示意图。

图14为图13的纵向剖视图。

图中所示：10、壳体，20、光源模块，30、检测模块，40、驱动模块，50、触控液晶屏，60、开关盖模块，70、电源模块，80、控制模块，90、反应舱架，100、反应舱架，110、丝杆，120、接收载台，130、微流控芯片，131、液体试剂预封装装置，132、固定座下表面的铁片，133、固定座下表面的齿圈，140、开关盖传动齿轮，150、进出载台，160、芯片固定部件，161、芯片固定部件上表面的磁石，162、芯片穿刺部件，163、芯片固定部件上表面的齿圈，170、传动固定座，180、离心机构，190、升降电机，200、恒温模块，210、下挡光板，220、上挡光板，230、传送电机。

具体实施方式

为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包含”“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

如图2至图12所示，作为本发明的一个方面，提供一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，所述用于检测微流控芯片的干式化学分析仪包括：

壳体10、光源模块20、检测模块30、驱动模块40、触控液晶屏50、开关盖模块60、电源模块70、控制模块80、恒温模块200（见图7）、微流控芯片130、芯片保持机构（见图12）；所述的光源模块20、检测模块30、驱动模块40、电源模块70、控制模块80、恒温模块200、芯片保持机构（见图12）均设置在壳体10内。

所述的电源模块20给所述用于检测微流控芯片的干式化学分析仪提供工作电源。

所述的恒温模块200、驱动模块40、光源模块20、检测模块30、开关盖模块60、触控液晶屏50均与控制模块80连接。

如图3所示，所述的开关盖模块包括开关盖电机、开关盖传动齿轮140、门盖和传动齿条，所述传动齿条位于所述门盖的下侧，所述电机与所述齿轮连接，所述齿轮与所述传动齿条连接。

所述驱动模块40包括升降机构（见图5）、传送机构（见图10）、离心机构180。

如图5所示，所述升降机构，包括升降电机190、受所述升降电机驱动的丝杆110、位于所述丝杆顶部用于接收芯片的接收载台120、固定在所述丝杆上的用于固定所述的离心机构180的传动固定座170。

如图10所示，所述的传送机构位于所述升降机构的上方，包括传送电机230、与所述传送电机连接的传送齿轮、与所述传送齿轮连接的传送齿条、内侧均设置有滑行槽的反应舱架90和反应舱架100、滑动连接在反应舱架90和反应舱架100的滑行槽上的用于传送芯片的进出载台150，所述的传送齿条设置在所述的进出载台150的内侧，所述的进出载台150上还设置有供所述接收载台升降时通过的通孔。

如图2所示，所述的光源模块20位于所述进出载台150的上方，所述检测模块30位于所述进出载台150的下方，所述的进出载台150将微流控芯片130送至所述光源模块20与检测模块30之间接收光照并检测分析。

如图2所示，所述触控液晶屏位于壳体10的外表面，在所述控制模块80的控制下，检测模块30对被检测样品的分析检测结果在该触控液晶屏10上被显示出来。

如图8所示，反应舱架90和反应舱架100之间设置有上挡光板220和下挡光板210，所述的上挡光板220和下挡光板210均位于所述光源模块20和进出载台150之间且均设置有通光孔。光源模块20发出的检测光能够通过上挡光板220的通光孔照射到微流控芯片130中的待测样品上，所述检测模块30也能够通过下挡光板210的通光孔接收到所述待测样品经检测光照射后形成的出射光。

如图9所示，所述的下挡光板210上还设置有供所述芯片保持机构上升从而将微流控芯片送入所述上挡光板和下挡光板之间的芯片通过孔。

如图12所示，所述的芯片保持机构固定在离心机构180上，其包括芯片固定部件160和芯片穿刺部件162，芯片穿刺部件162固定在芯片固定部件160的中心位置。所述的所述芯片固定部件160的上表面有强磁体，所述的微流控芯片130的下表面设置有固定座，所述固定座下表面有磁性材料制成的定位件132， 161与132相互磁吸，用于吸附固定芯片以防止芯片轴向移动。所述芯片固定部件160的上表面有齿圈163，所述固定座的下表面有齿圈133，163与133相互啮合，用于固定芯片以防止芯片发生周向移动。芯片穿刺部件162是一个圆锥形或圆台形的凸起结构。芯片保持机构在传动固定座170的带动下上升，在芯片固定部件160锁紧待测微流控芯片的同时，芯片穿刺部件162顶起所述微流控芯片130样品槽内的液体试剂的预封装装置131，使所述液体试剂的预封装装置131上表面的封接薄膜被所述微流控芯片130的刺破端刺破。

控制模块80通过光耦对微流控芯片130进行实时位置监测以获取微流控芯片130的位置信息，并据此控制升降机构和传送机构工作。可以在控制模块80中设置参数控制离心机构180带动微流控芯片130进行离心旋转的持续时间。

本发明的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的自动化工作流程如下：在控制模块80的控制下，开关盖电机驱动门盖打开，升降电机190驱动丝杆110上升伸出壳体10，将加入待检测液的微流控芯片130放置在丝杆顶部的接收载台120上，之后升降电机190驱动丝杆110下降直至进入壳体内并位于进出载台150之下，微流控芯片130则留置在进出载台150上，此时开关盖电机驱动门盖关闭；进出载台150在传送电机230驱动下沿反应舱架90和反应舱架100上的滑行槽滑动，直至将微流控芯片130送至芯片保持机构的正上方；在升降电机190的驱动下，丝杆110带动传动固定座170上升，被传动固定座170套接的离心机构180随之上升，固定在离心机构180上方的芯片保持机构同时上升并穿过进出载台150的载台通孔或开口接触到微流控芯片130，在芯片固定部件160锁紧待测微流控芯片的同时，芯片穿刺部件162顶起所述微流控芯片130样品槽内的液体试剂的预封装装置131，使所述液体试剂的预封装装置131上表面的封接薄膜被所述微流控芯片130的刺破端刺破；微流控芯片130随芯片保持机构继续上升，直至通过下挡光板210上的芯片通过孔进入所述上挡光板220和下挡光板210之间，此时，在控制模块80的控制下，升降电机190停止运转，离心机构180带动微流控芯片130开始离心旋转，芯片中的待测液在离心力的作用下分离进入检测区域，离心作用完成后，离心机构180使芯片停止转动；光源模块20发出一定波长的检测光，检测光通过上挡光板220的通光孔照射到微流控芯片130中的待测样品上，待测样品经检测光照射后发出出射光，该出射光依次通过下挡光板210的通光孔与进出载台150的载台通孔或开口后被检测模块30接收到并检测分析，得出的检测结果被控制模块80获得，并在控制模块80的控制下，检测模块30对被检测样品的检测结果最终在该触控液晶屏10上被显示出来；检测完成后，控制模块80控制升降电机190运转使丝杆110带动传动固定座170下降，芯片保持机构随离心机构180一起同时下降，在芯片固定部件160与芯片穿刺部件162下降通过进出载台150的载台通孔或开口时，已测的微流控芯片130被留置在进出载台150上，进出载台150在传送电机230驱动下沿反应舱架90和反应舱架100上的滑行槽滑动，直至将微流控芯片130送至丝杆顶部的接收载台120的上方，此时开关盖电机驱动门盖打开，升降电机190驱动丝杆110上升，在接收载台120接收到进出载台150上的微流控芯片130后，丝杆110继续上升直至伸出壳体10，在废弃的微流控芯片130被取出后，开关盖电机驱动门盖关闭。至此，一次完整的微流控芯片检测工作完成。

Claims (13)

1.一种用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，包括升降机构、离心机构、芯片保持机构，所述的芯片保持机构设置有用于锁紧微流控芯片的芯片固定部件、用于顶压微流控芯片样品槽内液体试剂预封装装置的芯片穿刺部件，所述的芯片穿刺部件固定在所述的芯片固定部件上，所述的芯片固定部件与所述离心机构连接，所述的升降机构带动所述离心机构进行升降运动；所述的干式化学分析仪还包括位于所述升降机构和离心机构上方的传送机构，所述的升降机构的丝杆上设有用于接收芯片的接收载台，所述的传送机构将所述接收载台上的芯片传送至所述芯片保持机构的上方；所述的传送机构包括传送电机、反应舱架及进出载台；所述的反应舱架上设有滑行槽，所述的进出载台滑动配合在所述的滑行槽上；所述的传送电机的输出端设有传送齿轮，所述的进出载台上设有齿条，所述的齿轮与所述的齿条啮合；所述的进出载台上还设置有供所述的接收载台或所述的芯片保持机构升降时均可以通过的载台通孔或开口；所述的干式化学分析仪还包括位于所述芯片保持机构与所述进出载台上方的光源模块和位于所述进出载台下方的检测模块，所述的光源模块发出检测光照射到芯片的待测样品上，所述的检测模块通过所述的载台通孔或开口接收到芯片样品发出的出射光并进行检测分析。

2.根据权利要求1所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述的芯片穿刺部件设有顶压部，该顶压部露置在所述的芯片固定部件的上表面外。

3.根据权利要求2所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述芯片固定部件的上表面设置有用于吸附芯片以防止芯片移动的吸附件。

4.根据权利要求3所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述芯片固定部件上表面的吸附件为强磁体。

5.根据权利要求3所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述芯片固定部件的上表面设置有限位结构，该限位结构用于对芯片进行周向限位。

6.根据权利要求5所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述芯片固定部件的上表面的限位结构是齿圈。

7.根据权利要求1所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述的升降机构包括升降电机、受所述升降电机驱动的丝杆、固定在所述丝杆上的用于连接所述的离心机构的传动固定座，所述的传动固定座带动所述的离心机构进行升降运动。

8.根据权利要求1所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪，其特征在于，所述的反应舱架在位于所述光源模块和进出载台之间的位置处还设置有上挡光板和下挡光板，所述上挡光板上设置有用于使所述的光源模块发出的检测光照射到芯片待测样品上的第一通光孔，所述下挡光板上设置有用于使所述的检测模块接收到芯片样品发出的出射光的第二通光孔，所述的下挡光板上还设置有供所述芯片保持机构上升从而将芯片送入所述上挡光板和下挡光板之间进行检测的芯片通过孔。

9.一种微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片包括带有样品槽的芯片本体，所述样品槽中设有预封装的液囊，在所述样品槽内位于所述液囊的上方设有刺破端，在所述芯片下表面设置有供如权利要求1至8任何一项所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片穿刺部件上升伸入所述样品槽中的槽孔，在所述芯片本体的下表面设置有定位件，所述的定位件用于与如权利要求3至6任何一项所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片固定部件上表面的吸附件相配合，用于固定芯片以防止芯片移动。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，所述的定位件由磁性材料制成。

11.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，在所述芯片本体的下表面还设置有限位件，所述的限位件用于与如权利要求5或6所述的用于检测微流控芯片的干式化学分析仪的芯片固定部件上表面的限位结构相配合，用于对芯片限位以防止芯片发生周向移动。

12.根据权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述的限位件是齿圈。

13.根据权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片还包括设置在所述芯片本体下表面的固定座，所述的固定座上设置有供所述芯片穿刺部件上升伸入样品槽中的通孔，所述的定位件和限位件均设置在所述的固定座的下表面。

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