CN110242791B - 应用于微流控系统的样品进样系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流控技术领域，具体地说，涉及一种应用于微流控系统的样品进样系统。其包括高压气源机构、进样机构和进料机构，进样机构主体上端面沿轴向设有与样品腔连通的进样口，进样口处设有进料阀。本发明结构简单、便于实现。

Description

应用于微流控系统的样品进样系统

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体地说，涉及一种应用于微流控系统的样品进样系统。

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，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-TotalAnalytical System)。微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。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

微流控系统对微纳米尺度空间中流体进行制备、反应、分离、检测等操作。微流控系统主要包括微流控芯片、液路进样系统和检测系统。液路进样系统用于将样品注入到微观的微流控芯片上进行分析。就目前而言，现有的液路进样系统结构、以及操作复杂。

发明内容

本发明的内容是提供一种应用于微流控系统的样品进样系统，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的应用于微流控系统的样品进样系统，其包括高压气源机构、进样机构和进料机构，进料机构用于将样品添加至进样机构中，高压气源机构用于向进样机构提供高压气源以将进样机构中的样品压入微流控芯片中进行分析处理；

进样机构包括圆柱状的进样机构主体，进样机构主体内设有多个独立的样品腔；进样机构主体上端设有进气腔，进气腔与高压气源机构连接；进气腔与任一样品腔之间均沿径向设有空气流道，进样机构主体上端面沿轴向设有与样品腔连通的进样口，进样口用于与进料机构连接；进样机构主体侧面沿径向设有与样品腔连通的出样口，出样口用于与微流控芯片连接；

进样口处设有进料阀，进料阀包括进料阀座，进料阀座内沿轴向贯穿地设有进料阀芯安装孔；进料阀芯安装孔内可滑动地设有进料阀芯，进料阀芯与进料阀芯安装孔密封配合；进料阀芯内沿轴向设有开口向上的进料腔，进料阀芯下部侧壁沿径向设有与进料腔连通的进料通道；进料阀芯中部向外周延伸形成进料阀芯挡环部，阀芯安装孔上端设有用于与阀芯挡环部间隙配合的第一弹簧腔，第一弹簧腔底壁与阀芯挡环部之间设有套设于进料阀芯处的第一弹簧；第一弹簧腔开口处设有进料阀芯限位环，进料阀芯限位环用于对进料阀芯的上行位置进行限制；进料通道在进料阀芯处于上限位置时位于进料阀芯安装孔内，进料通道在进料阀芯处于下限位置时位于进料阀芯安装孔下方。

本发明的样品进样系统中，在需要进样时，进料机构能够对进料阀芯进行挤压，从而使得进料通道导通进料腔与样品腔，进而使得样品能够较佳地加入至样品腔中；在完成进样后，在第一弹簧的作用下，进料阀芯能够始终保持上限位置，从而能够较佳地隔断进料腔与样品腔，进而便于样品腔中样品的被压出，从而结构简单、便于操作。

作为优选，进料机构包括进料机构主体，进料机构主体内设有样品存储腔，进料机构主体上端设有与样品存储腔连通的样品添加口；进料机构主体下端面设有出料阀安装槽，出料阀安装槽底壁中部设有与样品存储腔连通的出料阀芯安装孔；出料阀芯安装孔内设有出料阀芯，出料阀芯内沿轴向设有开口朝向样品存储腔的出料腔，出料阀芯下部侧壁沿径向设有与出料腔连通的出料通道；出料阀芯处可滑动地套设一出料通道密封环，出料通道密封环与出料阀芯密封配合；出料通道密封环与出料阀安装槽底壁间设有第二弹簧，出料阀安装槽位于出料通道密封环下方处设有用于对出料通道密封环下行位置进行限制的密封环限位环；出料通道密封环位于下限位置时出料通道被出料通道密封环密封，出料通道密封环位于上限位置时出料通道位于出料通道密封环下方；进料阀芯限位环上端形成用于与出料通道密封环进行配合的限位环挤压部，密封环限位环的内孔直径大于限位环挤压部的外径。

本发明的样品进样系统中，在需要添加样品时，能够将出料阀芯插入进料阀芯的进料腔中，然后下压进料机构，从而使得进料阀芯能够下行直至导通进料腔与样品腔，随着进料机构的继续下行，限位环挤压部能够对密封环进行挤压直至出料通道露出于密封环，此时即可较佳地实现样品的添加。

作为优选，出料阀芯下端收缩于出料阀安装槽内。从而使得进料机构能够较佳地直立放置。

作为优选，进料阀芯限位环与第一弹簧腔螺纹配合，进料阀芯限位环的中部向外周延伸形成进料阀芯限位环挡边部。从而能够较佳地便于进料阀芯限位环的安装。

作为优选，出料阀芯中部向外周延伸形成用于与出料阀安装槽底壁配合的出料阀芯挡边部，第二弹簧位于出料阀芯挡边部与出料通道密封环之间。从能够较佳地便于出料阀芯的安装。

作为优选，进料阀芯和出料阀芯均为一体结构。从而便于生产制造。

附图说明

图1为实施例1中的检测系统的系统框图示意图；

图2为实施例1中的进样机构的示意图；

图3为实施例1中的气阀机构的示意图；

图4为实施例1中的气阀机构的俯向示意图；

图5为实施例1中的调节环的示意图；

图6为实施例1中的阀芯与阀杆的示意图；

图7为实施例1中的进样机构主体的示意图；

图8为实施例1中的进样机构主体的半剖示意图；

图9为实施例1中的密封底板的示意图；

图10为实施例1中的进料阀的示意图；

图11为实施例1中的进料机构的示意图；

图12为实施例1中的进料阀芯的示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

结合图1所示，本实施例提供了一种基于微流控技术的检测系统，其包括高压气源机构、进样机构200、进料机构1100和微流控芯片，进料机构1100用于将样品添加至进样机构200中，高压气源机构用于向进样机构200提供高压气源以将进样机构200中的样品压入微流控芯片中，微流控芯片用于对样品进行分析处理。

如图2所示，进样机构200包括圆柱状的进样机构主体210，进样机构主体210内设有多个独立的样品腔211；样品腔211自进样机构主体210下端面沿轴向向内延伸，进样机构主体210下端设有用于对样品腔211进行密封的密封底板220；进样机构主体210上端面中部向内延伸形成进气腔212，进样机构主体210上端设有用于对进气腔212进行密封的密封盖板230，密封盖板230处设有用于与高压气源机构连接的进气口231；

进气腔212与任一样品腔211之间均沿径向设有空气流道213，进样机构主体210上端面对应任一空气流道213处均沿轴向设有用于安装气阀机构300的气阀安装孔214，气阀机构300用于对空气流道213的有效进气截面面积进行调节；进样机构主体210上端面沿轴向设有与样品腔211连通的进样口215，进样口215用于与进料机构1100连接；进样机构主体210侧面沿径向设有与样品腔211连通的出样口216，出样口216用于与微流控芯片连接。

本实施例的检测系统中，高压气源机构所提供的高压气源能够较佳地将样品腔211中的样品压入微流控芯片中，由于样品腔211能够设置多个，从而能够较佳地实现不同样品的同时进样，从而结构简单，操作简便。另外，由于气阀机构300的设置，能够较佳地对空气流道213的有效进气截面面积进行调节，进而能够较佳地对每个样品腔211中的进气流量进行调节，进而能够较佳地对每个样品腔211的进样压力进行调节，从而能够较佳地满足不同进样量的样品间的同时进样。

结合图3所示，空气流道213的横截面为正方形，气阀安装孔214下部形成横截面为长方形的阀芯活动孔311，气阀安装孔214上部形成横截面为圆形的阀座安装孔312；阀芯活动孔311横截面的长度方向与空气流道213的延伸方向垂直，阀芯活动孔311与空气流道213的对应内壁在同一竖直平面上；阀芯活动孔311内可上下活动地设有阀芯320，阀芯320与阀芯活动孔311以及空气流道213密闭配合，阀芯320、阀芯活动孔311以及空气流道213在竖直方向上的高度相同；阀芯320上方竖直设有阀杆330，阀座安装孔312底部设有阀杆固定环340，阀杆固定环340中部设有用于阀杆330滑动配合的阀杆导向孔341，阀杆330与阀杆导向孔341密封配合；阀座安装孔312位于阀杆固定环340上方处设有轴承安装环350，轴承安装环350内孔处设有轴承360，轴承360内孔处设有调节环370，调节环370内孔与阀杆330螺纹配合。

本实施例的检测系统中，通过轴承安装环350、轴承360以及调节环370的配合，使得通过调节调节环370即可较佳地对阀芯320的升降距离进行调节；又由于空气流道213的横截面为正方形，从而使得阀芯320的升降距离与空气流道213的导通面积能够成正比，从而能够较佳地对空气流道213的导通面积进行调节；又由于阀芯320、阀芯活动孔311以及空气流道213在竖直方向上的高度相同，从而使得阀芯320在处于上限位置时空气流道213完全导通、阀芯320处于下限位置时空气流道213完全截止，从而便于对空气流道213的导通面积进行调节。

本实施例中，调节环370的螺纹导程等于阀芯320在竖直方向上的高度。从而使得调节环370旋转一周，即可实现阀芯320对空气流道213的完全封闭到空气流道213的完全导通，从而通过对调节环370旋转角度的控制即可较佳地实现对阀芯320上下距离的控制，又由于空气流道213的导通面积与阀芯320的上下距离成正比，进而能够较佳地实现对空气流道213导通面积的较精准调节，进而能够较佳地按照不同样品的进样比对空气流道213的导通面积进行调节。

结合图4所示，调节环370上表面沿周向均匀设有多条刻度线410，调节环370侧面对应任一刻度线410处均设有定位卡口430，进样机构主体210处设有用于与定位卡口430配合的定位标记块420，定位标记块420可拆卸地插接于进样机构主体210处。通过多条刻度线410的设置，能够较为精准地实现对调节环370旋转角度的调节。另外，通过定位卡口430与定位标记块420的设计，不仅能够较佳地实现对调节环370旋转角度的标记，而且还能有效地实现对调节环370旋转位置的固定。其中，定位标记块420为横截面为正三角形的柱体，进样机构主体210处设有用于定位标记块420插入的正三角形插孔，从而使得拔出定位标记块420后，即可较佳地对调节环370进行调节，插入定位标记块420即可较佳地实现对调节环370的固定。

结合图5所示，调节环370下端形成用于与轴承360配合的调节环安装部510，调节环370上端形成调节环拨轮部520，定位卡口430设于调节环拨轮部520处。从而能够较佳地便于调节环370的安装以及拨动。

结合图6所示，阀芯320与阀杆330为一体结构。从而便于阀芯320与阀杆330的制造。

结合图7及图8，样品腔211上端外侧向上延伸，形成样品腔缓冲部211a，空气流道213和进样口215均直接与样品腔缓冲部211a连通，从而能够较佳地便于样品添加和气流进入。另外，进气腔212开口处形成用于安装密封盖板230的密封盖板安装槽810，从而便于密封盖板230的设置；进样机构主体210下端面形成用于安装密封底板220的密封底板安装槽820，从而便于密封底板220的安装。通过进样机构主体210的该种构造，能够较佳地便于进样机构主体210的开模，进而便于制造。

结合图9所示，密封底板220包括底板910，底板910的直径与进样机构主体210的直径相同；底板910上方设有用于与密封底板安装槽820配合的密封底板安装台920，密封底板安装台920对应任一样品腔211处均设有用于与样品腔211下端开口密封配合的样品腔堵头部930，从而能够较佳地保证样品腔211的密闭性；任一样品腔堵头部930上表面均设有正交设置的2条样品导流槽940，所述2条样品导流槽940中的其一沿进样机构主体210的径向设置，出样口216的位置与该径向设置的样品导流槽940相对应，从而能够较佳地便于样品的流出。

本实施例中的高压气源机构、进样机构200和进料机构1100能够单独构成样品进样系统，其能够较佳地运用于多种微流控系统中。

结合图10所示，进样口215处设有进料阀1000，进料阀1000包括进料阀座1010，进料阀座1010内沿轴向贯穿地设有进料阀芯安装孔1011；进料阀芯安装孔1011内可滑动地设有进料阀芯1020，进料阀芯1020与进料阀芯安装孔1011密封配合；进料阀芯1020内沿轴向设有开口向上的进料腔1021，进料阀芯1020下部侧壁沿径向设有与进料腔1021连通的进料通道1022；进料阀芯1020中部向外周延伸形成进料阀芯挡环部1023，阀芯安装孔1011上端设有用于与阀芯挡环部1023间隙配合的第一弹簧腔1012，第一弹簧腔1012底壁与阀芯挡环部1023之间设有套设于进料阀芯1020处的第一弹簧1013；第一弹簧腔1012开口处设有进料阀芯限位环1014，进料阀芯限位环1014用于对进料阀芯1020的上行位置进行限制；进料通道1022在进料阀芯1020处于上限位置时位于进料阀芯安装孔1011内，进料通道1022在进料阀芯1020处于下限位置时位于进料阀芯安装孔1011下方。

本实施例的样品进样系统中，在需要进样时，进料机构1100能够对进料阀芯1020进行挤压，从而使得进料通道1022导通进料腔1021与样品腔211，进而使得样品能够较佳地加入至样品腔211中；在完成进样后，在第一弹簧1013的作用下，进料阀芯1020能够始终保持上限位置，从而能够较佳地隔断进料腔1021与样品腔211，进而便于样品腔211中样品的被压出。

结合图11所示，进料机构1100包括进料机构主体1110，进料机构主体1110内设有样品存储腔1111，进料机构主体1110上端设有与样品存储腔1111连通的样品添加口1112；进料机构主体1110下端面设有出料阀安装槽1113，出料阀安装槽1113底壁中部设有与样品存储腔1111连通的出料阀芯安装孔1114；出料阀芯安装孔1114内设有出料阀芯1120，出料阀芯1120内沿轴向设有开口朝向样品存储腔1111的出料腔1121，出料阀芯1120下部侧壁沿径向设有与出料腔1121连通的出料通道1122；出料阀芯1120处可滑动地套设一出料通道密封环1130，出料通道密封环1130与出料阀芯1120密封配合；出料通道密封环1130与出料阀安装槽1113底壁间设有第二弹簧1140，出料阀安装槽1113位于出料通道密封环1130下方处设有用于对出料通道密封环1130下行位置进行限制的密封环限位环1150；出料通道密封环1130位于下限位置时出料通道1122被出料通道密封环1130密封，出料通道密封环1130位于上限位置时出料通道1122位于出料通道密封环1130下方；进料阀芯限位环1014上端形成用于与出料通道密封环1130进行配合的限位环挤压部1014a，密封环限位环1150的内孔直径大于限位环挤压部1014a的外径。

本实施例的样品进样系统中，在需要添加样品时，能够将出料阀芯1120插入进料阀芯1020的进料腔1021中，然后下压进料机构1100，从而使得进料阀芯1020能够下行直至导通进料腔1021与样品腔211，随着进料机构1100的继续下行，限位环挤压部1014a能够对密封环1130进行挤压直至出料通道1122露出于密封环1130，此时即可较佳地实现样品的添加。

本实施例的样品进样系统中，出料阀芯1120下端收缩于出料阀安装槽1113内。从而使得进料机构1100能够较佳地直立放置。

本实施例的样品进样系统中，进料阀芯限位环1014与第一弹簧腔1012螺纹配合，进料阀芯限位环1014的中部向外周延伸形成进料阀芯限位环挡边部1014b。从而能够较佳地便于进料阀芯限位环1014的安装。

本实施例的样品进样系统中，出料阀芯1120中部向外周延伸形成用于与出料阀安装槽1113底壁配合的出料阀芯挡边部1123，第二弹簧1140位于出料阀芯挡边部1123与出料通道密封环1130之间。从能够较佳地便于出料阀芯1120的安装。

本实施例的样品进样系统中，进料阀芯1020和出料阀芯1120均为一体结构。从而便于生产制造。

结合图12所示，进料阀芯1020处设有空气流道1210，空气流道1210上下开口均设于进料阀芯1020侧面处，空气流道1210的下开口的轴线与进料通道1022的轴线在同一水平面上，空气流道1210上开口始终位于进料阀芯限位环1014上方。这使得在添加样品时，空气流道1210与进料通道1022能够同时导通，从而能够较佳平衡样品腔211与外界的空气压力。进而能够较佳地便于样品添加。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.应用于微流控系统的样品进样系统，其特征在于：包括高压气源机构、进样机构(200)和进料机构(1100)，进料机构(1100)用于将样品添加至进样机构(200)中，高压气源机构用于向进样机构(200)提供高压气源以将进样机构(200)中的样品压入微流控芯片中进行分析处理；

进样机构(200)包括圆柱状的进样机构主体(210)，进样机构主体(210)内设有多个独立的样品腔(211)；进样机构主体(210)上端设有进气腔(212)，进气腔(212)与高压气源机构连接；进气腔(212)与任一样品腔(211)之间均沿径向设有空气流道(213)，进样机构主体(210)上端面沿轴向设有与样品腔(211)连通的进样口(215)，进样口(215)用于与进料机构(1100)连接；进样机构主体(210)侧面沿径向设有与样品腔(211)连通的出样口(216)，出样口(216)用于与微流控芯片连接；

进样口(215)处设有进料阀(1000)，进料阀(1000)包括进料阀座(1010)，进料阀座(1010)内沿轴向贯穿地设有进料阀芯安装孔(1011)；进料阀芯安装孔(1011)内可滑动地设有进料阀芯(1020)，进料阀芯(1020)与进料阀芯安装孔(1011)密封配合；进料阀芯(1020)内沿轴向设有开口向上的进料腔(1021)，进料阀芯(1020)下部侧壁沿径向设有与进料腔(1021)连通的进料通道(1022)；进料阀芯(1020)中部向外周延伸形成进料阀芯挡环部(1023)，阀芯安装孔(1011)上端设有用于与阀芯挡环部(1023)间隙配合的第一弹簧腔(1012)，第一弹簧腔(1012)底壁与阀芯挡环部(1023)之间设有套设于进料阀芯(1020)处的第一弹簧(1013)；第一弹簧腔(1012)开口处设有进料阀芯限位环(1014)，进料阀芯限位环(1014)用于对进料阀芯(1020)的上行位置进行限制；进料通道(1022)在进料阀芯(1020)处于上限位置时位于进料阀芯安装孔(1011)内，进料通道(1022)在进料阀芯(1020)处于下限位置时位于进料阀芯安装孔(1011)下方；进料机构(1100)包括进料机构主体(1110)，进料机构主体(1110)内设有样品存储腔(1111)，进料机构主体(1110)上端设有与样品存储腔(1111)连通的样品添加口(1112)；进料机构主体(1110)下端面设有出料阀安装槽(1113)，出料阀安装槽(1113)底壁中部设有与样品存储腔(1111)连通的出料阀芯安装孔(1114)；出料阀芯安装孔(1114)内设有出料阀芯(1120)，出料阀芯(1120)内沿轴向设有开口朝向样品存储腔(1111)的出料腔(1121)，出料阀芯(1120)下部侧壁沿径向设有与出料腔(1121)连通的出料通道(1122)；出料阀芯(1120)处可滑动地套设一出料通道密封环(1130)，出料通道密封环(1130)与出料阀芯(1120)密封配合；出料通道密封环(1130)与出料阀安装槽(1113)底壁间设有第二弹簧(1140)，出料阀安装槽(1113)位于出料通道密封环(1130)下方处设有用于对出料通道密封环(1130)下行位置进行限制的密封环限位环(1150)；出料通道密封环(1130)位于下限位置时出料通道(1122)被出料通道密封环(1130)密封，出料通道密封环(1130)位于上限位置时出料通道(1122)位于出料通道密封环(1130)下方；进料阀芯限位环(1014)上端形成用于与出料通道密封环(1130)进行配合的限位环挤压部(1014a)，密封环限位环(1150)的内孔直径大于限位环挤压部(1014a)的外径。

2.根据权利要求1所述的应用于微流控系统的样品进样系统，其特征在于：出料阀芯(1120)下端收缩于出料阀安装槽(1113)内。

3.根据权利要求2所述的应用于微流控系统的样品进样系统，其特征在于：进料阀芯限位环(1014)与第一弹簧腔(1012)螺纹配合，进料阀芯限位环(1014)的中部向外周延伸形成进料阀芯限位环挡边部(1014b)。

4.根据权利要求3所述的应用于微流控系统的样品进样系统，其特征在于：出料阀芯(1120)中部向外周延伸形成用于与出料阀安装槽(1113)底壁配合的出料阀芯挡边部(1123)，第二弹簧(1140)位于出料阀芯挡边部(1123)与出料通道密封环(1130)之间。

5.根据权利要求4所述的应用于微流控系统的样品进样系统，其特征在于：进料阀芯(1020)和出料阀芯(1120)均为一体结构。

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