CN110354923B - 一种控制片上实验室流体流动的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的控制片上实验室流体流动的装置，包括设置在片上实验室反应区的第一泵体和设置在片上实验室检测装置上的泵头和轮轴，所述泵体包括设置在片上实验室流道上的至少三个反应泵腔，与每个所述反应泵腔对应的设置于片上实验室检测装置上的所述泵头上的反应活塞。此外，本发明所提出的控制片上实验室流体流动的方法，所述泵头与所述泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，驱动内容物沿着流道方向流动。这样，通过使用泵体，且泵体为直线型，占用面积小，泵体内死体积也小，内容物可以由泵体带动，充分利用时间，保证了反应物质充分接触，提高了反应效率。

Description

一种控制片上实验室流体流动的装置及方法

技术领域

本发明涉及片上实验室技术领域，尤其涉及一种控制片上实验室流体流动的装置及方法。

背景技术

近年来，把科学的分析操作集成到像半导体集成电路那样的几个平方厘米的玻璃、硅或塑料等微型薄片上的研究正在蓬勃开展，这在美国叫做片上实验室(Lab-on-a-chip)，它是指利用细微加工技术在玻璃或塑料基板上制作成溶液流动的微小通道网络，在一只芯片上集成如在实验室进行生化、化学操作和检测。由于其微小，具有样本微量化、反应与分析高速化等多种优点。

目前，为了增加反应液与每个反应器的接触效率，让反应液与每个反应器充分接触，多采用阵列形式共享反应液，利用搅拌机构，使得反应液在反应池内流动，接触阵列的每个反应点，或者是在反应区两边增加储液囊，分别挤压两边储液囊，让液体往复流过。

然而，对于光学检测来说，某些应用必须把每个反应点隔离成独立液池，没办法简单的让液体往复流过。并且，如果让液体在每个反应位路过，这样一来，容易增加测试时间，从而增加测试报告等待时间。

可见，现有技术中，如何提高反应效率，减少等待时间成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种控制片上实验室流体流动的装置及方法，以解决上述技术问题。

首先，为实现上述目的，本发明提出一种控制片上实验室流体流动的装置，应用于一片上实验室检测系统，所述片上实验室检测系统包括片上实验室以及片上实验室检测装置，所述控制片上实验室流体流动的装置包括：

设置在所述片上实验室反应区的第一泵体和设置在所述片上实验室检测装置上的泵头和轮轴，所述泵头与所述第一泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动；

所述控制片上实验室流体流动的装置还包括所述泵体上设置在所述片上实验室流道上的至少三个反应泵腔，与每个所述反应泵腔对应的设置于所述片上实验室检测装置上的所述泵头上的反应活塞；

其中，所述泵体为直线型泵体，每个所述反应泵腔为向下凹的圆弧形，所述反应活塞为向下凸的圆弧形。

可选地，所述泵体还包括设置在所述片上实验室流道上的至少两个限位泵腔，所述限位泵腔分别位于所述反应泵腔区域的两端，每个所述限位泵腔对应的所述泵头上设置有限位活塞；

其中，所述限位泵腔的体积小于所述反应泵腔的体积，所述限位活塞的凸起体积与所述限位泵腔的体积相同。

可选地，所述控制片上实验室流体流动的装置还包括设置在所述片上实验室样本入口与过滤器之间的第二泵体，所述泵头与所述第二泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述样本入口与所述过滤器之间的流道供应气体，用于挤压流道内的样本向所述过滤器方向流动。

可选地，所述控制片上实验室流体流动的装置用于驱动内容物沿着流道方向流动，包括：

当所述活塞下压，所述泵腔受到外力导致变形，所述泵腔体积变小，内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述泵腔受到的外力消失，所述泵腔体积恢复，吸入新内容物，所述吸入新内容物体积等于所述泵腔的容积；

其中，所述外力来自于所述活塞，所述内容物为液体和气体中的一种；

所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

第一活塞下压；

第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对第三活塞下压。

可选地，所述控制片上实验室流体流动的装置还用于在获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型后，根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间。

其次，本发明还提出一种控制片上实验室流体流动的方法，应用于一控制片上实验室流体流动的装置，所述方法包括步骤：

当所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体连接时，通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作；

当活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入内容物，所述吸入内容物体积等于所述泵腔的容积；

其中，所述内容物为液体和气体中的一种，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

第一活塞下压；

第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对第三活塞下压。

可选地，在所述通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作之前，所述方法还包括步骤：

获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型；

根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间。

可选地，所述方法还包括：

当所述泵头与第二泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述片上实验室的样本入口与过滤器之间的流道供应气体；

当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的气体被挤出，所述挤出气体体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入气体，所述吸入气体体积等于所述泵腔的容积；

所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

所述第一活塞下压；

所述第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对所述第三活塞下压。

可选地，所述方法还包括：

当所述片上实验室反应区入口检测到通道内界面发生气-液介面变化后，若反应区出口也检测到通道内界面发生气-液介面变化时，则判断液体充满整个反应区，将所述泵头与所述第二泵体进行脱离，并将所述泵头与第一泵体进行连接；

若所述反应区出口未检测到通道内界面发生气-液介面变化时，则判断液体未充满整个反应区，进行告警提示。

可选地，所述方法还包括：

当所述泵头与第一泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动；

当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的液体被挤出，所述挤出液体体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入液体，所述吸入液体体积等于所述泵腔的容积；

所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

所述第一活塞下压；

所述第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对所述第三活塞下压。

相较于现有技术，本发明所提出的控制片上实验室流体流动的装置，包括设置在所述片上实验室反应区的第一泵体和设置在所述片上实验室检测装置上的泵头和轮轴，所述泵体包括设置在所述片上实验室流道上的至少三个反应泵腔，与每个所述反应泵腔对应的设置于所述片上实验室检测装置上的所述泵头上的反应活塞，此外，本发明所提出的控制片上实验室流体流动的方法，所述泵头与所述泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，驱动内容物沿着流道方向流动。这样，通过使用泵体，且泵体为直线型，占用面积小，泵体内死体积也小，样本、气体和液体等内容物都可以由泵体带动，充分利用时间，保证了反应物质充分接触，提高了反应效率。

附图说明

图1是实现本发明各个实施例的一种片上实验室检测系统的结构示意图；

图2是实现本发明各个实施例的一种片上实验室检测装置的连接示意图；

图3是实现本发明各个实施例的一种片上实验室的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置的结构示意图之一；

图5是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置的活塞运动示意图之一；

图6是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置的结构示意图之二；

图7是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置的活塞运动示意图之二；

图8是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置的结构示意图之三；

图9是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之一；

图10是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之二；

图11是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之三；

图12是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之四。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为实现本发明各个实施例的一种片上实验室检测系统的结构示意图，如图1所示，所述片上实验室检测系统100包括片上实验室检测装置200以及片上实验室300。

请一并参阅图2，图2为实现本发明各个实施例的一种片上实验室检测装置的连接示意图，如图2所示，所述片上实验室检测装置200包括壳体10、牵引装置20以及设置于所述壳体10内部的恒温模块30、挤液模块40、光感模块50以及前处理模块60。

所述壳体10第一端开设有开口11，所述开口11用于供一片上实验室插入或者移出所述壳体10。

所述牵引装置20用于牵引所述片上实验室在所述壳体10内部移动。所述牵引装置20可以包括电机和传送带，所述传送带在所述电机的驱动下移动。

请一并参阅图3，图3是为实现本发明各个实施例的一种片上实验室的连接示意图，如图3所示，所述片上实验室300包括样本入口301、试剂区302、反应区303以及废液池304，所述反应区303的入口通过流道305与所述样本入口301以及所述试剂区302连接，所述反应区303的出口通过流道305与所述废液池304连接。所述反应区303包括依次连通的至少两个反应器3031，即所述至少两个反应器3031相互串联，其中，不同的反应器3031内表面附着不同的反应物，用于进行不同项目的检测。

本领域技术人员可以理解，图2中示出的片上实验室检测装置结构并不构成对片上实验室检测装置的限定，片上实验室检测装置可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的片上实验室结构并不构成对片上实验室的限定，片上实验室可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

基于上述片上实验室检测系统100，片上实验室检测装置200以及片上实验室300的结构，提出本发明各个实施例。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置400的结构示意图之一，如图4所示，图4A泵的俯视图，图4B为泵的侧视图，请一并参阅图2和图3，所述控制片上实验室流体流动的装置400包括设置在所述片上实验室300反应区303的第一泵体3032和设置在所述片上实验室检测装置200上的泵头401和轮轴402，所述轮轴402用于在所述泵头401与所述第一泵体3032连接时，驱动所述泵头401对所述第一泵体3032工作，驱动所述反应区303内的液体沿着液体流动方向在所述反应区303内循环流动。

所述控制片上实验室流体流动的装置400还包括所述泵体403上设置在所述片上实验室300流道305上的至少三个反应泵腔404，与每个所述反应泵腔404对应的设置于所述片上实验室检测装置200上的所述泵头401上的反应活塞405，即每个所述反应泵腔404对应一个反应活塞405。

具体的，为了使泵体内死体积小，充分利用反应时间，占用片上实验室的面积小，所述泵体403可以为直线型泵体，每个所述反应泵腔404为向下凹的圆弧形，所述反应活塞405为向下凸的圆弧形，达到所述反应活塞405下压时，与所述反应泵腔404可以无缝相接的效果。举例说明，每个所述反应泵腔404可以为向下凹的半圆，所述反应活塞405为指状物，凸起部分也为向下凸的半圆，当然，还可以是半椭圆形。

为了达到所述活塞409下压时，所述泵腔410中的内容物可以流出，达到循环的效果，所述泵体403由刚性材料和弹性材料组成，在覆膜前，所述泵体403为刚性材料，在覆膜后，所述泵体403外侧覆膜为薄膜406，所述薄膜406为弹性材料，所述泵体403和所述薄膜406之间为流道305。举例说明，所述泵体403的刚性材料可以使用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等塑料，所述薄膜406的弹性材料可以使用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等塑料制成的薄膜。所述片上实验室300的流道305和所述泵腔410可以在所述片上实验室300注塑时成型，所述薄膜406加热后与所述片上实验室300粘接。

具体的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400只包括反应泵腔404时，泵腔410即包括全部所述反应泵腔404。举例说明，以所述反应泵腔404的数量为三个为例，所述泵腔410按顺序依次排列，具体为第一反应泵腔4041，第二反应泵腔4042和第三反应泵腔4043，所述第一泵腔4101即为所述第一反应泵腔4041，所述第二泵腔4102即为第二反应泵腔4042，所述第三泵腔4103即为第三反应泵腔4043。

具体的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400只包括所述反应活塞405时，所述活塞409即为所述反应活塞405。举例说明，以所述反应活塞405的数量为三个为例，所述活塞409按顺序依次排列，具体为第一反应活塞4051，第二反应活塞4052和第三反应活塞4053，所述第一活塞4091即为所述第一反应活塞4051，所述第二活塞4092即为第二反应活塞4052，所述第三活塞4093即为第三反应活塞4053。本领域技术人员可以理解的是，当所述反应泵腔404的数量大于三个时，所述反应活塞405的数量也相应的大于三个，所述反应活塞405的数量也可以不大于所述反应泵腔404的数量，具体数量本发明实施例在此不做限制。

具体的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400只包括所述第一泵体3032时，所述泵体403即为所述第一泵体3032。

一开始，所述活塞409可以是抬起状态，当所述泵头401与所述第一泵体3032连接时，所述轮轴402驱动所述泵头401对所述第一泵体3032工作，所述控制片上实验室流体流动的装置400用于驱动内容物沿着流道305方向流动，具体包括：

当所述活塞409下压，所述泵腔410受到外力导致变形，所述泵腔泵腔410体积变小，内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔泵腔410的容积；

当所述活塞409抬起，所述泵腔410受到的外力消失，所述泵腔泵腔410体积恢复，吸入新内容物，所述吸入新内容物体积等于所述泵腔泵腔410的容积。其中，所述外力来自于所述活塞409，所述内容物为液体和气体中的一种。

具体的，请一并参阅图5，图5A至图5G为泵循环时序图，图5H为泵入口流量图，图5I为泵出口流量图，所述活塞409在所述轮轴402的作用下进行类波浪形运动，以所述内容物为液体，所述活塞409和所述泵腔410的数量均为三个为例进行说明：

当第一活塞4091下压，所述第一泵腔4101的液体向两边流动，可以认为此时所述泵体403出口有液体流出，入口有液体倒流，出口和入口的体积分别为所述第一泵腔4101容积的一半；

当所述第二活塞4092下压，由于此时所述第一活塞4091还处于下压状态，第二泵腔4102的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第二泵腔4102容积；

先将所述第一活塞4091抬起后，由于此时所述第二活塞4092还处于下压状态，所述第一泵腔4101只能从出口方向吸入液体，吸入液体体积等于所述第一泵腔4101容积，再对所述第三活塞4093下压，所述第三泵腔4103的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第三泵腔4103；

先将所述第二活塞4092抬起，所述第二泵腔4102吸入液体，吸入液体体积等于所述第二泵腔4102容积，再将所述第一活塞4091抬起，所述第一泵腔4101吸入液体，吸入液体体积等于所述第一泵腔4101容积；

先将所述第一活塞4091压下，所述第一泵腔4101的液体向入口流动，倒流液体体积等于所述第一泵腔4101容积，再将所述第三活塞4093抬起，所述第三泵腔4103吸入液体，倒流液体体积等于所述第三泵腔4103容积；

回到将所述第二活塞4092下压的过程，重复剩余的步骤，直到在循环时间内完成循环次数。

具体的，所述控制片上实验室流体流动的装置400可以在获取所述片上实验室300的类型和/或内容物类型后，根据所述片上实验室300的类型和/或内容物类型，调整所述泵体403的循环次数和/或循环时间，通过所述循环次数和/或循环时间，可以调整循环速度，提高循环反应接触效率，使内容物在反应区与每个反应器多次接触，每个反应器均能与流道内的内容物充分接触。

本发明实施例提供的控制片上实验室流体流动的装置，包括设置在所述片上实验室反应区的第一泵体和设置在所述片上实验室检测装置上的泵头和轮轴，所述泵体包括设置在所述片上实验室流道上的至少三个反应泵腔，与每个所述反应泵腔对应的设置于所述片上实验室检测装置上的所述泵头上的反应活塞，所述泵头与所述第一泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动。这样，通过使用泵体，且泵体为直线型，占用面积小，泵体内死体积也小，样本、气体和液体等内容物都可以由泵体带动，充分利用时间，保证了反应物质充分接触，提高了反应效率。

结合图5可以看出，头尾两只泵腔做功为零，并在某个时刻它做功方向相反，只剩下中间泵腔做功。为了提高泵的循环效率，需要增加中间泵腔的容积或者数量，或者数量、容积同时增加。然而，在片上实验室应用中，泵腔容积增大，意味着反应液损失，此时可以把头尾两只泵腔容积缩小到最小，减少反应液的损失。

请参阅图6，图6是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置400的结构示意图之二，如图6所示，图6A泵的俯视图，图6B为泵的侧视图，本发明实施例区别仅在于所述泵体403还包括设置在所述片上实验室300流道305上的至少两个限位泵腔407，所述限位泵腔407分别位于所述反应泵腔404区域的两端，与每个所述反应泵腔404的间距可以相同，也可以不相同，本发明实施例在此不做限制。每个所述限位泵腔407对应的所述泵头401上设置有限位活塞408；

其中，所述限位泵腔407的体积小于所述反应泵腔404的体积，所述限位活塞408的凸起体积与所述限位泵腔407的体积相同，达到所述限位活塞408下压时，与所述限位泵腔407可以无缝相接。

具体的，所述限位泵腔407的体积可以为零，那么相应的，所述限位活塞408的凸起体积也为零，即所述限位泵腔407不需要同所述反应泵腔404一样为凹槽，可以是平行的管道，这样限位时方向挤出的液体更少，反应液的损失降低。当然，所述限位泵腔407的体积还可以是小于所述反应泵腔404的体积任意数，头尾两只泵腔做功为零，并在某个时刻它做功方向相反，把自己贡献抵消了，只剩下了中间泵的做功，其也能减少反应液的损失，只是减少的程度不及所述限位泵腔407的体积为零的情况。

具体的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400包括所述反应活塞405和所述限位活塞408时，所述活塞409即为所述反应活塞405和所述限位活塞408，举例说明，以所述反应活塞405的数量为三个为例，所述限位活塞408的数量为两个为例，所述活塞409按顺序依次排列，具体为第一限位活塞4081，第一反应活塞4051，第二反应活塞4052，第三反应活塞4053和第二限位活塞4082，所述第一活塞4091即为所述第一限位活塞4081，所述第二活塞4092即为第一反应活塞4051，所述第三活塞4093即为第二反应活塞4052，依次类推。相应的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400包括反应泵腔404和所述限位泵腔407时，泵腔410即包括全部所述反应泵腔404和所述限位泵腔407。举例说明，以所述反应泵腔404的数量为三个为例，所述限位泵腔407为两个为例，所述泵腔410按顺序依次排列，具体为第一限位泵腔4071，第一反应泵腔4041，第二反应泵腔4042和第三反应泵腔4043和第二限位泵腔4072，所述第一泵腔4101即为第一限位泵腔4071，所述第二泵腔4102即为所述第一反应泵腔4041，所述第三泵腔4103即为第二反应泵腔4042，依次类推。

具体的，请一并参阅图7，图7A至图7K为泵循环时序图，图7L为泵入口流量图，图7M为泵出口流量图，所述活塞409在所述轮轴402的作用下进行类波浪形运动，以所述内容物为液体，所述活塞409和所述泵腔410的数量均为五个，所述限位泵腔407的为平行管道为例进行说明：

当所述第一活塞4091下压，所述第一泵腔4101因为为平行管道，此时所述第一活塞4091起到的作用为与止回阀相同，都是的防止液体回流，所述泵体403出口和入口的液体流量无变化；

当所述第二活塞4092下压，由于此时所述第一活塞4091还处于下压状态，第二泵腔4102的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第二泵腔4102容积；

先将所述第一活塞4091抬起后，由于此时所述第二活塞4092还处于下压状态，所述第一泵腔4101只能从出口方向吸入液体，吸入液体体积等于所述第一泵腔4101容积，为零，再对所述第三活塞4093下压，所述第三泵腔4103的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第三泵腔4103；

先将所述第二活塞4092抬起后，由于此时所述第三活塞4093还处于下压状态，所述第二泵腔4102只能从出口方向吸入液体，吸入液体体积等于所述第二泵腔4102容积，再对所述第四活塞4094下压，所述第四泵腔4104的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第四泵腔4104；

将所述第三活塞4093抬起，所述第三泵腔4103吸入液体，吸入液体体积等于所述第三泵腔4103容积；

对所述第五活塞4095下压，所述第五泵腔4105的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第五泵腔4105容积，为零，所述第五泵腔4105因为为平行管道，此时所述第五活塞4095起到的作用为与止回阀相同，都是的防止液体回流；

将所述第四活塞4094抬起，所述第四泵腔4104吸入液体，吸入液体体积等于所述第四泵腔4104容积；

先将所述第一活塞4091压下，所述第一泵腔4101的液体向入口流动，倒流液体体积等于所述第一泵腔4101容积，为零，再将所述第五活塞4095抬起，所述第五泵腔4105吸入液体，倒流液体体积等于所述第五泵腔4105容积，为零；

回到将所述第二活塞4092下压的过程，重复剩余的步骤，直到在循环时间内完成循环次数。

由上述可知，本实施例提供的控制片上实验室流体流动的装置，头尾两只泵腔做功为零，头尾两只泵腔可以为夹断阀，相当于止回阀，减少了头尾两只泵腔的无用做功后，只剩下中间泵的做功，几个泵腔就有几倍的做功，提高了泵的循环效率，减少了反应液的损失。

请参阅图8，图8是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的装置400的结构示意图之三，如图8所示，图8A泵的俯视图，图8B为泵的侧视图，请一并结合图3，本发明实施例的区别仅在于所述控制片上实验室流体流动的装置400还包括设置在所述片上实验室300样本入口301与过滤器3061之间的第二泵体3063，所述泵头401与所述第二泵体3063连接并通过所述轮轴402驱动所述泵头401对所述第二泵体3063工作，向所述样本入口301与所述过滤器3061之间的流道305供应气体，用于挤压流道305内的样本向所述过滤器3061方向流动。

具体的，在所述控制片上实验室流体流动的装置400包括所述第一泵体3032和所述第二泵体3063时，所述泵体403即为所述第一泵体3032和所述第二泵体3063。

所述第二泵体3063和所述第一泵体3032的结构相同，可以采用实施例一中的结构，也可以采用实施例二中的结构，区别仅在于所述第二泵体3063一般用于泵气体，即其内容物为气体。

所述泵头401和所述轮轴402可以仅为一个，通过移动达到和所述第二泵体3063以及所述第一泵体3032连接，也可以为两个，分别与所述第二泵体3063以及所述第一泵体3032连接，本发明实施例在此不做限制。

本实施例提供的控制片上实验室流体流动的装置，还包括第二泵体，所述泵头与所述第二泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，向所述样本入口与所述过滤器之间的流道供应气体，用于挤压流道内的样本向所述过滤器方向流动。这样，通过使用泵体，且泵体为直线型，占用面积小，泵体内死体积也小，气体等内容物可以由泵体带动，充分利用时间，通过气体压力，加快样本向反应区流动，提高了反应效率。

请参阅图9，图9是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之一，所述控制片上实验室流体流动的方法应用于上述控制片上实验室流体流动的装置，如图9所示，并请一并结合图4至图8中所示控制片上实验室流体流动的装置400，所述方法包括步骤：

步骤S901：当所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体连接时，通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作。

此步骤中，请一并结合图2，在所述片上实验室300插入所述片上实验室检测装置200后，所述牵引装置20带动所述片上实验室300在所述片上实验室检测装置200中移动。当所述片上实验室检测装置上的泵头401与所述片上实验室上的泵体403连接时，通过所述片上实验室检测装置200上轮轴402驱动所述泵头401对所述泵体403工作。具体的，所述泵头401和所述轮轴402可以仅为一个，通过移动达到和所述第二泵体3063以及所述第一泵体3032连接，也可以为两个，分别与所述第二泵体3063以及所述第一泵体3032连接。

具体的，当所述片上实验室300位于所述片上实验室检测装置200的所述前处理模块60时，所述泵头401可以与所述第二泵体3063连接，当所述片上实验室300位于所述片上实验室检测装置200的所述恒温模块30时，所述泵头401可以与所述第一泵体3032连接。通过所述片上实验室检测装置200上轮轴402驱动所述泵头401对所述泵体403工作。

步骤S902：当活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积。

步骤S903：当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入内容物，所述吸入内容物体积等于所述泵腔的容积。

具体的，所述内容物为液体和气体中的一种，所述第二泵体3063一般用于泵气体，即其内容物为气体，所述第一泵体3032一般用于泵液体，即其内容物为液体，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，包括：

第一活塞下压；

第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对第三活塞下压。

具体的，请一并参阅图5，所述活塞409在所述轮轴402的作用下进行类波浪形运动，以所述内容物为液体，所述泵体403为第一泵体3032，所述活塞409和所述泵腔410的数量均为三个为例进行说明：

当第一活塞4091下压，所述第一泵腔4101的液体向两边流动，可以认为此时所述泵体403出口有液体流出，入口有液体倒流，出口和入口的体积分别为所述第一泵腔4101容积的一半；

当所述第二活塞4092下压，由于此时所述第一活塞4091还处于下压状态，第二泵腔4102的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第二泵腔4102容积；

先将所述第一活塞4091抬起后，由于此时所述第二活塞4092还处于下压状态，所述第一泵腔4101只能从出口方向吸入液体，吸入液体体积等于所述第一泵腔4101容积，再对所述第三活塞4093下压，所述第三泵腔4103的液体只能向出口流动，流出液体体积等于所述第三泵腔4103；

先将所述第二活塞4092抬起，所述第二泵腔4102吸入液体，吸入液体体积等于所述第二泵腔4102容积，再将所述第一活塞4091抬起，所述第一泵腔4101吸入液体，吸入液体体积等于所述第一泵腔4101容积；

先将所述第一活塞4091压下，所述第一泵腔4101的液体向入口流动，倒流液体体积等于所述第一泵腔4101容积，再将所述第三活塞4093抬起，所述第三泵腔4103吸入液体，倒流液体体积等于所述第三泵腔4103容积；

回到将所述第二活塞4092下压的过程，重复剩余的步骤，直到在循环时间内完成循环次数。

本实施例提供的控制片上实验室流体流动的方法，当所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体连接时，通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作，当活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积，当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入内容物，所述吸入内容物体积等于所述泵腔的容积，其中，所述内容物为液体和气体中的一种，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动。这样，通过活塞的类波浪形运动，驱动样本、气体和液体等内容物由泵体带动，充分利用时间，保证了反应物质充分接触，提高了反应效率。

请参阅图10，图10是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之二，如图10所示，在所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体连接后，在所述通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作之前，所述方法还包括步骤：

步骤S1001：将所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体进行连接。

步骤S1002：获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型。

步骤S1003：根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间。

具体的，所述控制片上实验室流体流动的装置400可以在获取所述片上实验室300的类型和/或内容物类型后，根据所述片上实验室300的类型和/或内容物类型，调整所述泵体403的循环次数和/或循环时间，通过所述循环次数和/或循环时间，可以调整循环速度，提高循环反应接触效率，使内容物在反应区与每个反应器多次接触，每个反应器均能与流道内的内容物充分接触。

步骤S1004：通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作。

步骤S1005：当活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积。

步骤S1006：当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入内容物，所述吸入内容物体积等于所述泵腔的容积。

其中，步骤S1005至步骤S1006与步骤S905至步骤S906相同，步骤S1001和步骤S1004与步骤S901相同，本发明实施例在此不再赘述。

本实施例提供的控制片上实验室流体流动的方法，通过获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型，并根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间，能够达到流道内内容物的流量和流速可控的技术效果。

请参阅图11，图11是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之三，如图11所示，所述方法包括步骤：

步骤S1101：当所述泵头与第二泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述片上实验室的样本入口与过滤器之间的流道供应气体。

此步骤中，请一并结合图2，在所述片上实验室300插入所述片上实验室检测装置200后，所述牵引装置20带动所述片上实验室300在所述片上实验室检测装置200中移动。当所述片上实验室300位于所述片上实验室检测装置200的所述前处理模块60时，所述泵头401可以与所述第二泵体3063连接，通过所述片上实验室检测装置200上轮轴402驱动所述泵头401对所述第二泵体3063工作，向所述片上实验室300的样本入口301与过滤器3061之间的流道305供应气体。

步骤S1102：当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的气体被挤出，所述挤出气体体积等于所述泵腔的容积。

步骤S1103：当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入气体，所述吸入气体体积等于所述泵腔的容积。

具体的，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，包括：

所述第一活塞下压；

所述第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对所述第三活塞下压。

具体的，请一并参阅图5，所述活塞409在所述轮轴402的作用下进行类波浪形运动，以所述内容物为气体，所述泵体403为第二泵体3063，所述活塞409和所述泵腔410的数量均为三个为例进行说明：

当第一活塞4091下压，所述第一泵腔4101的气体向两边流动，可以认为此时所述泵体403出口有气体流出，入口有气体倒流，出口和入口的体积分别为所述第一泵腔4101容积的一半；

当所述第二活塞4092下压，由于此时所述第一活塞4091还处于下压状态，第二泵腔4102的气体只能向出口流动，流出气体体积等于所述第二泵腔4102容积；

先将所述第一活塞4091抬起后，由于此时所述第二活塞4092还处于下压状态，所述第一泵腔4101只能从出口方向吸入气体，吸入气体体积等于所述第一泵腔4101容积，再对所述第三活塞4093下压，所述第三泵腔4103的气体只能向出口流动，流出气体体积等于所述第三泵腔4103；

先将所述第二活塞4092抬起，所述第二泵腔4102吸入气体，吸入气体体积等于所述第二泵腔4102容积，再将所述第一活塞4091抬起，所述第一泵腔4101吸入气体，吸入气体体积等于所述第一泵腔4101容积；

先将所述第一活塞4091压下，所述第一泵腔4101的气体向入口流动，倒流气体体积等于所述第一泵腔4101容积，再将所述第三活塞4093抬起，所述第三泵腔4103吸入气体，倒流气体体积等于所述第三泵腔4103容积；

回到将所述第二活塞4092下压的过程，重复剩余的步骤，直到在循环时间内完成循环次数。

步骤S1104：当所述片上实验室反应区入口检测到通道内界面发生气-液介面变化后，判断反应区出口是否也检测到通道内界面发生气-液介面变化。

当所述反应区出口也检测到通道内界面发生气-液介面变化时，则进入步骤S1105，若所述反应区出口一直未检测到通道内界面发生气-液介面变化，则进入步骤S1106。

步骤S1105：判断得出液体充满整个反应区，将所述泵头与所述第二泵体进行脱离，并将所述泵头与第一泵体进行连接。

在本步骤中，当判断得出液体充满整个反应区后，即表明需要开始进入液体循环阶段，先将所述泵头与所述第二泵体进行脱离，再将所述泵头与第一泵体进行连接。由反应区内的第一泵体驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动，增加液体和反应区内反应器的接触效率。

步骤S1106：判断得出液体未充满整个反应区，进行告警提示。

在本步骤中，如果所述反应区出口一直未检测到通道内界面发生气-液介面变化，则表明液体未充满整个反应区，有可能样本不够，如果样本为血液，则表明血液并没有充满整个反应区，没有办法进入下一血液循环阶段，需要进行告警提示，在收到告警提示后，由于样本量不达标，所述控制片上实验室流体流动的装置可以停止工作，当然，工作人员也可以选择在此时补入样本，本发明实施例在此不做限制。

本实施例提供的控制片上实验室流体流动的方法，当所述泵头与第二泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述片上实验室的样本入口与过滤器之间的流道供应气体；当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的气体被挤出，所述挤出气体体积等于所述泵腔的容积；当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入气体，所述吸入气体体积等于所述泵腔的容积；所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动。这样，通过活塞的类波浪形运动，驱动气体泵体带动，加快液体进入时间，提高了时间利用效率。

请参阅图12，图12是本发明实施例提供的一种控制片上实验室流体流动的方法的流程示意图之四，如图12所示，所述方法包括步骤：

步骤S1201：当所述泵头与第一泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动。

此步骤中，请一并结合图2，在所述片上实验室300插入所述片上实验室检测装置200后，所述牵引装置20带动所述片上实验室300在所述片上实验室检测装置200中移动，当所述片上实验室300位于所述片上实验室检测装置200的所述恒温模块30时，所述泵头401可以与所述第一泵体3032连接。驱动所述反应区303内的液体沿着液体流动方向在所述反应区303内循环流动。

步骤S1202：当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的液体被挤出，所述挤出液体体积等于所述泵腔的容积。

步骤S1203：当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入液体，所述吸入液体体积等于所述泵腔的容积。

其中，步骤S1202至步骤S1203与步骤S1102至步骤S1103相同，区别仅在于所述内容物为液体，所述泵体403为第一泵体3032，故本发明实施例在此不再赘述。

需要说明的是，由于除了样本需要在反应区进行循环外，所述试剂包3021中的液体也需要在反应区进行循环。所以，在完成样本的循环后，当所述片上实验室300重新位于所述片上实验室检测装置200的所述恒温模块30时，回到步骤S1201，继续通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区303内的液体沿着液体流动方向在所述反应区303内循环流动。

本实施例提供的控制片上实验室流体流动的方法，当所述泵头与第一泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动；当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的液体被挤出，所述挤出液体体积等于所述泵腔的容积；当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入液体，所述吸入液体体积等于所述泵腔的容积；所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动。这样，通过活塞的类波浪形运动，驱动样本和液体等内容物由泵体带动，充分利用时间，保证了反应物质充分接触，提高了反应效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种控制片上实验室流体流动的装置，应用于一片上实验室检测系统，其特征在于，所述片上实验室检测系统包括片上实验室以及片上实验室检测装置，所述控制片上实验室流体流动的装置包括设置在所述片上实验室反应区的第一泵体和设置在所述片上实验室检测装置上的泵头和轮轴，所述泵头与所述第一泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动；

所述控制片上实验室流体流动的装置还包括所述泵体上设置在所述片上实验室流道上的至少三个反应泵腔，与每个所述反应泵腔对应的设置于所述片上实验室检测装置上的所述泵头上的反应活塞；

其中，所述泵体为直线型泵体，每个所述反应泵腔为向下凹的圆弧形，所述反应活塞为向下凸的圆弧形；

其中，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

第一活塞下压；

第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对第三活塞下压。

2.根据权利要求1所述的控制片上实验室流体流动的装置，其特征在于，所述泵体还包括设置在所述片上实验室流道上的至少两个限位泵腔，所述限位泵腔分别位于所述反应泵腔区域的两端，每个所述限位泵腔对应的所述泵头上设置有限位活塞；

其中，所述限位泵腔的体积小于所述反应泵腔的体积，所述限位活塞的凸起体积与所述限位泵腔的体积相同。

3.根据权利要求1所述的控制片上实验室流体流动的装置，其特征在于，所述控制片上实验室流体流动的装置还包括设置在所述片上实验室样本入口与过滤器之间的第二泵体，所述泵头与所述第二泵体连接并通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述样本入口与所述过滤器之间的流道供应气体，用于挤压流道内的样本向所述过滤器方向流动。

4.根据权利要求3所述的控制片上实验室流体流动的装置，其特征在于，所述控制片上实验室流体流动的装置用于驱动内容物沿着流道方向流动，包括：

当所述活塞下压，所述泵腔受到外力导致变形，所述泵腔体积变小，内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述泵腔受到的外力消失，所述泵腔体积恢复，吸入新内容物，所述吸入新内容物体积等于所述泵腔的容积；

其中，所述外力来自于所述活塞，所述内容物为液体和气体中的一种。

5.根据权利要求1至4任一所述的控制片上实验室流体流动的装置，其特征在于，所述控制片上实验室流体流动的装置还用于在获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型后，根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间。

6.一种控制片上实验室流体流动的方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的控制片上实验室流体流动的装置，其特征在于，所述方法包括步骤：

当所述片上实验室检测装置上的泵头与所述片上实验室上的泵体连接时，通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作；

当活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的内容物被挤出，所述挤出内容物体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入内容物，所述吸入内容物体积等于所述泵腔的容积；

其中，所述内容物为液体和气体中的一种，所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

第一活塞下压；

第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对第三活塞下压。

7.根据权利要求6所述的控制片上实验室流体流动的方法，其特征在于，在所述通过所述片上实验室检测装置上轮轴驱动所述泵头对所述泵体工作之前，所述方法还包括步骤：

获取所述片上实验室的类型和/或内容物类型；

根据所述片上实验室的类型和/或内容物类型，调整所述泵体的循环次数和/或循环时间。

8.根据权利要求6所述的控制片上实验室流体流动的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述泵头与第二泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第二泵体工作，向所述片上实验室的样本入口与过滤器之间的流道供应气体；

当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的气体被挤出，所述挤出气体体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入气体，所述吸入气体体积等于所述泵腔的容积；

所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

所述第一活塞下压；

所述第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对所述第三活塞下压。

9.根据权利要求8所述的控制片上实验室流体流动的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述片上实验室反应区入口检测到通道内界面发生气-液介面变化后，若反应区出口也检测到通道内界面发生气-液介面变化时，则判断液体充满整个反应区，将所述泵头与所述第二泵体进行脱离，并将所述泵头与第一泵体进行连接；

若所述反应区出口未检测到通道内界面发生气-液介面变化时，则判断液体未充满整个反应区，进行告警提示。

10.根据权利要求6所述的控制片上实验室流体流动的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述泵头与第一泵体连接时，通过所述轮轴驱动所述泵头对所述第一泵体工作，驱动所述反应区内的液体沿着液体流动方向在所述反应区内循环流动；

当所述活塞下压，所述活塞对应的泵腔中的液体被挤出，所述挤出液体体积等于所述泵腔的容积；

当所述活塞抬起，所述活塞对应的泵腔吸入液体，所述吸入液体体积等于所述泵腔的容积；

所述活塞在所述轮轴的作用下进行类波浪形运动，具体的，包括：

所述第一活塞下压；

所述第二活塞下压；

将所述第一活塞抬起后，对所述第三活塞下压。

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