CN111044740A - 微流道结构、流体测试装置及流体进样测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流体芯片技术领域，特别涉及一种微流道结构、流体测试装置及流体进样测试系统，微流道结构包括：基质材料和流体通道，所述基质材料包括：硬质基层、与硬质基层贴合的柔性基层，流体通道位于硬质基层与所述柔性基层之间，柔性基层相对于硬质基层的方向在外力作用下可被挤压到与所述硬质基层贴合，外力撤销后，柔性基层恢复到初始状态。同现有技术相比，当测试试剂在借助流体通道进入微流体芯片内时，可直接通过挤压或释放柔性基层，即可实现对流体通道的截断和导通，从而可省去采用电磁阀、转向阀等器件，在简化系统结构的同时，还大大减少了额外流路的容积，以达到节省测试试剂的目的。

Description

微流道结构、流体测试装置及流体进样测试系统

技术领域

本发明的实施方式涉及微流体芯片技术领域，特别涉及一种微流道结构、流体测试装置及流体进样测试系统。

背景技术

微流体芯片技术是目前迅速发展的高新技术和多学科交叉科技前沿领域之一，是生命科学、化学科学与信息科学信号检测和处理方法研究的重要技术平台。然而发明人发现，在此技术中，通常需要精确有效的控制反应物和样品试剂在管路中的输运、混合等，流路的控制成为了此项技术的关键所在。而目前流路的控制大多借助于电磁阀、夹管阀、旋转阀等，这无一例外的都需要一定的长度的流路配合才能实现，因此在借助流路将样品试剂送入微流体芯片中时，不可避免的会造成一些珍贵试剂积存于流路中，从而造成试剂的浪费。

发明内容

本发明的实施方式的目的在于提供一种微流道结构、流体测试装置及流体进样测试系统，可直接对微流道结构进行挤压变形，从而实现流路导通和截止的功能，在简化整个系统结构的同时，还大大减少了额外流路的容积，以达到节省测试试剂的目的。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种微流道结构，包括：基质材料和流体通道，所述基质材料包括：硬质基层、与所述硬质基层贴合的柔性基层，所述流体通道位于所述硬质基层与所述柔性基层之间，所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向在外力作用下可被挤压到与所述硬质基层贴合，外力撤销后，所述柔性基层恢复到初始状态。

另外，本发明的实施方式还提供了一种流体测试装置，包括，微流体芯片、至少一个位于所述微流体芯片的上表面的进样口、至少一个位于所述微流体芯片的上表面的流控阀；

所述流控阀包括：阀体、位于所述阀体内且垂直于所述微流体芯片的上表面的第一流道，所述第一流道向外导通；

所述流控阀还包括：位于所述阀体内的第二流道，所述第二流道与所述第一流道相对于所述微流体芯片的一端和至少一个位于所述微流体芯片上的进样口连通；

所述阀体至少有部分为垂直于所述第二流道的柔性基层，所述微流体芯片的最上层为硬质基层，并与所述柔性基层相对，所述第二流道位于所述柔性基层和所述硬质基层之间，且所述第二流道、所述柔性基层和所述硬质基层共同构成如上所述的微流道结构。

另外，本发明的实施方式还提供了一种流体进样测试系统，包括：如上所述的微流体测试装置、挤压装置和插入所述第一流道内的管接头；所述挤压装置作用于所述柔性基层，用于将所述阀体朝所述柔性基层朝所述硬质基层的方向挤压变形。

本发明的实施方式相对于现有技术而言，由于微流道结构的基质材料包括硬质基层和柔性基层，且柔性基层可朝相对于硬质基层的方向被挤压变形，从而当测试试剂在借助微流道结构的流体通道进入微流体芯片内时，可直接通过挤压或释放微流道结构的柔性基层，即可实现对流体通道的流路的截断和导通，从而可省去采用电磁阀、转向阀等器件，在简化整个系统结构的同时，还大大减少了额外流路的容积，以达到节省测试试剂的目的。

另外，所述柔性基层有若干层，各所述柔性基层沿垂直于所述硬质基层的方向依次设置，且每相邻两层所述柔性基层之间还分别形成流体通道，各所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向均在外力作用下，可被挤压变形；

各所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向，在外力作用下由外至内按顺序依次可被挤压变形；

任意相邻的两层柔性基层用于在外力作用下被挤压至相互贴合后，截断该两层所述柔性基层之间所形成的流体通道。

另外，所述柔性基层与所述硬质基层之间粘接固定。

另外，所述柔性基层为柔性材料层。

另外，所述柔性材料层采用热塑性聚氨酯TPU、丁基橡胶IIR、顺丁橡胶BR、丁苯橡胶SBR中的任意一种材质制成。

另外，所述阀体为柔性阀体。

另外，所述柔性基层背离所述硬质基层的一侧有部分内凹，形成凹槽。

另外，所述第一流道有部分为锥形通道。

另外，所述进样口设有多个，且至少一个所述进样口用于进样，至少一个所述进样口用于出样，所述进样口和所述出样口处均设有所述流控阀。

另外，所述挤压装置包括：顶针、与所述顶针连接的驱动组件；所述驱动组件用于驱动所述顶针朝所述硬质基层的方向挤压所述柔性基层。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的微流道结构的流体通道导通时的结构示意图；

图2为本发明第一实施方式的微流道结构的流体通道截断时的结构示意图；

图3为本发明第一实施方式的微流道结构具有多层柔性基层时的结构示意图；

图4为本发明第二实施方式中流控阀为单个时的流体测试装置的结构示意图；

图5为本发明第二实施方式中流控阀的底部示意图；

图6为本发明第二实施方式中流控阀为两个时流体测试装置的结构示意图；

图7为本发明第三实施方式的流体进样测试系统的微流道结构的流体通道在导通时的结构示意图；

图8为本发明第三实施方式的流体进样测试系统的微流道结构的流体通道在截断时的结构示意图；

图9为本发明第三实施方式的流体进样测试系统中管接头采用锥形接头时的结构示意图；

图10为本发明第三实施方式中流控阀为两个时流体进样测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种微流道结构，如图1所示，该微流道结构1用于流通测试试剂，且该微流道结构1至少有部分可被挤压。

其中，如图1所示，本实施方式的微流道结构1包括：基质材料和流体通道13，基质材料包括硬质基层11、与硬质基层11贴合的柔性基层12，流体通道13位于柔性基层12与硬质基层11之间，并且，结合图2所示，柔性基层12相对于硬质基层11的方向可在外力作用下被挤压到与硬质基层11贴合，从而实现对流体通道13的截断。而当施加于柔性基层12上的外力被撤销后，如图1所示，该柔性基层12恢复初始状态，使得流体通道13可被重新导通。

通过上述内容不难发现，由于微流道结构1包括硬质基层11和柔性基层12，且柔性基层12可朝相对于硬质基层11的方向被挤压变形，而硬质基层11作为外力支撑，从而当测试试剂在借助流体通道13进入微流体芯片内时，可直接通过挤压或释放微流道结构的柔性基层12，即可实现对流体通道13的流路的截断和导通，从而可省去采用电磁阀、转向阀等器件，在简化整个系统结构的同时，还大大减少了额外流路的容积，以达到节省测试试剂的目的。

具体地说，在本实施方式中，如图1和图2所示，柔性基层12与硬质基层11之间可采用粘接固定，且柔性基层12为柔性材料层，可采用热塑性聚氨酯TPU、丁基橡胶IIR、顺丁橡胶BR、丁苯橡胶SBR等材质制成，从而使得柔性基层12可采用注塑、浇注、复膜等多种工艺成型，加工非常简单。并且，需要说明的是，在本实施方式中，柔性基层12和硬质基层11之间仅以粘接固定为例进行说明，而在实际应用的过程中，柔性基层12和硬质基层11之间也可采用其他的连接方式，而在本实施方式中不对柔性基层12和硬质基层11之间的连接方式作具体限定。

并且，作为一种替换方案，在本实施方式中，如图3所示，柔性基层12有若干层，且各柔性基层12沿垂直于硬质基层的方向依次设置，且每相邻两层柔性基层12之间还分别形成流体通道13，且各柔性基层12相对于硬质基层11的方向均在外力作用下，可被挤压变形。具体的说，如图3所示，各柔性基层12相对于硬质基层11的方向，在外力作用下由外至内按顺序依次可被挤压变形,并且当任意相邻的两层柔性基层12在外力作用下被挤压至相互贴合后，使得该两层柔性基层12之间所形成的流体通道13可被直接截断。

通过上述内容不难看出，当柔性基层12有多层时，各柔性基层12在外力的作用下变形，并可与临近的柔性基层12贴合。因此，当整个微流道结构1处于同一个外力的控制范围内时，通过调节外力大小，可实现多个流体通道13由外到内的顺序导通，或由内到外的顺序截断。同时，为了保证此功能可靠，作为优选的方案，在本实施方式中，各柔性基层12可采用不同硬度的材质或厚度。

需要说明的是，在本实施方式中，可以采用气动、电动、手动灯机械结构向柔性基层2施加外列，机械结构可根据柔性基层的截面做成仿形，以保证柔性基层2能够更为容易的被挤压变形。

本发明的第二实施方式涉及一种流体测试装置，如图4所示，本实施方式的流体测试装置包括：微流体芯片2,位于微流体芯片2的上表面的进样口211、位于微流体芯片2的上表面的流控阀3。

具体的说，如图4所示，微流体芯片2内具有被测试试剂通过的液体通道21，进样口211位于液体通道21的一端。而流控阀3，结合图5所示，具体包括：阀体31、位于阀体31内且垂直于微流体芯片2的第一流道33，且该第一流道33向外微流体芯片2的外部导通，可用于被管接头插入。另外，该流控阀3还包括：位于阀体31内的第二流道14，第二流道14与第一流道33相对于微流体芯片2的一端和位于微流体芯片2上的进样口211连通。

并且，值得注意的是，在本实施方式中，如图4所示，阀体31至少有部分为垂直于第二流道14的柔性基层12，而微流体芯片2的最上层为硬质基层11，并与柔性基层12相对，而第二流道14位于柔性基层12和硬质基层11之间。从而不难看出，本实施方式中，的第二流道14、柔性基层12和硬质基层11可共同构成如第一实施方式所述的微流道结构。

通过上述内容不难看出，由于第一实施方式中所提及的微流道结构1的硬质基层11实际为本实施方式中微流体芯片2的最上层部分，同时第一实施方式中所提及的微流道结构1的柔性基层12实际为本实施方式中流控阀3的阀体31的一部分。使得该阀体31的柔性基层12能够在外力作用下朝相对于硬质基层11的方向被挤压变形，以实现对微流道结构1的流体通道13的截断和导通。

通过上述内容不难看出，在实际应用过程中，由于流控阀3的第一流道33可供管接头插入，使得测试试剂可通过第一流道33经第二流道14和进样口211进入微流体芯片2的液体通道21中。在此过程中，可直接通过挤压或释放阀体31的柔性基层12的方式，即可实现对第二流道14的截断和导通，从而可省去采用电磁阀、转向阀等器件，在简化整个系统结构的同时，还大大减少了额外流路的容积，以达到节省测试试剂的目的。

具体地说，在本实施方式中，如图4所示，流控阀3与微流体芯片2在装配时，可直接将流控阀3的阀体31通过粘接的方式粘接于微流体芯片2的硬质基层11上。然而，作为优选的方案，在本实施方式中，可将流控阀3的阀体31制作成一整个柔性阀体，整个阀体31可采用例如热塑性聚氨酯TPU、丁基橡胶IIR、顺丁橡胶BR、丁苯橡胶SBR等材质制成，从而使得整个流控阀3可采用注塑、浇注、复膜等多种工艺成型，加工非常简单。

另外，值得一提的是，在本实施方式中，为了能够让流控阀3的阀体31的局部更容易在外力作用下产生变形，以提高微流道结构的截断性能，在本实施方式中，如图4所示，阀体31的柔性基层12背离硬质基层11的一侧有部分内凹，形成一凹槽32，从而使得柔性基层12具有凹槽32的部位的壁厚较薄，以保证该部位在外力挤压下，更容易产生形变，从而提高了第二流道14的截断性能。

其次，在本实施方式中，作为一种优选方案，如图4所示，在本实施方式中，第一流道33有部分为锥形通道331，即该锥形通道331的管径朝远离微流体芯片2的方向逐渐变大，从而使得第一流道33可借助锥形通道331适配不同直径的管接头。

此外，值得一提的是，在本实施方式中，作为一种替换方案，进样口211可设有多个，比如如图6所示的两个，两个进样口211分别位于液体通道21的两端，均与液体通道21连通，同时两个进样口211处均设有流控阀3，即流控阀3同样设有两个，且其中一个进样口211用于进样，而另一个进样口211用于出样。由此不难看出，在实际应用的过程中，可分别在两个流控阀3的第一流道33中插入管接头，并将其中一个管接头作为吸液接头(图中未标示)，而将另一个管接头作为供液接头(图中未标示)，当需要向微流体芯片2的液体通道21内送入测试试剂时，如图6所示，可在吸液接头处施加负压，以使得吸液接头可直接将被送入供液接头内的测试试剂吸入微流体芯片2的流体通道21中，通过此种方式可同样实现对微流体芯片2内输送测试试剂。当然，需要说明的是，在本实施方式中进样口211和流控阀3仅以两个为例进行说明，而在实际应用的过程中，进样口211和流控阀3的数量可根据实际的是情况进行相应的增加或减少，而在本实施方式中不对进样口211和流控阀的数量作具体限定。

本发明的第三实施方式涉及一种流体进样测试系统，如图7所示，该流体进样测试系统包括：如第二实施方式所述的流体测试装置、挤压装置(图中未标示)、插入第一流道33内的管接头4。

其中，挤压装置直接作用于阀体31的柔性基层12上，可用于将阀体31的柔性基层12朝微流体芯片2的硬质基层11的方向挤压变形。具体地说，在本实施方式中，如图7所示，该挤压装置包括：顶针6、与顶针6连接的驱动组件(图中未标示)；驱动组件用于驱动顶针6朝硬质基层11的方向挤压柔性基层12。并且，在本实施方式中，顶针6与流控阀3的阀体31相对设置，且该顶针6主要包括：顶针主体61、与顶针主体61连接的顶针摆臂62、设置于顶针摆臂62上的顶针转轴63。其中，如图7和图8所示，顶针主体61和顶针摆臂62共同构成一L型结构，而顶针转轴63连接驱动组件，并且该顶针转轴63可在驱动组件的驱动下带动顶针摆臂62在预设的角度范围内进行翻转，从而使得顶针主体61可对阀体31的柔性基层12的局部进行挤压变形，以实现对第二流道14的截断和导通。需要说明的是，在本实施方式中，挤压装置仅以顶针6结合驱动组件的形式为例进行说明，而在实际引用的过程中，本领域技术人员可以知晓挤压装置也可采用其他的结构形式，不单单仅限于本实施方式中的结构形式，而在本实施方式中不再对挤压装置的其他结构形式进行一一阐述。

然而在一些实施例中，为了能够让管接头4更好的适配锥形通道331，如图7所示，管接头4可采用倒勾接头，即该倒勾接头的前端为一锥形结构。因此，当倒勾接头在插入锥形通道331后，倒勾接头的前端可以与锥形通道331的壁面完全契合，从而提高了倒勾接头与锥形通道331的壁面之间的密封性能。需要说明的是，在实际应用的过程中，如图9所示，管接头4也可采用普通的锥形管接头。而在本实施方式中，不对管接头4的具体类型作过多限定。

值得注意的是，作为一种替换方案，如图10所示，当微流体芯片2的流体通道21包括了多个进样口和多个流控阀3时，参照第二实施方式不难发现，此时的流体测试装置由于包括了两个进样口和两个流控阀3。因此，如图10所示，本实施方式的流体进样测试系统中的管接头同样设有两个，且分别插入两个流控阀3的第一流道33中。其中，将其中一个管接头作为吸液接头7，而将另一管接头作为供液接头8，当需要向微流体芯片2的流体通道21内送入测试试剂时，可将吸液接头连接外部管路9，以实现对吸液接头施加负压，从而使得吸液接头可直接将被送入供液接头内的测试试剂吸入微流体芯片2的流体通道21中，通过此种方式可同样实现对微流体芯片2内液体通道21输送测试试剂。

并且，为了提高整个进样系统的密封性能，在本实施方式中，如图8所示，吸液接头7可采用倒勾接头，从而当吸液接头7通过负压方式将测试试剂吸入至微流体芯片2的流体通道21中时，可避免测试试剂从吸液接头7与锥形通道331的壁面之间产生泄露，提高了吸液接头7与锥形通道331的壁面之间的密封性能。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种微流道结构，包括：基质材料和流体通道，其特征在于，所述基质材料包括：硬质基层、与所述硬质基层贴合的柔性基层，所述流体通道位于所述硬质基层与所述柔性基层之间，所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向在外力作用下可被挤压到与所述硬质基层贴合，外力撤销后，所述柔性基层恢复到初始状态。

2.根据权利要求1所述的微流道结构，其特征在于，所述柔性基层有若干层，各所述柔性基层沿垂直于所述硬质基层的方向依次设置，且每相邻两层所述柔性基层之间还分别形成流体通道，各所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向均在外力作用下，可被挤压变形；

各所述柔性基层相对于所述硬质基层的方向，在外力作用下由外至内按顺序依次可被挤压变形；

任意相邻的两层所述柔性基层用于在外力作用下被挤压至相互贴合后，截断该两层所述柔性基层之间所形成的所述流体通道。

3.根据权利要求1所述的微流道结构，其特征在于，所述柔性基层与所述硬质基层之间粘接固定。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的微流道结构，其特征在于，所述柔性基层为柔性材料层。

5.根据权利要求4所述的微流道结构，其特征在于，所述柔性材料层采用热塑性聚氨酯TPU、丁基橡胶IIR、顺丁橡胶BR、丁苯橡胶SBR中的任意一种材质制成。

6.一种流体测试装置，包括，微流体芯片、至少一个位于所述微流体芯片的上表面的进样口、至少一个位于所述微流体芯片的上表面的流控阀，其特征在于，

所述流控阀包括：阀体、位于所述阀体内且垂直于所述微流体芯片的上表面的第一流道，所述第一流道向外导通；

所述流控阀还包括：位于所述阀体内的第二流道，所述第二流道与所述第一流道相对于所述微流体芯片的一端和至少一个位于所述微流体芯片上的进样口连通；

所述阀体至少有部分为垂直于所述第二流道的柔性基层，所述微流体芯片的最上层为硬质基层，并与所述柔性基层相对，所述第二流道位于所述柔性基层和所述硬质基层之间，且所述第二流道、所述柔性基层和所述硬质基层共同构成如权利要求1至5中任意一项所述的微流道结构。

7.根据权利要求6所述的流体测试装置，其特征在于，所述阀体为柔性阀体。

8.根据权利要求6所述的流体测试装置，其特征在于，所述柔性基层背离所述硬质基层的一侧有部分内凹，形成凹槽。

9.根据权利要求6所述的流体测试装置，其特征在于，所述第一流道有部分为锥形通道。

10.根据权利要求6所述的流体测试装置，其特征在于，所述进样口设有多个，且至少一个所述进样口用于进样，至少一个所述进样口用于出样，所述进样口和所述出样口处均设有所述流控阀。

11.一种流体进样测试系统，其特征在于，包括：如权利要求6至10中任意一项所述的微流体测试装置、插入所述第一流道内的管接头、挤压装置；

所述挤压装置作用于所述柔性基层，用于将所述柔性基层朝所述硬质基层的方向挤压变形。

12.根据权利要求11所述的流体进样测试系统，其特征在于，所述挤压装置包括：顶针、与所述顶针连接的驱动组件；

所述驱动组件用于驱动所述顶针朝所述硬质基层的方向挤压所述柔性基层。

Images