CN111122707B - 微流控芯片能量传递效率测量设备、方法和实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片能量传递效率测量设备、方法和实验设备，其中测量设备包括微流控芯片(20)、能量发射源(16)和测量装置(12)，微流控芯片(20)的内部设有用于存储液体的存储腔，能量发射源(16)与所述存储腔的外壁相互接触，并用于发射能量，测量装置(12)用于测量能够反映所述微流控芯片(20)的能量传递效率的参数。实验设备包括微流控芯片能量传递效率测量设备。本发明可以对微流控芯片的能量传递效率进行检测，为后续实验中定量施加能量提供依据，使得预先判断所施加的能量对后续实验所能产生的影响大小成为了可能。

Description

微流控芯片能量传递效率测量设备、方法和实验设备

技术领域

本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种微流控芯片能量传递效率测量设备、方法和实验设备。

背景技术

微流控芯片又称芯片实验室，它能够在毫米/微米级的尺寸上对液体进行操控，并且可以自动完成一个生化实验的全部过程，具体来讲，其能够在一个小面积的平台上集成具有各种功能的基本操作单元(进样、混匀、裂解、细胞分离、细胞筛选、反应检测等)，还可以对这些操作单元进行不同顺序的组合，从而满足生化实验所需要的多种条件和要求。因此，微流控芯片具有高度的集成性与自动化特性，其越来越多地应用于临床检测和现场检测(Point of Care Testing,POCT)领域。

在检测过程中，试剂的混匀、细胞裂解或病毒裂解等步骤起着重要的作用，混匀和裂解程度直接决定着检测结果的灵敏度和准确性。目前，采用超声能量使得芯片内的试剂高频机械振动，可以实现不同加样试剂的混匀，此外，高频超声使得液体内部产生快速的压力变化，并发生空化效应，从而实现细胞或病毒的裂解，这已经成为一项重要的应用技术。但是，在该项技术的应用过程中，超声能量通过芯片向试剂的传递效率对试剂混匀和细胞裂解效果有很大影响，而目前大部分芯片的传递效率未知，无法预判其对试剂混匀和细胞裂解效果的影响力大小。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种微流控芯片能量传递效率测量设备、方法和实验设备，解决现有技术中由于微流控芯片的能量传递效率未知而无法确定所施加的能量对后续实验所造成的影响大小的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微流控芯片能量传递效率测量设备，包括：

微流控芯片，其内部设有用于存储液体的存储腔；

能量发射源，与存储腔的外壁相互接触，用于发射能量；和

测量装置，用于测量能够反映微流控芯片的能量传递效率的参数。

在一些实施例中，参数包括微流控芯片的振幅。

在一些实施例中，微流控芯片包括平板式的芯体，存储腔相对于芯体向外凸起。

在一些实施例中，存储腔的向外凸起的面呈球冠形。

在一些实施例中，存储腔包括凸起面，能量发射源与凸起面相互接触，测量装置与存储腔的与凸起面相对的面相互接触。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量设备还包括用于支撑微流控芯片的支撑装置。

在一些实施例中，支撑装置包括：

第一立柱；

第二立柱；和

支撑板，连接在第一立柱和第二立柱之间，微流控芯片放置于支撑板上。

在一些实施例中，支撑板在第一立柱和第二立柱上的连接位置的高度可调。

在一些实施例中，支撑装置还包括第一固定板和第二固定板，第一固定板和第二固定板均安装在支撑板上且安装位置可调，微流控芯片设置在第一固定板和第二固定板之间。

在一些实施例中，第一固定板设有第一长条孔，第一长条孔的长度方向与第一固定板和第二固定板的中心连线平行，第一固定板通过第一长条孔安装在支撑板上；和/或，第二固定板设有第二长条孔，第二长条孔的长度方向与第一固定板和第二固定板的中心连线平行，第二固定板通过第二长条孔安装在支撑板上。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量设备还包括第一调节装置，用于调节能量发射源和微流控芯片的相对位置。

在一些实施例中，第一调节装置包括驱动机构和固定件，固定件用于固定能量发射源，驱动机构用于驱动固定件沿第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个做直线运动和/或绕第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个旋转，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。

在一些实施例中，存储腔包括球冠形的凸起面，能量发射源所发射能量的传递方向与在能量发射源和凸起面的接触点处的法线相互平行，驱动机构包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置，第一驱动装置用于驱动能量发射源沿第一方向做直线运动，第二驱动装置用于驱动能量发射源沿第二方向做直线运动，第三驱动装置用于驱动能量发射源沿第三方向做直线运动，第四驱动装置用于驱动能量发射源绕第一方向旋转，第五驱动装置用于驱动能量发射源绕第二方向旋转。

在一些实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置包括微调滑台，第三驱动装置包括电机，第四驱动装置和第五驱动装置包括回转工作台。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量设备还包括第二调节装置，用于调节测量装置和微流控芯片的相对位置。

在一些实施例中，第二调节装置用于调节测量装置在第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个方向上相对于微流控芯片的位置，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量设备还包括用于支撑微流控芯片的支撑装置，第二调节装置包括第一定位板和第二定位板，测量装置安装在第二定位板上，第一定位板上设有长度方向与第一方向平行的第三长条孔，第一定位板通过第三长条孔安装在支撑装置的支撑微流控芯片的一侧的相对侧，第一定位板在支撑装置上的安装位置的高度可调，第二方向与支撑装置的高度方向平行，第二定位板上设有长度方向与第三方向平行的第四长条孔，第二定位板通过第四长条孔安装在第一定位板上且与第一定位板相互垂直。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量设备还包括磁铁和第三调节装置，磁铁用于吸附液体中的磁珠，第三调节装置用于调节磁铁相对于微流控芯片的位置。

为实现上述目的，本发明还提供了一种实验设备，包括上述的微流控芯片能量传递效率测量设备。

为实现上述目的，本发明还提供了一种微流控芯片能量传递效率测量方法，包括：

提供内部设有用于存储液体的存储腔的微流控芯片；

向存储腔内装入液体；

将能量发射源与存储腔的外壁相互接触，使能量发射源所发射的能量传递至存储腔内；

测量能够反映微流控芯片的能量传递效率的参数，并根据参数计算微流控芯片的能量传递效率。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量方法还包括：

改变能量发射源与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度，重复测量参数并根据参数确定微流控芯片的能量传递效率为预设效率时对应的能量发射源与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度。

基于上述技术方案，本发明实施例包括能量发射源和测量装置，通过能量发射源可以发射能量，能量经微流控芯片传递至液体使液体产生振动，此时利用测量装置可以测量能够反映微流控芯片的能量传递效率的参数，根据该参数可以计算微流控芯片的能量传递效率，实现了微流控芯片的能量传递效率的定量检测，为后续实验中定量施加能量提供了依据，使得预先判断所施加的能量对后续实验所能产生的影响大小成为了可能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明微流控芯片能量传递效率测量设备一个实施例的结构示意图。

图2为本发明微流控芯片能量传递效率测量设备一个实施例部分结构的主视图。

图3为本发明微流控芯片能量传递效率测量设备一个实施例部分结构的后视图。

图4为本发明微流控芯片能量传递效率测量设备一个实施例中第一位置调整装置的结构示意图。

图中：

1、第一立柱；2、支撑板；3、第一固定板；4、第五驱动装置；5、第三驱动装置；6、底座；7、第二立柱；8、第二定位板；9、第一定位板；10、套筒；11、第二固定板；12、测量装置；13、第三定位板；14、第四定位板；15、磁铁；16、能量发射源；17、第四驱动装置；18、第二驱动装置；19、第一驱动装置；20、微流控芯片；21、第一刻度尺；22、第二刻度尺。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1和图2所示，在本发明提供的微流控芯片能量传递效率测量设备的一个实施例中，该测量设备包括微流控芯片20、能量发射源16和测量装置12，微流控芯片20的内部设有用于存储液体的存储腔，能量发射源16与存储腔的外壁相互接触，能量发射源16用于发射能量，测量装置12用于测量能够反映微流控芯片20的能量传递效率的参数。

在该实施例中，测量设备包括能量发射源16和测量装置12，通过能量发射源16可以发射能量，能量经微流控芯片20传递至液体使液体产生振动，此时利用测量装置12可以测量能够反映微流控芯片20的能量传递效率的参数，根据该参数可以计算微流控芯片20的能量传递效率，实现了微流控芯片20的能量传递效率的定量检测，为后续实验中定量施加能量提供了依据，使得预先判断所施加的能量对后续实验所能产生的影响大小成为了可能。

测量装置所测量的参数可以包括液体的振幅或者微流控芯片20的振幅等。

在一个可选的实施例中，参数包括微流控芯片20的振幅。由于液体的振幅测量比较困难，而液体盛装在微流控芯片20的存储腔中，且液体所接收到的能量是经由微流控芯片20传递的，因此微流控芯片20的振幅变化规律与液体所接收的能量的变化规律呈正相关，因此通过测量微流控芯片20的振幅，也可以反映液体所接收的能量的多少，进而反映出微流控芯片20的能量传递效率的大小。

在测量出微流控芯片20的振幅后，可以利用测量所得的振幅和能量发射源16所发射的能量的功率与所发射能量的振幅之间的比例关系计算微流控芯片20所传递的能量的功率(即测量所得振幅/微流控芯片20所传递的能量的功率＝k*能量发射源16所发射能量的振幅/能量发射源所发射能量的功率，k值为常数)，进而根据微流控芯片20所传递的能量的功率和能量发射源16所发射的能量的功率的比值计算微流控芯片20的能量传递效率。其中，能量发射源16所发射的能量的功率和振幅是已知的，这些数据可以从能量发射源16的记录模块中获取。

进一步地，通过改变能量发射源16与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度，重复测量上述参数，可以根据在不同的接触位置、方向和力度所测得的参数大小来确定微流控芯片20的能量传递效率为预设效率时对应的能量发射源16与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度，该预设效率的大小可以根据实际需要而定，这样在后续实验时就可以根据实际需要的效率大小而直接将能量发射源16与存储腔的相对位置直接调节至传递效率为预设效率时所对应的位置、方向和力度，从而获得与实际需要相匹配的传递效率，减小能量发射源16的输入功率，节约能源。

其中，能量发射源16与存储腔的外壁的接触位置指的是，在能量发射源16与存储腔的外壁相互接触时，能量发射源16和存储腔的空间相对位置；能量发射源16与存储腔的外壁的接触方向指的是，在能量发射源16与存储腔的外壁相互接触时，能量发射源16和存储腔的外壁之间的夹角以及方位关系；能量发射源16与存储腔的外壁的接触力度指的是，在能量发射源16与存储腔的外壁相互接触时，能量发射源16和存储腔之间的相互作用力。

能量发射源16可以采用超声能量源，超声能量源包括超声发生器和换能器，超声发生器用于产生超声，超声发生器用于产生预设频率和功率的电信号并传输给换能器，换能器将电信号转化成超声信号，换能器与微流控芯片20的存储腔直接接触，因此换能器的振动可以引起存储腔的外壁振动，以将能量传递给微流控芯片20的存储腔中的液体。

测量装置12可以采用测振仪等，用以测量微流控芯片20的振幅。

如图2所示，微流控芯片20包括平板式的芯体，存储腔相对于芯体向外凸起。这样液体存储于存储腔内更加集中，便于接收能量，也有利于实现更加精确的检测；而且，凸起部分的固有频率比平面部分的固有频率更高，可以使能量发射源16所发射的超声能量能够更有效地传至存储腔内的液体中。

进一步地，存储腔的向外凸起的面的形状可以为球冠形。这种形状有利于存储更多的液体，也更有利于使液体集中，实现更加精确的检测。

存储腔包括凸起面，能量发射源16与凸起面相互接触，测量装置12与存储腔的与凸起面相对的面相互接触。这样可以使测量装置12的测量位置更加接近于液体，同时使能量发射源16和测量装置隔开，避免能量发射源16对测量装置的测量结果产生影响。

微流控芯片能量传递效率测量设备还包括用于支撑微流控芯片20的支撑装置。

支撑装置可以包括第一立柱1、第二立柱7和支撑板2，支撑板2连接在第一立柱1和第二立柱7之间，微流控芯片20放置于支撑板2上。

支撑板2在第一立柱1和第二立柱7上的连接位置的高度可调，这样就可以根据实际需要调节微流控芯片20的高度。

第一立柱1和第二立柱7上分别设有长槽，支撑板2的背面设有凸块，凸块嵌入长槽内，在调整支撑板2的高度时，可以使支撑板2相对于第一立柱1和第二立柱7滑动，滑动至预设位置时将支撑板2与第一立柱1和第二立柱7固定。

支撑装置还包括第一固定板3和第二固定板11，第一固定板3和第二固定板11均安装在支撑板2上且安装位置可调，微流控芯片20设置在第一固定板3和第二固定板11之间。通过设置第一固定板3和第二固定板11，可以将微流控芯片20夹在第一固定板3和第二固定板11之间，以固定微流控芯片20。需要说明的是，虽然微流控芯片20被第一固定板3和第二固定板11固定，在微流控芯片20内的液体吸收能量后，微流控芯片20仍然是可以发生振动的。

第一固定板3和第二固定板11在支撑板2上的安装位置设置为可调，可以根据微流控芯片20的尺寸大小适当调整第一固定板3和第二固定板11之间的距离，提高适应性。

作为第一固定板3和第二固定板11在支撑板2上的安装位置可调的一种具体实施方式，第一固定板3设有第一长条孔，第一长条孔的长度方向与第一固定板3和第二固定板11的中心连线平行，第一固定板3通过第一长条孔安装在支撑板2上。第二固定板11设有第二长条孔，第二长条孔的长度方向与第一固定板3和第二固定板11的中心连线平行，第二固定板11通过第二长条孔安装在支撑板2上。

微流控芯片能量传递效率测量设备还包括第一调节装置，第一调节装置用于调节能量发射源16和微流控芯片20的相对位置。

通过设置第一调节装置，可以调节能量发射源16和微流控芯片20的相对位置，确保能量发射源16与微流控芯片20内的存储腔的外壁相互接触；而且，还可以根据需要调节能量发射源16与微流控芯片20接触的位置、方向和力度，从而实现在能量发射源16在不同位置、从不同方向、以不同力度与微流控芯片20接触时的传递效率的测量，有利于获得微流控芯片20的能量传递效率最高时的能量发射源16与微流控芯片20的接触位置、方向和力度。

第一调节装置包括驱动机构和固定件，固定件用于固定能量发射源16，驱动机构用于驱动固定件沿第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个做直线运动和/或绕第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个旋转，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。

在如图1所示的实施例中，第一方向为水平方向(即x方向)，第二方向为竖直方向(即z方向)，第三方向为y方向。在其他实施例中，第一方向、第二方向和第三方向也可以为其他任意两两相互垂直的方向。

如图4所示，存储腔包括球冠形的凸起面，能量发射源16所发射能量的传递方向与在能量发射源16和凸起面的接触点处的法线相互平行，驱动机构包括第一驱动装置19、第二驱动装置18、第三驱动装置5、第四驱动装置17和第五驱动装置4，第一驱动装置19用于驱动能量发射源16沿第一方向做直线运动，第二驱动装置18用于驱动能量发射源16沿第二方向做直线运动，第三驱动装置5用于驱动能量发射源16沿第三方向做直线运动，第四驱动装置17用于驱动能量发射源16绕第一方向旋转，第五驱动装置4用于驱动能量发射源16绕第二方向旋转。

在本实施例中，存储腔的凸起面呈球冠形，在测量时保证能量发射源16所发射能量的传递方向与在能量发射源16和凸起面的接触点处的法线相互平行，这样即使能量发射源16绕第三方向旋转也不会改变能量发射源16与微流控芯片20的接触位置、方向和力度，因此可以省略驱动能量发射源16绕y方向旋转的驱动装置。

第一驱动装置19和第二驱动装置18包括微调滑台，第三驱动装置5包括电机，第四驱动装置17和第五驱动装置4包括回转工作台。

微调滑台为包括千分尺的手动操作滑台，可以驱动能量发射源16作直线运动，且运动距离可以直接从千分尺上读取出来，操作比较方便，可视性好。电机的行进距离比较准确，而且通过电机的力矩大小可以获得能量发射源16与微流控芯片20之间接触力的大小，便于对不同接触力度的情况进行检测。

微流控芯片能量传递效率测量设备还包括第二调节装置，第二调节装置用于调节测量装置12和微流控芯片20的相对位置。通过设置第二调节装置，可以确保测量装置12的测量位置。

第二调节装置用于调节测量装置12在第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个方向上相对于微流控芯片20的位置，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。

第二调节装置包括第一定位板9和第二定位板8，测量装置12安装在第二定位板8上，第一定位板9上设有长度方向与第一方向平行的第三长条孔，第一定位板9通过第三长条孔安装在支撑装置的支撑微流控芯片20的一侧的相对侧，第一定位板9在支撑装置上的安装位置的高度可调，第二方向与支撑装置的高度方向平行，第二定位板8上设有长度方向与第三方向平行的第四长条孔，第二定位板8通过第四长条孔安装在第一定位板9上且与第一定位板9相互垂直。

微流控芯片能量传递效率测量设备还包括磁铁15和第三调节装置，磁铁15用于吸附液体中的磁珠，这样可以防止在更换液体时磁珠随液体一起被转移，第三调节装置用于调节磁铁15相对于微流控芯片20的位置。

下面结合附图1～4对本发明微流控芯片能量传递效率测量设备一个实施例的结构和工作过程进行说明：

如图1所示，该测量设备包括底座6，底座6由铝合金板制作而成，支撑装置和第一调节装置均安装在底座6上，第二调节装置安装在支撑装置上。

支撑装置包括第一立柱1、第二立柱7、支撑板2、第一固定板3和第二固定板11，第一立柱1和第二立柱7采用铝合金型材，第一立柱1和第二立柱7竖直设置，通过螺栓固定安装在底座6上，且设有沿竖直方向延伸的长槽。支撑板2采用铝合金材料，呈长方形形状，长边沿水平方向，短边沿竖直方向，四个角分别设有通孔，螺栓穿过该通孔旋入第一立柱1和第二立柱7的长槽中，旋紧前，通过螺栓沿长槽的滑动，实现支撑板2在第一立柱1和第二立柱7不同高度的固定。

第一固定板3和第二固定板11的尺寸与结构相同，第一固定板3和第二固定板11也呈长方形形状，长边沿竖直方向，短边沿水平方向。第一固定板3上设有上下两个第一长条孔，第一长条孔的长度方向沿水平方向，在第一长条孔的几何中心所对应的支撑板2的位置处开有螺纹孔，螺栓穿过第一长条孔旋入支撑板2的螺纹孔中，旋紧前，通过第一固定板3在第一长条孔内的滑动，实现第一固定板3在支撑板2不同水平位置处的固定。第二固定板11上也设有上下两个第二长条孔，第二长条孔的长度方向沿水平方向，在第二长条孔的几何中心所对应的支撑板2的位置处也开有螺纹孔，螺栓穿过第二长条孔旋入支撑板2的螺纹孔中，旋紧前，通过第二固定板11在第二长条孔内的滑动，实现第二固定板11在支撑板2不同水平位置处的固定。

如图2所示，微流控芯片20的中间靠下的位置设有一球冠状凸起，微流控芯片20设置在第一固定板3和第二固定板11之间，第一固定板3和第二固定板11将微流控芯片20夹在中间，第一固定板3和第二固定板11限制了微流控芯片20在水平方向上的移动，但并未限制其在竖直方向上的移动。支撑板2上靠近底边的一端设有凸台，该凸台可以支撑微流控芯片20，防止其沿竖直方向向下运动。微流控芯片20的上方则没有限制。支撑板2上的凸台上设有第一刻度尺21，便于直观地观察第一固定板3和第二固定板11的固定位置以及第一固定板3和第二固定板11之间的水平距离。

如图3所示，第二调节装置包括第一定位板9和第二定位板8，第二立柱7的背面也设置长槽，第一定位板9安装在第二立柱7的背面，且通过长槽可以调节第一定位板9在第二立柱7上的高度。第一定位板9呈L形，其横向部分(与xz面平行)与第二立柱7连接，竖向部分(与yz面平行)与第二定位板8连接，横向部分呈长方形形状，长边沿x方向，短边沿z方向，其上设有第三长条孔，第三长条孔的长度方向沿x方向，螺栓穿过第三长条孔旋入第二立柱7背面的长槽中，通过第三长条孔，可以调节第一定位板9在第二立柱7上的水平位置。第二定位板8也呈L形，其竖向部分(与yz面平行)与第一定位板9连接，横向部分(与xz面平行)用于固定测量装置12。第二定位板8的横向部分连接有支板，支板上设有套筒10，测量装置12安装在套筒10内。第二定位板8的竖向部分(与yz面平行)呈长方形形状，长边沿y方向，短边沿z方向，其上设有第四长条孔，第四长条孔的长度方向沿y方向，通过第四长条孔，可以调节第二定位板8在第一定位板9上沿y方向的固定位置。第一定位板9的前面上侧和第二定位板8的顶面分别设有刻度尺。

第三调节装置包括第三定位板13和第四定位板14，第三定位板13安装在第二立柱7的背面，位于第一定位板9的下方，通过第二立柱7上的长槽可以调节第三定位板13在第二立柱7上的高度。第四定位板14与第三定位板13连接。第三定位板13和第四定位板14的固定方式与第一定位板9和第二定位板8的固定方式类似。第三定位板13呈L形，其横向部分(与xz面平行)与第二立柱7连接，竖向部分(与yz面平行)与第四定位板14连接，横向部分呈长方形形状，长边沿x方向，短边沿z方向，其上设有第五长条孔，第五长条孔的长度方向沿x方向，螺栓穿过第五长条孔旋入第二立柱7背面的长槽中，通过第五长条孔，可以调节第三定位板13在第二立柱7上的水平位置。第四定位板14也呈L形，其竖向部分(与yz面平行)与第三定位板13连接，横向部分(与xz面平行)用于磁铁15。第四定位板14的横向部分连接有支板，支板上设有通孔，磁铁15呈圆柱形，安装在通孔中，磁铁15与通孔过盈配合。第四定位板14的竖向部分(与yz面平行)呈长方形形状，长边沿y方向，短边沿z方向，其上设有第六长条孔，第六长条孔的长度方向沿y方向，通过第六长条孔，可以调节第四定位板14在第三定位板13上沿y方向的固定位置。第四定位板14的顶面上设有第二刻度尺22，第三定位板13的前面上侧也设有刻度尺。

测量装置12在测量过程中工作，磁铁15在测量前或测量后更换液体时使用，因此第一定位板9和第二定位板8的调节与第三定位板13和第四定位板14的调节分别在不同的阶段进行。

如图4所示，对于能量发射源16的定位，微流控芯片20上具有一个球冠凸起，属于曲面，能量发射源16的换能器与微流控芯片20的球冠凸起接触时，若沿其法线方向接触会使传递效率更高，因此需要5个自由度配合实现不同位置、方向和力度的检测。第一调节装置包括第一驱动装置19、第二驱动装置18、第三驱动装置5、第四驱动装置17和第五驱动装置4，第一驱动装置19采用千分尺滑台，用于驱动能量发射源16沿x方向做直线运动，第二驱动装置18采用千分尺滑台，用于驱动能量发射源16沿z方向做直线运动，第三驱动装置5采用电机，用于驱动能量发射源16沿y方向做直线运动，第四驱动装置17采用回转工作台，用于驱动能量发射源16绕x方向旋转，第五驱动装置4采用回转工作台，用于驱动能量发射源16绕z方向旋转。

第三驱动装置5可滑动地安装在底座6的长槽中，第一驱动装置19安装在第三驱动装置5上，第五驱动装置4安装在第一驱动装置19上，第二驱动装置18安装在第五驱动装置4上，第四驱动装置17安装在第二驱动装置18上，能量发射源16安装在第四驱动装置17上。

具体操作过程：

在测量前，需要通过第一调节装置和第二调节装置调整能量发射源16和测量装置12位置，使能量发射源16与微流控芯片20的球冠凸起外表面相接触，测量装置12与微流控芯片20的背面对应球冠凸起中心的位置相接触。

具体地，调节第三驱动装置5(电机)的进给量，以使能量发射源16沿y方向靠近微流控芯片20，调节电机的电流，可以调节电机的扭矩，从而调节能量发射源16与微流控芯片20的接触力度；调节第一驱动装置19(千分尺滑台，可手动操作)，以使能量发射源16沿x方向靠近微流控芯片20；调节第二驱动装置18(千分尺滑台，可手动操作)，以使能量发射源16沿z方向靠近微流控芯片20；调节第四驱动装置17(回转工作台)，以使能量发射源16绕x方向旋转，调节能量发射源16与微流控芯片20在绕x方向上的接触角度；调节第五驱动装置4(回转工作台)，以使能量发射源16绕z方向旋转，调节能量发射源16与微流控芯片20在绕z方向上的接触角度。

测量装置12与微流控芯片20的相对位置则可以通过调节第一定位板9和第二定位板8的位置来实现。

调整好能量发射源16和测量装置12的位置后，即可开始检测。打开能量发射源16的开关，发射能量，能量通过微流控芯片20传递至存储腔内的液体中，液体吸收能量后产生振动，同时微流控芯片20随液体一起运动，测量装置12可以测量出微流控芯片20的振幅。根据测量所得的微流控芯片20的振幅，微流控芯片20所传递的能量的功率与测量所得的微流控芯片20的振幅的比值与能量发射源16所发射的能量的功率与所发射能量的振幅的比值相等，利用这种关系，即可获得微流控芯片20所传递的能量的功率，再根据微流控芯片20所传递的能量的功率和能量发射源16所发射的能量的功率的比值即可计算出微流控芯片20的能量传递效率。

为了获得微流控芯片20的最优能量传递效率，可以进行多次测量，每次测量时通过第一调节装置变换能量发射源16与微流控芯片20相接触的位置、方向和力度，从而找到最优能量传递效率所对应的能量发射源16与微流控芯片20相接触的位置、方向和力度，后续进行实验时即可按照上述的位置、方向和力度调整能量发射源16与微流控芯片20的相对位置，保证实验时微流控芯片20具有最优的能量传递效率，减少微流控芯片20的能量传递效率对实验结果的影响。

在测量前后需要更换液体时，需要通过第三调节装置调整磁铁15的位置，使磁铁15与微流控芯片20的背面与球冠凸起对应的位置接触，磁铁15可以吸附试剂中的磁珠，使磁珠从分散状态变成聚集状态，并固定于磁铁15对应的芯片区域，防止磁珠随液体一起转移。

通过对本发明微流控芯片能量传递效率测量设备多个实施例的说明，可以看到本发明微流控芯片能量传递效率测量设备实施例利用能量发射源和测量装置，可以实现对微流控芯片的能量传递效率的检测；通过改变能量发射源与微流控芯片的接触位置、方向和力度可以实现对微流控芯片的能量传递效率的定量研究，从而找到微流控芯片的最优能量传递效率，进而达到试剂混匀和细胞裂解的最优效果，提高检测结果的灵敏度和准确性。

基于上述的微流控芯片能量传递效率测量设备，本发明还提出一种实验设备，该实验设备包括上述的微流控芯片能量传递效率测量设备。

本发明还提供了一种微流控芯片能量传递效率测量方法，包括：

提供内部设有用于存储液体的存储腔的微流控芯片20；

向存储腔内装入液体；

将能量发射源16与存储腔的外壁相互接触，使能量发射源16所发射的能量传递至存储腔内；

测量能够反映微流控芯片20的能量传递效率的参数，并根据参数计算微流控芯片20的能量传递效率。

在一些实施例中，微流控芯片能量传递效率测量方法还包括：

改变能量发射源16与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度，重复测量参数并根据参数确定微流控芯片20的能量传递效率为预设效率时对应的能量发射源16与存储腔的外壁的接触位置、方向和力度。

上述各个实施例中微流控芯片能量传递效率测量设备所具有的积极技术效果同样适用于实验设备和微流控芯片能量传递效率测量方法，这里不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (21)

1.一种微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，包括：

微流控芯片(20)，其内部设有用于存储液体的存储腔；

能量发射源(16)，与所述存储腔的外壁相互接触，用于发射能量；和

测量装置(12)，用于测量能够反映所述微流控芯片(20)的能量传递效率的参数。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述参数包括所述微流控芯片(20)的振幅。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述微流控芯片(20)包括平板式的芯体，所述存储腔相对于所述芯体向外凸起。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述存储腔的向外凸起的面呈球冠形。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述存储腔包括凸起面，所述能量发射源(16)与所述凸起面相互接触，所述测量装置(12)与所述存储腔的与所述凸起面相对的面相互接触。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，还包括用于支撑所述微流控芯片(20)的支撑装置。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述支撑装置包括：

第一立柱(1)；

第二立柱(7)；和

支撑板(2)，连接在所述第一立柱(1)和所述第二立柱(7)之间，所述微流控芯片(20)放置于所述支撑板(2)上。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述支撑板(2)在所述第一立柱(1)和所述第二立柱(7)上的连接位置的高度可调。

9.根据权利要求7所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述支撑装置还包括第一固定板(3)和第二固定板(11)，所述第一固定板(3)和所述第二固定板(11)均安装在所述支撑板(2)上且安装位置可调，所述微流控芯片(20)设置在所述第一固定板(3)和所述第二固定板(11)之间。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述第一固定板(3)设有第一长条孔，所述第一长条孔的长度方向与所述第一固定板(3)和所述第二固定板(11)的中心连线平行，所述第一固定板(3)通过所述第一长条孔安装在所述支撑板(2)上；和/或，所述第二固定板(11)设有第二长条孔，所述第二长条孔的长度方向与所述第一固定板(3)和所述第二固定板(11)的中心连线平行，所述第二固定板(11)通过所述第二长条孔安装在所述支撑板(2)上。

11.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，还包括第一调节装置，用于调节所述能量发射源(16)和所述微流控芯片(20)的相对位置。

12.根据权利要求11所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述第一调节装置包括驱动机构和固定件，所述固定件用于固定所述能量发射源(16)，所述驱动机构用于驱动所述固定件沿第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个做直线运动和/或绕第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个旋转，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直。

13.根据权利要求12所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述存储腔包括球冠形的凸起面，所述能量发射源(16)所发射能量的传递方向与在所述能量发射源(16)和所述凸起面的接触点处的法线相互平行，所述驱动机构包括第一驱动装置(19)、第二驱动装置(18)、第三驱动装置(5)、第四驱动装置(17)和第五驱动装置(4)，所述第一驱动装置(19)用于驱动所述能量发射源(16)沿第一方向做直线运动，所述第二驱动装置(18)用于驱动所述能量发射源(16)沿第二方向做直线运动，所述第三驱动装置(5)用于驱动所述能量发射源(16)沿第三方向做直线运动，所述第四驱动装置(17)用于驱动所述能量发射源(16)绕第一方向旋转，所述第五驱动装置(4)用于驱动所述能量发射源(16)绕第二方向旋转。

14.根据权利要求13所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述第一驱动装置(19)和所述第二驱动装置(18)包括微调滑台，所述第三驱动装置(5)包括电机，所述第四驱动装置(17)和所述第五驱动装置(4)包括回转工作台。

15.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，还包括第二调节装置，用于调节所述测量装置(12)和所述微流控芯片(20)的相对位置。

16.根据权利要求15所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，所述第二调节装置用于调节所述测量装置(12)在第一方向、第二方向和第三方向中的至少一个方向上相对于所述微流控芯片(20)的位置，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直。

17.根据权利要求16所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，还包括用于支撑所述微流控芯片(20)的支撑装置，所述第二调节装置包括第一定位板(9)和第二定位板(8)，所述测量装置(12)安装在所述第二定位板(8)上，所述第一定位板(9)上设有长度方向与所述第一方向平行的第三长条孔，所述第一定位板(9)通过所述第三长条孔安装在所述支撑装置的支撑所述微流控芯片(20)的一侧的相对侧，所述第一定位板(9)在所述支撑装置上的安装位置的高度可调，所述第二方向与所述支撑装置的高度方向平行，所述第二定位板(8)上设有长度方向与所述第三方向平行的第四长条孔，所述第二定位板(8)通过所述第四长条孔安装在所述第一定位板(9)上且与所述第一定位板(9)相互垂直。

18.根据权利要求1所述的微流控芯片能量传递效率测量设备，其特征在于，还包括磁铁(15)和第三调节装置，所述磁铁(15)用于吸附所述液体中的磁珠，所述第三调节装置用于调节所述磁铁(15)相对于所述微流控芯片(20)的位置。

19.一种实验设备，其特征在于，包括如权利要求1～18任一项所述的微流控芯片能量传递效率测量设备。

20.一种微流控芯片能量传递效率测量方法，其特征在于，包括：

提供内部设有用于存储液体的存储腔的微流控芯片(20)；

向所述存储腔内装入液体；

将能量发射源(16)与所述存储腔的外壁相互接触，使所述能量发射源(16)所发射的能量传递至所述存储腔内；

测量能够反映所述微流控芯片(20)的能量传递效率的参数，并根据所述参数计算所述微流控芯片(20)的能量传递效率。

21.根据权利要求20所述的微流控芯片能量传递效率测量方法，其特征在于，还包括：

改变所述能量发射源(16)与所述存储腔的外壁的接触位置、方向和力度，重复测量所述参数并根据所述参数确定所述微流控芯片(20)的能量传递效率为预设效率时对应的所述能量发射源(16)与所述存储腔的外壁的接触位置、方向和力度。

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