CN111250183B - 一种微流控系统用注液泵驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控系统用注液泵驱动装置，主要包括：集成板、驱动机构、零位片、光电传感器、PCB板、输出轴；所述集成板上安装有带电机控制电路的所述PCB板，及所述驱动机构和与其对应的所述光电传感器；所述驱动机构由电机、减速器、输出轴组成；所述电机通过所述减速器带动所述输出轴转动，其中所述输出轴安装有所述零位片，并通过所述光电传感器检测所述输出轴转动的初始位及转动一定圈数后的终止位；本发明优点在于驱动机构可单组使用或多组并列设置，提升了使用效率，并通过所述电机与所述减速器的配合，可提升系统的供压及其稳定性，同时配合所述零位片及所述光电传感器可提升系统吸液及排液精确度。
Description
技术领域
本发明涉及生化分析设备领域，尤其涉及一种微流控系统用注液泵驱动装置。
背景技术
微流控是使用微管道处理或操纵微小流体的系统，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，微流控芯片己经广泛应用于数字PCR及基因测序等技术领域。其中微流控系统中的注液泵(注射泵)是完成待转移液体样本的推入或抽取的重要装置。而这其中的泵的驱动装置更是直接影响推入、抽取压力及送液精准度的关键性因素。现有技术中微流控芯片中传输样品微滴的微通道的直径一般较小，样品微滴在微通道中移动的阻力较大。但是，传统的电机泵推进力较小，在微流控芯片使用过程中较难完成推入或抽取样品微滴的操作，同时现有电机泵驱动装置普遍存在集成度低、空间利用率不高、使用效率低等问题，直接影响其应用于小型便捷化检测设备。
中国专利CN207263764U公开了一种注射泵系统。该注射泵系统包括安装座、注射器、传动机构及驱动机构；所述注射器包括筒体和活塞杆，所述筒体安装于所述安装座，所述筒体用于与微流控芯片的管道连接的注射端设有外螺纹，所述活塞杆可滑动地插入在所述筒体中；所述传动机构包括丝杆以及滑块，所述丝杆安装于所述安装座，所述滑块套设于所述丝杆，所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述滑块还与所述活塞杆连接；所述驱动机构具有驱动轴，所述驱动轴与所述丝杆连接，以通过驱动所述丝杆转动带动所述滑块相对于所述丝杆移动。其中公开的传动方式为电机直连丝杠，并不能增大泵对系统内液体的推进力，同时，同轴连接也导致其所占空间较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种微流控系统用注液泵驱动装置，能够解决现有微流控系统用注液泵的问题。
为此目的，本发明由如下技术方案实施。
一种微流控系统用注液泵驱动装置，包括：集成板、驱动机构、PCB板、零位片、光电传感器，其中所述驱动机构包括：电机、减速器、输出轴；所述减速器输出端与输入端同侧设置；所述电机的输出端与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出端与所述输出轴连接；
所述集成板安装有所述PCB板，所述PCB板上集成有所述电机的控制电路；所述集成板上安装有至少一组所述驱动机构；
每组所述驱动机构的所述输出轴均固定有所述零位片，所述输出轴上方空间安装有对应所述零位片的所述光电传感器，并与之构成转动检测机构。
进一步，所述集成板上并列安装有多组所述驱动机构。
进一步，所述集成板上端面有折边，安装有所述PCB板，并与之形成平行或折边状结构，具体可为L型结构，且所述驱动机构位于所述L型结构内凹侧。
更进一步，所述光电传感器安装于所述PCB板下表面。
进一步，所述集成板两侧未安装所述驱动机构的区域，均匀分布有安装用通孔。
进一步，每组所述驱动机构的所述电机可独立运转或同步运转。
进一步，所述减速器主体结构为固定连接的两平行夹板，两平行夹板之间安装有多组减速齿轮。
更进一步，所述减速器为平行轴式多级齿轮减速器，其减速齿轮为直齿圆柱齿轮，其中各齿轮副中均有一个齿轮设为双齿轮错齿结构。
进一步，所述电机为伺服电机或步进电机中的一种。
进一步，所述输出轴为开槽圆柱结构。
另一方面，本发明提供了一种基于所述的微流控系统用注液泵驱动装置组成的微流控用注液泵。
本发明具有如下优点：
1.驱动结构由电机通过减速器连接输出轴，可提升输出扭矩，增加微流控系统供压，同时可减少电机启停阶段的脉动对系统稳定性的影响。
2.驱动结构的减速器输入、输出端为同侧设置，可减少装置沿传动轴轴向方向尺寸，同时，也可并列安装多组驱动结构，使装置更加集成化，更适用于小型化检测设备；且本发明同时提供多路微流控所需动力，提升了设备使用效率。
3.输出轴上的零位片配合光电传感器形成的检测机构，可实现对电机的精确调控及日常校验，提升整体装置的操作精度。
进一步，设计的减速器齿轮具有双齿叠放错齿结构，有效减少齿轮间隙，提升系统供压平稳性及灵明度；PCB板与集成板垂直固定形成L型结构，使结构更加紧凑，减少安装所需空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明配套装置半剖示意图；
图4由本发明组成的微流控用注液泵结构示意图。
图中：
1-集成板；2-减速器；3-电机；4-输出轴；5-PCB板；6-零位片；7-光电传感器；501-护套；502-活塞杆；503-螺帽；504-导向套；505-外壳；506-活塞；507-加样孔；508-加样孔盖；509-试剂出口；510-密封圈；511-卡扣。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下表面”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系。这类术语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的限制。
下面将结合附图，对本发明做进一步说明。
一种微流控系统用注液泵驱动装置，其包括：集成板1、驱动机构、PCB板5、零位片6、光电传感器7，其中驱动机构包括：减速器2、电机3、输出轴4；
如图1、2所示，集成板1为长方形板材，表面两侧留有多个安装用通孔；优选设计为，其上端有垂直于表面90°的折边，安装有PCB板5，并形成L型结构，其中PCB板5集成有电机3的控制电路。
集成板1处于L型结构内凹一侧面，并列安装有至少两组驱动机构，其中固定方式为，驱动机构的减速器2一端面通过螺栓或螺钉固定于集成板1；优选设计为，如图1所示，安装有5组驱动结构，其中同组电机3与输出轴4相对减速器2为上、下分布结构且电机3选择步进电机。
减速器2输入端与输出端为同侧平行轴设置；优选设计为，如图1、2所示，减速器2为两层夹板结构，中间固定有减速用齿轮副，所用齿轮为直齿圆柱齿轮，其中各齿轮副中均有一个齿轮设为双齿轮错齿结构，用与减少齿轮间隙，提升平稳性及正反转响应速度。电机3通过减速器2带动输出轴4转动；优选设计为，如图1、2所示，每组驱动机构的减速器2的输出端另固定有一个短夹板，并设有通孔，输出轴4穿过该通孔与减速器2的输出端连接，其中短夹板设置目的在于辅助支撑输出轴4。
优选设计为，每组驱动机构的电机3可独立运转或同步运转，提升整体驱动装置的工作效率。
如图1所示，优选设计为，输出轴4为开槽圆柱结构，用于连接外部螺杆或丝杠并对其提供动力。
如图2所示，每组驱动机构的输出轴4靠中部位置均固定有零位片6，记为该轴周向方向的零点。优选设计为，输出轴4上方PCB板5下表面安装有对应该零位片6的光电传感器7，并与之构成转动检测机构，其中光电传感器7采用槽型光电传感器，每次零位片6随轴转动并通过光电传感器7凹槽时，获得一次检测信号，并通过对零位片6测量可确定输出轴4初始位，并在运转固定圈数后确定第n次获得检测信号对应的终止位，同时可结合整数圈转动测量对所选用电机3进行日常转动校验。
另一方面，本发明可以与配套装置组成微流控系统用注液泵，并用于微流控芯片中送液使用。
具体结构及工作原理：
本发明每一组驱动机构的输出轴4后连接有一组如图3所示的配套装置，组成微流控系统用注液泵；优选设计为，如图4所示，输出轴4末端凹槽与螺帽503末端形成插接结构，并可选用螺纹销钉进行固定。如图4所示，本发明参照具体实施例，可连接5组配套装置，并利用卡扣511固定于微流控芯片的注液口附近。其中带内螺纹螺帽503安装于导向套504中，且导向套504固定于外壳505和护套501形成的空腔中；该空腔一端连通加样孔507及试剂出口509，其内部还设置有带密封圈510的活塞506；活塞杆502带有外螺纹与螺帽503活动连接，其中活塞杆502与导向套504间有周向方向限位结构。
注液工作中，打开图3中的加样孔盖508，加入所需试剂，并关闭加样孔盖508，此时活塞506处于图3中右侧末端位置，输出轴4处于转动初始位，启动电机3并通过减速器2带动输出轴4，进而带动螺帽503转动，后经过螺旋传动带动活塞506向图3中的左侧方向移动，不断推动试剂通过试剂出口509流入微流控芯片中；期间PCB板5的控制电路通过控制电机3(步进电机)的步数，调节输出轴4转动量，进而精确控制活塞506移动距离，并获得精确的单孔注入量；且当注入量达到要求或光电传感器7检测到零位片6已转动n圈至终止位(活塞506处于图3中左侧末端)时，电机3停止转动，并完成定量灌注；如需复位，可通过控制电路使电机3反转，最终带动驱动活塞506向初始位置移动，当光电传感器7检测到零位片6转动数圈后至起始位，电机3停止运转，并等待下次工作指示。
吸液工作与注液工作过程相反，初始阶段活塞506处于图3中左侧末端位置，输出轴4处于转动初始位，启动电机3反转并通过减速器2带动输出轴4，进而带动螺帽503转动，后经过螺旋传动带动活塞506向图3中的右侧方向移动，不断抽取试剂进入外壳505和护套501形成的空腔中；期间PCB板5的控制电路通过控制电机3(步进电机)的步数，调节输出轴4转动量，进而精确控制活塞506移动距离，并获得精确的抽取量；且当抽取量达到要求或光电传感器7检测到零位片6已转动n圈至终止位(活塞506处于图3中右侧末端)时，电机3停止转动，完成定量抽吸；如需复位，可通过控制电路使电机3正转，最终带动驱动活塞506向初始位置移动，当光电传感器7检测到零位片6转动数圈后至起始位，电机3停止运转，并等待下次工作指示。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种微流控系统用注液泵驱动装置，其特征在于，包括：集成板(1)、驱动机构、PCB板(5)、零位片(6)、光电传感器(7)，其中所述驱动机构包括：电机(3)、减速器(2)、输出轴(4)；所述减速器(2)输出端与输入端同侧设置；所述电机(3)的输出端与所述减速器(2)的输入端连接，所述减速器(2)的输出端与所述输出轴(4)连接；所述电机(3)为伺服电机或步进电机中的一种；
所述集成板(1)安装有所述PCB板(5)，所述PCB板(5)上集成有所述电机(3)的控制电路；所述集成板(1)上并列安装有多组所述驱动机构；
每组所述驱动机构的所述输出轴(4)均固定有所述零位片(6)，所述注液泵驱动装置安装有对应所述零位片(6)的所述光电传感器(7)，并与之构成检测机构；所述光电传感器(7)安装于所述PCB板(5)上；
所述集成板(1)上端面安装有所述PCB板(5)，并与之形成折边状结构；
所述集成板(1)两侧未安装所述驱动机构的区域分布有安装用通孔；
每组所述驱动机构的所述电机(3)可独立运转或同步运转；
所述减速器(2)主体结构为固定连接的两平行夹板，两平行夹板之间安装有多组减速齿轮；
所述输出轴(4)为开槽结构。
2.一种基于权利要求1所述的微流控系统用注液泵驱动装置组成的微流控系统用注液泵。
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Application publication date: 20200609 Assignee: Beijing Linke Biotechnology Co.,Ltd. Assignor: BEIJING INTEGRATED BIOSYSTEMS Co.,Ltd. Contract record no.: X2022990000932 Denomination of invention: A driving device for injection pumps in microfluidic systems Granted publication date: 20210409 License type: Common License Record date: 20221114 |