CN111434385B - 一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法 - Google Patents

一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法。所述防错插微流控芯片离心托盘上设有若干对对称设置的微流控芯片放置槽；微流控芯片放置槽呈方形；形成微流控芯片放置槽的四边分别为左侧定位筋、内侧定位筋、右侧定位筋和固定插槽，内侧定位筋包括左内定位筋和右内定位筋，且左内定位筋与右内定位筋距定插槽的距离相同；左侧定位筋与左内定位筋通过防错插定位筋连接成一体，防错插定位筋的斜面与待放置的微流控芯片的倒角相匹配；固定插槽的开口朝向内侧定位筋；沿垂直于离心托盘的方向，固定插槽的高度与微流控芯片的厚度一致；左侧定位筋与右侧定位筋之间的间距等于微流控芯片的长度。本发明防错插微流控芯片离心托盘解决了长条形芯片的离心固定问题，提供了可靠便捷的固定方式。

Description

一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法，属于微流控技术领域。
背景技术
微流控技术是一种广泛应用在分析领域的热门技术，其具有样本和试剂需求量小、反应速度快、自动化程度高等优势。基于微流控技术的分析系统已经在生化分析、免疫分析和分子诊断等领域快速发展，很多产品已经实际应用到相关的诊断和分析中。要完成相关应用，需要在芯片中进行分离、混合、反应等多种流体操作。以上过程涉及到流体驱动的问题，目前在芯片上驱动流体的方式有利用外界泵阀、电磁力、离心力等方式。离心力能通过芯片内部力驱动液体，芯片上无需与外界通过管道连接，有着独特的优势，因此离心力在微流体技术中广泛被使用。
离心技术已经广泛应用于生物领域，用以实现在离心管、孔板内样本或试剂的聚集、分离等目的。生物实验室用的离心机主要分管用离心机和孔板离心机。管用离心机应用于微型离心管内试剂的聚集和分离。一般设计有碗状或U型离心托盘，碗状托盘四周或U型托盘两侧斜面上设计有均布的孔位，将微型离心管均匀地插入托盘孔，使微型离心管底部保持向外倾斜，从结构设计上保证管内试剂的离心聚集到离心管底部或实现高速分离。孔板离心机一般设计有托盘架，托盘架上均布设有孔板的适配器，一般为对称两个，将装好试剂的孔板插入适配器，即可实现孔板内试剂的离心。
微流控芯片外型有盘片式和非盘片式。盘片式芯片采用常见的固定基座和弹性微柱定位，固定基座旋转使芯片获得内部离心力。非盘片式的微流控芯片上离心力的产生也需要用到离心托盘，作为实现离心功能的载体，目前市场上典型的微流控芯片托盘主要有两种形式，现在以下两个专利为例进行说明。中国专利申请CN105842143A公开的托盘包括芯片托盘、芯片托盘上盖一、芯片托盘上盖二，使用时将微流控芯片放入芯片托盘，用芯片托盘上盖一、二固定、定位，结构复杂使用不便利。中国专利申请CN 206990610 U公开的离心转盘上设置有内外两圈共24个卡槽用于放置微流控芯片，但未能实现对微流控芯片的防插错定位，并且只是简单的放置没有可靠固定装置。
综合上述现状，为了实现用离心机驱动微流控芯片内部液体，设计能够实现微流控芯片防错插、简单易用、安全可靠的离心托盘成为迫切需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种防错插微流控芯片离心托盘及其使用方法，本发明提供的离心托盘结构精巧防错插、简单、体积小，为一体式盘片，简单易用、安全可靠。
本发明所提供的防错插微流控芯片离心托盘，具有如下结构：
所述离心托盘上设有若干对微流控芯片放置槽；每对所述微流控芯片放置槽沿所述离心托盘的径向对称设置；
所述离心托盘的中心设有定位卡槽；
所述微流控芯片放置槽呈方形；
形成所述微流控芯片放置槽的四边分别为左侧定位筋、内侧定位筋、右侧定位筋和固定插槽，所述左侧定位筋与所述右侧定位筋相对设置，所述内侧定位筋与所述固定插槽相对设置；
所述内侧定位筋包括左内定位筋和右内定位筋，且所述左内定位筋与所述右内定位筋距所述固定插槽的距离相同；
所述左侧定位筋与所述左内定位筋通过防错插定位筋连接成一体，所述防错插定位筋的斜面与待放置的微流控芯片的倒角相匹配；
所述固定插槽的开口朝向所述内侧定位筋；
沿垂直于所述离心托盘的方向，所述固定插槽的高度与所述微流控芯片的厚度一致；
所述左侧定位筋与所述右侧定位筋之间的间距等于所述微流控芯片的长度。
具体可设置四个、六个、八个等所述微流控芯片放置槽，因此可以装载多片微流控芯片，具有体积小，通量高的特点。
所述的离心托盘中，所述定位卡槽用于将所述离心托盘固定于离心机上，形成安全可靠连接。
所述的离心托盘中，所述左内定位筋和所述左侧定位侧筋通过所述防错插定位筋连接成一体，实现紧凑、精巧、高强度多功能结构，所形成的一整体实现对微流控芯片的内侧、左侧以及防错插定位。
所述的离心托盘中，所述离心托盘上设有插取孔，所述插取孔设于所述左内定位筋与所述右内定位筋之间；所述的插取孔，方便微流控芯片的拿取，同时降低所述离心托盘的重量，增加其托盘运转时的稳定性；具体地，所述插取孔可为圆形。
所述的离心托盘中，所述左内定位筋、所述右内定位筋与所述防错插定位筋的倒角一致，方便微流控芯片插入。
所述的离心托盘中，所述左内定位筋和所述右内定位筋与所述离心托盘的中心距离相等，实现对测微流控芯片内侧可靠定位。
所述的离心托盘中，所述右侧定位筋实现微流控芯片右侧可靠定位。
所述的离心托盘中，所述固定插槽由设于所述离心托盘上的L型板形成。
所述的离心托盘中，所述离心托盘上于所述固定插槽的位置相应处设有一让位槽，所述让位槽呈弧形；
所述让位槽的远离所述离心托盘的中心的边缘与所述内侧定位筋之间的间距等于或略大于所述微流控芯片的宽度，如两者的距离差可控制在0.05～0.1mm范围内；
插取微流控芯片时，所述让位槽具有让位、定位、通道顺滑功能。
所述的离心托盘中，所述固定插槽包括固定插槽A和固定插槽B，所述固定插槽A与所述固定插槽B之间的间距形成推出通道；
所述固定插槽A与所述固定插槽B相对设置的端面均设有倒角，方便将芯片推出，实现芯片便捷拿取。
所述的离心托盘中，所述固定插槽的高度、宽度和伸出长度设计合理，使微流控芯片上下和外侧方向定位，确保微流控芯片入位后卡入定位可靠。
所述的离心托盘中，与设置所述微流控芯片放置槽的所述离心托盘的表面的相对面上设有若干加强筋，增加强度，节约成本。
所述的离心托盘中，所述离心托盘呈圆盘状，结构均布，有效保证离心托盘高度运转时的平稳性，并且具有体积小，通量高的特点，且降低了旋转风阻，提高电机使用效率。
本发明防错插微流控芯片离心托盘的本体以及其上设置的左侧定位筋、内侧定位筋、右侧定位筋和固定插槽等均采用ABS、PC、ABS+PC、PEEK、铝合金中一种或两种以上的材料通过注塑、CNC加工、铣和电火花多种工艺形成。
所述离心托盘的各种结构尺寸适合所述微流控芯片。
使用本发明离心托盘时，可按照下述步骤进行：
1)通过所述定位卡槽将所述离心托盘连接于离心机上；
2)将所述微流控芯片放置于所述微流控芯片放置槽中，并卡入所述防错插定位筋、所述左内定位筋和所述右内定位筋内；然后推动所述微流控芯片使其卡入至所述固定插槽内；即，通过“插-压-推”三个动作将微流控芯片卡入所述离心托盘的微流控芯片放置槽中；
3)启动所述离心机进行离心。
离心结束后，将微流控芯片“一推、一取”即可取出。
本发明防错插微流控芯片离心托盘解决了长条形芯片的离心固定问题，提供了可靠便捷的固定方式。
附图说明
图1为本发明防错插微流控芯片离心托盘的整体结构示意图(正面)。
图2为本发明防错插微流控芯片离心托盘的整体结构示意图(反面)。
图3为本发明防错插微流控芯片离心托盘上设置的微流控芯片放置槽的结构示意图。
图4为本发明防错插微流控芯片离心托盘适用的微流控芯片的示意图。
图5(a)-图5(d)为微流控芯片插入本发明防错插微流控芯片离心托盘的过程的示意图。
图6(a)-图6(c)为微流控芯片从本发明防错插微流控芯片离心托盘中取出的过程的示意图。
图7为本发明防错插微流控芯片离心托盘装载四片微流控芯片并卡入离心机后的示意图。
图中各标记如下：
1离心托盘、1-1圆盘状薄片基盘、1-2定位卡槽、1-3左内定位筋、1-4防错插定位筋、1-5左侧定位筋、1-6右内定位筋、1-7右侧定位筋、1-8让位半圆槽、1-9固定插槽、1-10插取孔、1-11推出通道、1-12加强筋、1-3-1，1-4-1，1-6-1，1-9-3，2-2倒角、1-9-1 L型板的竖壁、1-9-2 L型板的横壁、2微流控芯片、2-1芯片左侧、2-3芯片内侧、2-4芯片右侧、2-5芯片外侧、3连接轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的防错插微流控芯片离心托盘的整理结构示意图，离心托盘1为一圆盘状薄片基盘1-1。离心托盘1的中心设有定位卡槽1-2，用于与离心机的连接轴3相连接。离心托盘1的一表面上设置两对(四个)长方形的微流控芯片放置槽，如图2所示，其反面上设计有加强筋1-12，增加强度，节约成本。
如图1和图3所示，形成微流控芯片放置槽的四边分别为左侧定位筋1-5、内侧定位筋1-3、1-6、右侧定位筋1-7和固定插槽1-9，左侧定位筋1-5与右侧定位筋1-7相对设置，内侧定位筋与固定插槽1-9相对设置。固定插槽1-9在让位半圆槽1-8的上外侧位置，让位半圆槽1-8外侧边缘到内定位筋的距离与微流控芯片2(其结构示意图如图4所示)的宽度一致(此处还没有提及让位半圆槽1-8，对它的描述在下面第4段里)，固定插槽1-9与内侧定位筋直接的间距适宜微流控芯片2的宽度，方便芯片插入和限位；左侧定位筋1-5与右侧定位筋1-7之间的间距等于微流控芯片2的长度，以实现对微流控芯片2的芯片左侧2-1和芯片右侧2-4的可靠定位。
本发明的离心托盘，内侧定位筋包括左内定位筋1-3和右内定位筋1-6，左内定位筋1-3和右内定位筋1-6与离心托盘1的中心距离相等，实现对测微流控芯片2内侧可靠定位。左侧定位筋1-5与左内定位筋1-3通过防错插定位筋1-4连接成一体，连接形成的连接筋实现对微流控芯片2的芯片内侧2-3、芯片左侧2-1、倒角2-2进行防错插定位。防错插定位筋1-4的斜面(倒角1-4-1)与微流控芯片2的倒角2-2相匹配；且左内定位筋1-3、右内定位筋1-6与防错插定位筋1-4的倒角1-3-1、1-6-1和1-4-1一致，方便微流控芯片2的插入，如图3所示。左内定位筋1-3与右内定位筋1-6之间设有一圆形的插取孔1-10，方便微流控芯片2的拿取，同时降低离心托盘1的重量，增加其托盘运转时的稳定性。
本发明的离心托盘，固定插槽1-9由设于离心托盘1上的L型板形成，固定插槽1-9的高度(即L型板的竖壁1-9-1的长度)与微流控芯片2的厚度一致，固定插槽1-9的宽度(即L型板的横壁1-9-2的长度)根据微流控芯片2的尺寸调整，使微流控芯片2的片上下和外侧方向定位，确保微流控芯片2入位后卡入定位可靠。
本发明离心托盘1上于固定插槽1-9的位置相应处设有一让位半圆槽1-8(不限于半圆形)，让位半圆槽1-8的深度h可以提供微流控芯片2插入让位空间，形成舒适的插入角β1-β2，如图5(a)所示。该让位半圆槽1-8能够防止微流控芯片2插入下压过程中向外滑动(如图5(b)中横向箭头所示)。让位半圆槽1-8与左内定位筋1-3(右内定位筋1-6)之间的距离W1与微流控芯片2的宽度W2匹配，W1-W2＝0.05～0.1mm。微流控芯片2的倒角2-2与防错插定位筋1-4一致，对微流控芯片2下压过程进行精准定位，确保微流控芯片2下压(按图5(b)中竖向箭头所示)过程中恰好可以卡入防错插定位筋1-4、左内定位筋1-3和右右内定位筋1-6内，如图5(c)所示。微流控芯片2只能按图示方向插入离心托盘1的微流控芯片放置槽中，其它方向均无法插入，实现芯片防错插，保证下一步离心位置的正确性。用同样方式插入其它3片芯片，芯片安装完成。
如图5(c)所示，将已经定位的微流控芯片2按箭头方向推动，使微流控芯片2紧在固定插槽1-9内，使微流控芯片2的芯片外侧2-5与固定插槽的L型板的竖壁1-9-1位置贴紧，入位后状态如图5(d)所示。让位半圆槽1-8的圆形槽体使芯片推入过程顺畅。固定插槽1-9的高和伸出长度(即L型板的竖壁1-9-1和横壁1-9-2)设计使芯片上下和外侧方向定位，确保芯片入位后卡入定位可靠。
本发明离心托盘1上还设有推出通道1-11，推出通道1-11将固定插槽1-9一分为二，分隔出的2个固定插槽的相对设置的端面上均设置倒角1-9-3，方便将芯片推出，实现芯片便捷拿取。如图6(a)所示，按图示方向推出芯片，使芯片内侧2-3与左右定位筋1-3和右内定位筋1-6贴紧，如图6(b)所示。如图6(c)所示，在芯片取出(箭头方向)过程中，让位半圆槽1-8给微流控芯片2提供了让位空间，使得芯片取出同样获得插入时相同的β1-β2的角度，顺利取出芯片。
装载好四片微流控芯片2的离心托盘1，通过定位卡槽1-2与离心机的连接轴3连接，实现离心托盘1的安装，如图7所示，启动离心机即可进行离心处理。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，均布结构不限于四个。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别结构进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种防错插微流控芯片离心托盘，其特征在于：所述离心托盘上设有若干对微流控芯片放置槽；每对所述微流控芯片放置槽沿所述离心托盘的径向对称设置；
所述离心托盘的中心设有定位卡槽；
所述微流控芯片放置槽呈方形；
形成所述微流控芯片放置槽的四边分别为左侧定位筋、内侧定位筋、右侧定位筋和固定插槽，所述左侧定位筋与所述右侧定位筋相对设置，所述内侧定位筋与所述固定插槽相对设置；
所述内侧定位筋包括左内定位筋和右内定位筋，且所述左内定位筋与所述右内定位筋距所述固定插槽的距离相同；
所述左侧定位筋与所述左内定位筋通过防错插定位筋连接成一体，所述防错插定位筋的斜面与待放置的微流控芯片的倒角相匹配；
所述固定插槽的开口朝向所述内侧定位筋；
沿垂直于所述离心托盘的方向，所述固定插槽的高度与所述微流控芯片的厚度一致；
所述左侧定位筋与所述右侧定位筋之间的间距等于所述微流控芯片的长度；
所述离心托盘上设有插取孔，所述插取孔设于所述左内定位筋与所述右内定位筋之间；
所述插取孔呈圆形；
所述左内定位筋、所述右内定位筋与所述防错插定位筋的倒角一致；
所述离心托盘上于固定插槽的位置相应处设有一让位半圆槽，所述让位半圆槽的深度提供微流控芯片插入让位空间。
2.根据权利要求1所述的离心托盘，其特征在于：所述左内定位筋和所述右内定位筋与所述离心托盘的中心距离相等。
3.根据权利要求1或2所述的离心托盘，其特征在于：所述离心托盘上于所述固定插槽的位置相应处设有一让位槽；所述让位槽的远离所述离心托盘的中心的边缘与所述内侧定位筋之间的间距等于或略大于所述微流控芯片的宽度。
4.根据权利要求3所述的离心托盘，其特征在于：所述让位槽呈弧形。
5.根据权利要求1或2所述的离心托盘，其特征在于：所述固定插槽包括固定插槽A和固定插槽B，所述固定插槽A与所述固定插槽B之间的间距形成推出通道；
所述固定插槽A与所述固定插槽B相对设置的端面均设有倒角。
6.根据权利要求1或2所述的离心托盘，其特征在于：与设置所述微流控芯片放置槽的所述离心托盘的表面的相对面上设有若干加强筋；
所述离心托盘呈圆盘状。
7.权利要求1-6中任一项所述离心托盘的使用方法，包括如下步骤：
1)通过所述定位卡槽将所述离心托盘连接于离心机上；
2)将所述微流控芯片放置于所述微流控芯片放置槽中，并卡入所述防错插定位筋、所述左内定位筋和所述右内定位筋内；然后推动所述微流控芯片使其卡入至所述固定插槽内；
3)启动所述离心机进行离心。
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