CN111604095A - 微流控芯片、芯片控制装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种微流控芯片、芯片控制装置及其操作方法，涉及微流控技术领域，包括：芯片本体，所述芯片本体开设有首级腔室、末级腔室和至少一个中间腔室；所述首级腔室、至少一个所述中间腔室和所述末级腔室依次连通形成流体通路，所述流体通路内的液体随着所述芯片本体的单向转动而对应的单向自由流动。在上述技术方案中，该微流控芯片具有简单的流体通路结构，在对其内部的微流液体进行控制时，只需要依靠重力的作用，控制微流控芯片的转动角度即可。因此，这种简单的控制方式能够允许控制大量的微流控芯片同步转动，进而通过大量微流控芯片的同步控制而有效提高分析通量。

Description

微流控芯片、芯片控制装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片、芯片控制装置及其操作方法。

背景技术

微流控芯片作为一种便携式反应载体，能将实验室中样本分析过程涉及到的样品制备、反应、分离、检测等集成在一起并自动完成分析全过程，微流控芯片中的微流液体流动的控制是微流控芯片工作的基础。但是，现有的微流控芯片结构复杂、分析通量不足，无法满足现有使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控芯片、芯片控制装置及其操作方法，以解决现有技术中微流控芯片结构复杂、分析通量不足的技术问题。

本发明提供的一种微流控芯片，包括：

芯片本体，所述芯片本体开设有首级腔室、末级腔室和至少一个中间腔室；

所述首级腔室、至少一个所述中间腔室和所述末级腔室依次连通形成流体通路，所述流体通路内的液体随着所述芯片本体的单向转动而对应的单向自由流动。

进一步的，所述首级腔室、至少一个所述中间腔室和所述末级腔室的流出角度依次增大。

进一步的，所述微流控芯片还包括：

至少一个微阀，所述微阀安装在所述首级腔室和所述中间腔室之间；和/或，所述微阀安装在所述中间腔室和所述末级腔室之间；和/或，所述微阀安装在相邻所述中间腔室之间。

进一步的，所述微流控芯片还包括：

循环气道，所述循环气道连通所述首级腔室和所述末级腔室；

至少一个排气孔，所述排气孔的一端与所述首级腔室、所述中间腔室或所述末级腔室连通，所述排气孔的另一端与所述循环气道连通。

进一步的，所述微流控芯片还包括：

连接机构，所述连接机构安装在所述芯片本体上。

本发明还提供了一种芯片控制装置，包括所述微流控芯片；还包括：

转动控制机构，所述转动控制机构的转动控制端安装有转轴；

至少一个芯片安装机构，所述微流控芯片通过所述芯片安装机构与所述转轴连接。

进一步的，所述芯片安装机构包括：

套装在所述转轴上的安装盘，所述安装盘的侧壁开设有至少一个芯片卡槽；

安装组件，所述安装组件包括控制杠杆，所述控制杠杆的两端分别转动装配有控制压杆和定位柱，所述控制杠杆的中部还转动装配有杠杆支柱和弹簧压杆；所述控制杠杆通过所述杠杆支柱装配在所述芯片卡槽内，所述弹簧压杆与所述杠杆支柱朝向相反；

安装在所述芯片本体上的卡接头，所述卡接头上开设有卡接孔，所述定位柱的端部具有滑动斜面，所述卡接头沿着所述滑动斜面通过所述卡接孔与所述定位柱卡接装配。

进一步的，所述芯片安装机构还包括：

节点控制盘，所述安装盘具有连通所述芯片卡槽的安装内腔，所述节点控制盘装配在所述安装内腔中；所述节点控制盘上开设有与所述控制压杆配合的通孔，所述控制压杆活动套装在所述通孔内。

进一步的，所述芯片安装机构还包括：

支路控制杆，所述安装盘上开设有穿孔，所述支路控制杆沿着所述转轴的长度方向与至少一个所述安装盘上的穿孔活动插接装配；所述控制压杆上设置有定位槽，所述支路控制杆上设置有与所述定位槽配合的锁定钩，所述定位槽与所述锁定钩之间随着所述支路控制杆的轴向往复移动而锁定或释放。

本发明还提供了一种芯片控制装置的操作方法，根据所述芯片控制装置，步骤如下：

将所述微流控芯片依次转动至所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室的流出角度，使所述流体通路内的微流液体沿着所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室依次流动。

在上述技术方案中，该微流控芯片具有简单的流体通路结构，在对其内部的微流液体进行控制时，只需要依靠重力的作用，控制微流控芯片的转动角度即可。因此，这种简单的控制方式能够允许控制大量的微流控芯片同步转动，进而通过大量微流控芯片的同步控制而有效提高分析通量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的芯片本体的立体图；

图2为本发明一个实施例提供的芯片本体的平面图；

图3为本发明一个实施例提供的芯片本体的使用状态图1；

图4为本发明一个实施例提供的芯片本体的使用状态图2；

图5为本发明一个实施例提供的芯片本体的使用状态图3；

图6为本发明一个实施例提供的芯片本体的使用状态图4；

图7为本发明另一个实施例提供的芯片本体的立体图；

图8为本发明另一个实施例提供的芯片本体的平面图；

图9为本发明一个实施例提供的芯片控制装置的装配透视图1；

图10为本发明一个实施例提供的芯片控制装置的装配透视图2；

图11为本发明一个实施例提供的芯片控制装置的装配透视图3；

图12为本发明一个实施例提供的芯片控制装置的装配示意图；

图13为本发明一个实施例提供的芯片本体的安装立体图1；

图14为本发明一个实施例提供的芯片本体的安装立体图2；

图15为本发明一个实施例提供的芯片本体的安装平面图；

图16为本发明一个实施例提供的节点控制盘的立体图1；

图17为本发明一个实施例提供的节点控制盘的立体图2；

图18为本发明一个实施例提供的节点控制盘的平面图；

图19为本发明一个实施例提供的支路控制杆的装配立体图；

图20为本发明一个实施例提供的支路控制杆的立体图；

图21为本发明一个实施例提供的支路控制杆的俯视图；

图22为本发明一个实施例提供的支路控制杆的侧视图。

附图标记：

1、芯片本体；2、转动控制机构；3、芯片安装机构；4、微流液体；

11、首级腔室；12、中间腔室；13、末级腔室；14、微阀；15、微流道；16、循环气道；

141、常闭相变阀室；142、常开相变阀室；

21、转轴；22、节点控制盘；23、支路控制杆；

221、通孔；231、锁定钩；232、定位槽；

31、安装盘；32、芯片卡槽；33、安装组件；

331、控制杠杆；332、控制压杆；333、定位柱；334、杠杆支柱；335、弹簧压杆；336、卡接头；337、卡接孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种微流控芯片，包括：

芯片本体1，所述芯片本体1开设有首级腔室11、末级腔室13和至少一个中间腔室12；

所述首级腔室11、至少一个所述中间腔室12和所述末级腔室13依次连通形成流体通路，所述流体通路内的液体随着所述芯片本体1的单向转动而对应的单向自由流动。

首先需要说明的是，由于流体通路内的液体能够随着所述芯片本体1的单向转动对应的单向自由流动，因此，在依次连接的首级腔室11、中间腔室12和末级腔室13之间，每个腔室均可以设置有固定的流出角度，而且该流出角度还会随着首级腔室11、中间腔室12和末级腔室13的排列顺序而随之依次增大。该流出角度即当芯片本体1转动到确定的角度时，储存在对应腔室内的液体在重力作用下从该腔室内自由流出的角度。

其中，所述首级腔室11、至少一个所述中间腔室12和所述末级腔室13的流出角度依次增大。例如，当首级腔室11的流出角度为30°时，那么当芯片本体1的角度转动到30°时，位于首级腔室11内的液体便会从该首级腔室11内流出。同理的，当中间腔室12的流出角度为45°时，那么当芯片本体1的角度转动到45°时，位于中间腔室12内的液体便会从该中间腔室12内流出。

参考图3至图6所示，当使用该微流控芯片对微流液体4进行控制时，可以预先将微流液体4储存在其内部的腔室中，例如可以储存在首级腔室11、任意中间腔室12或者末级腔室13中。以储存在首级腔室11为例，参考图3可知，当将芯片本体1的转动角度被控制在小于首级腔室11的流出角度时，微流液体4便可以被控制在该首级腔室11内，而不会从该首级腔室11流出。当将芯片本体1的转动角度被控制在大于首级腔室11的流出角度时，微流液体4便可以从首级腔室11流出，流入到下一级的中间腔室12中。

因此，继续参考图4至图6所示，当控制芯片本体1继续朝着单一的方向转动时，随着该芯片本体1的转动角度逐渐增大，其转动角度会分阶段的停留在相邻腔室的流出角度中间，从而使微流液体4被控制在对应的腔室内。与此同时，每当该芯片本体1的转动角度超过一个腔室的流出角度时，微流液体4便会从对应的腔室内流出，流入到下一级的腔室内。

同理的，当将该芯片本体1反向转动时，同样可以控制流体通路内的微流液体4朝着对应的反方向单向流动，实现对微流液体4的倒流控制。此时，在控制微流液体4倒流时，可以在流体通路内设置配合的可逆阀或其他控制阀结构同步辅助控制。除此之外，还可以通过正反向循环的转动特定角度，以实现对当前腔室内的微流液体4混匀。其中，在控制微流液体4流动的过程中，除了依靠重力作用以外，本领域技术人员还可以配合热毛细力等辅助控制手段进行控制。

参考图1至图6所示，所述微流控芯片还包括：至少一条微流道15，所述微流道15连通所述首级腔室11和所述中间腔室12；和/或，所述微流道15连通所述中间腔室12和所述末级腔室13；和/或，所述微流道15连通相邻所述中间腔室12。因此，微流液体4可以通过相邻腔室之间的微流道15流动。

并且，所述微流控芯片还包括：循环气道16，所述循环气道16连通所述首级腔室11和所述末级腔室13；至少一个排气孔，所述排气孔的一端与所述首级腔室11、所述中间腔室12或所述末级腔室13连通，所述排气孔的另一端与所述循环气道16连通。这可以保证首级腔室11、任意中间腔室12或者末级腔室13之间的气压相等，使微流液体4可以在流体通路内顺利的自由流动。

此时，该排气孔从腔室结构引出与循环气道16连通，而并不与大气直接连通，因此可以有效的避免试剂污染或浪费。当然，除此之外，该排气孔也可以直接与大气连通，此时便不需要设置循环气道。本领域技术人员可以根据需求设置排气孔和循环气道16之间的装配关系，在此不做限定。

参考图7和图8所示，为了能够对微流液体4在流体通路内的流动进一步的主动控制，所述微流控芯片还包括：至少一个微阀14，所述微阀14安装在所述首级腔室11和所述中间腔室12之间；和/或，所述微阀14安装在所述中间腔室12和所述末级腔室13之间；和/或，所述微阀14安装在相邻所述中间腔室12之间。微阀14可以选择为电阻式相变阀或电阻式热气隔膜阀，当选择电阻式相变阀或电阻式热气隔膜阀，此时其能量来源方式可以包括电极加热膜、集成的片上电阻(贴片电阻)或外部激光/接触热源等，在此不做限定。

因此，当该微阀14被关闭时，即便芯片本体1的转动角度大于对应腔室的流出角度，对应腔室内的微流液体4也无法从该腔室内流出，只有将对应的微阀14开启时，对应腔室内的微流液体4才能够在芯片本体1的转动角度大于该腔室的流出角度时从该腔室内流出，这便进一步提高了对微流液体4的流动控制。

例如，所述微阀14包括常闭相变阀室141，所述常闭相变阀室141连通所述首级腔室11和所述中间腔室12；和/或，所述常闭相变阀室141连通所述中间腔室12和所述末级腔室13；和/或，所述常闭相变阀室141连通相邻所述中间腔室12。因此，当该常闭相变阀处于初始关闭状态时，即便芯片本体1的转动角度大于对应腔室的流出角度，对应腔室内的微流液体4也无法从该腔室内流出，只有将对应的微阀14开启时，对应腔室内的微流液体4才能够在芯片本体1的转动角度大于该腔室的流出角度时从该腔室内流出。

与之同理的，所述微阀14还包括常开相变阀室142，所述常开相变阀室142与所述常闭相变阀室141连通。因此，当微阀14处于初始开启状态时，当芯片本体1的转动角度大于对应腔室的流出角度时，对应腔室内的微流液体4便能够在从该腔室内流出。而一旦将微阀14关闭，即便芯片本体1的转动角度大于对应腔室的流出角度，对应腔室内的微流液体4也无法从该腔室内流出。

其中，该常开相变阀室142或该常闭相变阀室141内可以填充石蜡等相变材料，当相变材料仅填充在常闭相变阀室141内时，微阀14属于关闭状态，当相变材料仅填充在常开相变阀室142内时，微阀14属于开启状态。因此，在对微流液体4的流动进行控制时，可以通过对微阀14内的相变材料加热来控制微阀14开启或关闭，具体加热方式可以为电加热等，本领域技术人员可以根据需求选择合适的加热方式、合适的相变材料，以及合适的填充方式等，在此便不再赘述。

由此可知，该微流控芯片具有简单的流体通路结构，在对其内部的微流液体4进行控制时，只需要依靠重力的作用，控制微流控芯片的转动角度即可。因此，这种简单的控制方式可以实现同时控制大量的微流控芯片同步转动，进而通过大量微流控芯片的同步控制而大大提高分析通量。例如，可以通过同一个转轴21同步转动大量的微流控芯片，此时所述微流控芯片还可以包括连接机构，所述连接机构安装在所述芯片本体1上，通过该连接机构能够将大量的微流控芯片安装在同一个转轴21上。

如图9至图22所示，本申请还提供了一种芯片控制装置，包括所述微流控芯片；还包括：转动控制机构2，所述转动控制机构2的转动控制端安装有转轴21；

至少一个芯片安装机构3，所述微流控芯片通过所述芯片安装机构3与所述转轴21连接。

因此，当大量的微流控芯片通过芯片安装机构3安装在同一个转轴21上时，控制该转轴21转动便可以同步控制大量的微流控芯片同步转动，进而通过结构简单的微流控芯片有效的提高分析通量，满足现有实验需求。

其中，转轴21两端可以各连接一个步进电机进行转动控制，两个电机相对布置且转向相反。转轴21还可以一端连接一个步进电机，另一端插入带有润滑轴承的定位口。转轴21可以选择为空心结构。

继续参考图9至图14所示，所述芯片安装机构3包括：套装在所述转轴21上的安装盘31，所述安装盘31的侧壁开设有至少一个芯片卡槽32；

安装组件33，所述安装组件33包括控制杠杆331，所述控制杠杆331的两端分别转动装配有控制压杆332和定位柱333，所述控制杠杆331的中部还转动装配有杠杆支柱334和弹簧压杆335；所述控制杠杆331通过所述杠杆支柱344装配在所述芯片卡槽32内，所述弹簧压杆335与所述杠杆支柱334朝向相反；

安装在所述芯片本体1上的卡接头336，所述卡接头336上开设有卡接孔337，所述定位柱333的端部具有滑动斜面，所述卡接头336沿着所述滑动斜面通过所述卡接孔337与所述定位柱333卡接装配。

因此，当将芯片本体1的卡接头336朝向芯片卡槽32插接时，卡接头336的滑动斜面会与控制杠杆331上的定位柱333形成滑动抵接，迫使控制杠杆331沿着杠杆支柱334转动。当卡接头336插接到位，卡接头336上的卡接孔337就会与定位柱333形成套接，此时，控制杆杠也会在弹簧压杆335的弹性作用下恢复到原始状态，对芯片本体1的卡接头336形成锁定。

其中，弹簧压杆335的末端可抵连在芯片卡槽32的内部上，杠杆支柱334的另一端还可以固定或铰接装配在芯片卡槽32的内壁，因此，随着控制杠杆331的转动，杠杆支柱334也会在芯片卡槽32的内部对控制杠杆331形成支撑，保证控制杠杆331转动的稳定性。

需要说明的是，单个转轴21上的芯片卡槽32数量由节点数和节点复用比决定，其中，节点数即在转轴21的轴向方向上允许安装芯片本体1的位置，节点复用比即在每个节点上允许安装芯片本体1的数量，该节点复用比也相当于每个节点上设置的芯片卡槽32数量。

因此，单个转轴21上允许安装芯片本体1的最大数量即节点数与节点复用比的乘积，也相当于单个转轴21上全部芯片卡槽32的数量。其中，转轴21上芯片卡槽32的节点数可以选择多个，例如5个、10个、20个或者大于20个，每个节点上的芯片卡槽32数也可以选择多个，例如3个、4个、5个或者8个，并且每个节点上的芯片卡槽32可以沿着转轴21的周向均匀设置，在此不做限定。

此外，相同节点处不同角度的芯片卡槽32，可以对应安装具有不同流体通路结构的微流控芯片，具体流体通路的结构可以根据微流控芯片所需要安装在芯片卡槽32上的初始角度而对应设置。因此，不同流体通路的结构主要体现在其微流控芯片中每个腔室的流出角度不同，以此保证虽然不同微流控芯片以不同的初始角度安装在同一个转轴21上，但依旧能够在同一个转轴21的同步转动控制下实现对其内部的微流液体4形成同步控制效果。

参考图16至图18所示，所述芯片安装机构3包括：

节点控制盘22，所述安装盘31具有连通所述芯片卡槽32的安装内腔，所述节点控制盘22装配在所述安装内腔中；所述节点控制盘22上开设有与所述控制压杆332配合的通孔221，所述控制压杆332活动套装在所述通孔221内。

因此，当节点控制盘22沿着控制压杆332的长度方向与该控制杠杆331相对移动时，节点控制盘22就会对控制压杆332和控制杠杆331之间的相对转动形成限制，这将限制芯片本体1的卡接头336与定位柱333从锁定状态转换为释放状态，或者从释放状态转换为锁定状态，进而控制芯片本体1与安装盘31之间的安装或拆卸，因此，每个控制压杆332都可以控制对应芯片卡槽32处的芯片本体1安装或拆卸。其中，本领域技术人员可以通过电控或手动等方式控制节点控制盘22的移动，并且还可以通过其他装配结构对该节点控制盘22和安装盘31进行装配，在此不做限定。

参考图19至图22所示，所述芯片安装机构3包括：

支路控制杆23，所述安装盘31上开设有穿孔，所述支路控制杆23沿着所述转轴21的长度方向与至少一个所述安装盘31上的穿孔活动插接装配；所述控制压杆332上设置有定位槽232，所述支路控制杆23上设置有与所述定位槽232配合的锁定钩231，所述定位槽232与所述锁定钩231之间随着所述支路控制杆23的轴向往复移动而锁定或释放。

结合图15所示，因此，当支路控制杆23沿着所述转轴21的长度方向往复移动时，支路控制杆23的锁定钩231就会与控制杠杆331上对应的定位槽232形成卡接或释放(脱离)的效果。

当二者释放的时候，控制杠杆331可以在所述弹簧压杆335和所述杠杆支柱334共同作用下对芯片本体1的卡接头336与定位柱333形成锁定，也即对芯片本体1形成锁定，使芯片本体1在此锁定状态下不可拆卸。

同理的，当二者卡接的时候，支路控制杆23就可以解除对控制杠杆331的锁定，此时，卡接头336与定位柱333可以相互分离，从而解除对芯片本体1的锁定，使芯片本体1在此释放状态下能够被拆卸下来。

因此，通过控制支路控制杆23沿着所述转轴21的长度方向往复移动，便可以将芯片本体1从锁定状态转换为释放状态，或者从释放状态转换为锁定状态，进而控制芯片本体1与安装盘31之间的安装或拆卸。其中，本领域技术人员可以通过电控或手动等方式控制支路控制杆23的移动，并且还可以通过其他装配结构对该支路控制杆23和安装盘31进行装配，在此不做限定。

需要说明的是，该节点控制盘22和支路控制杆23可以单独设置并单独使用，同样也可以同时设置并配合使用。因此，当该节点控制盘22和支路控制杆23单独设置时，节点控制盘22可以实现一键控制同一节点控制盘22内的多个定位柱333同时锁定或释放，支路控制杆23可以实现一键控制同一支路控制杆23控制的支路内多个定位柱333同时锁定或释放，这可以大大提高效率。同理的，当该节点控制盘22和支路控制杆23同时配合设置时，可以根据需求任意选择一键控制同一节点控制盘22内的多个定位柱333或同一支路控制杆23控制的支路内多个定位柱333同时锁定或释放。

本发明还提供了一种芯片控制装置的操作方法，根据所述芯片控制装置，步骤如下：

将所述微流控芯片依次转动至所述首级腔室11、所述中间腔室2和所述末级腔室13的流出角度，使所述流体通路内的微流液体沿着所述首级腔室11、所述中间腔室12和所述末级腔室13依次流动。其中，当微流液体位于所述首级腔室11、所述中间腔室12和所述末级腔室13时，以小于该腔室流出角度的转动角度重复旋转和回转该微流控芯片，以此达到混匀微流液体的目的。

实施例1：单电机控制下的芯片微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装6个芯片卡槽32，15个节点控制盘22，6个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，需进行两次流动控制，回转角分别为30°和45°，流体转移时间分别为30s和25s，一次测试使用6个流体通路结构不同的一套微流控芯片。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过节点控制盘22解锁第8节点的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用6个待测芯片替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将微流液体4从首级腔室11转移至中间腔室12时，向步进电机输入电压脉冲V11，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V12，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，向步进电机输入电压脉冲V13，步进电机带动转轴21旋转45°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：25s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V14，步进电机带动转轴21回转45°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁对应芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例2：双电机控制下的芯片中微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为2，转轴21工作长度为750mm，节点数为25，每个节点处安装8个芯片卡槽32，25个节点控制盘22，8个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，需进行两次流动控制，回转角分别为30°和45°，流体转移时间分别为30s和25s，一次测试使用25个流体通路结构相同的微流控芯片。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过支路控制杆23解锁1号支路的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用25个待测芯片替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，向两个步进电机同时输入电压脉冲V21和V22，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向两个步进电机分别输入电压脉冲V23和V24，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，向两个步进电机输入电压脉冲V25和V26，步进电机带动转轴21旋转45°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：25s后计时结束，向两个步进电机分别输入电压脉冲V27和V28，步进电机带动转轴21回转45°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁对应芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例3：无微阀14集成的微流控芯片的微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装4个芯片卡槽32，15个节点控制盘22，4个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中无限流结构或集成的微阀14，芯片需进行两次流动控制，回转角分别为30°和45°，流体转移时间分别为30s和25s，一次测试使用2种流体通路结构相同的微流控芯片各15个。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过支路控制杆23解锁1号支路和3号支路的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用30个待测芯片替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，向步进电机输入电压脉冲V31，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V32，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，向步进电机输入电压脉冲V33，步进电机带动转轴21旋转45°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：25s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V34，步进电机带动转轴21回转45°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁对应芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例4：集成微阀14的微流控芯片的微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装4个芯片卡槽32，15个节点控制盘22，4个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中集成了微电极控制的常闭式蜡阀，微电极通过芯片卡槽32处的电极接口输入加热电压，芯片本体1需进行两次流动控制，回转角分别均为30°，流体转移时间均为30s，一次测试使用2种流体通路结构相同的微流控芯片各15个。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过支路控制杆23解锁1号支路和3号支路的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用30个待测芯片替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，首先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；然后向步进电机输入电压脉冲V41，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V42，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；再向步进电机输入电压脉冲V43，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V44，步进电机带动转轴21回转30°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁对应芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例5：单个微流控芯片的微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装4个芯片卡槽32，15个节点控制盘22，4个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中集成了微电极控制的常闭式蜡阀，微电极通过芯片卡槽32处的电极接口输入加热电压，芯片本体1需进行两次流动控制，回转角分别均为30°，流体转移时间均为30s，本次测试仅使用一种微流控芯片。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过支路控制杆23解锁1号支路1号节点处的芯片卡槽32，并将其中的空白芯片用待测芯片本体1替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，首先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；然后向步进电机输入电压脉冲V51，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V52，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；再向步进电机输入电压脉冲V53，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V54，步进电机带动转轴21回转30°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁对应1号支路的芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例6：多个同类型的微流控芯片的同步微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装4个芯片卡槽32，15个节点控制盘22，4个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中集成了微电极控制的常闭式蜡阀，微电极通过芯片卡槽32处的电极接口输入加热电压，芯片本体1需进行两次流动控制，回转角分别均为30°，流体转移时间均为30s，一次测试使用一种微流控芯片15个。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过支路控制杆23解锁1号支路的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用15个待测芯片本体1替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，首先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；然后向步进电机输入电压脉冲V61，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V62，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；再向步进电机输入电压脉冲V63，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V64，步进电机带动转轴21回转30°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁1号支路全部芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例7：多个不同类型的微流控芯片的同步微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为1，转轴21工作长度为450mm，节点数为15，每个节点处安装6个芯片卡槽32，15个节点控制盘22(控制机理如图8)，6个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中集成了微电极控制的常闭式蜡阀，微电极通过卡槽处的电极接口输入加热电压，芯片需进行两次流动控制，回转角分别均为30°，流体转移时间均为30s，一次测试使用具有不同流体通路结构的整套微流控芯片共6个。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先通过节点控制盘22解锁8号节点处的全部芯片卡槽32，并将其上的空白芯片用6个待测芯片本体1替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，首先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；然后向步进电机输入电压脉冲V71，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V72，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；再向步进电机输入电压脉冲V73，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：30s后计时结束，向步进电机输入电压脉冲V74，步进电机带动转轴21回转30°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，解锁8号节点全部芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，芯片控制装置待机或关机。

实施例8：满负荷下的微流控芯片微流动控制

本实施案例的参数：本实施案例所用的芯片控制装置如图12所示，步进电机数量为2，转轴21工作长度为750mm，节点数为25，每个节点处安装8个芯片卡槽32，25个节点控制盘22，8个支路控制杆23。微流控芯片中包括三个腔室，腔室之间通过微流道15连通，微流道15中集成了微电极控制的常闭式蜡阀，微电极通过卡槽处的电极接口输入加热电压，芯片需进行两次流动控制，回转角分别均为30°，流体转移时间均为30s，一次测试使用8种流体通路结构不同的微流控芯片各25个。

基于上述体系进行微流控芯片中微流动控制的方法，包括如下步骤：

芯片加装：首先解锁转轴21上全部芯片卡槽32，并将其上的所有空白芯片用200个待测芯片本体1替换，然后关闭芯片卡槽32；此时转轴21处于初始角度，所有芯片本体1位置固定，芯片本体1中目标微流液体4位于首级腔室11。

一次旋转：当需要将流体从首级腔室11转移至中间腔室12时，首先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；然后向两个步进电机分别输入电压脉冲V81和V82，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从首级腔室11通过微流道15流入中间腔室12。

一次回转：30s后计时结束，向两个步进电机分别输入电压脉冲V83和V84，步进电机带动转轴21回转30°，一次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

二次旋转：当需要将流体从中腔室转移至末级腔室13时，先向对应蜡阀电极输入加热电流使石蜡溶解，使微流道15打开；再向两个步进电机分别输入电压脉冲V85和V86，步进电机带动转轴21旋转30°，计时器开启，目标微流液体4开始从中间腔室12通过微流道15流入末级腔室13。

二次回转：30s后计时结束，向两个步进电机分别输入电压脉冲V87和V88，步进电机带动转轴21回转30°，二次流动控制结束。

液体混合：根据需求可在完成流体转移后，在小于上一步转动角度的条件下重复旋转和回转操作，加速腔室中的流体混合。

芯片分析结束后，依次解锁各节点全部芯片卡槽32，取出测试芯片本体1并将空白芯片装回，所有芯片本体1更换完毕后，将芯片控制装置待机或关机。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

芯片本体，所述芯片本体开设有首级腔室、末级腔室和至少一个中间腔室；

所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室依次连通形成流体通路，所述流体通路内的液体随着所述芯片本体的单向转动而对应的单向自由流动。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室的流出角度依次增大。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：

至少一个微阀，所述微阀安装在所述首级腔室和所述中间腔室之间；和/或，所述微阀安装在所述中间腔室和所述末级腔室之间；和/或，所述微阀安装在相邻所述中间腔室之间。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：

循环气道，所述循环气道连通所述首级腔室和所述末级腔室；

至少一个排气孔，所述排气孔的一端与所述首级腔室、所述中间腔室或所述末级腔室连通，所述排气孔的另一端与所述循环气道连通。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片还包括：

连接机构，所述连接机构安装在所述芯片本体上。

6.一种芯片控制装置，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的微流控芯片；还包括：

转动控制机构，所述转动控制机构的转动控制端安装有转轴；

至少一个芯片安装机构，所述微流控芯片通过所述芯片安装机构与所述转轴连接。

7.根据权利要求6所述的芯片控制装置，其特征在于，所述芯片安装机构包括：

套装在所述转轴上的安装盘，所述安装盘的侧壁开设有至少一个芯片卡槽；

安装组件，所述安装组件包括控制杠杆，所述控制杠杆的两端分别转动装配有控制压杆和定位柱，所述控制杠杆的中部还转动装配有杠杆支柱和弹簧压杆；所述控制杠杆通过所述杠杆支柱装配在所述芯片卡槽内，所述弹簧压杆与所述杠杆支柱朝向相反；

安装在所述芯片本体上的卡接头，所述卡接头上开设有卡接孔，所述定位柱的端部具有滑动斜面，所述卡接头沿着所述滑动斜面通过所述卡接孔与所述定位柱卡接装配。

8.根据权利要求7所述的芯片控制装置，其特征在于，所述芯片安装机构还包括：

节点控制盘，所述安装盘具有连通所述芯片卡槽的安装内腔，所述节点控制盘装配在所述安装内腔中；所述节点控制盘上开设有与所述控制压杆配合的通孔，所述控制压杆活动套装在所述通孔内。

9.根据权利要求7所述的芯片控制装置，其特征在于，所述芯片安装机构还包括：

支路控制杆，所述安装盘上开设有穿孔，所述支路控制杆沿着所述转轴的长度方向与至少一个所述安装盘上的穿孔活动插接装配；所述控制压杆上设置有定位槽，所述支路控制杆上设置有与所述定位槽配合的锁定钩，所述定位槽与所述锁定钩之间随着所述支路控制杆的轴向往复移动而锁定或释放。

10.一种芯片控制装置的操作方法，其特征在于，根据权利要求6-9中任一项所述的芯片控制装置，步骤如下：

将所述微流控芯片依次转动至所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室的流出角度，使所述流体通路内的微流液体沿着所述首级腔室、所述中间腔室和所述末级腔室依次流动。

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