CN111715149A - 基于时序控制的定量加液装置、方法以及微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时序控制的定量加液装置，包括：腔道；载液杆，其滑动连接于所述腔道内部，设置有至少一个通道；至少一个流通路径，每个流通路径包括一流道与一气道，其中，在至少一个流通路径的中，每个气道的一端设置于其另一端与所述腔道的底部之间；在所述至少一个流通路径的中，每个流道的一端沿长度方向与腔道连通；至少一个通道中任一个通道移动至与至少一个流通路径中任一个流通路径对应的预定位置时，将该流通路径中流道与气道连通。本发明的定量加液装置能够在进行化学反应的加液过程中，实现对于反应流程的精确控制。本发明还提供了相应地一种基于时序控制的定量加液方法以及包含前述定量加液装置的微流控芯片。

Description

基于时序控制的定量加液装置、方法以及微流控芯片

技术领域

本发明涉及定量加液技术领域。更具体地说，本发明涉及基于时序控制的定量加液装置、方法以及微流控芯片。

背景技术

在体外诊断领域，检测试剂反应流程的需要，通常要控制多种不同试剂的加入顺序。传统的控制方式主要有：1)通过调整加液装置中离心力的大小，以及加液装置结构上的设计来实现不同试剂的加入时序；2)通过外加气阀向加液装置来提供压力差，从而通过控制气阀开关来实现不同试剂的加入时序。传统加液装置的结构一般较为复杂，成本较高；尤其是在微流控技术中，前述缺陷表现的更加明显。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是至少提供一种基于时序控制的定量加液装置，在该定量加液装置中设置了至少一个流通路径，能够在进行化学反应的加液过程中，控制多种不同液体的加入顺序与时间，从而实现对于反应流程的精确控制。在前述基础上，本发明还提供了相应地一种基于时序控制的定量加液方法以及包含前述定量加液装置的微流控芯片。

具体地，本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种基于时序控制的定量加液装置，包括：

腔道；

载液杆，其滑动连接于所述腔道内部，且沿滑动方向依次设置有至少一个通道，用于装载液体并输送；

至少一个流通路径，每个流通路径包括一流道与一气道，其中，在所述至少一个流通路径的至少一个气道中，每个气道具有包括两端，每个气道的一端与所述腔道连通，沿所述滑动方向，每个气道的另一端在其一端与所述腔道底部的区域之间与所述腔道连通；在所述至少一个流通路径的至少一个流道中，每个流道具有包括两端，且一端与所述腔道连通，另一端与所述至少一个流通路径中其他流道的另一端连通；其中，

任一个通道移动至与任一个流通路径对应的预定位置时，将该流通路径中的流道与气道连通。

在一些技术方案中，当所述至少一个气道的数量大于1时，在所述滑动方向上，所述至少一个气道中多个气道的一端沿所述腔道的入口向底部依次设置，所述至少一个气道中多个气道的另一端沿所述腔道的底部向入口依次设置。

在一些技术方案中，在所述至少一个流通路径中的一个或者多个流通路径中设置有试剂腔。

在一些技术方案中，所述的定量加液装置，还包括平衡孔与加液孔，在任一个通道移动至与所述平衡孔、所述加液孔对应的位置时，该通道分别与所述平衡孔、所述加液孔连通。

在一些技术方案中，当所述载液杆朝向所述腔道底部的方向滑动至最大路径时，所述载液杆朝向所述腔道的底部方向的端部与所述腔道的底部之间设置有预定空间。

本发明的第二方面

第二方面提供了一种基于时序控制的定量加液方法，应用第一方面所述的定量加液装置进行定量加液，所述定量加液方法包括：

将所述载液杆从所述腔道的入口向底部滑动；

在预定的流通路径被连通之前，向用于连通该流通路径的预定通道中加入预定液体，从而使得该预定液体经由该流通路径流入预定的液体混合处。

本发明的第三方面

第三方面提供了一种微流控芯片，包括第一方面所述的定量加液装置。

本发明的实施例的技术效果至少包括：

在一些实施例中，所述定量加液装置中设置了至少一个流通路径以及相应的至少一个通道，利用所述至少一个通道与所述至少一个流通路径之间的相对位置关系，并结合活塞运动所产生的气压差动力原理，得以控制所述至少一个通道与所述至少一个流通路径中不同液体的流动时间，从而实现了在对多种液体进行定量混合时的时序控制，能够使得反应时间更加精确，对于反应进程实现更精确的控制。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中所述定量加液装置的一个结构示意图；

图2为图1中所述定量加液装置的所述基座的一个结构示意图；

图3为本发明的另一些实施例中所述定量加液装置的一个结构示意图；

图4为本发明的再一些实施例中所述定量加液装置的一个结构示意图；

图5为图1所述定量加液装置的另一个结构示意图；

图6为图1中所述定量加液装置的又一个结构示意图；

图7为图1中所述定量加液装置的再一个结构示意图；

图8为本发明的又一些实施例中所述定量加液装置的一个结构示意图；

附图标记：

10、定量加液装置；100、基座；110、腔道；111、入口；112、底部； 113、凹陷部；120、至少一个流通路径；121、第一流通路径；122、第二流通路径；130、至少一个流道；131、第一流道；132、第二流道；133、第三流道；134、第四流道；140、至少一个气道；141、第一气道；142、第二气道；143、第三气道；144、第四气道；160、试剂腔；161、第一试剂腔；162、第二试剂腔；163、第三试剂腔；164、第四试剂腔；170、加液孔；180、平衡孔；200、载液杆；210、至少一个通道；211、第一通道；212、第二通道； 220、凸起部；300、预定空间；400、反应池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。还需要说明的是，本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，“上”、“下”、“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，并不是指示或暗示所指的装置或器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。再者，术语“包括”和“设置有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除以上所述外，仍需要强调的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

<基于时序控制的定量加液装置10>

如图1至图8所示,第一方面至少提供了一种基于时序控制的定量加液装置10。在一些实施例中，所述定量加液装置10包括基座100与载液杆200，所述基座100中设置有腔道110与至少一个流通路径120，所述载液杆200 中设置有至少一个通道210并且滑动连接于所述腔道110中，当所述载液杆 200在所述腔道110中滑动时，能够根据作业人员的预定计划(主要是对不同液体在反应时间上的时序进行控制)，通过所述至少一个通道210将所述至少一个流通路径120的任一个流通路径连通，从而将对应的通道中装载的液体经由该流通路径输送到预定区域，以实现定量加液。

关于所述定量加液装置10的结构、工作原理等方面的技术细节，请参见下文诸实施例中的描述。

对于所述基座100，在一些实施例中，可以如图1、图2所示，其所具有的其中一个作用是为了提供所述腔道110，以便于实现与所述载液杆200的滑动连接，进而实现定量加液功能。在一些实施例中，可以继续参见图1，所述腔道110包括入口111与底部112，所述底部112封闭；由此，可以使得所述载液杆200从所述入口111处插入所述腔道110并滑动连接于其中，进而使得所述载液杆200能够在所述入口111与所述底部112之间往复滑动或者单向滑动。对于所述载液杆200的设计：具体地，在一些实施例中，可以将所述载液杆200的长度方向与所述载液杆200在所述腔道110中的滑动方向以一致的方式设置，需要说明的是，前述术语“一致”指的是方向平行，当然在一些其他实施方式中也可以以非平行的方式设置，重点是要能够使得所述载液杆200能够在所述腔道110中滑动。在前述基础上，沿所述滑动方向，即所述载液杆200的长度方向，设置所述至少一个通道210，其中，每个通道的容量可以由所述领域技术人员根据实际需要确定。需要说明的是，所述至少一个通道210的数量可以根据需要确定，例如图1所示，所述至少一个通道210的数量为两个，所述至少一个通道210包括第一通道211与第二通道212。当然在其他实施方式中，所述至少一个通道210的数量也可以是一个或者更多个。此外，在一些实施例中，可以继续参见图1，所述至少一个通道210中的每个通道的贯通方向与所述长度方向垂直，但是在某些其他实施方式中，也可以是非垂直的，例如图3所示。

相应地，对于所述至少一个流通路径120，在本申请中：每个流通路径都需要与所述腔道110连通，以配合所述载液杆200实现定量加液工作中液体的流动。具体来说，在一些实施例中，每个流通路径都包括一流道与一气道，当任一个通道在所述腔道110中滑动至预定位置时，都能够将对应的流通路径中的流道与气道连通。

对于所述至少一个流通路径120可以按照如下方式设计：

在所述至少一个流通路径120的至少一个气道中，每个气道包括两端，每个气道的一端与所述腔道连通，沿所述滑动方向，每个气道的另一端在其一端与所述腔道底部的区域之间与所述腔道连通，需要说明的是，前述的“区域之间”包括所述腔道底部所在的位置；在所述至少一个流通路径120的至少一个流道中，每个流道包括两端，且一端与所述腔道连通，另一端与所述至少一个流通路径120中其他流道的另一端连通；

更具体地，可以如结合图1、图2所示，图2中所述至少一个流通路径 120的数量为2个，所述至少一个流通路径120包括第一流通路径122与第二流通路径，在所述第一流通路径122中，包括第一气道141与第一流道131，在第二流通路径中，包括第二气道142与第二流道132。

在上述基础上，任一个通道移动至与任一个流通路径对应的预定位置时，将该流通路径中的流道与气道连通；例如在由图1、图2提供的所述定量加液装置10中，当所述载液杆200从所述腔道110的入口111向底部112滑动时，所述第二通道212、所述第一通道211依次经过所述第一流通路径122 与第二流通路径，并且依次在将第一气道141与第一流道131连通后，再依次将第二气道142与第二流道132连通。图1、图2提供的所述定量加液装置10中所述载液杆200在所述腔道110中滑动的部分示意图可以参见图5至图7所示。当然，前述图1、图2中体现的只是本申请的其中一种实施方式，并不能作为对于本申请的限制。

在使用所述定量加液装置10进行加液工作时，可以使所述载液杆200在所述腔道110的入口111向底部112滑动，在滑动过程中，所述腔道110中的气体被压缩，产生气压推动力；当任一个通道将任一个流通路径连通时，前述的气压推动力推动被连通的流通路径中的液体流向对应的流道；又由于每个流道的另一端之间都是相互连通的，相当于形成了一个反应池400，所以，每个流道中流入的液体最终将汇集在一起，进行化学反应。

由此，通过控制所述至少一个通道210中每个通道的加液时间，以及所述载液杆200的滑动速度，就可以根据需要在预定时间，通过所述至少一个通道210将多种液体分别流入到前述的反应池400中。从而实现了在对多种液体进行定量混合时的时序控制，能够使得反应时间更加精确。

进一步地，在一些实施例中，当所述至少一个气道140的数量大于1时，滑动方向上，所述至少一个气道140中多个气道的一端沿所述腔道110的入口111向底部112依次设置，与此不同的是，所述至少一个气道140中多个气道的另一端沿所述腔道110的底部112向入口111依次设置。例如将所述多个气道依次编号为第1至第N气道，将所述至少一个流道130中的多个流道依次编号为第1至第N流道，那么，第1至第N气道的一端从所述腔道110 的入口111向底部112依次排列，相对应地，第1至第N流道的一端也从所述腔道110的入口111向底部112依次排列，与前相反的是，第1至第N气道的另一端则从所述腔道110的底部112向入口111依次排列。具体可以结合图1、图2所示，在这种设计方案中，每个气道与所述腔道110的侧壁之间形成一个封闭式的包围圈；而且越是一端靠近所述腔道110入口111处的气道，其长度就越长；所以，每个气道将比其长度短的所有其他气道都圈设在与该气道对应的包围圈内，从而可以避免各个气道之间的相互干扰。当然，在一些其他实施例中，所述至少一个气道还可以按照其他的方式设置，例如图4所示。图4中的所述至少一个气道的数量为4个，依次为第一气道141、第二气道142、第三气道143、第四气道144，相应地，所述至少一个流道的数量为4个，依次为第一流道141、第二流道142、第三流道143、第四流道 144，在图4中，所述至少一个气道140中多个气道的另一端都在相同位置与所述腔道110的底部连通。

在一些实施例中，为便于结构上的设计，在任一个流通路径中，流道与气道对称设置于所述腔道110的两侧，具体如图1、图2所示。当然在某些其他实施方式中，也可以以非对称的方式进行设置，例如在图3所示的实施例中，流道与气道也可以设置在同一侧。

进一步地，在一些实施例中，如图1至图4所示，所述定量加液装置10 还包括试剂腔160；所述试剂腔160设置在所述至少一个流通路径中的一个或者多个流通路径中。在这种方案中，便于对所述至少一个通道210中的每个通道进行加液工作。具体地，所述试剂腔可以设置在其对应的流通路径的气道中，也可以设置在该流通路径的流道中。图1至图3的实施例中，所述试剂腔160的数量为2个，分别为第一试剂腔161、第二试剂腔162；在图4 中，所述试剂腔的数量为4个，分别为第一试剂腔161、第二试剂腔162、第三试剂腔163、第四试剂腔164。

进一步地，在一些实施例中，如图1至图4所示，所述定量加液装置10 还包括平衡孔180与加液孔170，所述至少一个通道210中任一个通道移动至与所述平衡孔180、所述加液孔170对应的位置时，将所述平衡孔180与所述加液孔170连通，在连通后的具体状态是，该通道的一端与对应的所述平衡孔180连通，另一端与对应的所述加液孔170连通。设置所述平衡孔180 与所述加液孔170的目的是为所述至少一个通道210提供一种不受所述至少一个流通路径120影响的加液方式。在实际加液操作中，先从所述加液孔170 加入液体时，该液体在重力与毛细管虹吸作用下从所述加液孔170流到所述平衡孔180，从而让该液体充满与所述平衡孔180、所述加液孔170连通的所述至少一个通道210中的其中一个通道中。

进一步地，在一些实施例中，如图8所示，所述加液孔170的数量为1 个，所述平衡孔180的数量为2个。

进一步地，在一些实施例中，当所述载液杆200朝向所述腔道110底部 112的方向滑动至最大路径时，所述载液杆200朝向所述腔道110的底部112 方向的端部与所述腔道110的底部112之间设置有预定空间300，具体可以参见图7所示。这种设计方案能够避免所述载液杆200在滑动过程中被卡死或者阻塞在所述述腔道110中。

为避免所述载液杆200在滑动过程中被卡死或者阻塞在所述述腔道110 中，关于所述预定空间300，至少存在以下的具体实施方式：在一些实施例中，如图1、图5至图7所示，所述载液杆200朝向所述腔道110的底部112 方向的端部上设置有凸起部220，该凸起部220的周向侧壁与所述腔道110 的内侧壁不接触，从而使得所述载液杆200与所述腔道110的底部112之间形成所述预定空间300。在另一些实施例中，如图3、图4所示，所述腔道 110的底部朝向内(也就是入口111方向)凹陷形成一凹陷部113，使得所述载液杆200在滑动至所述腔道110的底部112处时，能够与所述腔道110的底部112之间形成所述预定空间300。

在以上基础上，结合图1、图2、图5至图7，在一些实施例中，所述基于时序控制的定量加液装置10可以按照如下方式设置:所述基于时序控制的定量加液装置10包括：

腔道110；

载液杆200，其滑动连接于所述腔道110内部，且沿滑动方向依次设置有至少一个通道210，用于装载液体并输送；

至少一个流通路径120，每个流通路径包括一流道与一气道，其中，在所述至少一个流通路径120的至少一个气道140中，每个气道包括两端，每个气道的一端与所述腔道110连通，沿所述滑动方向，每个气道的另一端在其一端与所述腔道110底部112的区域之间与所述腔道110连通；在所述至少一个流通路径120的至少一个流道130中，每个流道包括两端，且一端与所述腔道110连通，另一端与所述至少一个流通路径120中其他流道的另一端连通；其中，任一个通道移动至与任一个流通路径对应的预定位置时，将该流通路径中的流道与气道连通；以及

平衡孔180与加液孔170，在所述多个通道中任一个通道移动至与所述平衡孔180、所述加液孔170对应的位置时，该通道分别与所述平衡孔180、所述加液孔170连通；其中，

所述至少一个流通路径120、所述至少一个通道210的数量均设置为2 个，其中，所述至少一个流通路径120包括第一流通路径121与第二流通路径122，所述至少一个通道210包括第一通道211与第二通道212，其中，所述第一流通路径121包括第一试剂腔161、第一流道131与第一气道141，所述第二流通路径122包括第二试剂腔162、第二流道132与第二气道142；其中，

所述第一流道131的一端、所述第二流道132的一端沿所述腔道110的入口111向底部112依次设置，所述第一气道141的一端、所述第二气道142 的一端沿所述腔道110的底部112向入口111依次设置，所述第一气道141 的另一端、所述第二气道142的另一端沿所述腔道110的入口111向底部112 依次设置，所述第一通道211与所述第二通道212沿所述腔道110的入口111 向底部112依次设置，且当所述第二通道212分别与所述平衡孔180、所述加液孔170连通时，在所述滑动方向上，所述第一流道131的一端、所述第一气道141的另一端均位于所述第一通道211与所述第二通道212之间，

所述第一试剂腔161设置在所述第一流道131上，所述第二试剂腔162 设置在所述第二气道142上，沿所述滑动方向，所述平衡孔180、所述加液孔170均设置在所述第一试剂腔161与所述第二试剂腔162之间的区域中。

<第二方面：基于时序控制的定量加液方法>

第二方面提供的所述定量加液方法应用第一方面所述的定量加液装置10 进行定量加液，所述定量加液方法包括：

将所述载液杆从所述腔道的入口向底部滑动；

在预定的流通路径被连通之前，向用于连通该流通路径的预定通道中加入预定液体，从而使得该预定液体经由该流通路径流入预定的液体混合处。

具体地，结合图5至图7所示，所述第一试剂腔161设置在所述第一流道131上，所述第二试剂腔162设置在所述第二气道142上，所述第一试剂腔161、所述第二试剂腔162分别位于所述腔道120的右、左两侧；沿所述长度方向，即图示的上、下方向，所述平衡孔180、所述加液孔170均设置在所述第一试剂腔161与所述第二试剂腔162之间的区域中；

相应地，在一些实施例中，根据图5至图7所示的定量加液装置10，所述定量加液方法包括：

首先，将所述载液杆200从所述腔道110的入口111向底部112滑动，即从上往下滑动，在所述第二通道212分别与所述平衡孔180、所述加液孔 170连通时(具体如图5所示)，向所述加液孔170中加入第一液体；

将载满所述第一液体的所述第二通道212朝向所述腔道110的底部112 滑动，直至所述第二通道212分别与所述第二流道132、所述第二气道142 连通(具体如图6所示)；

在所述第二通道212分别与所述第二流道132、所述第二气道142连通之前，向所述第二试剂腔162中加入第二液体；

在所述第一液体、所述第二液体全部流入到所述第二流道132的另一端后，继续朝向所述腔道110的底部112滑动所述载液杆200，直至所述第一通道211分别与所述第一流道131、所述第一气道141连通；

在所述第一通道211分别与所述第一流道131、所述第一气道141连通之前，向所述第一试剂腔161中加入第三液体；

在所述第一通道211分别与所述第一流道131、所述第一气道141连通后(具体如图7所示)，待所述第三液体全部流入到所述第一流道131的另一端，即完成所述定量加液方法。

需要说明的是，上述根据图5至图7所示的定量加液方法只是本申请中所述定量加液方法的其中一种具体实施方式，例如，当所述至少一个通道210、所述至少一个流通路径120的数量改变时，所述定量加液方法的具体实施方式也有可能会发生相应地改变，本领域技术人员根据本申请公开的技术方案能够进行相应地调整，因此前述的具体实施方式，不能视为对于本申请中所述定量加液方法的限制。

<第三方面：微流控芯片>

第三方面提供的微流控芯片包括：第一方面各实施例中提供的所述基于时序控制的定量加液装置10。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.基于时序控制的定量加液装置，其特征在于，包括：

腔道；

载液杆，其滑动连接于所述腔道内部，且沿滑动方向依次设置有至少一个通道，用于装载液体并输送；

至少一个流通路径，每个流通路径包括一流道与一气道，其中，在所述至少一个流通路径的至少一个气道中，每个气道包括两端，每个气道的一端与所述腔道连通，沿所述滑动方向，每个气道的另一端在其一端与所述腔道底部的区域之间与所述腔道连通；在所述至少一个流通路径的至少一个流道中，每个流道包括两端，且一端与所述腔道连通，另一端与所述至少一个流通路径中其他流道的另一端连通；其中，

任一个通道移动至与任一个流通路径对应的预定位置时，将该流通路径中的流道与气道连通。

2.根据权利要求1所述的定量加液装置，其特征在于，当所述至少一个气道的数量大于1时，在所述滑动方向上，所述至少一个气道的一端沿所述腔道的入口向底部依次设置，所述至少一个气道的另一端沿所述腔道的底部向入口依次设置。

3.根据权利要求1所述的定量加液装置，其特征在于，在所述至少一个流通路径中的一个或者多个流通路径中设置有试剂腔。

4.根据权利要求1所述的定量加液装置，其特征在于，所述定量加液装置还包括平衡孔与加液孔，任一个通道移动至与所述平衡孔、所述加液孔对应的位置时，该通道分别与所述平衡孔、所述加液孔连通。

5.根据权利要求1所述的定量加液装置，其特征在于，当所述载液杆朝向所述腔道底部的方向滑动至最大路径时，所述载液杆朝向所述腔道的底部方向的端部与所述腔道的底部之间设置有预定空间。

6.基于时序控制的定量加液方法，其特征在于，应用权利要求1-5任一所述的定量加液装置进行定量加液，所述定量加液方法包括：

将所述载液杆从所述腔道的入口向底部滑动；

在预定的流通路径被连通之前，向用于连通该流通路径的预定通道中加入预定液体，从而使得该预定液体经由该流通路径流入预定的液体混合处。

7.微流控芯片，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的定量加液装置。

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