CN111760599A - 一种模块化可拼接微流体运输装置 - Google Patents

Abstract

一种模块化可拼接微流体运输装置，包括多个微流体运送平台以及用于将微流体运送平台连接以实现微流体在多个微流体运送平台中运输的锥形微流道，多个锥形微流道中的锥形段的朝向均相同；每个锥形微流道与微流体运送平台之间通过可拆卸连接结构连接；所述微流体运送平台包括液滴载盘、镶嵌在液滴载盘内的电极组以及覆盖在电极组上的用于装载液滴的介电及疏水层，液滴载盘中的位于介电及疏水层上方的部位构成用于存放微流体的容纳槽，容纳槽与锥形微流道构成用于运输微流体的微流体运输通道。本发明的模块化可拼接微流体运输装置不仅结构简单，容易制造，而且适应力强，可以通过组合增减的方式适应不同的运送功率、运送距离。

Description

一种模块化可拼接微流体运输装置

技术领域

本发明涉及一种微流体运输装置，具体涉及一种模块化可拼接微流体运输装置。

背景技术

Lab on a chip(芯片实验室)，是近几年来备受关注的新兴研究方向。其理念是在一个高度集成的小型芯片中，可以完成以前只能在实验室用多种设备才能完成的一整套实验。其主要涉及于微化学反应，微生物分析以及微药物传送等方向。

目前应用在芯片实验室中驱动微流体运动的主流动力系统是利用单个离散的电极组成的电极阵列驱动装置，其中该电极阵列上涂有介电层和疏水层；当液体横跨两个电极时，将液滴前进方向的电极接通外部交流电源正极，将另一个电极接通外部交流电源负极，即可实现液滴的运动。但是这种传统的电极阵列驱动装置会存在以下问题：1、当芯片实验室中液滴所要经过的路径较复杂或较长时，所运用到的电极阵列的数量就会增大，导致每个电极引出的导线的最终布局过于复杂。2、数量庞大的电极阵列和复杂的布线不仅增加了制造的难度，而且也难以做到进一步的集成。3、目前现有的芯片实验室功能专一，内部的线路布局、反应区域等结构布局在工程完工后基本不能调整，当需要做另外一组实验的时候往往只能重新设计建造新的的芯片实验室，一方面原有的实验室利用率不高，另一方面又极大地增加了建造成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模块化可拼接微流体运输装置，该微流体运输装置不仅结构简单，容易制造，而且适应力强，可以通过组合增减的方式适应不同的运送功率、运送距离。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种模块化可拼接微流体运输装置，包括多个微流体运送平台以及用于将微流体运送平台连接以实现微流体在多个微流体运送平台中运输的锥形微流道，其中，所述锥形微流道为多个，多个锥形微流道中的锥形段的朝向均相同；每个锥形微流道与所述微流体运送平台之间通过可拆卸连接结构连接；所述微流体运送平台包括液滴载盘、镶嵌在所述液滴载盘内的电极组以及覆盖在所述电极组上的用于装载液滴的介电及疏水层，其中，所述液滴载盘中的位于所述介电及疏水层上方的部位构成用于存放微流体的容纳槽，所述容纳槽与所述锥形微流道构成用于运输微流体的微流体运输通道。

上述模块化可拼接微流体运输装置的工作原理是：

当需要用到芯片实验室来进行微化学反应、微生物分析以及微药物传送时，操作人员可根据实际情况来对本发明的模块化可拼接微流体运输装置进行组装，具体为：操作人员可将若干个微流体运送平台通过多个锥形微流道按照锥形段朝向一致的方式一一串联起来，拼接成互相连通在一起的可以运输微流体的装置；在需要运输微流体时，每个所述微流体运送平台上都装载了液滴，具体的，液滴装载在所述液滴载盘的介电及疏水层上，在给所述液滴载盘内的电极组通电时，由于介电及疏水层覆盖在所述电极组上，因此电极组通电相当于给介电及疏水层上的液滴增加一个电场，在电场的作用下液滴在所述介电及疏水层上发生电浸润效应，因此液滴的表面曲率半径变大，根据拉普拉斯方程，液滴内部的压强会随着液滴表面曲率半径的增大而变小，因此所述通了电的微流体运送平台上的液滴内部压强变小，此时与所述微流体运送平台相邻的两个微流体运送平台并没有通电，因此所述相邻的两个微流体运送平台上的液滴曲率半径不变因而内部压强不变，此时相邻的两个微流体运送平台上的液滴内部的压力比发生电浸润现象的微流体运送平台上的液滴内部的压力大，因此相邻的两个微流体运送平台上的液滴向发生电浸润现象的微流体运送平台的方向流动，但是由于所述锥形微流管道的作用，从锥形段大端口流向发生电浸润现象的微流体运送平台的流量比从锥形段小端口流向发生电浸润现象的微流体运送平台的多，因此液滴最终从锥形微流道的锥形段的大端口朝向小端口的方向流动。因此当有序的控制每个微流体运送平台上的通断电情况时，即可实现微流体在运输装置内的单向运输。

本发明的一个优选方案，还包括用于实现与外界管道或装置连接的连接件，所述连接件包括设置在所述微流体运输通道两端的法兰。

本发明的一个优选方案，所述液滴载盘包括壳体以及设置在壳体上的接线端子，其中，所述壳体在与所述电极组的对应位置处设置有电极容纳槽，所述电极组安装在所述电极容纳槽内；所述电极组包括第一电极，第二电极，第三电极和第四电极，所述第一电极，第二电极，第三电极和第四电极沿着所述电极容纳槽的径向方向从内到外依次间隔设置；所述接线端子为两个，其中一个接线端子一端与所述第一电极和第三电极连接，另一端通过引线与外部电源的负极连接；另外一个接线端子一端与所述第二电极和第四电极连接，另一端通过引线与外部电源正极连接。

本发明的一个优选方案，所述可拆卸连接结构包括设置在所述壳体侧壁上的连接口以及设置在锥形微流道上的与所述连接口配合的连接部，其中，所述连接口位于所述容纳槽内，且与该容纳槽连通。

优选地，所述接线端子设置在所述壳体的侧壁上，且该接线端子的轴线与所述连接口的轴线垂直。

优选地，所述锥形微流道为中空结构，其内部设置有运输槽，所述运输槽沿着所述锥形微流道的长度方向延伸，所述运输槽与所述容纳槽构成所述微流体运输通道。

本发明的一个优选方案，所述锥形微流道包括锥形段以及连接段，其中，所述锥形段设置在所述锥形微流道的中部位置，所述连接段设置在所述锥形段两端。

本发明的一个优选方案，所述锥形微流道包括用于连接相邻两个微流体运送平台的中部锥形微流道以及用于实现法兰与微流体运送平台连接的端部锥形微流道。

本发明的一个优选方案，所述中部锥形微流道的连接段上设置有端面为弧形面的连接部；所述端部锥形微流道在与所述法兰连接的连接段上设置有接合部，所述接合部的端面为平面，所述端部锥形微流道在与所述微流体运送平台连接的连接段上设置有端面为弧形面的连接部。

本发明的一个优选方案，所述端部锥形微流道包括设置在法兰与首端的微流体运送平台之间的第一端部锥形微流道和设置在法兰与尾端的微流体运送平台之间的第二端部锥形微流道，其中，所述第一端部锥形微流道的接合部靠近锥形段的大端口的一侧，所述第二端部锥形微流道的接合部靠近锥形段的小端口的一侧。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的模块化可拼接微流体运输装置，多个中部锥形微流道将多个微流体运送平台连接，再通过端部锥形微流道将法兰与两端的微流体运送平台连接，最终拼接成互相连通的微流体运输装置，通过设置锥形微流道的锥形段的锥形朝向一致确保微流体在微流体运输装置内的单向流动；整个装置采用几个相同的模块组装而成，由于采用模块化的设计，通过拼接串联不同数量的模块即可自由调整微流体运输装置的长度，从而适应不同微流体运送距离的工作环境。

2、本发明的模块化可拼接微流体运输装置，采用模块化的设计，一方面减少了零部件的数量，因而零部件的加工制造安装更易于操作；另一方面，相同的模块具有更好的互换性，因此某个模块出现问题发生故障时，只需要替换掉出现故障的模块，极大地方便了维修检查。

3、在同等微流体运输距离的工作环境下，本发明的模块化可拼接微流体运输装置比主流的电极阵列驱动微流体装置的所引出的引线更少，因此可大大简化结构提高芯片实验室的集成度。

4、本发明的模块化可拼接微流体运输装置采用模块化的设计，在一定情况下，当需要调整芯片实验室的功能做不同的实验时，可通过调整模块化可拼接微流体运输装置所走过的路径进行调整，不需要另外设计新的芯片实验室，从而减少了重新设计芯片实验室的成本。

附图说明

图1为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的立体图。

图2为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的微流体运送平台的局部剖视图。

图3为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的液滴载盘的立体图。

图4为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的中部锥形微流道的立体图。

图5为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的第一端部锥形微流道的立体图。

图6为本发明的模块化可拼接微流体运输装置的第二端部锥形微流道的立体图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图6，本发明的一种模块化可拼接微流体运输装置，包括多个微流体运送平台3以及用于将微流体运送平台3连接以实现微流体在多个微流体运送平台3中运输的锥形微流道，其中，所述锥形微流道为多个，多个锥形微流道中的锥形段6的朝向均相同；每个锥形微流道与所述微流体运送平台3之间通过可拆卸连接结构连接；所述微流体运送平台3包括液滴载盘3-6、镶嵌在所述液滴载盘3-6内的电极组以及覆盖在所述电极组上的用于装载液滴的介电及疏水层3-5，其中，所述液滴载盘3-6中的位于所述介电及疏水层3-5上方的部位构成用于存放微流体的容纳槽3-6-4，所述容纳槽3-6-4与所述锥形微流道构成用于运输微流体的微流体运输通道。

参见图1，本发明的一种模块化可拼接微流体运输装置，还包括用于实现与外界管道或装置连接的连接件，所述连接件包括设置在所述微流体运输通道两端的法兰1。通过设置上述的法兰1连接结构，可以将外界管道或装置与本发明的模块化可拼接微流体运输装置连接起来，起到过渡连接的作用。

参见图2和图3，所述液滴载盘3-6包括壳体以及设置在壳体上的接线端子 3-6-2，其中，所述壳体在与所述电极组的对应位置处设置有电极容纳槽3-6-1，所述电极组安装在所述电极容纳槽3-6-1内；所述电极组包括第一电极3-1，第二电极3-2，第三电极3-3和第四电极3-4，所述第一电极3-1，第二电极3-2，第三电极3-3和第四电极3-4沿着所述电极容纳槽3-6-1的径向方向从内到外依次间隔设置；所述接线端子3-6-2为两个，其中一个接线端子3-6-2一端与所述第一电极3-1和第三电极3-3连接，另一端通过引线与外部电源的负极连接；另外一个接线端子3-6-2一端与所述第二电极3-2和第四电极3-4连接，另一端通过引线与外部电源正极连接。通过设置所述间隔放置的四个电极，相比于传统的两个电极，能够产生更强的电场，因此装载在所述介电及疏水层3-5上的水滴能够更快速发生电浸润，进而快速改变液滴表面曲率半径和内部压强，提高微流体的运输效率。

参见图3、图4、和图5，所述可拆卸连接结构包括设置在所述壳体侧壁上的连接口3-6-3以及设置在锥形微流道上的与所述连接口3-6-3配合的连接部 7-1，其中，所述连接口3-6-3位于所述容纳槽3-6-4内，且与该容纳槽3-6-4连通。通过设置上述的可拆卸连接结构，可以方便地在微流体运送平台3上安装或者拆卸所述锥形微流道，更好地满足各种不同运输距离的要求。

参见图2和图3，所述接线端子3-6-2设置在所述壳体的侧壁上，且该接线端子3-6-2的轴线与所述连接口3-6-3的轴线垂直。通过设置轴线与所述连接口 3-6-3的轴线垂直的接线端子3-6-2，连接在接线端子3-6-2上的引线不会与所述锥形微流道纠缠相交，方便了引线与接线端子3-6-2的安装以及整个线路系统的维护。

参见图4、图5和图6，所述锥形微流道为中空结构，其内部设置有运输槽，所述运输槽沿着所述锥形微流道的长度方向延伸，所述运输槽与所述容纳槽 3-6-4构成所述微流体运输通道。

参见图4、图5和图6，所述锥形微流道包括锥形段6以及连接段7，其中，所述锥形段6设置在所述锥形微流道的中部位置，所述连接段7设置在所述锥形段6两端。通过设置上述结构的锥形微流道，方便所述锥形微流道通过连接段7与其他装置连接安装。

参见图1、图4-图6，所述锥形微流道包括用于连接相邻两个微流体运送平台3的中部锥形微流道4以及用于实现法兰1与微流体运送平台3连接的端部锥形微流道。通过设置所述的锥形微流道，可以通过增加或者减少所述中部锥形微流道4的方式增长或者缩短微流体运输通道的长度，提高了微流体运输装置的适应性和灵活性。

参见图4-图6，所述中部锥形微流道4的连接段7上设置有端面为弧形面的连接部7-1；所述端部锥形微流道在与所述法兰1连接的连接段7上设置有接合部7-2，所述接合部7-2的端面为平面，所述端部锥形微流道在与所述微流体运送平台3连接的连接段7上设置有端面为弧形面的连接部7-1。通过设置上述端面为弧形面的连接部7-1，便于将锥形微流道与侧壁呈圆柱面的液滴载盘3-6连接，设置上述端面为平面的接合部7-2，便于将锥形微流道与法兰1连接。

参见图1、图5和图6，所述端部锥形微流道包括设置在法兰1与首端的微流体运送平台3之间的第一端部锥形微流道2和设置在法兰1与尾端的微流体运送平台3之间的第二端部锥形微流道5，其中，所述第一端部锥形微流道2的接合部7-2靠近锥形段6的大端口的一侧，所述第二端部锥形微流道5的接合部 7-2靠近锥形段6的小端口的一侧。通过设置上述结构的端部锥形微流道，在将中部锥形微流道4与微流体运送平台3、端部锥形微流道以及法兰1拼接成微流体运输装置时，法兰1设置在微流道运输装置的两端，因此通过设置所述接合部7-2靠近锥形段6的大端口的一侧的第一端部锥形微流道2，以及所述接合部 7-2靠近锥形段6的小端口的一侧的第二端部锥形微流道5，确保了连接后法兰 1在整个模块化可拼接微流道运输装置的两端，并且第一端部微流道的锥形段6 的朝向与第二端部微流道的锥形段6的朝向一致，从而确保了微流体在整个模块化可拼接微流道运输装置上的单向流动。

上述模块化可拼接微流体运输装置的工作原理是：

当需要用到芯片实验室来进行微化学反应、微生物分析以及微药物传送时，操作人员可根据实际情况来对本发明的模块化可拼接微流体运输装置进行组装，具体为：操作人员可将若干个微流体运送平台3通过多个锥形微流道按照锥形段6朝向一致的方式一一串联起来，拼接成互相连通在一起的可以运输微流体的装置；在需要运输微流体时，每个所述微流体运送平台3上都装载了液滴，具体的，液滴装载在在所述液滴载盘3-6的介电及疏水层3-5上，在给所述液滴载盘3-6内的电极组通电时，由于介电及疏水层3-5覆盖在所述电极组上，因此电极组通电相当于给介电及疏水层3-5上的液滴增加一个电场，在电场的作用下液滴在所述介电及疏水层3-5上发生电浸润效应，因此液滴的表面曲率半径变大，根据拉普拉斯方程，液滴内部的压强会随着液滴表面曲率半径的增大而变小，因此所述通了电的微流体运送平台3上的液滴内部压强变小，此时与所述微流体运送平台3相邻的两个微流体运送平台3并没有通电，因此所述相邻的两个微流体运送平台3上的液滴曲率半径不变因而内部压强不变，此时相邻的两个微流体运送平台3上的液滴内部的压力比发生电浸润现象的微流体运送平台3上的液滴内部的压力大，因此相邻的两个微流体运送平台3上的液滴向发生电浸润现象的微流体运送平台3的方向流动，但是由于所述锥形微流管道的作用，从锥形段6大端口流向发生电浸润现象的微流体运送平台3的流量比从锥形段6小端口流向发生电浸润现象的微流体运送平台3的多，因此液滴最终从锥形微流道的锥形段6的大端口朝向小端口的方向流动。因此当有序的控制每个微流体运送平台3上的通断电情况时，即可实现微流体在运输装置内的单向运输。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，包括多个微流体运送平台以及用于将微流体运送平台连接以实现微流体在多个微流体运送平台中运输的锥形微流道，其中，所述锥形微流道为多个，多个锥形微流道中的锥形段的朝向均相同；每个锥形微流道与所述微流体运送平台之间通过可拆卸连接结构连接；所述微流体运送平台包括液滴载盘、镶嵌在所述液滴载盘内的电极组以及覆盖在所述电极组上的用于装载液滴的介电及疏水层，其中，所述液滴载盘中的位于所述介电及疏水层上方的部位构成用于存放微流体的容纳槽，所述容纳槽与所述锥形微流道构成用于运输微流体的微流体运输通道。

2.根据权利要求1所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，还包括用于实现与外界管道或装置连接的连接件，所述连接件包括设置在所述微流体运输通道两端的法兰。

3.根据权利要求2所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述液滴载盘包括壳体以及设置在壳体上的接线端子，其中，所述壳体在与所述电极组的对应位置处设置有电极容纳槽，所述电极组安装在所述电极容纳槽内；所述电极组包括第一电极，第二电极，第三电极和第四电极，所述第一电极，第二电极，第三电极和第四电极沿着所述电极容纳槽的径向方向从内到外依次间隔设置；所述接线端子为两个，其中一个接线端子一端与所述第一电极和第三电极连接，另一端通过引线与外部电源的负极连接；另外一个接线端子一端与所述第二电极和第四电极连接，另一端通过引线与外部电源正极连接。

4.根据权利要求3所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述可拆卸连接结构包括设置在所述壳体侧壁上的连接口以及设置在锥形微流道上的与所述连接口配合的连接部，其中，所述连接口位于所述容纳槽内，且与该容纳槽连通。

5.根据权利要求4所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述接线端子设置在所述壳体的侧壁上，且该接线端子的轴线与所述连接口的轴线垂直。

6.根据权利要求5所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述锥形微流道为中空结构，其内部设置有运输槽，所述运输槽沿着所述锥形微流道的长度方向延伸，所述运输槽与所述容纳槽构成所述微流体运输通道。

7.根据权利要求6所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述锥形微流道包括锥形段以及连接段，其中，所述锥形段设置在所述锥形微流道的中部位置，所述连接段设置在所述锥形段两端。

8.根据权利要求7所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述锥形微流道包括用于连接相邻两个微流体运送平台的中部锥形微流道以及用于实现法兰与微流体运送平台连接的端部锥形微流道。

9.根据权利要求8所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述中部锥形微流道的连接段上设置有端面为弧形面的连接部；所述端部锥形微流道在与所述法兰连接的连接段上设置有接合部，所述接合部的端面为平面，所述端部锥形微流道在与所述微流体运送平台连接的连接段上设置有端面为弧形面的连接部。

10.根据权利要求9所述的一种模块化可拼接微流体运输装置，其特征在于，所述端部锥形微流道包括设置在法兰与首端的微流体运送平台之间的第一端部锥形微流道和设置在法兰与尾端的微流体运送平台之间的第二端部锥形微流道，其中，所述第一端部锥形微流道的接合部靠近锥形段的大端口的一侧，所述第二端部锥形微流道的接合部靠近锥形段的小端口的一侧。

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