CN112462048B - 微流控检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流控检测装置，用于对待测样本进行化学发光免疫分析，包括微流控盘片、转动机构；转动机构包括转盘、套筒、导电滑环、主轴、联轴器和伺服电机，微流控盘片安装在转盘的正面，转盘的背面的中心位置设有固定槽，主轴和所述联轴器位于套筒的内部，联轴器安装在主轴和伺服电机之间，主轴远离伺服电机的一端安装在固定槽中；微流控盘片上设有检验槽，转盘的背面正对检验槽位置设有电磁铁；导电滑环套设于主轴的外侧，导电滑环的内筒随所述转动，导电滑环的外筒固定不动，主轴为空心结构，导电滑环的内筒的导线穿过主轴的中心，并与电磁铁连接。本发明能够解决现有技术操作繁琐、磁力强度不可控的问题。

Description

微流控检测装置

技术领域

本发明涉及微流控检测技术领域，特别是涉及一种微流控检测装置。

背景技术

微流控检测技术是指使用数十到数百微米的管道处理或操纵微流体的系统所涉及技术，化学发光免疫分析(chemiluminescence immunoassay，CLIA)是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合，用于各种抗原、半抗原、抗体、激素、酶和药物等的检测分析技术。微流控化学发光则是以微机电技术为依托，将化学发光免疫分析的采样、预处理、衍化、混合及检测等过程中涉及的阀、流动管道、混合反应器、加样、分离、检测等部件集成到圆盘状的微流控盘片上，并在微流控检测装置中以离心力为液流的驱动力，实现对液流检测分析的技术方案。

现有技术的微流控检测装置，在磁分离时都是使用永磁体来实现的，永磁体放置于微流控盘片下方的托盘上，在微流控化学发光免疫分析时，由于采用了永磁体，因此，在需要吸附磁珠时，需要将永磁体移动到盛放磁分离反应物池子的下方，而在不用时，又必须手动将永磁体移开，操作繁琐。此外，磁分离时，不同的磁珠对磁性强度要求也不同，磁性太强，会导致后续加清洗液混匀的时候反应物散不开，磁性太弱，反应物可能无法被吸住，导致在磁分离过程被冲到废液池中。

发明内容

为此，本发明的目的在于提出一种微流控检测装置，以解决现有技术操作繁琐、磁力强度不可控的问题。

一种微流控检测装置，用于对待测样本进行化学发光免疫分析，包括微流控盘片，还包括转动机构；

所述转动机构包括转盘、套筒、导电滑环、主轴、联轴器和伺服电机，所述微流控盘片安装在所述转盘的正面，所述转盘的背面的中心位置设有固定槽，所述主轴和所述联轴器位于所述套筒的内部，所述联轴器安装在所述主轴和所述伺服电机之间，所述主轴远离所述伺服电机的一端安装在所述固定槽中，所述伺服电机通过所述联轴器带动所述主轴转动，进而带动所述转盘和所述微流控盘片旋转；

所述微流控盘片上设有检验槽，所述转盘的背面正对所述检验槽位置设有电磁铁，所述电磁铁用于吸附化学发光免疫分析中的磁珠；

所述导电滑环套设于所述主轴的外侧，所述导电滑环的内筒随所述主轴转动，所述导电滑环的外筒固定不动，所述主轴为空心结构，所述导电滑环的内筒的导线穿过所述主轴的中心，并与所述电磁铁连接，所述导电滑环的外筒的导线与控制器连接。

根据本发明提供的微流控检测装置，通过转盘、导电滑环以及电磁铁配合，根据导电滑环的工作原理可知，导电滑环的外筒和内筒是通过电刷来实现电流导通的，而导电滑环的内筒的导线穿过主轴的中心，并与电磁铁连接，导电滑环的外筒的导线与控制器连接，因此，在转盘带动微流控盘片旋转时，依然可以对转盘背面的电磁铁进行控制，保证电磁铁的使用不会影响转盘带动微流控盘片高速转动，由此实现了电磁铁替代了传统永磁体的效果。当需要吸附磁珠时，对电磁铁通电，不需要吸附磁珠时，断开电磁铁的通电即可，操作更加方便；通过改变控制电磁铁的电流大小，能够调节电磁铁磁力的大小，避免磁分离时磁性太强或太弱的情况发生，此外，还可以通过改变电磁铁中电磁线圈的电流方向，来改变电磁铁的磁极方向，从而实现交变磁场，磁珠在交变磁场作用下能够发生振荡运动，能够提升磁珠混匀的效果。

另外，根据本发明上述的微流控检测装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述微流控检测装置还包括加热片，所述加热片固定在所述转盘的背面，所述加热片的面积不小于所述微流控盘片面积的二分之一。

进一步地，所述加热片与所述转盘之间设有固定片。

进一步地，所述微流控检测装置还包括机架，所述机架上设有支撑板，所述支撑板的中间设有通孔，所述套筒和所述伺服电机位于所述机架内、且位于所述支撑板的下方，所述转盘位于所述支撑板的上方，所述主轴穿过所述通孔，以安装在所述固定槽中。

进一步地，所述微流控检测装置还包括恒温腔室，所述恒温腔室安装在所述支撑板上，所述转盘和所述微流控盘片均位于所述恒温腔室内，所述恒温腔室内设有电加热丝和电吹风机构。

进一步地，所述微流控检测装置还包括测光组件，所述测光组件包括基座、移动滑块和光纤支座，所述基座固定在所述支撑板上，所述移动滑块可在所述基座上沿竖直方向上下滑动，所述光纤支座通过固定件与所述移动滑块固定连接，所述光纤支座朝向所述微流控盘片一端的尾部设有缓冲头，所述缓冲头上设有开窗口，所述开窗口内设有用于传导光的光纤。

进一步地，所述开窗口的直径不超过1mm。

进一步地，所述微流控盘片采用不透光材料制成。

进一步地，所述缓冲头采用避光材料制成。

进一步地，所述转盘的背面设有温度传感器，所述导电滑环的内筒的导线穿过所述主轴的中心，并与所述温度传感器连接。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是恒温腔室未安装在支撑板上时微流控检测装置的结构示意图；

图2是恒温腔室安装在支撑板上时微流控检测装置的结构示意图；

图3是转动机构和微流控盘片的结构示意图；

图4是去除套筒后的转动机构和微流控盘片的结构示意图；

图5是转动机构和微流控盘片的剖视结构示意图；

图6是转盘、加热片和固定片的结构示意图；

图7是转盘的结构示意图；

图8是测光组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图8，本发明一实施例提供的微流控检测装置，用于对待测样本进行化学发光免疫分析，包括机架10、转动机构20、微流控盘片30。

所述机架10上设有支撑板11，所述支撑板11的中间设有通孔12。

所述转动机构20包括转盘21、套筒22、导电滑环23、主轴24、联轴器25和伺服电机26。

所述微流控盘片30安装在所述转盘21的正面，具体实施时，可以在转盘21的正面设置若干个定位销，在微流控盘片30上设置与定位销配合的定位孔。

所述转盘21的背面的中心位置设有固定槽211，所述主轴24和所述联轴器25位于所述套筒22的内部，所述联轴器25安装在所述主轴24和所述伺服电机26之间，所述主轴24远离所述伺服电机26的一端安装在所述固定槽211中，所述伺服电机26通过所述联轴器25带动所述主轴24转动，进而带动所述转盘21和所述微流控盘片30旋转。

其中，所述套筒22和所述伺服电机26位于所述机架10内、且位于所述支撑板11的下方，所述转盘21位于所述支撑板11的上方，所述主轴24穿过所述通孔12，以安装在所述固定槽211中。

所述微流控盘片30上设有检验槽，所述转盘21的背面正对所述检验槽位置设有电磁铁27，电磁铁27用于吸附化学发光免疫分析中的磁珠，检验槽的数量为多个，电磁铁27的数量与检验槽的数量相等，且一一对应设置。具体实施时，转盘21的背面设有用于容纳电磁铁27的凹槽，可以通过铁质的螺钉将电磁铁27固定在凹槽内。

所述导电滑环23套设于所述主轴24的外侧，且位于套筒22内，所述导电滑环23的内筒随所述主轴24转动，所述导电滑环23的外筒固定不动，所述主轴24为空心结构，所述导电滑环23的内筒的导线穿过所述主轴24的中心，并与所述电磁铁27连接，所述导电滑环23的外筒的导线与控制器（图未示）连接。

通过转盘21、导电滑环23以及电磁铁27配合，根据导电滑环23的工作原理可知，导电滑环23的外筒和内筒是通过电刷来实现电流导通的，而导电滑环23的内筒的导线穿过主轴24的中心，并与电磁铁27连接，导电滑环23的外筒的导线与控制器连接，因此，在转盘21带动微流控盘片30旋转时，依然可以对转盘21背面的电磁铁27进行控制，避免主轴24与导线在微流控盘片30旋转时发生缠绕，保证电磁铁27的使用不会影响转盘21带动微流控盘片30高速转动，实测表明，在3000转每分钟的时候依然保证电气连接的稳定性，由此实现了电磁铁27替代了传统永磁体的效果。电磁铁27有三个好处：①磁力可控，②可以控制磁性有无，③可以通过改变极性和调节磁力大小。

当需要吸附磁珠时，对电磁铁27通电，不需要吸附磁珠时，断开电磁铁27的通电即可，操作更加方便；通过改变控制电磁铁27的电流大小，能够调节电磁铁27磁力的大小，避免磁分离时磁性太强或太弱的情况发生，此外，还可以通过改变电磁铁27中电磁线圈的电流方向，来改变电磁铁27的磁极方向，从而实现交变磁场，磁珠在交变磁场作用下能够发生振荡运动，能够提升磁珠混匀的效果，磁珠混匀效果的提升，也能够提升检测结果的一致性（即CV的一致性）。

例如，一个实施案例是磁分离要进行4次清洗。每次清洗时，需要先将清洗液用离心力驱动到微流控盘片30的检验槽里。接着采用伺服电机26高频正反转的方式进行混匀。然后电磁铁27通电将磁珠用磁力吸在微流控盘片30的检验槽的底部。保持一段时间以保证磁珠基本都被吸住，这时候电磁铁27继续通电保持磁力，同时转盘21带动微流控盘片30高速旋转，将清洗完的溶液用离心力驱动到微流控盘片30的废液池中。

此外，还可以通过控制伺服电机26使微流控盘片30以一定频率正反向来回转动盘，来进一步混匀反应池中的反应物，缩短混匀的时间。

需要指出的是，在整个化学发光反应过程中为保证结果的一致性（即CV的一致性），整个反应的温度控制也非常重要。传统方案是在反应池的下方安置一个电热丝进行加热。但电热丝的热容积小，温度很难稳定在一个偏差比较小的范围（一般要求是37±0.5℃）。

而在本实施例中，所述微流控检测装置还包括加热片41，所述加热片41固定在所述转盘21的背面，所述加热片41的面积不小于所述微流控盘片30面积的二分之一。加热片41采用能够实现电加热的材质，具体的，所述加热片41与所述转盘21之间设有固定片42，固定片42用于挡住电磁铁27的电线。固定片42能够导热，采用普通的塑料材质即可。

加热片41能够大面积的加热转盘21，然后转盘21再将热量传递到微流控盘片30，温度变化比较平缓，能够提高控温精度。

可选的，所述转盘21的背面设有温度传感器（图未示），所述导电滑环23的内筒的导线穿过所述主轴24的中心，并与所述温度传感器连接，用于监测加热的情况。

本实施例中，作为进一步改进，为了弥补底部加热导致微流控盘片30上部液体存在温差。所述微流控检测装置还包括恒温腔室50，所述恒温腔室50安装在所述支撑板11上，所述转盘21和所述微流控盘片30均位于所述恒温腔室50内，使得微流控盘片30处于一个相对密封且保温的区域内（只有更换微流控盘片30时才会打开恒温腔室50），所述恒温腔室50内设有电加热丝和电吹风机构，通过电加热丝和电吹风机构来保证整个微流控盘片30所处的密闭区域内温度恒定。

此外，现有技术中，在化学分析测光时，是通过光电倍增管直接贴到反应发光区域进行测光。当一个微流控盘片30中有多个区域同时处于发光状态时，直接测光的方法会产生各测光区域之间的光污染，进而影响测光准确性。

为解决上述这个问题，本实施例中，所述微流控检测装置还包括测光组件，所述测光组件包括基座61、移动滑块62和光纤支座63，所述基座61固定在所述支撑板11上，所述移动滑块62可在所述基座61上沿竖直方向上下滑动，所述光纤支座63通过固定件64与所述移动滑块62固定连接，所述光纤支座63朝向所述微流控盘片一端的尾部设有缓冲头65，所述缓冲头65上设有开窗口（图未示），所述开窗口内设有用于传导光的光纤。优选的，所述开窗口的直径不超过1mm。其中，所述微流控盘片30采用不透光材料制成。所述缓冲头65采用避光材料制成，例如橡胶材质，通过开窗口内的光纤将所采集的光引到光电倍增管进行光子计数。

具体实施时，当检验进行到测光这一步时，转盘21将需要进行测光的微流控盘片30的检验槽转动到缓冲头65的正下方，此时移动滑块62下降，使得与其固定的光纤支座63和缓冲头65一起下降贴合至微流控盘片30的检验槽上部所开的观察小孔进行测光。微流控盘片30采用不透光材料，且只有检验槽上部与缓冲头65上光纤对应的观察小孔能透光。以此种方式检验槽当中的待测物所发光经缓冲头65上的光纤传导入光电倍增管进行测光得出检验结果。缓冲头65有两个作用：①与微流控盘片30接触时起到缓冲；②缓冲头65本身为良好避光材料在检测发光值时将其他检验槽所发光进行屏蔽，以此方式避免其他检验槽的光干扰，提高检验数据的准确性。

此外，具体实施时，可以在恒温腔室50内布置红外非接触式温度测量传感器51，红外非接触式温度测量传感器51具体固定在基座61，以监测恒温腔室50内的温度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微流控检测装置，用于对待测样本进行化学发光免疫分析，包括微流控盘片，其特征在于，还包括转动机构；

所述转动机构包括转盘、套筒、导电滑环、主轴、联轴器和伺服电机，所述微流控盘片安装在所述转盘的正面，所述转盘的背面的中心位置设有固定槽，所述主轴和所述联轴器位于所述套筒的内部，所述联轴器安装在所述主轴和所述伺服电机之间，所述主轴远离所述伺服电机的一端安装在所述固定槽中，所述伺服电机通过所述联轴器带动所述主轴转动，进而带动所述转盘和所述微流控盘片旋转；

所述微流控盘片上设有检验槽，所述转盘的背面正对所述检验槽位置设有电磁铁，所述电磁铁用于吸附化学发光免疫分析中的磁珠，转盘的背面设有用于容纳电磁铁的凹槽；

所述导电滑环套设于所述主轴的外侧，所述导电滑环的内筒随所述主轴转动，所述导电滑环的外筒固定不动，所述主轴为空心结构，所述导电滑环的内筒的导线穿过所述主轴的中心，并与所述电磁铁连接，所述导电滑环的外筒的导线与控制器连接，导电滑环的外筒和内筒通过电刷实现电流导通，在转盘带动微流控盘片旋转时，依然可以对转盘背面的电磁铁进行控制，避免主轴与导线在微流控盘片旋转时发生缠绕，保证电磁铁的使用不会影响转盘带动微流控盘片高速转动。

2.根据权利要求1所述的微流控检测装置，其特征在于，所述微流控检测装置还包括加热片，所述加热片固定在所述转盘的背面，所述加热片的面积不小于所述微流控盘片面积的二分之一。

3.根据权利要求2所述的微流控检测装置，其特征在于，所述加热片与所述转盘之间设有固定片。

4.根据权利要求1所述的微流控检测装置，其特征在于，所述微流控检测装置还包括机架，所述机架上设有支撑板，所述支撑板的中间设有通孔，所述套筒和所述伺服电机位于所述机架内、且位于所述支撑板的下方，所述转盘位于所述支撑板的上方，所述主轴穿过所述通孔，以安装在所述固定槽中。

5.根据权利要求4所述的微流控检测装置，其特征在于，所述微流控检测装置还包括恒温腔室，所述恒温腔室安装在所述支撑板上，所述转盘和所述微流控盘片均位于所述恒温腔室内，所述恒温腔室内设有电加热丝和电吹风机构。

6.根据权利要求4所述的微流控检测装置，其特征在于，所述微流控检测装置还包括测光组件，所述测光组件包括基座、移动滑块和光纤支座，所述基座固定在所述支撑板上，所述移动滑块可在所述基座上沿竖直方向上下滑动，所述光纤支座通过固定件与所述移动滑块固定连接，所述光纤支座朝向所述微流控盘片一端的尾部设有缓冲头，所述缓冲头上设有开窗口，所述开窗口内设有用于传导光的光纤。

7.根据权利要求6所述的微流控检测装置，其特征在于，所述开窗口的直径不超过1mm。

8.根据权利要求6所述的微流控检测装置，其特征在于，所述微流控盘片采用不透光材料制成。

9.根据权利要求6所述的微流控检测装置，其特征在于，所述缓冲头采用避光材料制成。

10.根据权利要求1所述的微流控检测装置，其特征在于，所述转盘的背面设有温度传感器，所述导电滑环的内筒的导线穿过所述主轴的中心，并与所述温度传感器连接。

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