CN112691711B - 一种微流控芯片的移液驱动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种微流控芯片的移液驱动装置及方法，移液驱动装置包括基座、挤压机构和搅拌机构，基座上设有用于收容微流控芯片的收容槽；微流控芯片装配于基座的收容槽中，挤压机构进一步将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出，搅拌机构进一步对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌处理并将搅拌后的溶液从反应室中挤出，以供后续处理。本发明可自动实现将铝泡中的反应试剂挤出并对反应室中的溶液进行搅拌处理，提高检测效率。

Description

一种微流控芯片的移液驱动装置及方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种微流控芯片的移液驱动装置及方法。

背景技术

微流控芯片(Microfluidics Chip)是利用MEMS技术将一个大型实验室系统微缩在一个玻璃或者塑料基板上，从而复制复杂的生物学和化学反应全过程，快速自动地完成实验，其特征是在微米级尺度构造出容纳流体的通道、反应室和其它功能部件，操控微米体积的流体在微小空间中的运动过程，从而构建完整的化学或生物实验室。微流控芯片是一种集成多个实验步骤的芯片，其上一般设有以一定规则排列的微小尺寸流道和腔室，不同的试剂按照一定的顺序释放，并通过不同流道流入指定腔室，完成指定的生化反应，以实现样品制备和检测等目的。微流控芯片通常包括基板及设于基板上的多个铝泡、反应室和检测室，铝泡中存储有用于诊断时所需的反应试剂，反应室用于供反应试剂与样本执行一定的操作，如搅拌混合等等。目前常通过人工来实现铝泡内反应试剂的挤出以及反应室内溶液的搅拌处理，而人工无法重复劳动，工作效率相对低下，因此，亟需一种微流控芯片的移液驱动装置，可自动实现将铝泡中的反应试剂挤出并对反应室中的溶液进行搅拌处理，提高检测效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种微流控芯片的移动驱动装置，能够代替人工，自动将铝泡中的反应试剂挤出并对反应室中的溶液进行搅拌处理，进一步还提供一种微流控芯片的移液驱动方法。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种微流控芯片的移液驱动装置，所述移液驱动装置包括

基座，所述基座上设有用于收容微流控芯片的收容槽；

挤压机构，靠近所述基座设置或设于所述基座上，用于伸入所述收容槽内将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出；

搅拌机构，靠近所述基座设置或设于所述基座上，用于对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌并将搅拌后的溶液挤出反应室。

优选地，所述搅拌机构包括承托支架、至少一个搅拌组件、搅拌驱动机构和至少一个挤压驱动机构，每个所述搅拌组件可转动地设于所述承托支架上，每个所述搅拌组件上设有磁吸部，每个所述搅拌组件与搅拌驱动机构相连，每个挤压驱动机构对应一所述搅拌组件，所述挤压驱动机构驱动对应搅拌组件将搅拌后的溶液从反应室中挤出。

优选地，所述搅拌组件包括转动基座、连接件和第二弹性件，所述转动基座套设于所述连接件的外部，且所述转动基座上设有锁止槽，所述连接件的一端设有限位部，相对端设置所述磁吸部，所述连接件上设有伸入所述锁止槽实现连接件与转动基座同步转动的锁止柱，所述第二弹性件设于所述限位部和磁吸部之间，所述第二弹性件的一端与所述限位部相抵接，相对端与所述转动基座相抵接。

优选地，所述承托支架上设置一个所述搅拌组件时，所述搅拌组件的转动基座上设有齿部，所述搅拌驱动机构包括传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的齿轮驱动机构，所述传动齿轮与所述转动基座啮合连接。

优选地，所述承托支架上设置多个所述搅拌组件时，每个搅拌组件的转动基座上设有齿部，多个所述转动基座依次啮合连接，所述搅拌驱动机构包括传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的齿轮驱动机构，所述传动齿轮与任意一个所述转动基座啮合连接。

优选地，所述磁吸部包括与连接件相连的磁体和包覆在磁体外部的柔性接触件。

优选地，所述收容槽内还设有至少一个用于对微流控芯片进行抵压固定的弹性抵顶件，所述弹性抵顶件的至少一端与收容槽的内壁活动连接，且所述弹性抵顶件上设有至少一个用于对微流控芯片进行抵接的抵顶部。

优选地，所述收容槽的内壁上还设有至少一个用于对微流控芯片进行定位的定位机构，所述定位机构包括第一弹性件、定位件和设于收容槽内壁上的容置槽，所述容置槽内装配所述第一弹性件和定位件，所述定位件与所述第一弹性件相抵接，且所述定位件在所述第一弹性件的作用下部分伸入所述收容槽内。

优选地，所述基座包括本体部和用于对微流控芯片进行抵压固定的抵压件，所述本体部上设置所述收容槽，所述抵压件可转动地设于所述本体部上且所述抵压件面向收容槽的端面上设有至少一个抵压凸起部。

本发明还揭示了一种移液驱动装置的移液驱动方法，包括如下步骤：

S100，将微流控芯片装配于基座的收容槽内；

S200，挤压机构伸入所述收容槽内将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出至反应室；

S300，搅拌机构对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌并将搅拌后的溶液挤出反应室。

本发明的有益效果是：

本发明能够自动将铝泡中的反应试剂挤出并对反应室中的溶液进行搅拌处理，代替人工操作，提高工作效率的同时减少成本。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是图1中基座的爆炸示意图；

图3是图2中A部分放大示意图；

图4是搅拌机构的正视示意图。

附图标记：10、基座，10a、本体部，10b、抵压件，10c、旋转件，11、收容槽，11a、入口部，11b、开口部，12、抵压凸起，13、顶推部，14、导向槽，15、插槽，20、挤压机构，21、安装基座，22、挤压组件，221、第一接触件，222、第一顶推驱动机构，30、搅拌机构，31、承托支架，32、搅拌组件，321、转动基座，321a、锁止槽，321b、齿部，322、连接件，322a、限位部，322b、锁止柱，323、第二弹性件，33、搅拌驱动机构，331、传动齿轮，332、齿轮驱动机构，34、挤压驱动机构，341、第二接触件，342、第二顶推驱动机构，35、磁吸部，40、定位机构，41、定位件，50、弹性抵顶件，51、抵顶部。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的一种微流控芯片的移液驱动装置，能够自动驱动微流控芯片上溶液的流动，也即移液驱动装置能够自动将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出至流道或者相应反应室，还能够对反应室内的溶液进行搅拌并将搅拌后的溶液挤出，以供后续工序使用。

结合图1～图4所示，为本发明所揭示的一种微流控芯片的移液驱动装置，包括基座10、挤压机构20和搅拌机构30。其中，基座10用于装配微流控芯片，其上设有用于收容微流控芯片的收容槽11；挤压机构20靠近基座10设置或者设于基座10上，用于对微流控芯片上的铝泡进行挤压处理，以将铝泡内的溶液挤出至反应室或者流道；搅拌机构30靠近基座10设置或者设于基座10上，其用于对微流控芯片上反应室内溶液进行搅拌处理并将搅拌后的溶液挤出至流道中。

实施时，微流控芯片装配于基座10的收容槽11中，挤压机构20进一步将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出至反应室或者流道中；搅拌机构30进一步对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌处理并将搅拌后的溶液从反应室中挤出至流道，以供后续工序处理。

如图2所示，基座10包括本体部10a和抵压件10b。其中，本体部10a上设置所述收容槽11，收容槽11具有一入口部11a和开口部11b，收容槽11的入口部11a优选设于基座10的侧面，开口部11b优选设于基座10的顶面；抵压件10b用于对位于收容槽11内的微流控芯片进行抵压固定，以避免后续处理中微流控芯片的移动，抵压件10b与基座10的一端部可转动地连接于一转动点，也即抵压件10b可相对基座10进行旋转收合或旋转打开，这里的旋转收合是指抵压件10b在转动过程中与基座10相靠近，以对位于收容槽11内的微流控芯片进行抵压固定，旋转打开是指抵压件10b在旋转过程中与基座10相远离，以便于微流控芯片装配至收容槽11中或者便于微流控芯片从收容槽11内取出。

进一步地，抵压件10b面向收容槽11的端面上设有至少一个抵压凸起部12，抵压凸起部12用于对收容槽11内的微流控芯片进行抵压固定。实施时，抵压件10b相对基座10旋转收合后，抵压件10b上的抵压凸起部12通过收容槽11的开口部11b伸入收容槽11内，以对微流控芯片进行抵压固定。

如图2所示，基座10还包括旋转件10c，旋转件10c用于控制抵压件10b相对基座10转动，也即旋转件10c用于控制抵压件10b相对基座10旋转收合或旋转打开，旋转件10c与基座10可转动地连接于一转动点，并且旋转件10c上设有顶推部13，顶推部13用于在旋转件10c相对基座10旋转过程中驱动抵压件10b相对基座10旋转打开，以便于微流控芯片装配至收容槽11中或者便于微流控芯片从收容槽11内取出。

进一步地，旋转件10c上还设有导向槽14，导向槽14用于供微流控芯片导向移动，使微流控芯片可快速、准确地装配至收容槽11内。导向槽14在旋转件10c驱动抵压件10b相对基座10旋转打开后与收容槽11处于同一平面，也即旋转件10c旋转一定角度后，旋转件10c上的导向槽14与收容槽11处于同一平面，同时抵压件10b相对基座10旋转打开。

结合图2和图3所示，基座10的收容槽11内还设有至少一个定位机构40，定位机构40用于对微流控芯片进行定位处理，提高微流控芯片的装配精度，便于后续工艺处理。定位机构40包括第一弹性件、定位件41及设于收容槽11内壁上的容置槽，容置槽用于装配第一弹性件和定位件41，第一弹性件和定位件41均装配于容置槽中，并且第一弹性件的一端与容置槽的内壁相抵接，相对端与定位件41相抵接，定位件41在第一弹性件的作用部分伸出容置槽，定位件41伸出的部分位于收容槽11内。实施时，微流控芯片通过收容槽11的入口部11a进入收容槽11后，微流控芯片移动至定位机构40处后，微流控芯片的外壁挤压定位件41位于收容槽11内的部分，定位件41受力后向容置槽内部移动并挤压第一弹性件。当微流控芯片上的定位槽移动至定位件41处后，定位件41在第一弹性件的作用下伸入定位槽中，在定位件41与定位槽的配合下，实现微流控芯片的定位。

本实施例中，定位件41为滚珠或者定位柱，定位件41为定位柱时，定位柱位于收容槽11内的端部上设有弧形导向面，弧形导向面一方面可减小定位柱与微流控芯片之间的摩擦力，另一方面便于定位柱从定位槽中脱离，提高装配效率。

结合图2和图3所示，为了使位于收容槽11内的微流控芯片保持稳定，收容槽11内设有至少一个弹性抵顶件50，弹性抵顶件50用于对微流控芯片进行抵压固定，防止微流控芯片在收容槽11内受力产生移动。弹性抵顶件50的至少一端与收容槽11的内壁活动连接，并且弹性抵顶件50上设有至少一个抵顶部51，抵顶部51用于对微流控芯片进行抵接，实现微流控芯片的抵压固定。进一步地，收容槽11的内壁凹陷形成有插槽15，弹性抵顶件50的一端与收容槽11的内壁固定连接，相对端插接于插槽15内，以实现弹性抵顶件50的一端与收容槽11的内壁活动连接。实施时，微流控芯片经入口部11a进入收容槽11内并通过定位机构40定位后，微流控芯片在插入收容槽11过程中，抵顶部51与微流控芯片的外壁相抵接，实现微流控芯片的抵压固定，避免微流控芯片的移动。

本实施例中，弹性抵顶件50上设置一个抵顶部51，并且抵顶部51靠近弹性抵顶件50的中部设置，当然，在其他实施例中，可根据实际需求设置抵顶部51的数量及位置。

如图1所示，挤压机构20包括安装基座21及至少一个挤压组件22，其中，安装基座21用于安装挤压组件22，其与基座10相对间隔设置，抵压件10b位于安装基座21和基座10的本体部10a之间，也就是说安装基座21位于基座10的上方；挤压组件22安装于安装基座21上，用于挤压微流控芯片上的铝泡。具体地，挤压组件22包括第一接触件221和第一顶推驱动机构222，第一接触件221与第一顶推驱动机构222相连，第一顶推驱动机构222驱动第一接触件221与铝泡接触，以将铝泡内溶液挤出。本实施例中，第一顶推驱动机构222优选步进电机；第一接触件221为采用柔性材质(如橡胶等)制成的接触件，可在挤压过程中避免造成铝泡的破损。

如图4所示，搅拌机构30包括承托支架31、至少一个搅拌组件32、搅拌驱动机构33和至少一个挤压驱动机构34，其中，承托支架31安装于基座10上的抵压件10b上，每个搅拌组件32可转动地设于承托支架31上，并且每个搅拌组件32上设有磁吸部35，磁吸部35可与微流控芯片上反应室内的磁性件产生相互作用力，以使搅拌组件32在转动过程中带动磁性件转动，实现溶液的搅拌处理；搅拌驱动机构33与每个搅拌组件32相连，用于驱动每个搅拌组件32相对承托支架31转动，每个搅拌组件32在转动的过程中通过磁吸部35带动对应反应室内的磁性件转动，以实现对反应室内溶液的搅拌；挤压驱动机构34安装于安装基座21上，每个挤压驱动机构34对应一个搅拌组件32，用于驱动对应搅拌组件32将搅拌后的溶液从反应室中挤出。本实施例中，承托支架31优选安装于基座10的抵压件10b上，当然，在其他实施例中，承托支架31也可直接安装于基座10的本体部10a上，可根据实际需求进行设置；挤压驱动机构34优选安装于安装基座21上，以减少空间的占用，当然，在其他实施例中，也可将挤压驱动机构34安装于基座10的本体部10a或抵压件10b上，可根据实际需求进行选择。

进一步地，搅拌组件32包括转动基座321、连接件322和第二弹性件323，转动基座321上设有沿轴向延伸的安装孔，转动基座321通过安装孔套设于连接件322的外部，转动基座321上设有锁止槽321a；连接件322可相对转动基座321沿轴向移动，其一端设有限位部322a，相对端设置所述磁吸部35，连接件322上还设有伸入所述锁止槽321a实现连接件322与转动基座321同步转动的锁止柱322b；第二弹性件323设于限位部322a和转动基座321之间，并且第二弹性件323的一端与限位部322a相抵接，相对端与转动基座321相抵接，第二弹性件323优选弹簧，其他实施例中，也可选择弹片等。实施时，初始情况下，连接件322上的锁止柱322b在第二弹性件323的作用下始终位于锁止槽321a中，以使转动基座321转动的过程中可带动连接件322转动，连接件322转动过程中可带动磁吸部35转动，磁吸部35带动对应反应室内的磁性件转动，以实现对反应室内溶液的搅拌。

进一步地，磁吸部35包括与连接件322相连的磁体和包覆在磁体外部的柔性接触件，柔性接触件采用柔性材料制成，如橡胶等等，可避免在挤压过程中造成微流控芯片的损坏。

如图4所示，搅拌驱动机构33包括传动齿轮331和驱动传动齿轮331转动地齿轮驱动机构332，齿轮驱动机构332与传动齿轮331相连，齿轮驱动机构332优选旋转电机。当承托支架31上设置一个搅拌组件32时，搅拌组件32的转动基座321上设有齿部321b，该搅拌组件32的转动基座321通过齿部321b可直接或间接地与传动齿轮331相啮合连接。当采用间接方式啮合连接时，转动基座321可通过传动链条与传动齿轮331相啮合连接。实施时，齿轮驱动机构332驱动传动齿轮331转动，传动齿轮331带动转动基座321转动，转动基座321进一步在锁止槽321a和锁止柱322b的作用下带动连接件322转动，连接件322转动过程中带动磁吸部35转动，磁吸部35带动对应反应室内的磁性件转动，以实现对反应室内溶液的搅拌。

当承托支架31上设置多个搅拌组件32时，每个搅拌组件32的转动基座321上设有齿部321b，多个转动基座321通过各自的齿部321b依次啮合连接，也就是说在啮合连接时，可将每个转动基座321进行编号，按照编号顺序将多个转动基座321依次啮合连接，任意一个转动基座321通过其上的齿部321b可直接或间接地与传动齿轮331相啮合连接。当采用间接方式啮合时，传动齿轮331可通过传动链条与任意一个转动基座321相啮合连接。实施时，齿轮驱动机构332驱动传动齿轮331转动，传动齿轮331进一步带动与之相啮合的转动基座321转动，该转动基座321进一步带动相啮合的其他转动基座321转动，将动力不断传递，以使每个转动基座321转动，转动基座321在锁止槽321a和锁止柱322b的作用下进一步带动连接件322转动，连接件322转动过程中带动磁吸部35转动，磁吸部35带动对应反应室内的磁性件转动，以实现对反应室内溶液的搅拌。本实施例中，承托支架31上优选设置两个搅拌组件32，两个搅拌组件32的两个转动基座321相啮合，搅拌驱动机构33与任意一个搅拌组件32中转动基座321相啮合，当然，在其他实施例中，可根据实际需求设置搅拌组件32的数量。

结合图1和图4所示，挤压驱动机构34包括第二接触件341和第二顶推驱动机构342，第二接触件341与第二顶推驱动机构342相连，第二顶推驱动机构342驱动第二接触件341与连接件322相抵接，以驱动连接件322沿轴向方向移动，连接件322在移动过程中带动磁吸部35挤压反应室，反应室体积不断缩小，以将混合后的溶液排出。本实施例中，第二顶推驱动机构342优选步进电机。

本发明能够自动将铝泡中的反应试剂挤出并对反应室中的溶液进行搅拌处理，代替人工操作，提高工作效率的同时减少成本。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种微流控芯片的移液驱动装置，其特征在于，所述移液驱动装置包括

基座，所述基座上设有用于收容微流控芯片的收容槽；

挤压机构，靠近所述基座设置或设于所述基座上，用于伸入所述收容槽内将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出；

搅拌机构，靠近所述基座设置或设于所述基座上，用于对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌并将搅拌后的溶液挤出反应室，所述搅拌机构包括承托支架、至少一个搅拌组件、搅拌驱动机构和至少一个挤压驱动机构，每个所述搅拌组件可转动地设于所述承托支架上，每个所述搅拌组件与搅拌驱动机构相连，每个挤压驱动机构对应一所述搅拌组件，所述挤压驱动机构驱动对应搅拌组件将搅拌后的溶液从反应室中挤出，所述搅拌组件包括转动基座、连接件和第二弹性件，所述转动基座套设于所述连接件的外部，且所述转动基座上设有锁止槽，所述连接件的一端设有限位部，相对端设置磁吸部，所述连接件上设有伸入所述锁止槽实现连接件与转动基座同步转动的锁止柱，所述第二弹性件设于所述限位部和磁吸部之间，所述第二弹性件的一端与所述限位部相抵接，相对端与所述转动基座相抵接。

2.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述承托支架上设置一个所述搅拌组件时，所述搅拌组件的转动基座上设有齿部，所述搅拌驱动机构包括传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的齿轮驱动机构，所述传动齿轮与所述转动基座啮合连接。

3.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述承托支架上设置多个所述搅拌组件时，每个搅拌组件的转动基座上设有齿部，多个所述转动基座依次啮合连接，所述搅拌驱动机构包括传动齿轮和驱动所述传动齿轮转动的齿轮驱动机构，所述传动齿轮与任意一个所述转动基座啮合连接。

4.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述磁吸部包括与连接件相连的磁体和包覆在磁体外部的柔性接触件。

5.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述收容槽内设有至少一个用于对微流控芯片进行抵压固定的弹性抵顶件，所述弹性抵顶件的至少一端与收容槽的内壁活动连接，且所述弹性抵顶件上设有至少一个用于对微流控芯片进行抵接的抵顶部。

6.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述收容槽的内壁上还设有至少一个用于对微流控芯片进行定位的定位机构，所述定位机构包括第一弹性件、定位件和设于收容槽内壁上的容置槽，所述容置槽内装配所述第一弹性件和定位件，所述定位件与所述第一弹性件相抵接，且所述定位件在所述第一弹性件的作用下部分伸入所述收容槽内。

7.根据权利要求1所述的移液驱动装置，其特征在于，所述基座包括本体部和用于对微流控芯片进行抵压固定的抵压件，所述本体部上设置所述收容槽，所述抵压件可转动地设于所述本体部上且所述抵压件面向收容槽的端面上设有至少一个抵压凸起部。

8.一种基于权利要求1所述的移液驱动装置的移液驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100，将微流控芯片装配于基座的收容槽内；

S200，挤压机构伸入所述收容槽内将微流控芯片上铝泡内的溶液挤出至反应室；

S300，搅拌机构对微流控芯片上反应室内的溶液进行搅拌并将搅拌后的溶液挤出反应室。

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