CN112934279A - 一种磁性数字微流体芯片及其装载结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性数字微流体芯片，其涉及磁性数字微流体领域，其包括芯片底板和芯片盖板；所述芯片底板上设置有若干个上方开口的液滴室；每两个相邻的液滴室之间可设置连通两个相邻液滴室的磁流道；所述液滴室包括室底以及呈倾斜或垂直设置在室底外周的且用于限制液滴流动的室壁；所述芯片盖板用于对若干个液滴室的上开口进行遮盖处理；盖板部分在液滴室上方的区域可开口以便添加液体；所述芯片盖板背向芯片底板的上端面为磁铁移动的贴合面；本发明还公开了一种磁性数字微流体芯片的装载结构；本发明解决现有含有磁性数字微流体的液滴容易蒸发和污染、液滴不便于转移或与其它液滴混合、磁粒子和液滴不便于分离以及易用性较差的技术问题。

Description

一种磁性数字微流体芯片及其装载结构

技术领域

本发明涉及磁性数字微流体的技术领域，特别是涉及一种磁性数字微流体芯片及其装载结构。

背景技术

磁性数字微流体是数字微流体中的一种，与传统微流体操作对象或反应物为连续流体不同，在磁性数字微流体中，反应物以单个离散液滴形式存在，它利用磁力作为液滴运动的驱动力，依靠磁粒子与外围的控制磁铁之间的相互配合来对开放表面上的液滴进行控制，当需要对液滴进行控制时，将外部磁铁放置于芯片上方或者下方，外部磁铁吸引位于液滴内的磁粒子移动，液体表面张力的存在使得磁粒子不会突破液体表面，可实现包括液滴的位置移动，不同液滴的相互混合，将磁粒子从液滴中分离等操作。

现有技术在以下几点中存在的一些不足：

1、液滴液体容易蒸发：磁性数字微流体在开放表面操作液滴，液滴直接与空气接触，比如在高温的反应中液滴极易发生快速蒸发，特别是在一些样本浓度较低、需要的试剂量小、参与反应的液滴用量少的反应中，蒸发也会使得反应不充分，现有的一些防止蒸发的方法主要是将液滴包裹在硅油或者矿物油内，但这样增加了反应中的发热量并且存在试剂污染的风险。

2、试剂储存的方式不佳：现有的数字微流体芯片通常将检测芯片本身和试剂分开储存，在需要使用试剂发生反应时再利用精密仪器，例如移液枪等，提取微量试剂。或者，利用一些特殊的介质包装液滴，例如液态弹珠。在护理现场检测(Point-of-care testing)任务中，检测环境往往并不具备提供专业仪器的条件，而上述液态弹珠的方法又会阻碍液滴之间的混合。缺乏好的试剂储存方法阻碍了数字微流体在护理现场检测中的应用；

3、液滴混合的方式较为复杂：磁性数字微流体中所处理的液体通常具有较低的雷诺数(Reynolds number)，往往并不容易在磁性数字微流体芯片的环境下进行混合操作。现有的一些方法虽然具有较高的混合搅拌效率，但控制平台的复杂程度也因此大大提高，且存在不稳定的风险；

4、磁性数字微流体芯片的装载方式对操作环境的要求较高：现有的磁性数字微流体芯片的设计大多是为了在实验室环境下进行实验操作，并没有考虑到一般用户的易用性，缺乏一个比较好的芯片承载机制来满足控制平台的自动化和一般操作者的使用需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供了一种磁性数字微流体芯片及其装载结构，其解决现有含有磁性数字微流体的液滴容易蒸发和污染、液滴不便于转移或与其它液滴混合、磁粒子和液滴不便于分离以及易用性较差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁性数字微流体芯片，其包括芯片底板和芯片盖板；所述芯片底板朝向芯片盖板的端面上设置有若干个上方开口的液滴室；每两个相邻的液滴室之间可设置连通两个相邻液滴室的磁流道；所述液滴室包括呈水平或与水平方向成一定角度设置的室底以及呈倾斜或垂直设置在室底外周的且用于限制液滴流动的室壁；所述芯片盖板用于对若干个液滴室的上开口进行遮盖处理；所述芯片盖板背向芯片底板的上端面为磁铁移动的贴合面。

上述技术方案中，所述液滴室和磁流道的表面均为疏水性、亲水性、亲油性或疏油性。

上述技术方案中，所述磁流道的底面分别与两个相邻液滴室的室底处于同一水平面，或者与两个相邻液滴室的室壁之间为圆滑的弧形过渡。

上述技术方案中，所述芯片盖板的一端与芯片底板的一端相铰接，以形成开合式的翻盖结构。

上述技术方案中，所述芯片底板两侧均设置有滑槽，所述芯片盖板在滑槽里作滑动运动，以形成推拉式的结构。

与现有技术相比，本发明提供的一种磁性数字微流体芯片的有益效果在于：

液滴室是试剂液滴保存以及发生反应的场所，其数量及排布方式可以根据检测任务而增减；其中液滴室的室底为水平或与水平方向成一定角度设置，其能够确保液滴在液滴室内部移动顺畅，液滴室的室壁与液滴室的室底具有一定的倾斜角度或垂直，其可限制液滴的流动，防止由于芯片放置不稳定(例如放置不完全水平或晃动等)而造成的试剂液滴的错误移动，避免不必要的试剂液滴间相互反应，确保正在进行的反应不受干扰；

而若干个磁流道可让相邻的两个液滴室相互连通，只需通过改变磁流道的宽度和高度，即可对液滴的移动施加不同的限制，去实现磁粒子与液滴的分离，或者液滴在不同液滴室之间的转移。当磁流道的宽度和高度较小时，此时仅允许磁粒子在磁铁的拖动下在不同的液滴室之间发生转移，即实现磁粒子与液滴的分离。当磁流道的宽度和高度较大时，反应液滴仅可以在磁铁的拖动之下跟随磁粒子进入其它的液滴室，但不会在受到外部干扰(例如芯片晃动)的情况下使液滴错误进入其它的液滴室，即磁流道提供了液滴自行移动的限制，同时也是液滴在受控状态下移动的通道；

若需要立即使用时，可将芯片盖板打开，使用者自行从开放的液滴室内添加所需的试剂液滴，若不需要立即使用时，也可以将试剂液滴提前加入到液滴室，在芯片盖板与芯片底板闭合后便能对液滴进行封闭保存，芯片盖板的设计可使芯片内部区域形成相对封闭的空间，防止试剂液滴污染，也可减少试剂液滴的蒸发，当然，芯片盖板也是磁铁吸附磁粒子时磁粒子移动的基板，具体而言，芯片盖板的上端面为磁铁移动的贴合面。

综上所述，采用本技术方案，可以防止液滴蒸发和污染，便于对液滴进行转移或将其与其它液滴混合，又便于磁粒子和液滴进行分离，且能够满足一般操作者的使用需要，具有操作方便的优点。

为实现上述目的，本发明还提供了一种磁性数字微流体芯片装载结构，其包括适配器和上述技术方案的一种磁性数字微流体芯片；所述适配器包括上盖板和下盖板，所述下盖板的中部设置有与磁性数字微流体芯片的外形形状相适应的芯片容纳槽；所述下盖板用于将所述磁性数字微流体芯片稳固在芯片容纳槽内。

上述技术方案中，所述磁性数字微流体芯片上设置有至少一个定位孔，所述芯片容纳槽内与磁性数字微流体芯片上的定位孔相适应的位置上设置有向上凸起的定位柱。

上述技术方案中，所述上盖板和下盖板上均设置有嵌入式的磁铁。

上述技术方案中，所述上盖板和下盖板的外边沿处均设置有凹槽。

上述技术方案中，所述上盖板和下盖板的中部均设置有贯穿本体的镂空中孔，所述磁性数字微流体芯片为透明状的结构。

与现有技术相比，本发明提供的一种磁性数字微流体芯片装载结构的有益效果在于：

收纳时，可以将磁性数字微流体芯片放置到下盖板的芯片容纳槽内，然后将上盖板和下盖板相互闭合即可，通过采用该适配器不仅能够对磁性数字微流体芯片起到很好的保护和收纳作用，还便于手动操作磁铁时固定芯片，另外还便于将芯片装载到对应的自动化检测设备进行自动化作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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它的附图。

图1是实施例一翻盖式的结构示意图；

图2是实施例一推拉式的结构示意图；

图3是实施例一中芯片底板的结构示意图；

图4是实施例二的分解图；

图5是实施例二中的适配器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-图3所示，本发明提供了一种磁性数字微流体芯片，其为PVC(聚氯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、石英或金属的材料构成，但本芯片的材质不限于上述材料，其可用吸塑工艺、注塑工艺、计算机数字控制机床(CNC)加工、热压工艺、3D打印等加工而成，但本芯片的加工不限于上述的加工方式，在本实施例子中其材质优选为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。

具体的，该磁性数字微流体芯片包括芯片底板1和芯片盖板2。其中芯片底板1朝向芯片盖板2的端面上设置有若干个呈规则或不规则阵列式分布的且上方开口的液滴室11，在本实施例中液滴室11的数量优选为九个；而且每两个相邻的液滴室11之间均设置有连通两个相邻液滴室11的磁流道12，当然，磁流道12的数量也可以为至少一个。其中液滴室11包括呈水平或与水平方向成一定角度设置的室底111以及呈倾斜或垂直设置在室底111外周的且用于限制液滴流动的室壁112。芯片盖板2用于对若干个液滴室11的上开口进行遮盖处理。盖板2在液滴室11上方的区域可开口以便添加液体。

具体而言，液滴室11是试剂液滴保存以及发生反应的场所，其呈规则或不规则阵列式分布，其数量可以根据检测任务而增减；其中液滴室11的室底111为水平或与水平方向成一定角度设置，其能够确保液滴在液滴室11内部移动顺畅，液滴室11的室壁112与液滴室11的室底111具有一定的倾斜角度或垂直，其可限制液滴的流动，防止由于芯片放置不稳定(例如放置不完全水平或晃动等)而造成的试剂液滴的错误移动，避免不必要的试剂液滴间相互反应，确保正在进行的反应不受干扰。而若干个磁流道12可让相邻的两个液滴室11相互连通，只需通过改变磁流道12的宽度和高度，即可对液滴的移动施加不同的限制，去实现磁粒子与液滴的分离，或者液滴在不同液滴室11之间的转移。当磁流道12的宽度和高度较小时，此时仅允许磁粒子在芯片盖板2上的磁铁的拖动下在不同的液滴室11之间发生转移，即实现磁粒子与液滴的分离；当磁流道12的宽度和高度较大时，反应液滴仅可以在磁铁的拖动之下跟随磁粒子进入其它的液滴室11，此时不会在受到外部干扰(例如芯片晃动或液滴错误进入其它的液滴室)，即磁流道12提供了液滴自行移动的限制，同时也是液滴在受控状态下移动的通道。

更具体的，若需要立即使用时，可将芯片盖板2打开，使用者自行从开放的液滴室11内添加所需的试剂液滴，若不需要立即使用时，也可以将试剂液滴提前加入到液滴室11，在芯片盖板2与芯片底板1闭合后便能对液滴进行封闭保存，芯片盖板2的设计可使芯片内部区域形成相对封闭的空间，防止试剂液滴污染，也可减少试剂液滴的蒸发，当然，芯片盖板2也是磁铁吸附磁粒子时磁粒子移动的基板，其中芯片盖板2的上端面21为磁铁移动的贴合面。具体而言，如图1所示，芯片盖板2的一端与芯片底板1的一端相铰接，可以形成开合式的翻盖结构。如图2所示，芯片底板1两侧均设置有滑槽3，所述芯片盖板2在滑槽3里作滑动运动，可以形成推拉式的结构。

进一步的，液滴室11和磁流道12的表面均为疏水性、亲水性、亲油性或疏油性，其为疏水性时，液滴在液滴室11的表面具有较大的接触角，其目的是使得位于液滴室11表面的液滴便于根据磁性数字微流体平台的控制原理进行操作。另外，所述磁流道12的底面分别与两个相邻液滴室11的室底111处于同一水平面，或者与两个相邻液滴室11的室壁112之间为圆滑的弧形过渡。

综上所述，采用本技术方案，可以防止液滴蒸发和污染，又便于对液滴进行转移或将其与其它液滴混合，又便于磁粒子和液滴进行分离，且能够满足一般操作者的使用需要，具有操作方便的优点。

实施例二

如图4和图5所示，本发明还提供了一种磁性数字微流体芯片装载结构，其包括适配器4和实施例一中所述的磁性数字微流体芯片5。

其中适配器4包括上盖板41和下盖板42，下盖板42的中部设置有与磁性数字微流体芯片5的外形形状相适应的芯片容纳槽421，下盖板42用于将所述磁性数字微流体芯片5稳固在芯片容纳槽421内。比如，上盖板41的一端与下盖板42的一端相铰接，以形成开合式的结构。具体而言，收纳时，可以将磁性数字微流体芯片5放置到下盖板42的芯片容纳槽421内，然后将上盖板41和下盖板42相互闭合即可，通过采用该适配器4不仅能够对磁性数字微流体芯片5起到很好的保护和收纳作用，还便于手动操作磁铁时固定芯片，另外还便于将芯片装载到对应的自动化检测设备进行自动化作业。当然，上盖板41和下盖板42也可以是推拉式的结构或磁铁吸合的结构等等。

具体的，磁性数字微流体芯片5上设置有至少一个定位孔51，而芯片容纳槽421内与磁性数字微流体芯片5上的定位孔51相适应的位置上设置有向上凸起的定位柱422。采用定位的结构设计，便于用户区分磁性数字微流体芯片5放置到芯片容纳槽421的正确方向。

更具体的，上盖板41和下盖板42上均设置有嵌入式的磁铁423，通过上盖板41上的磁铁423与下盖板42上的磁铁423相互吸合，能够让上盖板41和下盖板42紧密地闭合在一起，从而将内置的磁性数字微流体芯片5稳固在芯片容纳槽421内。另外，上盖板41和下盖板42的外边沿处均设置有凹槽413，该凹槽413便于用户的手指伸进去并将上盖板41和下盖板42相互打开，其具有便于操作的优点。

进一步的，上盖板41和下盖板42的中部均设置有贯穿本体的镂空中孔411，磁性数字微流体芯片5为透明状的结构，该镂空中孔411便于用户对磁性数字微流体芯片5的内部进行直观地观察，例如液滴的位置、磁粒子的位置和液滴的颜色等。

上述实施例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实施例的限制，其它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)

1.一种磁性数字微流体芯片，其特征在于，其包括芯片底板(1)和芯片盖板(2)；所述芯片底板(1)朝向芯片盖板(2)的端面上设置有若干个上方开口的液滴室(11)；每两个相邻的液滴室(11)之间可设置连通两个相邻液滴室(11)的磁流道(12)；

所述液滴室(11)包括呈水平或与水平方向成一定角度设置的室底(111)以及呈倾斜或垂直设置在室底(111)外周的且用于限制液滴流动的室壁(112)；

所述芯片盖板(2)用于对若干个液滴室(11)的上开口进行遮盖处理；所述芯片盖板(2)背向芯片底板(1)的上端面(21)为磁铁移动的贴合面。

2.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体芯片，其特征在于，所述液滴室(11)和磁流道(12)的表面根据需要设置为疏水性、亲水性、亲油性或疏油性。

3.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体芯片，其特征在于，所述磁流道(12)的底面分别与两个相邻液滴室(11)的室底(111)处于同一水平面，或者与两个相邻液滴室(11)的室壁(112)之间为圆滑的弧形过渡。

4.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体芯片，其特征在于，所述芯片盖板(2)的一端与芯片底板(1)的一端相铰接，以形成开合式的翻盖结构。

5.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体芯片，其特征在于，所述芯片底板(1)两侧均设置有滑槽(3)，所述芯片盖板(2)在滑槽(3)里作滑动运动，以形成推拉式的结构。

6.一种磁性数字微流体芯片装载结构，其特征在于，其包括适配器(4)和权利要求1～5任一项所述的一种磁性数字微流体芯片(5)；

所述适配器(4)包括上盖板(41)和下盖板(42)；

所述下盖板(42)的中部设置有与磁性数字微流体芯片(5)的外形形状相适应的芯片容纳槽(421)；

所述下盖板(42)用于将所述磁性数字微流体芯片(5)稳固在芯片容纳槽(421)内。

7.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体芯片装载结构，其特征在于，所述磁性数字微流体芯片(5)上设置有至少一个定位孔(51)，所述芯片容纳槽(421)内与磁性数字微流体芯片(5)上的定位孔(51)相适应的位置上设置有向上凸起的定位柱(422)。

8.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体芯片装载结构，其特征在于，所述上盖板(41)和下盖板(42)上均设置有嵌入式的磁铁(423)。

9.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体芯片装载结构，其特征在于，所述上盖板(41)和下盖板(42)的外边沿处均设置有凹槽(413)。

10.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体芯片装载结构，其特征在于，所述上盖板(41)和下盖板(42)的中部均设置有贯穿本体的镂空中孔(411)，所述磁性数字微流体芯片(5)为透明状的结构。

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