CN112946310B - 点样仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点样仪。该点样仪包括注液模块和点样模块，点样模块包括定时器、第一继电器、第二继电器、马达和电磁铁；定时器用于控制马达的启停，且向第二继电器发送马达的启停信号；马达用于推动基材向前运动；第二继电器用于根据定时器发送的马达的启停信号，输出电磁铁的释放和吸合信号，并将电磁铁的释放和吸合信号发送到第一继电器；第一继电器用于根据接收到的电磁铁的释放和吸合信号产生高低电平信号，并将高低电平信号发送给注液模块；注液模块用于根据接收到的高低电平信号，启动或停止注液操作。该点样仪可解决现有技术中存在的仪器成本较高、体积较大、驱动程序较复杂、点样效率较低的问题。

Description

点样仪

技术领域

本发明涉及芯片点样设备领域，具体而言，涉及一种点样仪。

背景技术

比色传感阵列(Colorimetric Sensor Array)分析技术是近年来兴起的一种气体检测及指纹图谱分析技术，该技术的核心难点是加工生产对多种待测气体具有特异性响应的比色传感阵列芯片。加工生产过程中，一般需要将以乙醇、氯仿等有机物为溶剂的溶解了反应试剂的有机溶液，通过阵列式的点样头点样到高分子薄膜、试纸、玻璃等基材上，使每种反应试剂在基材上扩散成直径均匀一致的圆点，即得到比色传感阵列芯片。

在现有技术中，一般使用手工点样方式或在生物芯片领域中广泛应用的点样仪来加工生产比色传感阵列芯片。其中，手工点样方式的效率很低。而目前市面上可购买到的或文献中可检索到的点样仪，都是以生产生物芯片的要求设计的，其一般是以二至三个伺服电机驱动的二维或三维平移实验台作为主要的点样执行机构，通过驱动程序控制伺服电机转动，进而将被点样生物试剂输送到生物芯片基材表面的特定区域。由于生物芯片点样仪包含了平移实验台等复杂结构，且操作的是对环境清洁度要求较高的生物试剂，因此若将其用于加工生产比色传感阵列芯片，就存在仪器成本较高、体积较大、驱动程序较复杂、点样效率较低等问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种点样仪，以解决现有技术中存在的仪器成本较高、体积较大、驱动程序较复杂、点样效率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种点样仪，包括注液模块和点样模块；

所述点样模块包括执行机构，所述执行机构包括定时器、第一继电器、第二继电器、马达和电磁铁；

所述定时器与所述第二继电器相连，所述定时器用于控制所述马达的启停，且用于向所述第二继电器发送所述马达的启停信号；所述马达用于推动基材向前运动；

所述第二继电器还分别与所述电磁铁和所述第一继电器相连，所述第二继电器用于根据所述定时器发送的所述马达的启停信号，输出所述电磁铁的释放吸合信号，并将所述电磁铁的释放吸合信号发送到所述第一继电器；

所述第一继电器还与所述注液模块相连，所述第一继电器用于根据接收到的所述电磁铁的释放吸合信号产生高低电平信号，并将所述高低电平信号发送给所述注液模块；所述注液模块用于根据接收到的所述高低电平信号，启动或停止注液操作。

作为进一步优选的技术方案，所述执行机构还包括基材输送平台、第一定位支架、第二定位支架和压紧组件，所述第一定位支架、所述第二定位支架和所述压紧组件均与所述基材输送平台相连；

所述马达设置于所述第一定位支架上，所述马达的转动轴上设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮与从动齿轮相啮合，所述从动齿轮套设于轴芯上，所述轴芯上还套设有橡胶轮，所述轴芯的两端分别与所述第一定位支架和所述第二定位支架相连；

所述压紧组件设置于所述基材输送平台上方，所述压紧组件包括压紧轴承，所述压紧轴承和所述橡胶轮之间用于放置基材。

作为进一步优选的技术方案，所述第一定位支架和所述第二定位支架之间还设置有至少两根定位杆，至少两根所述定位杆上穿插有定位托架，所述定位托架上设置有定位轴承，所述马达的转动轴设置于所述定位轴承内。

作为进一步优选的技术方案，所述压紧组件还包括第三定位支架、压紧支架和弹簧，所述第三定位支架分别与所述基材输送平台、所述压紧支架和所述弹簧相连；所述压紧轴承设置于所述压紧支架下方，且所述压紧轴承与所述弹簧相连。

作为进一步优选的技术方案，所述执行机构还包括点样头、横向连杆和纵向托举杆，所述点样头设置于所述基材输送平台的上方，所述横向连杆设置于所述基材输送平台的下方；

所述纵向托举杆分别与所述点样头和所述横向连杆相连，所述纵向连杆穿设于所述基材输送平台；所述横向连杆还与所述电磁铁相连。

作为进一步优选的技术方案，所述点样头包括点样头框架、至少两个点样针、至少两个卡箍和至少两个弹性元件；至少两个所述点样针穿设于所述点样头框架；

至少两个所述卡箍和至少两个所述弹性元件均设置于所述点样头框架内；

所述卡箍与所述点样针固定连接；

所述弹性元件套设于所述点样针外侧。

作为进一步优选的技术方案，所述执行机构还包括电池，所述电池分别与所述定时器、所述第一继电器、所述第二继电器、所述马达以及所述电磁铁相连。

作为进一步优选的技术方案，所述点样模块还包括相互连接的上壳和下壳，所述上壳开设有第一孔和第二孔，所述第一孔内设置有点样头密封装置，所述第二孔内设置有所述执行机构；所述下壳上设置有控制面板。

作为进一步优选的技术方案，所述点样头密封装置包括密封槽和与所述密封槽相连的加热元件，所述密封槽内部用于放置密封材料，密封材料在被所述加热元件加热后为液态，在常温下为固态。

作为进一步优选的技术方案，所述注液模块包括注射泵底座、注射器支架、注射器、滑块和丝杠，所述注射器支架设置于所述注射泵底座上，所述注射器设置于所述注射器支架上，所述滑块套设于所述丝杠上，所述滑块用于在所述丝杠的转动驱动下推动所述注射器执行注液操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的点样仪包括注液模块和点样模块，其中点样模块的执行机构包括定时器、第一继电器、第二继电器、马达和电磁铁，定时器通过定时作用来控制马达的启停，马达用于推动基材向前运动，因而在马达启动时，基材可向前运动，在马达停转时，基材不运动。同时，定时器还向第二继电器发送马达的启停信号(是指电动机的启动信号和停转信号，此处的电动机即为马达)，第二继电器根据该启停信号，输出电磁铁的释放吸合信号(是指电磁铁的释放信号和吸合信号，例如，当接收到启动信号时，输出释放信号；当接收到停转信号时，输出吸合信号)，并将该释放吸合信号发送到第一继电器，第一继电器与注液模块相连，并根据该释放吸合信号产生高低电平信号 (是指高电平信号和低电平信号，例如，当接收到释放信号时，产生高电平信号；当接收到吸合信号时，产生低电平信号)，然后将高低电平信号发送给注液模块，注液模块根据该高低电平信号，启动或停止注液操作(例如，当接收到高电平信号时，停止注液操作；当接收到低电平信号时，启动注液操作)。

该点样仪：1)可在1.6-3.2s内完成一个比色传感阵列的点样生产，因此与手工点样方式相比，生产效率高且阵列一致性好；2)使用了简单的定时器、继电器、马达、电磁铁、注射泵以及一些传动机构，因此与市售点样仪相比，成本较低、体积小巧；3)没有复杂的驱动程序，只需要简单设置两个定时参数(通电时长、停电时长)即可实现自动点样生产比色传感阵列，系统稳定性较好且易于操作；4) 可以对同一个反应试剂配方进行连续快速点样，适合比色传感阵列的大批量加工生产。

进一步地，本发明中的点样头由至少两个点样针构成点样阵列，点样头未工作时，弹性元件处于未受力状态，点样头工作时，点样针接触到基材，点样针被基材向上顶起，由于卡箍与点样针固定连接，因此卡箍也随之向上运动，从而使弹性元件处于拉伸(卡箍位于弹性元件上端时)或压缩(卡箍位于弹性元件下端时)的状态，此时弹性元件自身会产生一个恢复力，促使点样针与基材紧密接触。

例如，若弹性元件处于压缩的状态，在少量的向下压紧作用下，距离基材较近(距离为d1)的点样针将首先与基材接触并在弹性元件的支撑下少量回缩(回缩距离为d2)，从而使距离基材较远(距离为d1+d2)的点样针也能够与基材紧密接触并在弹性元件的支撑下再次少量回缩(回缩距离为d3)，从而使距离基材更远(距离为d1+d2+d3) 的点样针也能够与基材紧密接触，以此类推，即本发明的点样头可以保证每根点样针都与基材紧密接触，从而完全消除有机溶液“流挂”现象的不利影响。

点样头利用了弹性元件的伸缩压紧功能来实现每根点样针与基材的紧密接触，只要点样针的点样端口的初始不平齐度在弹性元件的弹性形变范围内，就可以在少量的向下压紧作用下使每根点样针都良好对齐在基材上，因此对点样针阵列的共平面加工精度要求较低，容易制造，且即使使用过程中某些点样针因磕碰等意外发生了少量弯折，使点样针阵列点样端口的不平齐度变大，只要没有超过弹性元件的弹性形变范围，就还可以正常点样，使用寿命较长。

点样头无电气机构，结构较简单，可靠性较高。

进一步地，本发明还设置了点样头密封装置，可在点样头停机过程中，对点样针中余留的被点样溶液进行密封，避免被点样溶液浓度不可控地变大、析出物堵塞点样针针孔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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他的附图。

图1是本发明提供的点样仪的整体结构示意图；

图2是本发明提供的注液模块的结构示意图；

图3是本发明提供的点样模块的结构示意图；

图4是本发明提供的点样模块的执行机构的结构示意图；

图5是本发明提供的基材输送平台一侧的结构示意图；

图6是本发明提供的基材输送平台另一侧的结构示意图；

图7是本发明提供的点样头的剖视图；

图8是本发明提供的点样头和点样头密封装置组合在一起时的剖视图。

图标：1-注液模块；2-点样模块；3-聚四氟乙烯导管；4-信号线； 101-注射泵底座；102-注射器支架；103-第一螺丝；104-注射器；105- 滑块；106-丝杠；201-上壳；202-下壳；203-第二螺丝；204-点样头密封装置；205-控制面板；206-基材输送平台；207-底座；208-螺丝孔；209-电池；210-定时器；211-第一继电器；212-第二继电器；213- 第一定位支架；214-第二定位支架；215-第三定位支架；216-第三螺丝；217-马达；218-驱动齿轮；219-定位杆；220-定位托架；221-定位轴承；222-从动齿轮；223-轴管；224-轴芯；225-橡胶轮；226-压紧轴承；227-压紧支架；228-弹簧；229-电磁铁挂壁；230-第四螺丝； 231-电磁铁；232-横向连杆；233-纵向托举杆；234-第五螺丝；235- 点样头；236-基材导向卡槽；5-密封装置；51-密封槽；52-加热元件； 6-点样头框架；7-点样针；8-卡箍；9-弹性元件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种点样仪，包括以下结构：

点样仪由注液模块1和点样模块2组成，如图1。注液模块1上安装的注射器104通过聚四氟乙烯导管3与点样模块2上的点样头连接，聚四氟乙烯导管3的内径为0.3-1.0mm。点样模块2通过信号线 4向注液模块1发送高低电平信号，从而控制注液模块1的启动或停止。

注液模块1包含注射泵底座101、注射器支架102、滑块105和丝杠106，如图2。注射器支架102通过第一螺丝103固定在注射泵底座101上，注射器104通过注射器支架102上的定位孔固定，滑块 105在丝杠106的转动驱动下推动注射器104执行注液操作。

点样模块2包含上壳201和下壳202，二者通过第二螺丝203固定，如图3。上壳201的上表面开有一个小孔和一个大孔，小孔中安置点样头密封装置204，大孔中安置点样模块2的主要执行机构。下壳202的前表面开有一孔，孔中安置点样模块2的控制面板205。

如图4是点样模块2的主要执行机构，包括基材输送平台206(该基材输送平台可以为比色传感阵列基材输送平台)，其通过四个凹槽架设在底座207上。底座207通过螺丝孔208被螺丝固定在下壳202 内部，底座207上还安置有电池209(该电池可以为充电电池)、定时器210、第一继电器211和第二继电器212。

如图5是基材输送平台206的局部放大。其上有第一定位支架 213、第二定位支架214和第三定位支架215，三者同时通过两颗第三螺丝216固定在基材输送平台206上。第一定位支架213上安置有直流马达217，直流马达217的转动轴上安置有驱动齿轮218和定位轴承221。第一定位支架213和第二定位支架214之间还连接有两根定位杆219(该定位杆可以为定位金属杆)，定位杆219上穿插有定位托架220，定位托架220与定位轴承221紧密接触。驱动齿轮218 与从动齿轮222配合，从动齿轮222穿插固定在轴管223上，轴管 223通过轴芯224固定在第一定位支架213和第二定位支架214上。轴管223上还穿插固定有两个橡胶轮225。第三定位支架215内侧安置有压紧支架227，压紧支架227下部安置有两个压紧轴承226，压紧轴承226因弹簧228的下压作用而通过基材输送平台206上的局部开孔压紧在两个橡胶轮225上。当直流马达217启动时，驱动齿轮 218将转动，进而带动从动齿轮222转动，最终带动橡胶轮225和压紧轴承226转动。

如图6是基材输送平台206的另一侧局部放大。其上的电磁铁挂壁229通过第四螺丝230固定在基材输送平台206上。电磁铁挂壁 229上通过螺丝固定有电磁铁231。电磁铁231的纵向伸缩轴与横向连杆232穿插相连。横向连杆232与两个纵向托举杆233穿插相连。两个纵向托举杆233通过第五螺丝234与点样头235传动连接。在基材输送平台206上的点样头235附近还有四个基材导向卡槽236。当电磁铁231通电吸合时，将带动横向连杆232下移，进而带动纵向托举杆233下移，最终带动点样头235下移；当电磁铁231断电释放时，将带动横向连杆232上移，进而带动纵向托举杆233上移，最终带动点样头235上移。

电池209同时为定时器210、第一继电器211、第二继电器212、马达217(马达可以为直流马达)以及电磁铁231供电。定时器210 控制马达217的启停，并向第二继电器212的触发信号端口发送马达 217启动或停转的信号。第二继电器212根据接收到的触发信号控制电磁铁231的动作，当马达217停转时电磁铁231吸合，当马达217 启动时电磁铁231释放。第二继电器212向第一继电器211的触发信号端口发送电磁铁231吸合或释放的信号。第一继电器211根据接收到的触发信号产生高低电平信号，当电磁铁231吸合时产生低电平信号，当电磁铁231释放时产生高电平信号。高低电平信号通过信号线 4发送给注液模块1，当接收到低电平信号时注液模块1启动注液操作，当接收到高电平信号时注液模块1停止注液操作。

其中，如图7所示，所述点样头包括点样头框架6、至少两个点样针7、至少两个卡箍8和至少两个弹性元件9；至少两个点样针7 穿设于点样头框架6；

至少两个卡箍8和至少两个弹性元件9均设置于点样头框架6 内；

卡箍8与点样针7固定连接；

弹性元件9套设于点样针7外侧。

如图8所示，点样头密封装置5包括密封槽51和与密封槽51 相连的加热元件52，密封槽51内部用于放置密封材料，密封材料在被加热元件52加热后为液态，在常温下为固态。

上述点样仪的使用方法，包括以下步骤：

1)将被点样的多种以乙醇、氯仿等有机物为溶剂的溶解了反应试剂的有机溶液装入多支注射器104中，然后将注射器104安置在注射器支架102上的定位孔中。作为示例，本发明的附图中只画出了3 支注射器，实际使用时注射器的数量需要根据待检测气体的特性调整，少则数支，多则数十支。

2)通过聚四氟乙烯导管3将注射器104和点样头235连通，使每支注射器104内装的溶液可以被无损输送到点样头235上对应的点样针中。

3)手动或通过丝杠106调节滑块105的位置，使滑块105与每支注射器104的推杆紧密接触，并排出每支注射器104、每根聚四氟乙烯导管3以及点样头235中的气泡。

4)接通电源，在定时器210上设置通电时长和停电时长这两个循环定时参数，使马达217按固定周期循环启停，如每次启动0.9s，停转2s。由于定时器210向第二继电器212发送了触发信号，第二继电器212又向第一继电器211发送了触发信号，第一继电器211又向注液模块1发送了高低电平信号，故直流马达217停转2s时，第二继电器212控制的电磁铁231将吸合2s，第一继电器211控制的注液模块1将启动注液操作2s；而直流马达217启动0.9s时，第二继电器212控制的电磁铁231将释放0.9s，第一继电器211控制的注液模块1将停止注液操作0.9s。当直流马达217的转速为20转/min 时，在定时器210上设置的循环定时参数范围一般为每次启动 0.6-1.2s，停转1-2s。

5)将待点样的比色传感阵列基材放置在基材输送平台206上，比色传感阵列基材将在两个橡胶轮225和两个压紧轴承226的转动、压紧作用下，以及基材导向卡槽236的防翘起作用下，以一定速率被输送到点样头235下方。比色传感阵列基材输送的0.9s过程中，点样头235将自动上移；比色传感阵列基材停止输送的2s过程中，点样头235将自动下移并完成一次点样。只要一个比色传感阵列基材的长度足够，或者多个比色传感阵列基材能被接续放置在比色传感阵列基材输送平台206上，本发明所述的自动点样操作就可以循环执行下去。

6)当完成一批比色传感阵列的自动点样生产之后，可将两颗第五螺丝234拧松，然后将点样头235取下放置于点样头密封装置204 中以备下次使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (6)

1.一种点样仪，其特征在于，包括注液模块和点样模块；

所述点样模块包括执行机构，所述执行机构包括定时器、第一继电器、第二继电器、马达和电磁铁；

所述定时器与所述第二继电器相连，所述定时器用于控制所述马达的启停，且用于向所述第二继电器发送所述马达的启停信号；所述马达用于推动基材向前运动；

所述第二继电器还分别与所述电磁铁和所述第一继电器相连，所述第二继电器用于根据所述定时器发送的所述马达的启停信号，输出所述电磁铁的释放吸合信号，并将所述电磁铁的释放吸合信号发送到所述第一继电器；

所述第一继电器还与所述注液模块相连，所述第一继电器用于根据接收到的所述电磁铁的释放吸合信号产生高低电平信号，并将所述高低电平信号发送给所述注液模块；所述注液模块用于根据接收到的所述高低电平信号，启动或停止注液操作；

所述执行机构还包括基材输送平台、第一定位支架、第二定位支架和压紧组件，所述第一定位支架、所述第二定位支架和所述压紧组件均与所述基材输送平台相连；

所述马达设置于所述第一定位支架上，所述马达的转动轴上设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮与从动齿轮相啮合，所述从动齿轮套设于轴芯上，所述轴芯上还套设有橡胶轮，所述轴芯的两端分别与所述第一定位支架和所述第二定位支架相连；

所述压紧组件设置于所述基材输送平台上方，所述压紧组件包括压紧轴承，所述压紧轴承和所述橡胶轮之间用于放置基材；

所述压紧组件还包括第三定位支架、压紧支架和弹簧，所述第三定位支架分别与所述基材输送平台、所述压紧支架和所述弹簧相连；所述压紧轴承设置于所述压紧支架下方，且所述压紧轴承与所述弹簧相连；

所述执行机构还包括点样头、横向连杆和纵向托举杆，所述点样头设置于所述基材输送平台的上方，所述横向连杆设置于所述基材输送平台的下方；

所述纵向托举杆分别与所述点样头和所述横向连杆相连，所述纵向连杆穿设于所述基材输送平台；所述横向连杆还与所述电磁铁相连；

所述点样头包括点样头框架、至少两个点样针、至少两个卡箍和至少两个弹性元件；至少两个所述点样针穿设于所述点样头框架；

至少两个所述卡箍和至少两个所述弹性元件均设置于所述点样头框架内；

所述卡箍与所述点样针固定连接；

所述弹性元件套设于所述点样针外侧。

2.根据权利要求1所述的点样仪，其特征在于，所述第一定位支架和所述第二定位支架之间还设置有至少两根定位杆，至少两根所述定位杆上穿插有定位托架，所述定位托架上设置有定位轴承，所述马达的转动轴设置于所述定位轴承内。

3.根据权利要求1所述的点样仪，其特征在于，所述执行机构还包括电池，所述电池分别与所述定时器、所述第一继电器、所述第二继电器、所述马达以及所述电磁铁相连。

4.根据权利要求1所述的点样仪，其特征在于，所述点样模块还包括相互连接的上壳和下壳，所述上壳开设有第一孔和第二孔，所述第一孔内设置有点样头密封装置，所述第二孔内设置有所述执行机构；所述下壳上设置有控制面板。

5.根据权利要求4所述的点样仪，其特征在于，所述点样头密封装置包括密封槽和与所述密封槽相连的加热元件，所述密封槽内部用于放置密封材料，密封材料在被所述加热元件加热后为液态，在常温下为固态。

6.根据权利要求1-5任一项所述的点样仪，其特征在于，所述注液模块包括注射泵底座、注射器支架、注射器、滑块和丝杠，所述注射器支架设置于所述注射泵底座上，所述注射器设置于所述注射器支架上，所述滑块套设于所述丝杠上，所述滑块用于在所述丝杠的转动驱动下推动所述注射器执行注液操作。

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