CN113522385A - 一种磁性数字微流体的移动结构及其自动化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性数字微流体的移动结构，其包括磁性数字微流体芯片、至少一块磁铁、控制系统和光学检测系统；所述磁性数字微流体芯片包括芯片底板，所述芯片底板的上端面设置有若干个液滴室；所述芯片底板还包括至少一个将两个液滴室连通起来的磁流道；位于所述液滴室内的磁粒子或样本液体在磁铁的吸引力、液滴表面张力和磁性数字微流体芯片的物理结构的共同作用下可在若干个液滴室之间转移；在控制系统的控制下，所述磁铁和磁性数字微流体芯片自动作相对的XYZ三轴空间运动；本发明还公开了一种磁性数字微流体的自动化设备；本发明解决现有磁粒子和液滴没有可靠实现自动化移动、分离或混合的操作，无法满足一般用户的检测需求。

Description

一种磁性数字微流体的移动结构及其自动化设备

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的移动结构及其自动化设备。

背景技术

传统的中心化诊断检测方法需要先从病人处采集样本，并需保证样本在一定条件下妥善保存，再将样本通过专门的物流渠道转移到特定的中心化检测实验室，待专门的人员通过专业化的检测设备检测后得出检测报告，再将检测报告反馈给相应的人员进行后续的处理。在这个过程中，物流会消耗较长时间，且样本的保存也面临挑战，所以从获取样本到获取检测结果间的周转时间通常比较长，不利于患者的及时诊治，严重者可能会延误病情。

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的移动结构及其自动化设备，其主要解决现有磁粒子和液滴没有可靠地实现自动化移动、分离或混合的操作，且现有检测结构对于一般用户而言存在易用性较差的技术问题，导致所需检测的样本花费较长的检测时间，无法满足当今社会对某些样品进行高效检测的需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁性数字微流体的移动结构，其包括磁性数字微流体芯片、至少一块磁铁、控制系统和光学检测系统；所述磁性数字微流体芯片包括芯片底板，所述芯片底板的上端面设置有若干个上方开口的且用于放置磁粒子或样本液体的液滴室；所述芯片底板还包括至少一个将两个液滴室连通起来的磁流道；位于所述液滴室内的磁粒子或样本液体在磁铁的吸引力、液滴表面张力和磁性数字微流体芯片的物理结构的共同作用下可在若干个液滴室之间进行转移；在控制系统的控制下，所述磁铁和磁性数字微流体芯片自动作相对的XYZ三轴空间运动；以改变磁铁作用在所述液滴室内的磁粒子或样本液体的磁力大小；所述光学检测系统用于对磁性数字微流体芯片进行图像采集和图像分析。

优选的，所述磁铁包括设置在磁性数字微流体芯片下方的下磁铁。

优选的，所述磁性数字微流体芯片的上方设置有至少一块上磁铁；所述磁性数字微流体芯片还包括芯片盖板，所述芯片盖板对所述液滴室进行遮盖处理。

优选的，所述磁性数字微流体芯片的上方设置有至少一块上磁铁，所述磁性数字微流体芯片的下方设置有至少一块下磁铁；所述上磁铁和下磁铁通过连接件固定为一体的磁铁组件，在控制系统的控制下，所述磁铁组件和磁性数字微流体芯片自动作相对的XYZ三轴空间运动，以使磁性数字微流体芯片处于上磁铁和下磁铁之间不同的高度位置。

优选的，所述上磁铁的数量与所述液滴室的数量相同，若干个所述上磁铁呈磁铁阵列布置；每个所述磁流道的底面与相邻液滴室的底面均处于同一水平面。

优选的，其包括固定座和固定在固定座上的驱动装置；所述上磁铁和下磁铁均固定在固定座上，在控制系统的控制下，所述驱动装置带动磁性数字微流体芯片相对于固定座自动作三维的XYZ三轴的空间运动。

优选的，其包括固定座和分别固定在固定座上的XY轴移动平台和Z轴移动平台；所述上磁铁和下磁铁均安装在XY轴移动平台上，在控制系统的控制下，所述XY轴移动平台带动上磁铁和下磁铁在一水平面X轴或Y轴的方向上作同步移动；所述磁性数字微流体芯片安装在Z轴移动平台上，在控制系统的控制下，所述Z轴移动平台带动磁性数字微流体芯片在竖直方向上移动。

优选的，所述驱动装置包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组；所述X轴直线模组固定在固定座上，所述Y轴直线模组搭设在X轴直线模组上，所述Z轴直线模组搭设在Y轴直线模组上，所述磁性数字微流体芯片安装在Z轴直线模组上。

优选的，所述固定座的纵向上设置有两个调节装置；所述上磁铁安装在上方的调节装置上，上方的所述调节装置用于调节上磁铁的高度位置，下方的所述调节装置用于调节下磁铁的高度位置。

优选的，所述XY轴移动平台上安装有调节结构，所述XY轴移动平台带动调节结构在一水平面X轴和/或Y轴的方向上移动；所述上磁铁和下磁铁分别安装在调节结构上，所述调节结构用于调节上磁铁和下磁铁所处的高度位置。

与现有技术相比，本发明提供的一种磁性数字微流体的移动结构的有益效果在于：

本移动结构可以安置在检测设备上，使整个检测过程的控制操作几乎只需要集中于关注磁铁的控制，即只需通过磁性数字微流体芯片、上磁铁和下磁铁三者之间的相对位置，即可实现磁粒子与液滴的分离、磁粒子在不同的液滴室之间移动、磁粒子与液滴的混合、以及在磁粒子的带动下液滴在不同的液滴室之间进行移动，本移动结构安置在使检测设备上后，由于易用性好的优点，所以对于一般用户也能满足其使用需求，即可使得检测设备可以以一种“去中心化”的方式来实现诊疗现场的即时诊断(POCT)，省略了获取样本后样本到检测实验室之间的物流环节，所需检测试剂与传统方法相比也得以降低，实现了检测成本的降低和检测时间的缩短。本移动结构安置在检测设备上后，特别适用于免疫生物标记的检测、核酸生物标记的检测以及其它一些表现检测，也可应用于手术室或者急诊现场的及时检测，例如现场检测肿瘤组织生物标记，在病人运输途中检验心血管疾病的生物标记，医生可根据检测结果快速实现手术治疗方案的确定，将检测的时间窗口提前，提高救治的成功概率，挽救患者。

本发明还提供了一种磁性数字微流体的自动化设备，其还包括上述所述的一种磁性数字微流体的移动结构，所述磁性数字微流体的移动结构安置在机架上；所述磁性数字微流体芯片为透明状或半透明状结构，所述机架上还设置有对磁性数字微流体芯片进行打光的光源模块。

优选的，其还包括装设在机架上并用于控制磁性数字微流体芯片温度的温度控制系统。

与现有技术相比，本发明提供的一种磁性数字微流体的自动化设备的有益效果在于：

本自动化设备的控制操作几乎只需要集中于关注磁铁的控制，即可实现磁粒子与液滴的分离、磁粒子在不同的液滴室之间移动、磁粒子与液滴的混合、以及在磁粒子的带动下液滴在不同的液滴室之间进行移动，本自动化设备具有易用性好的优点，所以对于一般用户也能满足其使用需求，即本检测设备可以以一种“去中心化”的方式来实现诊疗现场的即时诊断(POCT)，省略了获取样本后样本到检测实验室之间的物流环节，所需检测试剂与传统方法相比也得以降低，实现了检测成本的降低和检测时间的缩短。本检测设备特别适用于免疫生物标记的检测、核酸生物标记的检测以及其它一些表现检测，也可应用于手术室或者急诊现场的及时检测，例如现场检测肿瘤组织生物标记，在病人运输途中检验心血管疾病的生物标记，医生可根据检测结果快速实现手术治疗方案的确定，将检测的时间窗口提前，提高救治的成功概率，挽救患者。

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他的附图。

图1是本发明实施例一中提供的一种磁性数字微流体芯片在芯片盖板已打开时的结构示意图；

图2是本发明实施例一中提供的将磁性数字微流体芯片放置到适配器内的结构示意图；

图3是本发明实施例一中提供的一种磁性数字微流体的自动化设备的结构示意图；

图4是本发明实施例一中提供的一种磁性数字微流体的自动化设备在另一角度下的结构示意图；

图5是本发明实施例二中提供的另一种磁性数字微流体的自动化设备的结构示意图；

图6是本发明实施例三种提供的另一种磁性数字微流体芯片的芯片底板的结构示意图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种磁性数字微流体芯片，还提供了一种与磁性数字微流体芯片相配套使用的自动化设备。

首先对磁性数字微流体芯片进行详细地说明：请参考图1，磁性数字微流体芯片1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)、 PTFE(聚四氟乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PU(聚氨酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、Nylon(尼龙)、石英、硅、玻璃或金属的材料构成，但磁性数字微流体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，磁性数字微流体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)。另外，该磁性数字微流体芯片1包括芯片底板11和芯片盖板12。其中芯片底板 11朝向芯片盖板12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111，在本实施例中液滴室111的数量优选为九个；而且每两个相邻的液滴室111之间均设置有连通两个相邻液滴室111的磁流道112，当然，磁流道112的数量也可以为至少一个，芯片盖板12用于对若干个液滴室111的上开口进行遮盖处理。具体而言，液滴室111是样本液体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。而若干个磁流道112可让相邻的两个液滴室111相互连通，只需通过改变磁流道112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111之间的转移。当磁流道112的宽度和高度较小时，此时仅允许磁粒子在芯片盖板12上方的磁铁的拖动下在不同的液滴室111之间发生转移，即实现磁粒子与液滴的分离；当磁流道112的宽度和高度较大时，样本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111，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112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12打开，使用者自行从开放的液滴室111内添加所需的样本液体，若不需要立即使用时，也可以将样本液体提前加入到液滴室111，在芯片盖板12与芯片底板11闭合后便能对样本液体进行封闭保存，芯片盖板12的设计可使芯片内部区域形成相对封闭的空间，防止样本液体污染，也可减少样本液体的蒸发，当然，芯片盖板12也可以是磁铁吸附磁粒子时磁粒子移动的基板。

综上所述，本实施例提供的磁性数字微流体芯片1可以防止样本液体蒸发和污染，又便于对样本液体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。

此处需要补充说明的是，为了使磁性数字微流体芯片1便于收纳或便于装载在自动化设备上进行使用，可以使用如图2所示的适配器04。该适配器04包括上盖板041和下盖板042，下盖板042的中部设置有与磁性数字微流体芯片1的外形形状相适应的芯片容纳槽0421，下盖板042用于将所述磁性数字微流体芯片1稳固在芯片容纳槽0421内。比如，上盖板041的一端与下盖板042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4放置到下盖板042的芯片容纳槽0421内，然后将上盖板041和下盖板042相互闭合即可，通过采用该适配器04不仅能够对磁性数字微流体芯片1起到很好的保护和收纳作用，还便于手动操作磁铁时固定磁性数字微流体芯片 1，另外还便于将磁性数字微流体芯片1装载到对应的自动化检测设备进行自动化检测作业。当然，上盖板041和下盖板042也可以是推拉式的结构或磁铁吸合的结构等等。另外，上盖板041和下盖板042的中部均设置有贯穿本体的镂空中孔0411，磁性数字微流体芯片1为透明状或半透明状的结构，该镂空中孔0411便于用户对磁性数字微流体芯片 1的内部进行直观地观察，例如样本液体的位置、磁粒子的位置和样本液体的颜色等。

接下来，本实施例还提供了一种与上述磁性数字微流体芯片相配套使用的自动化设备，以下对其进行详细地说明：请参考图3和图4，本磁性数字微流体的自动化设备包括机架10、收纳于适配器04内的磁性数字微流体芯片1、至少一块上磁铁2、至少一块下磁铁3、固定座4、驱动装置5、两个调节装置8、光源模块01、光学检测系统02、温度控制系统03和控制系统。其中控制系统可单独控制上磁铁2或下磁铁3相对于磁性数字微流体芯片1作XYZ三轴的空间运动，该控制系统还可同时控制上磁铁2和下磁铁3相对于磁性数字微流体芯片1作XYZ三轴的空间运动。

具体的，固定座4、驱动装置5、光源模块01、光学检测系统02和温度控制系统03分别固定在机架10上，在绝大多数时候固定座4相当于机架10的一部分，固定座4起到安装两个调节装置8的作用，其中两个调节装置8呈纵向布置，上磁铁2安装在上方的调节装置 8上，上方的调节装置8用于调节上磁铁2与机架10相对的高度位置，下磁铁3安装在下方的调节装置8上，下方的调节装置8用于调节下磁铁3与机架10相对的高度位置，即此时的上磁铁2和下磁铁3都是相对固定的结构设计。

其中需要重点说明的是，驱动装置5的作用在于驱动磁性数字微流体芯片1在空间中作三维的运动，以控制磁性数字微流体芯片1处于上磁铁2和下磁铁3之间不同的高度位置，从而改变上磁铁2和下磁铁3共同作用在液滴室111内的磁粒子或样本液体的磁力大小。于本实施例中，驱动装置5优选为包括X轴直线模组51、Y轴直线模组52和 Z轴直线模组53。其中X轴直线模组51固定在机架10上，Y轴直线模组52搭设在X轴直线模组51,上，Z轴直线模组53搭设在Y轴直线模组52上，磁性数字微流体芯片1通过弹簧夹紧式的夹具05安装在Z轴直线模组53上。上述的X轴直线模组51、Y轴直线模组52和Z轴直线模组53优选为电机驱动的丝杆直线模组，还可以是同步带直线模组或直线电机等等，当然，还可以是通过手轮带动丝杆转动的手动直线模组。作业时，通过XYZ三轴运动控制系统，即可实现磁性数字微流体芯片1在期望范围内的任意位置移动。磁性数字微流体芯片1的上方和下方都分别设置有磁铁，不同尺寸的磁铁磁力大小不一样，通过改变上磁铁2或者下磁铁3与磁性数字微流体芯片1之间的相对位置来达到磁铁对位于液滴室111内的磁粒子或样本液体不同的吸引力大小，以实现上磁铁2对磁粒子或者下磁铁3对磁粒子或样本液体的分别控制。具体来说，当上磁铁2靠近磁性数字微流体芯片1的上表面时，位于液滴室111内的磁粒子或样本液体被上磁铁2吸引到芯片盖板12的下表面，此时上磁铁2对位于液滴室111内的磁粒子或样本液体产生吸引力；当下磁铁3位于磁性数字微流体芯片1的下表面时，位于液滴室111内的磁粒子或样本液体被吸引到磁性数字微流体芯片1的上表面。以上不同的磁铁位置可实现的磁粒子操作包括：磁粒子与液滴的分离、磁粒子在不同的液滴室111之间移动、磁粒子与液滴的混合、液体在不同的液滴室111之间进行移动。具体原理为：位于所述液滴室111 内的磁粒子或样本液体在上磁铁2和/或下磁铁3的吸引力、液滴表面张力和磁性数字微流体芯片1的物理结构的共同作用下可在若干个液滴室111之间进行转移。其中磁粒子与液滴的混合的具体运动方式为：1、磁性数字微流体芯片1在对应的孔位上下移动； 2、上磁铁2或者下磁铁3在对应孔位上方或者下方做周期性圆周或其它曲线运动。当然，于另外的实施例中，如果从结构紧凑的角度来考虑的话，驱动装置5还可以是多轴的机器人，只要驱动装置5的作用在于驱动磁性数字微流体芯片1在空间中作三维的运动，都落在本专利的保护范围之内。

此处对上段的内容进行进一步的补充说明：Z方向以上磁铁2和下磁铁3为端点，分为若干层级，上下层级以最中间层为对称轴对称设定，互为对称的层级对磁粒子或样本液体的吸引力大小相同。每个层级对应不同的磁力大小，对应磁铁对磁粒子或样本液体不同的吸引力，最中间层为无磁力的层(即上磁铁2和下磁铁3共同作用在磁性数字微流体芯片1内的磁粒子或样本液体的合力为0N)，位于所述液滴室111内的磁粒子或样本液体在上磁铁2和/或下磁铁3的吸引力、液滴表面张力和磁性数字微流体芯片1的物理结构的共同作用下，以实现磁粒子与液滴的分离、磁粒子在不同的液滴室111之间移动、磁粒子与液滴的混合或液体在不同的液滴室111之间进行移动。为了便于理解，以下列举出五种情况：

A：上磁铁2控制磁粒子或样本液体且磁性最强的Z方向层级(此时上磁铁2贴住/无限靠近磁性数字微流体芯片1的上表面)；

B：上磁铁2控制磁粒子或样本液体且磁性中等的Z方向层级(此时上磁铁2较为靠近磁性数字微流体芯片1的上表面)；

C：磁粒子或样本液体的一部分在Z方向上被上磁铁2吸引，磁粒子或样本液体的另一部分在Z方向上被下磁铁3吸引(此时磁性数字微流体芯片1位于上磁铁2和下磁铁3 的中间)；

D：下磁铁3控制磁粒子或样本液体且磁性中等的Z方向层级(此时下磁铁3较为靠近磁性数字微流体芯片1的下表面)；

E：下磁铁3控制磁粒子或样本液体且磁性最强的Z方向层级(此时下磁铁3贴住/无限靠近磁性数字微流体芯片1的下表面)。

其次，于本实施例中，请参考图3和图4，调节装置8优选地包括燕尾座81、燕尾块82和手拧螺丝83。其中燕尾座81固定在固定座4上，燕尾座81在纵向上开有燕尾槽，燕尾块82在纵向上设置有与燕尾槽相配合插接的燕尾部，手拧螺丝83用于将燕尾座81和燕尾块82固定，上磁铁2直接或通过转接块间接固定在上方燕尾调节装置8的燕尾座81上，下磁铁3直接或通过转接块间接固定在下方燕尾调节装置8的燕尾座81 上。使用时，用户松开手拧螺丝83后，便可调节燕尾块82的高度，即可调节上磁铁2 或下磁铁3在机架10上所处的高度位置，调节完成后，拧紧手拧螺丝83即可将燕尾座 81和燕尾块82固定起来，此时上磁铁2和下磁铁3都相对固定在机架10上。本结构设计的燕尾调节装置8具有调节方便的优点。当然，于另外的实施例中，燕尾调节装置8 还可以是一块固定在固定座4上的调节板，通过调节板上纵向设置对腰型孔来调节上磁铁2或下磁铁3在机架10上所处的高度。调节上磁铁2或下磁铁3的高度位置，可使得液滴内的磁粒子或样本液体呈现不同的状态。例如，上磁铁2或下磁铁3位置相对磁性数字微流体芯片1较近时，上磁铁2或下磁铁3同时对磁粒子或样本液体产生吸引力，可以使磁粒子悬浮在样本液体内。相对较远时，仅有上磁铁2或下磁铁3产生吸引力对磁粒子或样本液体进行控制。

另外，上述所提到的光源模块01为全封闭的机器内部提供适当的照明条件。光源的形式可为点光源，矩形光源，条形光源，环形光源等，光源的位置可调整。反应腔室 (即液滴室111)内部环境光线微弱，不利于通过相机对反应过程进行监控，光源模块 01可使腔体内部光线条件达到观察的需求，且合理设置的光源位置和强度可以消除由于磁性数字微流体芯片1反光等产生的干扰。当然了，此刻的磁性数字微流体芯片1为透明状或半透明的结构设计。而上述提到的光学检测系统02置于光源模块01的上方，其为相机或者光学检测仪(包括但不限于相机、CCD、CMOS，二极管、光电倍增管或者雪崩二极管)，一方面可实现对磁性数字微流体芯片1内部反应状况的监控，在反应进行过程中以及反应过程结束后，将结果显示出来并反馈给相关人员以进行分析，检测条件及目标物可以基于但不限于自然光，荧光，化学发光等。另一方面，也可利用相机的成像，实现基于计算机视觉的反馈控制，避免控制的失效。当某个反应过程结束后，将在屏幕上显示最终的反应结果，输出的结果包括最终反应的图像，该图像由位于磁性数字微流体芯片1上方的相机捕获。通过调整光源模块01的位置以及光强等参数，可得到不同效果的成像，检测设备交予用户使用前会调试到最佳观测状态，用户不需要自行调节光源参数，当然，光源也有用户自定义的模式。用户点击屏幕上液滴位置的图像后，将会在屏幕上显示检测数值，以及检测结果建议。显示数值的原理如下：用户点击液滴图像前，会提示用户选择感兴趣区域(ROI)目标区域大小，一般来说，目标区域为圆形，与液滴的轮廓相对应，其大小为预设好的几个档位，相对较大的液滴需要选用相对较大的目标区域大小，相对较小的液滴则选用相对较小的目标区域大小，大小选取的原则为，使得该目标区域检测框尽量覆盖整个液滴在屏幕上显示出来的二维平面，但同时又不接触到液滴边缘颜色过渡明显的区域。选择ROI，并提取ROI的RBG值，荧光强度，或化学发光强度。点位定义界面的圆圈大小可以自己定义。ROI的大小可以由使用者自由输入来设置，以满足不同大小液滴的检测需求。

更具体的，上述所提到的温度控制系统03优选为包括温度传感器和温度控制平台，在设计温度控制系统03时，其温度传感器可以固定在磁性数字微流体芯片1上，也可以固定在温度控制平台上。另外，温度控制系统03也可以设计成水冷式控温系统或吹风式控温系统。该温度控制系统03可使位于液滴室111内的反应液滴快速升温或快速降温，可使被控制液滴温度保持在期望值，或实现液滴的恒温控制，可用以实现PCR热循环等对温度有要求的反应过程。

以下对于本实施例提供的磁性数字微流体芯片的自动化设备列举出三种不同的操作模式：

第一种：使用预设的检测流程及芯片的检测过程(全自动化检测，即设备设计者预想的“一般/最多用户”使用的模式)

对于特定的检测任务，检测程序由设备出厂时自带，全自动化检测所需的检测操作，例如点位、点位之间的移动、检测完成后所需检测的区域等所有参数都完全由厂家设置，后续可通过在线升级或其它可能的数据传输方式获取更新。

1、先在设备外准备好所需的配套检测芯片以及检测试剂，将检测试剂按照操作要求加入对应的液滴室111，合上适配器04；

2、将适配器04插入检测仪自动化设备中；

3、通过触摸屏选择对应的检测程序，选择开始检测过程，等待至反应结束；

4、显示屏上显示反应完成后的画面，并给出检测结果

5、可选择将检测结果保存至本机或者传输至其它终端，传输方式包括有线和无线方式；

6、退出检测；

7、取出检测芯片并妥善处理已使用的检测芯片；

8、将适配器插回检测仪，等待下一次使用。

第二种：使用自定义的检测流程(半自动化检测过程，适用于专业人士，例如科研人员进行科研探索)

1、在设备外准备好所需的配套检测芯片以及检测试剂，将检测试剂按照操作要求加入对应的液滴室111，合上适配器04；

2、将适配器04插入检测仪自动化设备中；

3、需要自定义的设置包括，自定义点位设置，以及点位设置完成后的操作流程设定。点位代表控制上磁铁2和下磁铁3需要到达的位置，操作流程为点与点之间移动的顺序以及在某点需要进行的特定操作。

4、点位以及操作程序设置完成后，进入自动检测界面，选择设置好的自定义程序，即可开始检测过程；

5、等待检测过程完成，检测结果以图片形式显示在屏幕上；

6、获取检测结果：目标区域提示框以圆圈形式显示，用户手动设置检测框大小，检测框大小应当略小于完整的液滴的直径，避免包含液滴边缘颜色变化剧烈的部分。设置完成玩检测框大小后，点选或输入坐标位置选择所需要检测的液滴位置，所选择的坐标位置以尽量包含液滴除开边缘颜色变化剧烈的边缘区域而仅包含内部颜色分布均匀的区域为宜。选择完成后，会显示检测数值以及结果；

7、检测结果的保存：用户可选择一个或者多个所需的检测区域，以在同一次检测中输出一个或者多个检测结果。用户选择好检测框大小以及位置后，确定该点位置的选择满足检测框设定原则，点击确定，即保存该结果，若需要保存该次检测其它位置液滴的结果，操作同理。完成所有所需检测液滴的选择后，选择保存该次检测，生成检测文件，该文件包含该次反应的图像以及各选择点的结果数值以及结果建议；

8、完成该检测，可进行后续的检测结果传输流程；

9、退出检测。

第三种：全手动操作过程，全手动操作允许用户完全实时的对磁粒子进行操作：

1、先在设备外准备好所需的配套检测芯片以及检测试剂，将检测试剂按照操作要求加入对应的液滴111，合上适配器04；

2、将适配器04插入检测仪自动化设备中；

3、进入手动操作功能界面。芯片内的情况通过相机捕捉且实时反馈到显示屏上，用户通过显示屏观察芯片内磁粒子的位置，控制磁铁所处的位置。相机所拍摄图片所显示的是芯片的二维平面内的情况，芯片与上下磁铁间的位置关系通过虚拟动画实时反馈；

4、使用虚拟导航键控制磁铁的位置，将对应的磁铁移动到对应的磁粒子位置，磁铁对磁粒子产生吸引力，移动磁铁到期望的位置，同时也是移动磁粒子到期望的位置；

5、可自行控制磁铁位置，同时也可以选择预设好的功能，例如混合，上下混合的高低可单独设置，圆周混合的半径也可自定义设置，所有移动速度均可调节；

6、把握好各个环节的时间；

7、点击结束反应，得到反应结束后的图像；

8、后续操作同半自动化检测过程对应后续流程。

以上三种操作模式表现出该设备使用的灵活性，既满足一般使用者的使用需求，也满足科研等场景下的使用。这种操作上的便利是由该设备所使用的磁性数字微流体技术所带来的，而市面上其它同类型设备不具备这种优点。本设备搭配配套的专用检测芯片，操作极为便利。另外，芯片为一次性使用耗材，样本试管有二维码，芯片上有二维码，使用前会先进行二维码扫描，获取相关信息，因此，一个样本与芯片对应一位患者，保证了芯片与患者的一一对应，确保检测数据的同步。

综上所述，本磁性数字微流体的自动化设备控制操作几乎只需要集中于关注磁铁的控制，即可实现磁粒子与液滴的分离、磁粒子在不同的液滴室之间移动、磁粒子与液滴的混合、以及在磁粒子的带动下液滴在不同的液滴室之间进行移动，本自动化设备具有易用性好的优点，所以对于一般用户也能满足其使用需求，即本检测设备可以以一种“去中心化”的方式来实现诊疗现场的即时诊断(POCT)，省略了获取样本后样本到检测实验室之间的物流环节，所需检测试剂与传统方法相比也得以降低，实现了检测成本的降低和检测时间的缩短。本检测设备特别适用于免疫生物标记的检测、核酸生物标记的检测以及其它一些表现检测，也可应用于手术室或者急诊现场的及时检测，例如现场检测肿瘤组织生物标记，在病人运输途中检验心血管疾病的生物标记，医生可根据检测结果快速实现手术治疗方案的确定，将检测的时间窗口提前，提高救治的成功概率，挽救患者。

实施例二

本实施例提供另一种磁性数字微流体的自动化设备，本实施例重点强调只要上磁铁2 和磁性数字微流体芯片1作相对的空间运动，以及下磁铁3和磁性数字微流体芯片1作相对的空间运动，以改变上磁铁2和下磁铁3共同作用在所述液滴室111内的磁粒子或样本液体的磁力大小，都是本专利的保护范围之内。因此，可以不按照实施一的技术方案将上磁铁2和下磁铁3都固定在机架10上，例如：将磁性数字微流体芯片1固定在机架10上，而将上磁铁2和下磁铁3设计成在机架10上分别作三维的空间运动。又例如可以采用以下的结构设计，将上磁铁2、下磁铁3和磁性数字微流体芯片1三者都设计为在机架10上运动，其余结构与实施例一相同，不再累述：

请参考图5，该结构包括固定座4和分别固定在固定座4上的XY轴移动平台6和Z 轴移动平台7。其中固定座4相当于机架10的一部分，上磁铁2和下磁铁3均安装在XY 轴移动平台6上，该XY轴移动平台6带动上磁铁2和下磁铁3在一水平面X轴或Y轴的方向上作同步移动。而磁性数字微流体芯片1通过弹簧式夹紧的夹具05安装在Z轴移动平台7上，该Z轴移动平台7带动磁性数字微流体芯片1在竖直方向上移动。因此，通过控制XY轴移动平台6和Z轴移动平台7，即可将磁性数字微流体芯片1移动至上磁铁 2和下磁铁3之间的任意一个位置，以改变上磁铁2和下磁铁3共同作用在所述液滴室 111内的磁粒子或样本液体的磁力大小。而对于XY轴移动平台6和Z轴移动平台7都可以选择为直线模组或机器人，由于其都是公知常识，因此此处不展开累述。

另外，考虑到上磁铁2和下磁铁3的相对位置往往有时候需要调节，因此，本实施例还在XY轴移动平台6上安装了调节结构9，于本实施例中，该调节结构9优选为调节板，其纵向上设置有腰型孔91，通过螺丝穿过该腰型孔91即可直接或间接将上磁铁2固定在调节板上，同理，通过螺丝穿过该腰型孔91即可直接或间接将下磁铁3固定在调节板上，该腰型孔91的设置可调节上磁铁2和下磁铁3的相对高度，具有调节方便的优点。调节上磁铁2 或下磁铁3的高度位置，可使得液滴内的磁粒子或样本液体呈现不同的状态。例如，上磁铁2或下磁铁3位置相对磁性数字微流体芯片1较近时，上磁铁2或下磁铁3同时对磁粒子或样本液体产生吸引力，可以使磁粒子悬浮在样本液体内。相对较远时，仅有上磁铁2或下磁铁3产生吸引力对磁粒子或样本液体进行控制。于其他实施例中，调节结构9还可以如实施例一中所述的燕尾式的调节装置8相同。综上，由于调节结构9、上磁铁2和下磁铁3 是相对固定为一体的，因此XY轴移动平台6可带动调节结构9、上磁铁2和下磁铁3在一水平面X轴或Y轴的方向上移动。

实施例三

本实施例重点强调上磁铁2的数量可以是若干个，即上磁铁2可以呈磁铁阵列布置，其余结构与实施例一或实施例二相同，不再累述。

具体而言，例如，若液滴室111为3*3阵列排列，则设置3*3的磁铁阵列，磁铁的直径、磁力大小以实现对对应液滴室111中的磁粒子或样本液体的吸引为目的。使用该方案时，磁性数字微流体芯片1底部各个液滴室111底部、磁流道112底部均处于同一水平面(如图6所示)，磁粒子的位置、液滴的位置可以完全由下磁铁3单独进行控制。当需要进行混合操作时，磁性数字微流体芯片1移向上方的磁铁阵列，磁粒子被对应的上磁铁2所吸引，通过磁性数字微流体芯片1的位置与上方磁铁阵列以及下磁铁3 的相对变化来实现对磁粒子的不同吸引力，使得磁粒子在反应腔(即液滴室111)内可上下移动或分散开，从而实现磁粒子与试剂的混合或其它期望操作。

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 (12)

1.一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，其包括磁性数字微流体芯片(1)、至少一块磁铁、控制系统和光学检测系统(02)；

所述磁性数字微流体芯片(1)包括芯片底板(11)，所述芯片底板(11)的上端面设置有若干个上方开口的且用于放置磁粒子或样本液体的液滴室(111)；所述芯片底板(11)还包括至少一个将两个液滴室(111)连通起来的磁流道(112)；

位于所述液滴室(111)内的磁粒子或样本液体在磁铁的吸引力、液滴表面张力和磁性数字微流体芯片(1)的物理结构的共同作用下可在若干个液滴室(111)之间进行转移；

在控制系统的控制下，所述磁铁和磁性数字微流体芯片(1)自动作相对的XYZ三轴空间运动；以改变磁铁作用在所述液滴室(111)内的磁粒子或样本液体的磁力大小；

所述光学检测系统(02)用于对磁性数字微流体芯片(1)进行图像采集和图像分析。

2.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述磁铁包括设置在磁性数字微流体芯片(1)下方的下磁铁(3)。

3.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述磁性数字微流体芯片(1)的上方设置有至少一块上磁铁(2)；所述磁性数字微流体芯片(1)还包括芯片盖板(12)，所述芯片盖板(12)对所述液滴室(111)进行遮盖处理。

4.根据权利要求1所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述磁性数字微流体芯片(1)的上方设置有至少一块上磁铁(2)，所述磁性数字微流体芯片(1)的下方设置有至少一块下磁铁(3)；

所述上磁铁(2)和下磁铁(3)通过连接件固定为一体的磁铁组件，在控制系统的控制下，所述磁铁组件和磁性数字微流体芯片(1)自动作相对的XYZ三轴空间运动，以使磁性数字微流体芯片(1)处于上磁铁(2)和下磁铁(3)之间不同的高度位置。

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述上磁铁(2)的数量与所述液滴室(111)的数量相同，若干个所述上磁铁(2)呈磁铁阵列布置；每个所述磁流道(112)的底面与相邻液滴室(11)的底面均处于同一水平面。

6.根据权利要求4所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，其包括固定座(4)和固定在固定座(4)上的驱动装置(5)；

所述上磁铁(2)和下磁铁(3)均固定在固定座(4)上，在控制系统的控制下，所述驱动装置(5)带动磁性数字微流体芯片(1)相对于固定座(4)自动作三维的XYZ三轴的空间运动。

7.根据权利要求4所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，其包括固定座(4)和分别固定在固定座(4)上的XY轴移动平台(6)和Z轴移动平台(7)；

所述上磁铁(2)和下磁铁(3)均安装在XY轴移动平台(6)上，在控制系统的控制下，所述XY轴移动平台(6)带动上磁铁(2)和下磁铁(3)在一水平面X轴或Y轴的方向上作同步移动；

所述磁性数字微流体芯片(1)安装在Z轴移动平台(7)上，在控制系统的控制下，所述Z轴移动平台(7)带动磁性数字微流体芯片(1)在竖直方向上移动。

8.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述驱动装置(5)包括X轴直线模组(51)、Y轴直线模组(52)和Z轴直线模组(53)；

所述X轴直线模组(51)固定在固定座(4)上，所述Y轴直线模组(52)搭设在X轴直线模组(51)上，所述Z轴直线模组(53)搭设在Y轴直线模组(52)上，所述磁性数字微流体芯片(1)安装在Z轴直线模组(53)上。

9.根据权利要求6所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述固定座(4)的纵向上设置有两个调节装置(8)；所述上磁铁(2)安装在上方的调节装置(8)上，上方的所述调节装置(8)用于调节上磁铁(2)的高度位置，下方的所述调节装置(8)用于调节下磁铁(3)的高度位置。

10.根据权利要求7所述的一种磁性数字微流体的移动结构，其特征在于，所述XY轴移动平台(6)上安装有调节结构(9)，所述XY轴移动平台(6)带动调节结构(9)在一水平面X轴和/或Y轴的方向上移动；所述上磁铁(2)和下磁铁(3)分别安装在调节结构(9)上，所述调节结构(9)用于调节上磁铁(2)和下磁铁(3)所处的高度位置。

11.一种磁性数字微流体的自动化设备，其包括机架(10)，其特征在于，其还包括权利要求1-10任一项所述的一种磁性数字微流体的移动结构，所述磁性数字微流体的移动结构安置在机架(10)上；

所述磁性数字微流体芯片(1)为透明状或半透明状结构，所述机架(10)上还设置有对磁性数字微流体芯片(1)进行打光的光源模块(01)。

12.根据权利要求11所述的一种磁性数字微流体的自动化设备，其特征在于，其还包括装设在机架(10)上并用于控制磁性数字微流体芯片(1)温度的温度控制系统(03)。

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