CN114453044A - 微流控芯片装夹装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片装夹装置；包括：芯片装夹主体模块，用以形成微流控芯片的装夹载体；装夹开关模块，用以控制对微流控芯片的装夹以及调节夹紧力；供电模块，用以对微流控芯片上的反应/检测单元进行供电；供电模块通过连接模块固定在芯片装夹主体模块上，连接模块包括调节机构，通过操控调节机构，以在芯片装夹状态下实现供电模块与微流控芯片上电极的机械式接触。通过设置单独的装夹开关模块对微流控芯片进行装夹，可实现连接方式可逆，便于微流控芯片的二次利用。

Description

微流控芯片装夹装置

【技术领域】

本发明涉及微流控芯片装夹技术领域，具体涉及一种微流控芯片装夹装置。

【背景技术】

微流控芯片是在玻璃、硅、石英材质上设置进样口、出样口、微通道、反应/检测单元的分析检测技术，在生物医学检测领域存在巨大的应用潜力。而现有的微流控芯片装夹装置存在以下问题：1、由于芯片多使用脆性材料加工，装夹过程中的受力不均容易导致芯片发生断裂；2、现有的微流控芯片装夹装置使用步骤繁琐，拆装替换不便。

因此，亟待发明一种有效的微流控芯片装夹装置以解决现有技术中的所述问题。

【发明内容】

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种微流控芯片装夹装置；包括：

芯片装夹主体模块，用以形成微流控芯片的装夹载体；

装夹开关模块，用以控制对微流控芯片的装夹以及调节夹紧力；

供电模块，用以对微流控芯片上的反应/检测单元进行供电；

所述供电模块通过连接模块固定在芯片装夹主体模块上，所述连接模块包括调节机构，通过操控所述调节机构，以在芯片装夹状态下实现所述供电模块与微流控芯片上电极的机械式接触。

优选地，所述装夹开关模块还包括若干压紧开关机构、同步传动机构以及手柄，所述手柄与所述同步传动机构固定连接，若干所述压紧开关机构与所述同步传动机构可拆卸连接且若干所述压紧开关机构固定于微流控芯片基板上；操纵所述手柄，以使得所述同步传动机构带动若干所述压紧开关机构同时夹紧或释放微流控芯片。

优选地，所述压紧开关机构包括开关旋转轴、套设于所述开关旋转轴外的开关外套；所述开关旋转轴的两端均设有凹槽，所述凹槽底部开设有通孔，用以放置压头，所述凹槽顶部安装有紧固结构，所述凹槽内还包括压力弹簧、调节压块；压迫所述紧固结构，以迫使所述调节压块压缩压力弹簧，以调节压头预紧力。

优选地，所述开关外套内靠近微流控芯片侧还包括一深槽，以容纳带有所述压头的开关旋转轴。

优选地，所述开关外套内的底部还包括旋转轴限位面，以限制所述开关旋转轴以防其脱离所述开关外套。

优选地，所述开关外套的两端还分别设置有调节螺丝容纳槽、压头容位槽，所述压头容位槽与所述深槽相连通，以用于在所述开关旋转轴转动过程中容纳调节螺丝、压头。

优选地，所述同步传动机构包括同步带轮、同步带，所述同步带轮固定在所述开关旋转轴上，所述手柄与所述开关旋转轴固定连接；操纵所述手柄，以通过所述同步带轮、同步带带动若干所述压头同时夹紧或释放微流控芯片。

优选地，所述芯片装夹主体模块包括微流控芯片基板、第一压板、第二压板，微流控芯片布有进样、出样口的一侧贴设于所述微流控芯片基板上，所述第一压板与所述第二压板分别从微流控芯片的两端盖设于微流控芯片的另一侧。

优选地，所述第二压板上还包括一手柄限位面，以用于抵接向下按压的手柄。

优选地，所述芯片装夹主体模块上还包括若干导向销轴，所述导向销轴的一端插入所述微流控芯片基板，且与所述微流控芯片基板过盈配合；所述导向销轴的另一端插入所述第一压板、第二压板，且与所述第一压板、所述第二压板间隙配合；所述导向销轴外套设有复位弹簧。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种微流控芯片装夹装置；包括：芯片装夹主体模块，用以形成微流控芯片的装夹载体；装夹开关模块，用以控制对微流控芯片的装夹以及调节夹紧力；供电模块，用以对微流控芯片上的反应/检测单元进行供电；供电模块通过连接模块固定在芯片装夹主体模块上，连接模块包括调节机构，通过操控调节机构，以在芯片装夹状态下实现供电模块与微流控芯片上电极的机械式接触。通过设置单独的装夹开关模块对微流控芯片进行装夹，方便装卸，便于微流控芯片的二次利用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

【附图说明】

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的微流控芯片装夹装置的结构示意图；

图2为本发明的压紧开关机构的结构示意图；其中，2a为压紧开关机构的侧视图；2b为压紧开关机构的剖视图；

图3为本发明的开关旋转轴的结构示意图；

图4为本发明的开关外套的结构示意图；其中，4a为开关外套的主视图；4b为开关外套的仰视图；

图5为本发明的装夹开关模块的结构示意图；

图6为本发明的芯片装夹主体模块的结构示意图；

图7为本发明的芯片装夹主体模块的结构爆炸图；

图8为本发明的微流控芯片基板的结构示意图；其中，8a为微流控芯片安装方向示意图；8b为微流控芯片基板仰视图；

图9为本发明的供电模块的结构示意图。

附图标记说明：

100、装夹开关模块；101、手柄；102、开关外套；1021、深槽；1022、旋转轴限位面；1023、调节螺丝容纳槽；1024、压头容位槽；1025、定位孔；103、开关旋转轴；104、压头；105、压力弹簧；106、调节压块；107、调节螺丝；108、定位销轴；109、紧定螺钉；110、同步带轮；111、同步带；112、固定螺栓；113、凹槽；114、通孔；

200、芯片装夹主体模块；201、第一压板；202、第二压板；203、微流控芯片；204、微流控芯片基板；205、导向销轴；206、复位弹簧；207、密封O型圈；208、液流转接头；210、连接柱；211、弹簧；212、调节螺栓；

300、供电模块；301、电路接头；302、接线电路板卡；303、弹簧探针。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

接下来，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例一

如图1-9所示，本发明涉及一种微流控芯片装夹装置；包括：

芯片装夹主体模块200，用以形成微流控芯片203的装夹载体；

装夹开关模块100，用以控制对微流控芯片203的装夹以及调节夹紧力；

供电模块300，用以对微流控芯片上的反应/检测单元进行供电；同时，该供电模块300可以调节微流控芯片203与电极间的接触力；

供电模块300通过连接模块固定在芯片装夹主体模块200上，连接模块包括调节机构，通过操控调节机构，以在芯片装夹状态下实现供电模块300与微流控芯片203上电极的机械式接触。通过使用本发明中的微流控芯片装夹装置，一方面便于微流控芯片的二次利用，另一方面用以保证微流控芯片装夹的稳固性与可靠性。

具体地，如图1所示，连接模块包括连接柱210、弹簧211、调节螺栓212(即为调节机构)，供电模块300通过连接柱210、弹簧211、调节螺栓212固定在芯片装夹主体模块200上，通过控制调节螺栓212挤压弹簧211，以实现在芯片装夹状态下供电模块300机械式接触微流控芯片203上的电极。

装夹开关模块100作为独立于微流控芯片203的模块，保证了微流控芯片可便捷有效地更换。应当理解，应用于微流控芯片的装夹开关模块100需具备以下特征：1、多点均布式同步装夹；2、夹紧力可调；3、装夹操作便捷。在一些实施例中，装夹开关模块100还包括若干压紧开关机构、同步传动机构以及手柄101，手柄101与同步传动机构固定连接，若干压紧开关机构与同步传动机构可拆卸连接且若干压紧开关机构固定于微流控芯片基板204上；操纵手柄101，以使得同步传动机构带动若干压紧开关机构夹紧或释放微流控芯片203。

应当理解，若干压紧开关机构与同步传动机构可拆卸连接中的可拆卸连接为现有技术中所记载的各类连接方式。在一些实施例中，若干压紧开关机构套接于同步传动机构上；如图1所示，四个压紧开关机构套接于同步传动机构的不同位置处。

以其中一个压紧开关机构为例，如图2-3所示，压紧开关机构包括开关旋转轴103、套设于开关旋转轴103外的开关外套102；开关旋转轴103的两端均设有凹槽113，凹槽113的底部开设有通孔114，用以放置压头104，凹槽113的顶部安装有紧固结构，凹槽内还包括压力弹簧105、调节压块106(即压头104与紧固结构之间的区域内还包括压力弹簧105、调节压块106)；压迫紧固结构，以迫使调节压块106压缩压力弹簧105，以调节压头104预紧力。

应当理解，凹槽113可设置为任意形状，原则上凹槽113的大小可用于容置调节螺丝107、调节压块106、压力弹簧105、压头104，且凹槽113内不会影响压头104、压力弹簧105、调节压块106的运动。为了简化结构，方便压头104、压力弹簧105、调节压块106的运动，凹槽113优选为直型槽，如方形凹槽。

应当理解，紧固结构可为现有技术中常见的紧固方式，以实现固定。在一些实施例中，紧固结构可为设置于凹槽113顶部的螺纹孔，螺纹孔用于固定调节螺丝107，拧动调节螺丝107，通过调节压块106压缩压力弹簧105，可实现压头104预紧力的调节，从而控制对微流控芯片203的装夹力度。

开关外套102内需设置可供带有压头104的开关旋转轴103套入的槽，以便于两者配套使用，为了保证带有压头104的开关旋转轴103能够装入，该槽为深槽1021。深槽1021的形状根据压头104突出于开关旋转轴103的部分对应设置。在一些实施例中，如图4所示，为了便于开关旋转轴的装入，该深槽1021设置为半腰形。

开关外套102内还需要设置限位结构，以用于避免开关旋转轴103在运动过程中从开关外套102上脱落。在一些实施例中，开关外套102内的底部还包括旋转轴限位面1022，以限制开关旋转轴103脱离开关外套102。

开关外套102的两端还需分别设置有调节螺丝容纳槽1023、压头容位槽1024，压头容位槽1024与深槽1021相连通，以用于在开关旋转轴103转动过程中容纳调节螺丝107、压头104。在一实施例中，如图4所示，开关外套102的顶部、底部还分别设置有调节螺丝容纳槽1023、压头容位槽1024，以用于在开关旋转轴103转动过程中容纳调节螺丝107、压头104。调节螺丝容纳槽1023、压头容位槽1024可设置为任意形状，在一些实施例中，将调节螺丝容纳槽1023、压头容位槽1024设置为腰形，以便于调节螺丝、压头在手柄101带动下在槽道内移动。

在对压紧开关机构进行装配时，如图1-4所示，将带有压头104的开关旋转轴103从深槽1021内插入，直至开关旋转轴103的端面抵接开关外套102上的旋转轴限位面1022，并将压头104转动至位置1处。

应当理解，压头容位槽1024的设置需保证能将装配时的压头104完全埋入。

为了避免出现压紧开关机构装夹过程接口错位，还包括定位机构，应当理解，该定位机构可为现有技术中常见的定位机构。在一些实施例中，如图4所示，定位孔1025与定位销轴108过盈配合，用于整个压紧开关机构的定位。

为了保证微流控芯片的装夹稳定性，可将若干压紧开关机构均匀分散。在一些实施例中，如图5所示，装夹开关模块包括四个压紧开关机构，各压紧开关机构均与上述提及的压紧开关机构结构类似，此处不再赘述。

同步传动机构可为现有技术中常见的传动结构。在一些实施例中，同步传动机构包括同步带轮110、同步带111，同步带轮110固定在开关旋转轴103上，手柄101与开关旋转轴103固定连接；操纵手柄101，以通过同步带轮110、同步带111带动若干压头夹紧或释放微流控芯片。同步带轮110与同步带111组成的同步传动机构可保证当手柄101向下按压时，四个压头同时向芯片上部第一压板201、第二压板202上施加点压力。应当理解，手柄101与开关旋转轴103的固定方式可为现有技术中常见的固定方式。如，在一些实施例中，手柄101与开关旋转轴103通过螺纹紧固。

应当理解，同步带轮110可通过任意现有技术中的固定方式固定在开关旋转轴103上；在一些实施例中，同步带轮110通过紧定螺钉109固定在开关旋转轴103上。

芯片装夹主体模块200主要为一种装载微流控芯片的结构，是用于实现对微流控芯片有效装夹与便捷替换的主体，同时也用于保证对液流的准确接入与密封。在一些实施例中，如图6-7所示，芯片装夹主体模块200包括微流控芯片基板204、第一压板201、第二压板202，微流控芯片203布有进样、出样口的一侧贴设于微流控芯片基板204，第一压板201与第二压板202分别从微流控芯片203的两端盖设于微流控芯片203的另一侧；此时，该装夹主体模块形成一三明治结构，微流控芯片203上部两压板第一压板201、第二压板202分别夹住微流控芯片两端，同时，将装夹开关模块100产生的点接触力转化为平面分布力，保证微流控芯片受压均匀，不至于因应力集中而导致出现微流控芯片断裂的风险。

为了对手柄101进行限位，在一些实施例中，第二压板202上还包括一手柄限位面，以用于抵接向下按压的手柄101；当手柄101抵接手柄限位面时，压头104处于位置2(位置2为开关旋转轴103下方的中心位置)处，此时微流控芯片203的装夹已完成。

在一些实施例中，微流控芯片基板204上还设有工艺槽(未图示)，该工艺槽可用于避免微流控芯片直角边的干涉。

为了避免微流控芯片装夹过程中出现挠曲断裂，往往还需要在芯片装夹主体模块上设置若干导向结构，该导向结构可为现有技术中常见的导向装置。在一些实施例中，导向结构为导向销轴205，导向销轴205的一端插入微流控芯片基板204，且与微流控芯片基板204过盈配合，导向销轴205的另一端插入第一压板、第二压板，且与第一压板201、第二压板202间隙配合；具体地，芯片装夹主体模块200上还分布有若干导向销轴205，导向销轴205与微流控芯片基板204过盈配合，导向销轴205与第一压板201、第二压板202间隙配合，以对压板起导向作用。为了在松开手柄101时，方便微流控芯片的更换，芯片装夹主体模块200上还包括复位机构，该复位机构可为现有技术中常见的复位装置。在一些实施例中，该复位机构为复位弹簧206，该复位弹簧206套设于导向销轴205外；当松开手柄时，芯片上部两压板第一压板201、第二压板202在弹簧力作用下向上弹起复位，从而能够让微流控芯片203顺利抽出。

常见的微流控芯片装夹装置存在芯片定位困难的问题，因此，往往需要在该装置上设置一用于定位微流控芯片的结构。在一些实施例中，如图8所示，微流控芯片基板204上设置有与微流控芯片203形状和尺寸相对应的芯片容纳槽，依靠槽侧面对微流控芯片203进行定位与限位；此外，微流控芯片基板204上留有一个开放性的侧面，使微流控芯片能方便地沿A向插入微流控芯片基板204中。

在置入微流控芯片时，将微流控芯片203通过微流控芯片基板204上开放性地侧面沿如图8中的A向插入用于容置微流控芯片203的芯片容纳槽内，此时，需要注意的是，需将微流控芯片203布有进样、出样口的一侧朝向微流控芯片基板204；将手柄101向下按压至第二压板202的手柄限位面；按压手柄101，手柄101通过同步传动机构带动两开关旋转轴103转动相同的角度，进一步带动压头104在压头容位槽1024内由位置1逐渐转动至位置2(位置2为开关旋转轴103下方的中心位置)；在手柄101下压过程中，压头104逐渐抵接第一压板201、第二压板202并挤压压力弹簧105往中心位置(中心位置可指方形的凹槽113的中心位置)处靠近，压头104对第一压板201、第二压板202的压力逐渐变至最大值；通过第一压板201、第二压板202的设置，将压头104下压力转变为对微流控芯片203均匀的夹紧力；此时，手柄101恰好抵接第二压板202的手柄限位面，提示微流控芯片203的装夹已完成。同时，供电模块300随第二压板202同步下移，并与微流控芯片203内电极相接触，完成供电动作。

当需要将微流控芯片取出时，向上抬起手柄101，四个压头104在同步带轮机构的带动下同时由位置2转动至位置1，压头104由压力抵接于第一压板201、第二压板202至与第一压板201、第二压板202脱离接触；在复位弹簧206的作用下，第一压板201、第二压板202被弹起，微流控芯片203得以释放。同时供电模块300与微流控芯片内电极脱离接触，可方便地将芯片从芯片容纳槽内拔出。

为了防止装夹过程中漏液，还包括密封圈207，密封圈207可设置于微流控芯片进样、出样口位置处，以避免漏液。具体地，微流控芯片基板204上与微流控芯片进样口、出样口相对应的位置处设置有用于放置密封圈207的凹槽，密封圈207与凹槽相粘连，凹槽的形状可与密封圈形状对应，当微流控芯片203沿A向插入微流控芯片基板204中时，各密封圈207的内圈与微流控芯片203的进样口、出样口相对应，以避免漏液。

为了固定液流转接头208，微流控芯片基板204还需设有一相匹配的开口槽，开口槽的大小、形状与液流转接头208的大小、形状相匹配。具体地，微流控芯片基板204底部开设有开口槽，其与液流转接头208间隙配合。

开口槽与液流转接头208可通过现有技术中常见的固定方式进行固定。在一些实施例中，为了保证液流转接头208的稳固性，开口槽与液流转接头208通过AB胶粘连。在一些实施例中，液流转接头208设有1/4-28内螺纹，可与通用的液路接头相适配，保证了微流控芯片液流的密封性与运行的稳定性。液流转接头208不与微流控芯片直接粘连，既避免了漏液风险，又增强了稳固性，方便了液路的转接与更换，同时提升了微流控芯片的二次利用率。

为了便于微流控芯片的光学探测，微流控芯片基板204上还设置有通孔。该通孔的形状可为任意形状，如可设置为腰形。

装夹开关模块可通过压紧开关机构上的定位销轴108与微流控芯片基板204间隙配合以定位。

装夹开关模块通过四个固定螺栓112与微流控芯片基板204相固定。

供电模块300采用机械接触方式实现对微流控芯片反应/检测单元的通电与断电。在一些实施例中，如图9所示，包括电路接头301、接线电路板卡302、弹簧探针303。弹簧探针303内置弹簧，在手柄101按下时，弹簧探针303与微流控芯片203反应/检测单元上镀的电极相接触，手柄101松开时，弹簧探针303与微流控芯片电极脱离接触，可通过控制调节螺栓212调定适当的临界位置。接线电路板卡302上开有通槽，用于微流控芯片的光学探测；接线电路板卡302的两端焊有电路接头301，其与弹簧探针303导通，用于对微流控芯片的反应/检测单元供电。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (10)

1.一种微流控芯片装夹装置；其特征在于，包括：

芯片装夹主体模块，用以形成微流控芯片的装夹载体；

装夹开关模块，用以控制对微流控芯片的装夹以及调节夹紧力；

供电模块，用以对微流控芯片上的反应/检测单元进行供电；

所述供电模块通过连接模块固定在芯片装夹主体模块上，所述连接模块包括调节机构，通过操控所述调节机构，以在芯片装夹状态下实现所述供电模块与微流控芯片上电极的机械式接触。

2.如权利要求1所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述装夹开关模块还包括若干压紧开关机构、同步传动机构以及手柄，所述手柄与所述同步传动机构固定连接，若干所述压紧开关机构与所述同步传动机构可拆卸连接且若干所述压紧开关机构固定于微流控芯片基板上；操纵所述手柄，以使得所述同步传动机构带动若干所述压紧开关机构同时夹紧或释放微流控芯片。

3.如权利要求2所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述压紧开关机构包括开关旋转轴、套设于所述开关旋转轴外的开关外套；所述开关旋转轴的两端均设有凹槽，所述凹槽底部开设有通孔，用以放置压头，所述凹槽顶部安装有紧固结构，所述凹槽内还包括压力弹簧、调节压块；压迫所述紧固结构，以迫使所述调节压块压缩压力弹簧，以调节压头预紧力。

4.如权利要求3所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述开关外套内靠近微流控芯片侧还包括一深槽，以容纳带有所述压头的开关旋转轴。

5.如权利要求3-4任一项所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述开关外套内的底部还包括旋转轴限位面，以限制所述开关旋转轴以防其脱离所述开关外套。

6.如权利要求4所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述开关外套的两端还分别设置有调节螺丝容纳槽、压头容位槽，所述压头容位槽与所述深槽相连通，以用于在所述开关旋转轴转动过程中容纳调节螺丝、压头。

7.如权利要求3所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述同步传动机构包括同步带轮、同步带，所述同步带轮固定在所述开关旋转轴上，所述手柄与所述开关旋转轴固定连接；操纵所述手柄，以通过所述同步带轮、同步带带动若干所述压头同时夹紧或释放微流控芯片。

8.如权利要求1所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述芯片装夹主体模块包括微流控芯片基板、第一压板、第二压板，微流控芯片布有进样、出样口的一侧贴设于所述微流控芯片基板上，所述第一压板与所述第二压板分别从微流控芯片的两端盖设于微流控芯片的另一侧。

9.如权利要求8所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述第二压板上还包括一手柄限位面，以用于抵接向下按压的手柄。

10.如权利要求8所述的微流控芯片装夹装置，其特征在于，所述芯片装夹主体模块上还包括若干导向销轴，所述导向销轴的一端插入所述微流控芯片基板，且与所述微流控芯片基板过盈配合；所述导向销轴的另一端插入所述第一压板、第二压板，且与所述第一压板、所述第二压板间隙配合；所述导向销轴外套设有复位弹簧。

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