CN115015567B - 一种陶瓷3d隧式分析模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种陶瓷3D隧式分析模块，由陶瓷基质制成，从下往上为在外在压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设有反应室，所述下定片上设有使液体从下定片侧面进出下定片下贴合面的通道，所述阀动片的上贴合面上设有主连接槽和次连接槽，所述通道包括主孔和若干支孔，所述主孔与支孔通过主连接槽连通；所述下定片上还设有与反应室连通的进液通孔和出液通孔，所述主孔和进液通孔可通过主连接槽连通，所述进液通孔与出液通通过次连接槽连通。本发明可将样品常量化学分析中的采样、进样、反应、检测、清洗等多功能集成在通过自身结构连接的装置上，具体积小、零部件少、试剂用量少、检速快、能耗低、易携带等优点。

Description

一种陶瓷3D隧式分析模块

技术领域

本发明涉及生物、化学、医学检测技术领域，具体涉及一种陶瓷3D隧式分析模块。

背景技术

现有的常量自动化学分析仪器一般是由输送泵、采样阀、反应器、加热器、检测器等部件组成，各部件之间通过管道和管接头连接，从而构成连通的检测流路，其存在硬件设备体积大、结构复杂、检测样品或试剂用量大、用电功率较大、操作复杂，同时运输难度和成本也高等问题。

微流控芯片技术(Microfluidics)把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块芯片上，并自动完成分析全过程，在生物、化学、医学等领域有巨大的应用潜力。但微流控芯片的通道尺度一般是微米级，主要应用于生物、化学、医学等无较大颗粒、无需高温高压条件的样品分析工作中，如引入需携带颗粒物进入反应体系的实际样品时（有些标准检测方法是要求将样品中的颗粒进入检测反应的，允许进入的颗粒尺寸以移液管吸入口的直径为准通常在0.6-1.2mm之间），则会造成微流控芯片的流路堵塞；又比如有些样品分析反应时，需要进行高温高压密闭消解，常规微流控芯片的结构或材质无法满足反应条件。

为将微流控芯片技术的优点应用在环境检测中的常量自动分析方面，发明人多方研究。如ZL2020211161154专利，其公开了一种可将样品进行高温消解并过滤的水质自动检测系统，具体包括进样定量配液、过滤系统、消解系统以及检测装置；所述进样定量系统主要包括多通选择阀、定量环、三通阀、蠕动泵以及液位检测器；所述过滤系统主要包括四通旋切阀、过滤器以及液体流道；所述消解系统主要包括消解装置以及密闭阀。但该装置存在多通选择阀、消解装置系分开设置，结构复杂，功能不够集中等问题。

ZL2019102760793专利，其公开了一种陶瓷基质的多通选择阀。具体包括阀体、阀动片和阀定片；阀动片和阀定片相贴合；阀定片的贴合面上设有一个主孔和多个支孔，另一面设有与主孔、各支孔一一对应连通的主孔接口、支孔接口；阀动片的贴合面上设有沟槽；阀体控制阀动片转动；当多通选择阀进行切换连通时，阀定片的主孔通过阀动片的沟槽与阀定片的某一个支孔相连通。该多通选择阀的与ZL2019102760793中的阀动片一致，起到连接主孔和支孔的作用。在本专利中不再描述。

发明内容

为解决常量自动分析仪存在的问题，现发明人在现有技术的技术上，提供一种陶瓷3D隧式分析模块。目的是解决生物、化学、医学环境检测领域常量自动分析仪存在的体积大、不易携带、使用成本高；结构复杂、功能分散、操作复杂等问题。

本发明提供的一种陶瓷3D隧式分析模块，由陶瓷基质制备而成，从下往上为在外在压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设置有反应室，所述的下定片上设有使液体从下定片侧面进出下定片下贴合面的通道，所述阀动片的上贴合面上设有主连接槽和次连接槽，所述通道包括若干支孔和位于下定片下贴合面中心的主孔，所述主孔与支孔可通过主连接槽连通；所述下定片的下贴合面上还设有与反应室连通的进液通孔和出液通孔，所述主孔和进液通孔可通过主连接槽连通，所述进液通孔与出液通孔可通过次连接槽连通。。该技术方案有效解决了现有配液装置、反应装置、检测装置空间上相互独立，需要额外管道等连接问题，达到了通过设置若干支孔可以使反应室注入不同类型的试样、试剂及空气；所述次连接槽连通进液通孔与出液通孔，可以使整个反应室内液体能够循环流动，从而使反应室内溶液无死体积的充分反应；液体仅通过本发明装置本身的通道及通孔即可进出入本发明装置的效果。

进一步的，所述阀动片、下定片、上定片的贴合面为研磨面。由于贴合面经过研磨，贴合面可以承受反应室10个大气压而不渗液，本发明适用范围广。

进一步的，所述下定片和上定片为相对独立的部件，或者为一体成型的整体。

进一步的，所述的通道还包括废液孔，在主连接槽连通进液通孔和主孔时，次连接槽连通所述出液通孔与废液孔。通过这种设置使得主孔、主连接槽、进液通孔、反应室、出液通孔、次连接槽、废液孔相互连通，可以使液体顺利的注入反应室以及在反应结束后排出反应室中的液体。当需要反应室内进行反应时，旋转阀动片，使主连接槽不连通进液通孔，使反应室密封。当需要将反应室的液体排出时，旋转阀动片，再次使主连接槽连通进液通孔并使次连接槽将出液通孔和废液孔连通，使反应室中的液体从废液孔排出或从进液通孔抽出。

进一步的，出液通孔与进液通孔分别位于反应室的两端。

进一步的，所述上定片的下贴合面上设有一排液槽，所述排液槽一端与反应室连通，另一端与下定片出液通孔对应连通。从而使进液通孔、出液通孔、废液孔三个孔紧密排列。所述排液槽的长度可以根据需要调整。通常情况下，与反应室连通的进液通孔和排液通孔分别设置在反应室的两端，通过排液槽的设置，可以使进液通孔和排液通孔在下定片上的位置靠近，有利于减小阀动片与下定片贴合面的直径，从而减小摩擦力。

进一步的，反应室另一端还设置有第一通孔，所述第一通孔一端与反应室连通，另一端与排液槽的一端连通。

进一步的，所述反应室上设置有连通上定片贴合面的第二通孔，所述第二通孔为出液口，出液口与下定片出液通孔对应连通。

进一步的，在反应室的背面设置加热槽可以直接对反应室加热，提高加热效率。

进一步的，所述下定片的通道包括位于下定片下贴合面中心的主孔和液体流道，所述主孔与液体流道连通。

进一步的，所述上定片、下定片端面分别设置有至少一个用于固定连接上定片和下定片的第一连接通孔。可以通过在第一连接通孔中设置螺栓将上、下定片固定连接，使得上、下定片在一定的压力下贴合。

进一步的，所述上定片与下定片之间还设有密封圈。考虑到若贴合面的研磨精度不够以及反应室气压较大的情况下容易在贴合面造成液体泄漏，在上、下定片之间增加一个密封圈可以确保贴合面之间的密封效果。

进一步的，所述上定片上还设有用于检测反应室液体参数的检测装置。在上定片上设置检测装置直接检测可以减少检测的操作步骤。

所述的检测装置包括比色检测装置或荧光检测装置或电极检测装置，也可以在上定片设置荧光检测装置、比色检测装置和电极检测装置。

进一步的，所述上定片的上设有测温孔。用于反应室的温度。

本发明的有益效果：

（1）本发明装置将反应室与下定片结合在一起，有效减少装置的体积、零部件等，结构更小巧，使用更方便；

（2）装置通过阀动片、上定片和下定片自身打孔或设置凹槽等方式，将样品分析中的采样、进样、反应、检测、清洗等多种功能集成在一个通过自身结构连接的装置上，并按需求选择切换流路用的阀动片，即可在体积极小的阀片内完成分析的全过程，更加方便简捷；

（3）本发明装置试剂使用量少、体积小、检测速度快、记忆效应小、能耗低、便于携带等多项优点；

（4）本发明装置各结构间的连接部件少、运行更省电、装置清洗更方便；

（5）本发明装置不但允许所需粒径的颗粒物通过流道进入反应室，还可以通过固定密封技术或一次性成型技术使得装置满足样品分析中所需的高温高压密闭消解的反应条件。

附图说明

图1为本发明的阀动片类型一立体示意图。

图2 为本发明的阀动片类型一俯视示意图。

图3 为本发明的阀动片类型一仰视示意图。

图4 为本发明的下定片类型一正面立体示意图。

图5 为本发明的下定片类型一背面立体示意图。

图6 为本发明的下定片类型一俯视示意图。

图7 为本发明的下定片类型一仰视示意图。

图8为本发明的下定片类型一A-A向剖视示意图。

图9 为本发明的上动片类型一立体示意图。

图10 为本发明的上动片类型一仰视示意图。

图11 为本发明的上动片类型一俯视示意图。

图12 为本发明的上动片类型一B-B剖视示意图。

图13为本发明的阀动片类型二立体示意图。

图14为本发明的阀动片类型二俯视示意图。

图15为本发明的阀动片类型二仰视示意图。

图16为本发明的下定片类型二正面立体示意图。

图17为本发明的下定片类型二俯视示意图。

图18 为本发明的下定片类型二仰视示意图。

图19为本发明的下定片类型二A-A向剖视示意图。

图20为本发明的上动片类型二立体示意图。

图21为本发明的上动片类型二仰视示意图。

图22为本发明的上动片类型三仰视示意图。

图23为本发明的上动片类型四仰视示意图。

图24本发明的上动片类型二俯视示意图。

附图标记名称如下：1、主连接槽；2、减摩槽；3、次连接槽；4、阀动片中部；5、连接结构；6、进液通孔；7、第一连接通孔；8、第一定位孔；9、第二定位孔；10、溢流槽；11、主孔；12、支孔；13、液体流道；14、出液通孔；15、螺纹孔；16、进液口；17、排液槽；18、环形凹槽；19、比色检测通道；20、反应室；21、第三定位孔；22、加热槽；23线槽；24、测温孔；25、废液孔；26、出液口；27、荧光检测装置；28、电极。

具体实施方式

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、完整的描述，但所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，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任何创造性劳动的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。

本发明提供的一种陶瓷3D隧式分析模块，由陶瓷基质制备而成，具体包括从下往上为在外在弹性压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片。所述的贴合面均为研磨面，所述的压力大小设置为即能使阀动片、下定片和上定片贴合面紧密贴合从而防止液体溢出，又能避免阀动片旋转阻力过大，消耗过多的动力。将所述的阀动片、下定片和上定片设置为分别独立的结构，或只将下定片和上定片设置为一体成型结构。所述的阀动片、下定片和上定片为分别独立的结构时。所述上定片与下定片具有对应的连接通孔，可通过螺栓等连接固定。所述的阀动片与电机连接，可相对下定片旋转运动。所述上定片还设有加固装置，可以使上定片上表面附加结构与上定片稳固连接，又可以使阀动片、下定片和上定片紧密贴合。

如图1-图3所示，所述的阀动片包括3个部分，分别为圆形的上端部，阀动片中部4，及下端部。所述上端部贴合面上设有主连接槽1、减摩槽2、次连接槽3，所述的减摩槽2可以起到减小阀动片与下定片摩擦力的作用。所述阀动片下端部底面中部设有连接结构5，所述的连接结构5延伸至中部，用于与电机结构固定配合连接。

如图4-图8所示，所述下定片上端面贴合面设有两个第一定位孔8，所述第一定位孔8为非通孔及三个沿圆周方向均匀分布的第一连接通孔7（如图4）。下定片下端面贴合面中部设有与阀动片上端部贴合面贴合的圆形连接部，所述圆形连接部与阀动片上端部贴合面大小相同。所述圆形连接部外圈设置有圆环形溢流槽10以及至少一个径向槽，溢流槽10与径向槽连通，该结构可以起到使溢出阀动片上端部贴合面的液体流出本装置。在液体溢出阀动片上端部贴合面后，液体流入溢流槽10，通过径向槽流出本装置。所述下定片下端部，位于溢流槽10外侧位置还设有两个第二定位孔9，所述的第二定位孔9为非通孔（如图5）。

进一步的，所述的圆形连接部中心设有主孔11。主孔11周边可以根据需要设置若干支孔12。所述主孔11与支孔12可通过阀动片上的主连接槽1连通。主连接槽1的一端与主孔11连通，另一端与支孔12连通。所述下定片侧面沿径向设有与主孔11或支孔12相连通的若干液体接孔，所述主孔11或支孔12与液体接孔呈类似L型结构连通，具体的液体接孔有液体流道13、及样品接口或若干试剂接口等（如图7，沿着图中两个A连线方向纵剖后，沿图中箭头方向观察剖面，可得如图8所示的下定片类型一A-A向剖视图。通过图8中的结构可得出所述主孔11或支孔12与液体接孔呈类似L型结构连通）。所述液体流道13与液流装置连接，所述的液流装置包括储液管和输液泵，所述输液泵可定量取液进入储液管中。所述的主孔11与液体流道13连通。

进一步的，所述圆形连接部上还设有相邻的进液通孔6和出液通孔14，所述进液通孔6可以为直孔也可以为斜孔，所述出液通孔14也可以为直孔或斜孔。所述进液通孔6和出液通孔14均为斜孔（如图7），该结构可以实现下定片下端面圆形连接部的空间，也可以使下定片上端面的进液通孔6和出液通孔14设置在适当位置，以便与上定片相应结构对应。所述主连接槽1可将主孔11与进液通孔6连通，所述次连接槽3可将进液通孔6与出液通孔14连通。

进一步的，所述出液通孔14旁还设有废液孔25，所述废液孔25也是支孔12之一。所述废液孔25可通过次连接槽3与出液通孔14连通，用于反应室20中的液体出入。

如图9-图12所示，所述上定片设有与第一连接通孔7相对应的沿圆周方向均匀分布的3个第二连接通孔。上定片沿圆周方向靠近第二连接通孔处还均匀分布三个螺纹孔15。所述的第一连接通孔7与第二连接通孔通过连接部件连接，所述连接部件可以为具有韧性材质，不仅能起到连接作用，也可以解决陶瓷材质的易脆性的问题。

所述的上定片下端面中部设有反应室20。所述反应室20一端靠近端面部设有进液口16，所述进液口16与进液通孔6对应连通，用于液体进入反应室20。所述反应室20在上定片的贴合面上设有排液槽17，所述反应室20的液体可进入排液槽17。进一步的，所述反应室20的液体也通过设置的循环结构进入排液槽17。所述的循环结构为设置在反应室20另一端侧壁上贴合面的第一通孔，第一通孔一端与反应室20连通，另一端与排液槽17的一端连通。所述排液槽17的另一端与出液通孔14连通。所述进液通孔6与主连接槽1的端部对应连通，所述排液槽17的端部与出液通孔14对应连通。当然也可以在反应室20的另一端设置排液缺口，使排液槽17的一端与排液缺口连通。

进一步的，所述排液槽17和反应室20外部设有一环形凹槽18，环形凹槽18中设置有与环形凹槽18相适应的密封圈，用以确保上、下定片之间贴合面之间的密封效果。所述反应室20的两侧部还可分别设有位于同一直线的贯穿上定片的比色检测通道19（如图11，沿图中两个B连线方向纵剖后，沿着图中箭头方向观察，得如图12所示的上动片类型一B-B向剖视图），可以用于检测反应室20内的液体透光率数据，例如可以在一个比色检测通道19中放置光纤或光柱，并在外端接光源，让所需光谱进入反应室。在另一个比色检测通道19中也放置光纤或光柱，并在外端接上光电转换器，通过比较液体对光的吸收率来检测液体浓度。进一步的，所述上定片下端面部还设有第三定位孔21，所述第三定位孔21为非通孔。进一步的，所述分析模块各结构上下连接稳固后，将分析模块水平放置，使反应室的进液口位于反应室的下端使用，更有利于液体的进入量的控制等。

如图11所示，在反应室20的背面设置加热槽22可以直接对反应室20加热。进一步的，所述加热槽22内可设置加热片，用于对反应室20加热。所述加热片导线位于线槽23处。进一步的，所述加热槽22一侧还设有测温孔24，测温孔24为非通孔，用于测量反应室20的温度。

在如图1-图12所示一种陶瓷3D隧式分析模块的基础上，进一步改进如图13-图24所示结构。

具体的，如图13-图15所示，改变阀动片上的主连接槽1、次连接槽3的位置，以及阀动片下端部底面中部设有连接结构5的形状。如图16-图19所示，相应的下定片上进液通孔6和出液通孔14位置不相邻，即进液通孔6与出液通孔14分别位于反应室的两端，这样可以使结构更简单，减少加工成本。所述的出液通孔14的相邻位置设置有废液孔25。所述主连接槽1可将主孔11与进液通孔6连通，所述的次连接槽3可连通出液通孔14和废液孔25。进一步的，本发明的分析模块上下连接稳固后，使用时将分析模块水平放置，使反应室的进液口位于反应室的下端，出液口位于反应室的上端，更有利于液体的进入量的控制等。进一步的，如图18-图19所示，所述主孔11与支孔12可通过阀动片上的主连接槽1连通。所述下定片侧面沿径向设有与主孔11或支孔12相连通的若干液体接孔，所述主孔11或支孔12与液体接孔呈类似L型结构连通，具体的液体接孔有液体流道13、及样品接口或若干试剂接口等（如图18，沿着图中两个A连线方向纵剖后，沿图中箭头方向观察剖面，可得如图19所示的下定片类型二A-A向剖视图。通过图19中的结构可得出所述主孔11与液体接孔呈类似L型结构连通）。

如图20、图21、图24所示。所述的上定片下端面中部设置反应室20，所述反应室20上不再设有排液槽17，使反应室另一端的顶壁为倾斜面，在倾斜面上设置有与上定片贴合面连通的通孔，所述通孔为出液口26，所述出液口26与出液通孔14对应连通。

进一步的，所述的比色检测通道19可突出于上定片外，比色检测通道19内设置有连接光源的光纤或光柱。进一步的，如图22所示，上定片上还可设有与荧光检测装置相连接的导光光纤或光柱27，当设有荧光检测装置27时，所述比色检测通道19设置用于激发反应物的荧光，当激发荧光后，可通过荧光检测装置27进行检测。

进一步的，如图23所示，所述的反应室20可以设置电极28。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种陶瓷3D隧式分析模块，由陶瓷基质制备而成，其特征在于：从下往上为在外在压力下依次贴合的阀动片、下定片和上定片，上定片的下贴合面上设置有反应室，所述的下定片上设有使液体从下定片侧面进出下定片下贴合面的通道，所述阀动片的上贴合面上设有主连接槽和次连接槽，所述通道包括若干支孔和位于下定片下贴合面中心的主孔，所述主孔与支孔可通过主连接槽连通；所述下定片的下贴合面上还设有与反应室连通的进液通孔和出液通孔，所述主孔和进液通孔可通过主连接槽连通，所述进液通孔与出液通孔可通过次连接槽连通。

2.根据权利要求1所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述阀动片、下定片、上定片的贴合面为研磨面。

3.根据权利要求1所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述下定片和上定片为相对独立的部件，或为一体成型的整体。

4.根据权利要求1所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述的通道还包括废液孔，在主连接槽连通进液通孔和主孔时，次连接槽连通所述出液通孔与废液孔，所述出液通孔与进液通孔分别位于反应室的两端。

5.根据权利要求4所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片的下贴合面上设有一排液槽，所述排液槽一端与反应室连通，另一端与下定片出液通孔对应连通。

6.根据权利要求5所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述反应室另一端的还设置有第一通孔，所述第一通孔的一端与反应室连通，另一端与排液槽的一端连通。

7.根据权利要求4所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述反应室上设置有连通上定片贴合面的第二通孔，所述第二通孔为出液口，出液口与下定片出液通孔对应连通。

8.根据权利要求1所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片上端面上还设置有与反应室相适应的加热槽。

9.根据权利要求1-7任一所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述下定片的通道包括位于下定片下贴合面中心的主孔和液体流道，所述主孔与液体流道连通。

10.根据权利要求1-7任一所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片、下定片端面分别设置有至少一个用于固定连接上定片和下定片的第一连接通孔。

11.根据权利要求1-7任一所述陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片与下定片之间还设有密封圈。

12.根据权利要求1-7任一所述陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片上还设有用于检测反应室液体参数的检测装置。

13.根据权利要求12所述陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述的检测装置包括比色检测装置或荧光检测或电极检测装置。

14.根据权利要求1-7任一所述的陶瓷3D隧式分析模块，其特征在于：所述上定片上设有测温孔。

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