CN207435425U - 一种微流控载体半自动灌胶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：其包括用于放置微流控载体的载体放置平台、用于为各微流控载体灌胶的硬接触下压式接口、与硬接触下压式接口相连通的自动取胶模块、用于为自动取胶模块提供动力的直线进给模块和用于控制自动取胶模块和直线进给模块动作的电子控制系统。本实用新型代替人工手持注射器给微流控载体注胶，实现了自动灌胶，解决了灌胶缓慢，灌胶过程漏液，灌胶精准度问题，从而对微流控流技术发展速度产生了很大影响，而且本实用新型极大的降低了综合成本。因而，本实用新型可以广泛用于微流控载体的灌胶过程。

Description

一种微流控载体半自动灌胶装置

技术领域

本实用新型涉及一种微流控载体灌胶装置，特别是关于一种微流控载体半自动灌胶装置。

背景技术

微流控流路技术，起源于DNA杂交探针技术，其与半导体工业技术相结合制备成微流控载体，可应用于医疗检测。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA或其他样品分子(例如蛋白，因子或小分子)进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。它在医疗生物检测仪器的开发应用是国家对实现精准医疗基本条件，伴随着此技术的出现相应的配套设施也应到位。目前，对微流控载体的灌胶方式通常采用工作人员手持注射器灌胶的办法，但是由于微流控载体的流道口的直径通常为微米尺度，导致采用人工注胶的方法不仅速度慢，而且很容易出现漏液，灌胶精度差。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种微流控载体半自动灌胶装置，能够实现快速、稳定、精准的给微流控载体注胶，且成本低廉。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：其包括载体放置平台、硬接触下压式接口、设置在立柱上与所述硬接触下压式接口相连通的自动取胶模块、设置在所述自动取胶模块上方的立柱上用于为所述自动取胶模块提供动力的直线进给模块和用于控制所述自动取胶模块和直线进给模块动作的电子控制系统。

所述硬接触下压式接口设置在微流控载体上方，其包括锁紧液路接口、连杆式定位机构和弹性部件；所述锁紧液路接口采用POM材质制作，其上端入口与所述自动取胶模块的出口相连，下端出口设置在微流控载体的流道口上方；所述连杆式定位机构固定设置在所述锁紧液路接口一侧的载体放置平台表面上，且所述连杆式定位机构的定位端设置在所述锁紧液路接口上方；所述弹性部件一端固定设置在立柱上，另一端与所述锁紧液路接口上方相连。

所述连杆式定位机构包括把手、连接杆、压头、两支撑杆和支撑座；所述连接杆一端与所述把手的一端铰链，另一端与所述压头螺栓连接，所述把手的另一端作为所述连杆式定位机构的操作端，所述压头作为所述连杆式定位机构的定位端；两所述支撑杆上端分别与所述把手和连接杆螺栓连接，下端与所述支撑座可移动连接；所述支撑座固定设置在所述载体放置平台表面，使得所述压头位于所述锁紧液路接口上方。

所述压头表面设置有一长孔，所述连接杆的端部由所述压头表面的长孔穿出后与所述压头螺栓连接。

所述锁紧液路接口下端出口为锥形，其通径为0.79mm，下端面外径为6mm。

所述自动取胶模块包括注射器、注射器装夹、多通阀、注胶管路以及若干储液罐；所述注射器通过固定设置在立柱上的所述注射器装夹固定，所述注射器的推杆与所述直线进给模块相连，所述注射器的下端出口与所述多通阀的入口相连通；所述多通阀的出口分别与所述注胶管路和各储液罐相连通，且所述多通阀与所述电子控制系统相连，由所述电子控制系统控制切换；所述注胶管路的另一端作为所述自动取胶模块的出口与所述硬接触下压式接口的入口相连通；各所述储液罐分别用于存储清洗液和不同胶样。

所述注射器下端出口与所述多通阀连接处设置有一橡胶圈，所述橡胶圈内径1.5mm，外径6mm，高3mm，硬度为80HSD。

所述注射器的腔体内径为4.6mm，外径为6.5mm，高度为66mm，有效容积高度为56mm；推杆直径为4mm，注射器腔体配合部直径为4.6mm。

所述直线进给模块包括电机、与电机转轴一体成型的传动丝杠、支撑架、高精度支撑部件、螺帽以及两光电感应器；所述支撑架上部固定所述电机，所述支撑架下部固定所述高精度支撑部件；所述电机与所述电子控制系统相连由所述电子控制系统控制；所述传动丝杠上端与所述电机相连，下端固定在所述高精度支撑部件上，且所述传动丝杠上还穿设有所述螺帽，所述螺帽上设置有卡槽；两所述光电感应器分别设置在所述支撑架的上、下两端，用于实时检测所述螺帽的位置信号并发送到所述电子控制系统。

所述电机采用输出扭矩为0.14N.M的42步进电机。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型硬接触下压式接口通过弹性部件和连杆式定位装置的相互配合，实现锁紧液路接口与微流控载体流道口的紧密贴合和分离，同时锁紧液路接口下端的锥形设计相比人工操作提高了灌胶精度，同时保证了灌胶过程中的不漏液。2、本实用新型由于硬接触下压式接口中的储液罐采用POM材质制作，其能够实现反复灌胶不漏液不损害的特点，有效降低了操作成本。3、本发明电机采用高精度步进电机，电机的传动丝杠与电机转轴为一体成型，通过电子控制系统的控制，实现了较高的注胶精度。4、本实用新型由于注射器的腔体采用石英玻璃制成，推杆采用不锈钢，注射器腔体配合部采用陶瓷，能够有效控制形变量保证精度要求。5、本实用新型在注射器与管路入口处设置有特制橡胶圈，可以有效防止灌胶过程中的漏液现象。本实用新型可以广泛用于微流控载体的灌胶过程。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型的硬接触下压式接口结构示意图；

图3是本实用新型直线进给模块的结构示意图；

图4是本实用新型电子控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种微流控载体半自动灌胶装置，其包括用于放置尺寸在150x150um以下截面积流道口的各种微流控载体的载体放置平台1、设置在载体放置平台1上方用于为各微流控载体灌胶的硬接触下压式接口2、设置在载体放置平台1相邻立柱上、与硬接触下压式接口2相连通的自动取胶模块3、设置在自动取胶模块3上方的立柱上用于为自动取胶模块3提供动力的直线进给模块4和用于控制自动取胶模块3和直线进给模块4动作的电子控制系统5。

如图2所示，硬接触下压式接口2设置在微流控载体上方，其包括锁紧液路接口21、连杆式定位机构22和弹性部件23。锁紧液路接口21采用POM材质制作，其上端入口与自动取胶模块3的出口相连，下端出口设置在微流控载体的流道口上方；连杆式定位机构22固定设置在锁紧液路接口21一侧的载体放置平台1表面上，且连杆式定位机构22的定位端设置在锁紧液路接口21上方；弹性部件23一端固定设置在立柱上，另一端与锁紧液路接口21上方相连。

自动取胶模块3包括注射器31、注射器装夹32、多通阀33、注胶管路34以及若干储液罐35。注射器31通过固定设置在立柱上的注射器装夹32固定，注射器31的推杆与直线进给模块4相连，注射器31的下端出口与多通阀33的入口相连通；多通阀33的出口分别与注胶管路34和各储液罐35相连通，且多通阀33与电子控制系统5相连，由电子控制系统5控制切换；注胶管路34的出口与硬接触下压式接口2的入口相连通；各储液罐35分别用于存储清洗液和不同胶样。

如图3所示，直线进给模块4设置在立柱上，其包括电机41、与电机转轴一体成型的传动丝杠42、支撑架43、高精度支撑部件44、螺帽45以及两光电感应器46。其中，支撑架43上部固定设置电机41，支撑架43下部固定设置高精度支撑部件44；电机41与电子控制系统5相连由电子控制系统5控制；传动丝杠42上端与电机41相连，下端固定在高精度支撑部件44上，且传动丝杠42上还穿设有螺帽45，螺帽45上设置有用于卡接注射器31推杆的卡槽；两光电感应器46分别设置在支撑架43的上、下两端，用于实时检测螺帽45的位置信号并发送到电子控制系统5。

上述实施例中，硬接触式下压接口2中，锁紧液路接口21的下端出口为锥形，其通径为0.79mm，下端面外径为6mm。

上述各实施例中，连杆式定位机构22包括把手221、连接杆222、压头223、两支撑杆224和支撑座225。连接杆222一端与把手221的一端铰链，另一端与压头223螺栓连接，把手221的另一端作为连杆式定位机构的操作端，压头223作为连杆式定位机构的定位端；两支撑杆224上端分别与把手221和连接杆222螺栓连接，下端通过与支撑座225可移动连接；支撑座225固定设置在载体放置平台1表面，使得压头223位于锁紧液路接口21上方。为适应不同微流控载体的高度，压头223表面设置有一长孔，连接杆222的端部由压头表面的长孔穿出后与压头223螺栓连接。当微流控载体高度不同时，只需调整连接杆222在压头223表面长孔的位置即可，优选的调节范围是3～10mm。

上述各实施例中，自动取胶模块3中，注射器31与多通阀33连接处设置有一橡胶圈36，该橡胶圈内径1.5mm，外径6mm，高3mm，硬度为80HSD。注胶管路34的材质为PTFE，其内径为0.79mm，外径为2.38mm。

上述各实施例中，自动取胶模块3中，注射器31容积为1mL，注射器腔体采用石英玻璃材质制作，推杆采用316不锈钢制作，注射器腔体配合部采用陶瓷制作。

上述各实施例中，直线进给模块4中，电机41采用输出扭矩为0.14N.M的42步进电机，该步进电机的步进角为1.8°，进给1个导程需要360/1.8＝200脉冲角，经32细分后为200*32＝6400个脉冲角。

上述各实施例中，注射器尺寸由所需胶液容积、步进电机分辨率以及螺帽端丝杠导程决定，例如电机运行1500步只推出8.3uL的量，那么每10步可控制0.0553uL的定量注胶。1mL的注射器要实现每发送10个脉冲角控制在0.0553uL的精度，则需要10/0.055*1000＝180000个脉冲角。由于电机丝杠导程为2mm，推完1mL胶所需导程数为180000/6400≈28个，进而得到1mL注射器的容积高度为28*2＝56mm，内径为4.6mm。考虑到一定的工程裕度，本实用新型采用的注射器尺寸为：内径4.6mm，外径6.5mm，高度66mm，有效容积高度为56mm；推杆直径为4mm，注射器腔体配合部直径为4.6mm。

下面对本实用新型的操作方法做简单介绍，包括以下步骤：

1)将微流控载体放置在载体放置平台1上，调整硬接触下压式接口2中的锁紧液路接口21使之位于微流控载体的流道口上。

2)电子控制系统5控制自动取胶模块3中的多通阀33的阀门切换，使得注射器31通过多通阀33与其中一装有胶样的储液罐35相连通。

3)电子控制系统5控制直线进给模块4动作，电机41根据预定转速转动，使得传动丝杠42通过螺帽45拉动注射器31的推杆上行，抽取相应容量的胶(如1ml)，之后切换多通阀33，使得注射器31通过多通阀33与注胶管路34连通。

4)操作人员手动操作连杆式定位装置22，下压把手221，压头223使得锁紧液路出口21的下表面与微流控载体上表面的流道口紧密贴合。

5)电子控制系统5控制直线进给模块4动作，电机41根据预定转速转动，使得传动丝杠42通过螺帽45推动注射器31推杆下行，将注射器31内的胶样通过注胶管路34及锁紧液路接口21注入到微流控载体内。

6)注胶完毕后，操作人员上搬把手221，使得锁紧液路接口21在弹性部件23的作用下上升离开微流控载体。

7)电子控制系统5控制多通阀33切换，使得注射器31与存储有清洗液的储液罐35连通，并控制直线进给模块4动作，根据预定转速转动，使得传动丝杠42通过螺帽45拉动注射器31的推杆上行，注射器31抽取预设量的清洗液，并在预设时间内快速推出，反复多次对注射器31和多通阀33进行清洗。

8)重复步骤2)～7)，根据实验需求向微流控载体内注入其余各种胶。

在整个注胶过程中，两光电感应器46实时采集螺帽45的位置信号，用于上下超行程回零和超程保护。具体的，当电机41通电后转动带动传动丝杠42自动上行，使得螺帽45到达上部光电感应器46位置时，光电感应器46发出反馈信号到电子控制系统5，电子控制系统5发出控制信号使电机41回零停止。当电子控制系统5发出控制信号使得电机41转动带动传动丝杠42下行时，如果脉冲量设置过多不当，则在传动丝杠42上螺帽45到达下端光电感应器46位置时，下部光电感应器46发出反馈信号到电子控制系统5，电子控制系统5发出控制信号使电机41停止进行超程保护。电子控制系统5还可以控制电机41的上下行运动速度以及任意位置停止。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：其包括载体放置平台、硬接触下压式接口、设置在立柱上与所述硬接触下压式接口相连通的自动取胶模块、设置在所述自动取胶模块上方的立柱上用于为所述自动取胶模块提供动力的直线进给模块和用于控制所述自动取胶模块和直线进给模块动作的电子控制系统。

2.如权利要求1所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述硬接触下压式接口设置在微流控载体上方，其包括锁紧液路接口、连杆式定位机构和弹性部件；所述锁紧液路接口采用POM材质制作，其上端入口与所述自动取胶模块的出口相连，下端出口设置在微流控载体的流道口上方；所述连杆式定位机构固定设置在所述锁紧液路接口一侧的载体放置平台表面上，且所述连杆式定位机构的定位端设置在所述锁紧液路接口上方；所述弹性部件一端固定设置在立柱上，另一端与所述锁紧液路接口上方相连。

3.如权利要求2所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述连杆式定位机构包括把手、连接杆、压头、两支撑杆和支撑座；所述连接杆一端与所述把手的一端铰链，另一端与所述压头螺栓连接，所述把手的另一端作为所述连杆式定位机构的操作端，所述压头作为所述连杆式定位机构的定位端；两所述支撑杆上端分别与所述把手和连接杆螺栓连接，下端与所述支撑座可移动连接；所述支撑座固定设置在所述载体放置平台表面，使得所述压头位于所述锁紧液路接口上方。

4.如权利要求3所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述压头表面设置有一长孔，所述连接杆的端部由所述压头表面的长孔穿出后与所述压头螺栓连接。

5.如权利要求2所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述锁紧液路接口下端出口为锥形，其通径为0.79mm，下端面外径为6mm。

6.如权利要求1所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述自动取胶模块包括注射器、注射器装夹、多通阀、注胶管路以及若干储液罐；所述注射器通过固定设置在立柱上的所述注射器装夹固定，所述注射器的推杆与所述直线进给模块相连，所述注射器的下端出口与所述多通阀的入口相连通；所述多通阀的出口分别与所述注胶管路和各储液罐相连通，且所述多通阀与所述电子控制系统相连，由所述电子控制系统控制切换；所述注胶管路的另一端作为所述自动取胶模块的出口与所述硬接触下压式接口的入口相连通；各所述储液罐分别用于存储清洗液和不同胶样。

7.如权利要求6所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述注射器下端出口与所述多通阀连接处设置有一橡胶圈，所述橡胶圈内径1.5mm，外径6mm，高3mm，硬度为80HSD。

8.如权利要求6所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述注射器的腔体内径为4.6mm，外径为6.5mm，高度为66mm，有效容积高度为56mm；推杆直径为4mm，注射器腔体配合部直径为4.6mm。

9.如权利要求1所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述直线进给模块包括电机、与电机转轴一体成型的传动丝杠、支撑架、高精度支撑部件、螺帽以及两光电感应器；所述支撑架上部固定所述电机，所述支撑架下部固定所述高精度支撑部件；所述电机与所述电子控制系统相连由所述电子控制系统控制；所述传动丝杠上端与所述电机相连，下端固定在所述高精度支撑部件上，且所述传动丝杠上还穿设有所述螺帽，所述螺帽上设置有卡槽；两所述光电感应器分别设置在所述支撑架的上、下两端，用于实时检测所述螺帽的位置信号并发送到所述电子控制系统。

10.如权利要求9所述的一种微流控载体半自动灌胶装置，其特征在于：所述电机采用输出扭矩为0.14N.M的42步进电机。