CN211303111U

CN211303111U - 一种微流控芯片用加液及进样装置

Info

Publication number: CN211303111U
Application number: CN201921733303.9U
Authority: CN
Inventors: 李昭; 杜喆; 胡志刚; 薛云; 祖向阳; 贺子骁
Original assignee: Shaanxi Youbote Biotechnology Co ltd
Current assignee: Henan youbote Biotechnology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2029-10-16

Abstract

本实用新型涉及微流控技术领域，具体的说是一种微流控芯片用加液及进样装置。包括工作台以及设置在工作台上的芯片夹持机构、加液机构、进样机构和驱动机构；驱动机构包括可转动设置在工作台上的转轴和用于驱动转轴转动的步进电机，在转轴上固定设有凸轮和拨杆，凸轮用于随转轴转动而下压升降座板，拨杆用于随转轴转动而下压压头，凸轮和拨杆交错分布，且凸轮上用于与升降座板配合的位置具有一段与转轴中心同心分布的同心弧段，以使拨杆随转轴转动下压压头过的程中，通过同心弧段与升降座板之间的滑动配合以控制升降座板的高度维持不变。本实用新型结构简单、可靠性高，保证微流控检测的有效、高效进行。

Description

一种微流控芯片用加液及进样装置

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，具体的说是一种微流控芯片用加液及进样装置。

背景技术

微流控芯片是将生物、化学实验过程微缩到几厘米的芯片上来进行自动化实验与分析的新技术。微流控技术实现自动化检测的关键为加样及进液的自动化。现有微流控芯片用加样及进液装置多为手动操作，如专利201620763359.9公开了一种微流控芯片进液夹具，采用手动夹持进液，不能适应微流控检测自动化设备的要求。且现有微流控的加样及进液系统结构、以及操作复杂，加样及进液的稳定性以及精度差。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种微流控芯片用加液及进样装置，结构简单、可靠性高，保证微流控检测的有效、高效进行。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种微流控芯片用加液及进样装置，包括工作台以及设置在工作台上的芯片夹持机构、加液机构、进样机构和驱动机构；

加液机构包括垂直固定在工作台上并分别位于芯片夹持机构两侧的两根滑柱、端部分别滑动设置在两根滑柱上的升降座板以及配合安装在升降座板上的多个加液接头；滑柱上套设有供升降座板复位的第一复位弹簧，加液接头插接在沿竖直方向贯穿开设于升降座板上的装配孔中，加液接头的上端通过软管与试剂泵相连，加液接头的下端穿出升降座板的下沿并与芯片上的加液口上下对应，加液接头位于装配孔中的部分套设有第二复位弹簧，第二复位弹簧的两端分别与设置在升降座板上的第一凸起和设置在加液接头上的第二凸起接触配合；

进样机构包括可拆卸连接在芯片的进样口上的进样器、固定设置在工作台上并位于芯片夹持机构上方的固定座板以及沿竖直方向滑动配合安装在固定座板上的压头，进样器包括用于与进样口连接的进样管和滑动设置在进样管中并可将进样管中的试样推入进样口中的推进杆，在固定座板上设有供压头滑动配合的装配槽，压头的下端由开设于装配槽底部位置的第一穿孔中伸出并可与推进杆的顶部接触配合，压头位于装配槽中的部分套设有第三复位弹簧，第三复位弹簧的两端分别与设置在压头顶部的第三凸起和装配槽底部的上沿接触配合；

驱动机构包括可转动设置在工作台上的转轴和用于驱动转轴转动的步进电机，在转轴上固定设有凸轮和拨杆，凸轮用于随转轴转动而下压升降座板，拨杆用于随转轴转动而下压压头，凸轮和拨杆交错分布，且凸轮上用于与升降座板配合的位置具有一段与转轴中心同心分布的同心弧段，以使拨杆随转轴转动下压压头过的程中，通过同心弧段与升降座板之间的滑动配合以控制升降座板的高度维持不变。

优选的，升降座板、固定座板以及转轴相互平行间隔分布。

优选的，转轴上对应升降座板两端的位置分别固定设有两个同向的凸轮。

优选的，在升降座板的上沿固定设有盖板，在盖板上对应任意一个装配孔的位置均对应开设有供加液接头的上端穿出的第二穿孔，且盖板位于第二穿孔周围的部分形成供第二复位弹簧上端接触配合的第一凸起。

优选的，在工作台上位于芯片夹持机构的两侧分别设有供固定座板连接的立柱和供转轴的两端转动配合的轴座。

优选的，装配槽的槽壁上开设有供拨杆伸入装配槽中以与压头顶部接触配合的条状缺口。

优选的，芯片夹持机构包括间隔固定在工作台上的L形限位板和弹簧卡座。

优选的，在推进杆的下端设有与进样管内壁密封配合的密封圈。

优选的，加液接头和进样管的下端均为锥形。

有益效果

本实用新型中的加液及头和进样器由同一根转轴配合步进电机的驱动，可实现试剂和试样的精确添加。控制加液接头与芯片对接的凸轮和控制进样器推送试样的拨杆在转轴上交错设置，即可控制加液和进样分步骤进行。同时，凸轮上具有与转轴同心的同心弧段，保证了在转轴转动以通过拨杆下压压头的进样过程中，多个加液接头的高度位置始终与升降座板一致不变，并与芯片上的加液口正常配合，可由试剂泵正常向芯片中供应加液，加液量由试剂泵控制，进样量由步进电机驱动转轴转动的角度控制，使得加液和进样过程互不干涉，且具有结构简单、可靠性高、易于自动检测、适用范围广的特点。

附图说明

图1为本实用新型在使用状态下的立体结构示意图；

图2为图1中去除了芯片后的结构示意图；

图3为本实用新型中的进样器与芯片配合安装状态下的立体结构示意图；

图4为本实用新型中的进样器的结构示意图；

图5为本实用新型中的加液接头与芯片之间的配合示意图；

图6为本实用新型中的进样器与芯片之间的配合示意图；

图中标记：1、升降座板，101、装配孔，2、盖板，3、加液接头，4、拨杆，5、转轴，6、凸轮，601、同心弧段，7、滑柱，8、第一复位弹簧，9、轴座，10、带轮，11、固定座板，12、立柱，13、压头，14、第三复位弹簧，15、装配槽，16、弹簧卡座，17、进样器，1701、推进杆，1702、密封圈，1703、进样管，18、芯片，1801、定位缺口，1802、加液口，1803、进样口，19、工作台，20、L形限位板，21、第一凸起，22、第二复位弹簧，23、第二凸起，24、第三凸起。

具体实施方式

如图1及图2所示，本实用新型的一种微流控芯片用加液及进样装置，包括工作台19以及设置在工作台19上的芯片夹持机构、加液机构、进样机构和驱动机构。芯片18通过芯片夹持机构定位固定在工作台19的台面上，在驱动机构的驱动作用下，由加液机构和进样机构顺次向芯片18中注入试剂和试样。试剂和试样注入精确稳定，且互不干涉，便于操作。

芯片夹持机构包括间隔固定在工作台19的台面上的L形限位板20和弹簧卡座16。L形限位板20和弹簧卡座16相互平行间隔分布。如图3所示，在芯片18的远端设置有定位缺口1801，在芯片18插入L形限位板20和弹簧卡座16的过程中，该定位缺口1801与弹簧卡座16配合，实现一次推入芯片18定位，二次推入芯片18弹出的功能。该弹簧卡座16与现有技术中的SD卡定位固定机构相同，在此不做赘述。

加液机构主要包括可升降设置在芯片夹持机构上方的升降座板1和设置在升降座板1上的多个加液接头3。

升降座板1为长条状，其两端分别滑动配合安装在垂直固定于工作台19上并位于芯片夹持机构两侧的两根滑柱7上。滑柱7上位于升降座板1以上的部分由螺母锁紧，位于升降座板1以下的部分套设有第一复位弹簧8。第一复位弹簧8的作用在于，当升降座板1在外力作用下降低至一定高度且外力作用消失后，可通过第一复位弹簧8所积蓄的弹性势能将升降座板1顶起至起始高度。

多个加液接头3分别对应插接在沿升降座板1长度方向分布的多个装配孔101中。如图5所示，装配孔101沿竖直方向贯穿升降座板1的厚度设置，其形状为上大下小的台阶孔。加液接头3的上端通过软管与试剂泵相连（软管和试剂泵在图中均为示出），加液接头3的下端穿过装配孔101中的销孔后与定位固定在芯片夹持机构中的芯片18上的加液口1802上下对应。加液接头3位于装配孔101中的大孔中的部分套设有第二复位弹簧22。第二复位弹簧22的两端分别与设置在升降座板1上的第一凸起21和设置在加液接头3上的第二凸起23接触配合。本实施例中，在升降座板1的上沿对应固定有一块条形的盖板2，盖板2的两端分别通过螺钉与升降座板1固定。在盖板2上降额开设有多个与装配孔101位置相对应，并供加液接头3露出以通过软管与试剂泵相连的第一穿孔。第一穿孔的孔径小于装配孔101大孔部分的孔径，以使盖板2上位于第一穿孔的部分形成第一凸起21。

当加液接头3在驱动机构的作用下向下运动时，加液接头3与芯片18接触，升降座板1继续向下运动一定距离，第二复位弹簧22压缩，加液接头3下端与芯片18上的加液口1802紧密压合，实现密封。加液接头3下端设置有一定锥度，芯片18上的加液口1802设置有倒角，便于加液接头3对中和密封。加液接头3数量可根据微流控芯片18检测需求（即微流控芯片18上加液孔数量）进行调节。

进样机构包括用于采集试样并注入芯片18中的进样器17和用于均匀、稳定、精确的控制进样器17完成向芯片18中进样的压头13。

结合图3所示，进样器17为注射器状，包括用于与进样口1803连接的进样管1803和滑动设置在进样管1803中并可将进样管1803中的试样推入进样口1803中的推进杆1701。在推进杆1701下端的外周设有环形槽，环形槽中配合安装有密封圈1702。

结合图5所示，压头13可沿竖直方向滑动设置在固定于芯片夹持机构上方位置的条状固定座板11上。固定座板11的两端分别通过立柱12固定在工作台19上，固定座板11的中部位置设有供压头13滑动的装配槽15。压头13的下端由开设于装配槽15底部位置的第一穿孔中伸出，并可与插装在芯片夹持机构中的芯片18上的进样器17的推进杆1701的顶部接触配合。压头13位于装配槽15中的部分套设有第三复位弹簧14，第三复位弹簧14的两端分别与设置在压头13顶部的第三凸起24和装配槽15底部的上沿接触配合。

驱动机构包括可转动设置在工作台19上的转轴5、用于驱动转轴5转动的步进电机以及固定在转轴5上的凸轮6和拨杆4。在工作台19上固定设有两个分别供转轴5的端部转动配合的轴座9。转轴5的一端固定设有带轮10，并由带轮10通过传动皮带由步进电机驱动转动（步进电机在图中未显示）。其中的凸轮6为两个，两个相同且同向固定在转轴5的两端位置，用于随转轴5转动而下压升降座板1，使升降座板1上的加液接头3与芯片18上的加液口1802对接；拨杆4的数量为一个并固定在转轴5的中部，拨杆4用于随转轴5转动而下压压头13，从而使压头13下压进样器17的推进杆1701，将进样器17的进样管1803中的试样注入到芯片18的进样口1803中。

由于上述加液和进样过程均通过转轴5的转动驱动实现，为了避免相互干涉，本实用新型中的凸轮6和拨杆4交错分布。使得随转轴5转动过程中，凸轮6首先与升降座板1相接触，使升降座板1随凸轮6的持续转动而下降，从而使加液接头3的下端与加液口1802完成对接。对接后随着转轴5的持续转动，拨杆4再与压头13接触，使压头13随拨杆4的持续转动而下降，完成进样。同时，为了避免在进样过程中，升降座板1也持续下降，使得加液接头3与对接口过度接触甚至导致加液接头3折损，本实用新型中的凸轮6上用于与升降座板1配合的位置具有一段与转轴5中心同心分布的同心弧段601。当同心弧段601与升降座板1接触后，即使转轴5及凸轮6持续转动，升降座板1的高度也始终保持不变，从而使加液接头3的下端不因过度接触产生折损。

本实用新型的在微流控实验中的应用过程如下：

进样器17采集完待测试样后，插入到芯片18上，随芯片18一同插入芯片夹持机构中。芯片18定位后，带轮10由步进电机带动，带动转轴5转动，转轴5转动控制分三个阶段：

（1）步进电机一次启动（加液），转轴5由初始位置转动一定角度，带动凸轮6与升降座板1接触，升降座板1下压一定距离使加液接头3与芯片18上的加液口1802紧密接触。加液接头3另一端与试剂泵相连，可按检测流程要求依次泵入各试剂。

（2）控制电机二次启动（加样），转轴5继续转动一定角度，使拨杆4与压头13接触并做下压运动，压头13下方有固定于芯片18上的进样器17，压头13推动进样器17完成样品注入。此时，受凸轮6上的同心弧段601控制，使转轴5在一定范围内转动时升降座板1下压距离保持不变。为保证下压运动稳定，压头13内设置有第三复位弹簧14。

（3）步进电机三次启动做反转运动（复位），使拨杆4与压头13、凸轮6与升降座板1依次脱离接触，升降座板1、加液接头3以及压头13分别在第一复位弹簧8、第二复位弹簧22以及第三复位弹簧14的作用下回到初始位置。

Claims

1.一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：包括工作台（19）以及设置在工作台（19）上的芯片夹持机构、加液机构、进样机构和驱动机构；

加液机构包括垂直固定在工作台（19）上并分别位于芯片夹持机构两侧的两根滑柱（7）、端部分别滑动设置在两根滑柱（7）上的升降座板（1）以及配合安装在升降座板（1）上的多个加液接头（3）；滑柱（7）上套设有供升降座板（1）复位的第一复位弹簧（8），加液接头（3）插接在沿竖直方向贯穿开设于升降座板（1）上的装配孔（101）中，加液接头（3）的上端通过软管与试剂泵相连，加液接头（3）的下端穿出升降座板（1）的下沿并与芯片（18）上的加液口（1802）上下对应，加液接头（3）位于装配孔（101）中的部分套设有第二复位弹簧（22），第二复位弹簧（22）的两端分别与设置在升降座板（1）上的第一凸起（21）和设置在加液接头（3）上的第二凸起（23）接触配合；

进样机构包括可拆卸连接在芯片（18）的进样口（1803）上的进样器（17）、固定设置在工作台（19）上并位于芯片夹持机构上方的固定座板（11）以及沿竖直方向滑动配合安装在固定座板（11）上的压头（13），进样器（17）包括用于与进样口（1803）连接的进样管（1703）和滑动设置在进样管（1703）中并可将进样管（1703）中的试样推入进样口（1803）中的推进杆（1701），在固定座板（11）上设有供压头（13）滑动配合的装配槽（15），压头（13）的下端由开设于装配槽（15）底部位置的第一穿孔中伸出并可与推进杆（1701）的顶部接触配合，压头（13）位于装配槽（15）中的部分套设有第三复位弹簧（14），第三复位弹簧（14）的两端分别与设置在压头（13）顶部的第三凸起（24）和装配槽（15）底部的上沿接触配合；

驱动机构包括可转动设置在工作台（19）上的转轴（5）和用于驱动转轴（5）转动的步进电机，在转轴（5）上固定设有凸轮（6）和拨杆（4），凸轮（6）用于随转轴（5）转动而下压升降座板（1），拨杆（4）用于随转轴（5）转动而下压压头（13），凸轮（6）和拨杆（4）交错分布，且凸轮（6）上用于与升降座板（1）配合的位置具有一段与转轴（5）中心同心分布的同心弧段（601），以使拨杆（4）随转轴（5）转动下压压头（13）过的程中，通过同心弧段（601）与升降座板（1）之间的滑动配合以控制升降座板（1）的高度维持不变。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：升降座板（1）、固定座板（11）以及转轴（5）相互平行间隔分布。

3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：转轴（5）上对应升降座板（1）两端的位置分别固定设有两个同向的凸轮（6）。

4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：在升降座板（1）的上沿固定设有盖板（2），在盖板（2）上对应任意一个装配孔（101）的位置均对应开设有供加液接头（3）的上端穿出的第二穿孔，且盖板（2）位于第二穿孔周围的部分形成供第二复位弹簧（22）上端接触配合的第一凸起（21）。

5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：在工作台（19）上位于芯片夹持机构的两侧分别设有供固定座板（11）连接的立柱（12）和供转轴（5）的两端转动配合的轴座（9）。

6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：装配槽（15）的槽壁上开设有供拨杆（4）伸入装配槽（15）中以与压头（13）顶部接触配合的条状缺口。

7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：芯片夹持机构包括间隔固定在工作台（19）上的L形限位板（20）和弹簧卡座（16）。

8.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：在推进杆（1701）的下端设有与进样管（1703）内壁密封配合的密封圈（1702）。

9.根据权利要求1所述的一种微流控芯片用加液及进样装置，其特征在于：加液接头（3）和进样管（1703）的下端均为锥形。