CN219849669U - 双“t”型定量取样微流控芯片和应用于该芯片的夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微流控技术领域，具体为双“T”型定量取样微流控芯片和应用于该芯片的夹具，包括定量通道，定量通道上设置进液通道，出液通道，进样通道和出样通道，定量通道与进液通道和出液通道连通，或者定量通道与进样通道和出样通道连通，定量通道通过选择与进液通道和出液通道连通或者选择与进样通道和出样通道连通，实现进样存储和定量取样功能的转换，本实用新型结构简单，使用便利，配合外部的驱动泵，微流控芯片上仅设置一条流通切换通道，使用时，通过改变驱动泵的压差，即可实现微流控芯片在进样存储状态和定量取样状态之间转换，精确量取定量的待测样液，降低微流控芯片的布局难度和工艺加工难度。

Description

双“T”型定量取样微流控芯片和应用于该芯片的夹具

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，具体为一种双“T”型定量取样微流控芯片和应用于该芯片的夹具。

背景技术

微流控芯片是当前微全分析系统发展的热点领域，微流控芯片的目标是把整个化验室的功能,包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上,且可以多次使用。

微流控芯片在进样时，需要配合六通阀及定量环进行定量取样，六通阀进样器即是高效液相色谱系统中理想的进样器，它是由圆形密封垫和固定底座组成。六通阀进样器的工作原理：手柄位于取样位置时，样品经微量进样针从进样孔注射进定量环，定量环充满后，多余样品从放空孔排出；将手柄转动至进样位置时，阀与液相流路接通，由泵输送的流动相冲洗定量环，推动样品进入液相分析柱进行分析。

现有进样方案虽然能够实现高精度的样液测量，使用也较为方便，但是仍存在问题：六通阀进样器结构复杂，体量过大，不易于集成在微流控系统中，不利于微流控系统的微型化、便携化与自动化。

另外，对于微流控芯片的使用过程，一个重要的环节就是宏观流体和微观流体的接口技术，即如何将宏观流体注入到微观的芯片管路中去。传统方法就是通过钢针连接外置进样管路，但这种方法耐压性差，钢针插入芯片时容易破损芯片入口，而且操作过程复杂容易引入杂质。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供双“T”型定量取样微流控芯片和夹具，以解决上述背景技术中提出的现有定量取样设备结构复杂，成本高昂，不便于小型化和集成化，以及进样时钢针插入时破坏芯片入口的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种双“T”型定量取样微流控芯片，包括定量通道，还包括与定量通道连通的进液通道，出液通道，进样通道和出样通道，通过调控出液通道或出样通道的压差实现：定量通道的进口端与进液通道连通，所述定量通道的出口端与出液通道连通，此时微流控芯片为进液状态，进样通道和出样通道关闭；或者所述定量通道的进口端与进样通道连通，所述定量通道的出口端与出样通道连通，此时微流控芯片为取样状态，定量通道用作定量出样通道，进液通道和出液通道关闭。

进一步地，所述进样通道和出样通道设置在定量通道相对的两端，所述进液通道和出液通道设置在定量通道的侧壁上，所述进液通道和出液通道均与定量通道连通；

所述进液通道的进口端为进液口，所述出液通道的出口端为出液口，所述进样通道的进口端为进样口，所述出样通道的出口端为出样口。

进一步地，所述进液通道和出液通道分别位于定量通道的两侧，所述进液通道与定量通道呈“T”型，所述出液通道与定量通道呈倒“T”型。

进一步地，所述进液通道和出液通道均与定量通道垂直设置。

进一步地，所述双“T”型定量取样微流控芯片包括自上而下依次设置的盖板层、沟槽层和基底层，所述定量通道、进液通道、出液通道和进样通道均为设置在沟槽层上的液体流通槽与盖板层之间的空腔，所述盖板层键合在沟槽层上，所述进液口、出液口、进样口和出样口均开设在基底层上，所述进液口与定量通道通过进液通道连通，所述出液口与定量通道通过出液通道连通，所述进样口与定量通道通过进样通道连通，所述出样口与定量通道通过出样通道连通。

另外，本实用新型还提供一种应用于所述的双“T”型定量取样微流控芯片的夹具，包括夹具盒体、夹具底座和夹具上盖，所述夹具盒体内部开设容置腔，所述夹具底座放置在夹具盒体的容置腔内，所述夹具底座上放置微流控芯片，所述夹具上盖盖合在夹具盒体上，所述夹具上盖抵接在微流控芯片的表面。

进一步地，所述夹具底座内开设有与微流控芯片连通的液体流道，所述夹具底座的上表面设置有与液体流道连通的四个接口，所述液体流道通过四个接口分别与微流控芯片的进液口、出液口、进样口和出样口连通，所述夹具底座接口设置的位置及大小与所述微流控芯片的进液口、出液口、进样口和出样口的位置相对应，且大小一致，所述接口处均设置密封垫圈；所述液体流道的另一端与外部储液设备或驱动泵连通。

进一步地，所述夹具上盖开设观察窗，所述观察窗设置在夹具底座的正上方，所述观察窗的边缘设置缓冲垫圈。

进一步地，所述夹具底座与夹具盒体之间可拆卸连接，所述夹具盒体的底部开设用于将夹具底座拿出的助力孔；所述夹具盒体的侧壁开设用于将夹具底座内的液体流道与外部连通的连通孔；所述夹具盒体的边缘设置用于拿取微流控芯片的弧形槽。

进一步地，所述夹具上盖与夹具盒体的一侧通过铰接座铰接，所述夹具上盖与夹具盒体相对于铰接座的另一侧设置按压开关，所述按压开关包括按压锁扣和锁舌，所述按压锁扣设置在夹具底座上，所述按压锁舌设置在夹具上盖上，所述按压锁扣和按压锁舌相对设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型结构简单，使用便利，定量取样微流控芯片上仅设置一条流通切换通道，即定量通道即可用作进样存储通道，又可以用作定量出样通道，使用时，配合外部的驱动泵，通过改变外部驱动泵的压力，即可实现调控微流控芯片上出液通道和出样通道的压力差，使得定量通道选择与进液通道和出液通道连通或者选择与进样通道和出样通道连通，实现定量通道的进样存储和定量出样功能的转换，进而使得微流控芯片在进液状态和取样状态之间转换，精确量取定量的待测样液，降低微流控芯片的布局难度和工艺加工难度。

(2)本实用新型提供一种应用于双“T”型定量取样微流控芯片的夹具，与本实用新型微流控芯片尺寸适应，夹具能够与微流控芯片严密卡接和密封，避免钢针直接插入微流控芯片时损坏芯片入口和引入杂质的问题，另外设置拿取微流控芯片的弧形槽，方便微流控芯片的拿取；设置与微流控芯片严密抵接的夹具上盖，并且夹具上盖与夹具盒体可拆卸连接，便于开合；设置观察窗便于观察是否进行状态的切换；夹具盒体的侧部开设用于将液体流道与外部储液设备或驱动泵连通的连通孔，便于微流控芯片与外部储液设备和取样设备连通。

附图说明

图1为本实用新型的双“T”型定量取样微流控芯片的爆炸示意图；

图2为本实用新型的双“T”型定量取样微流控芯片的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的夹具的立体结构示意图；

图4为本实用新型夹具底座的立体结构透视图；

图5为本实用新型夹具底座的俯视结构示意图；

图6为本实用新型的使用状态参考图；

图中：1、双“T”型定量取样微流控芯片；11、盖板层、12、沟槽层；121、定量通道；122、进液通道；123、出液通道；124、进样通道；125、出样通道；13、基底层；131、进液口；132、出液口；133、进样口；134、出样口；2、夹具；21、夹具盒体；211、按压锁扣；212、助力孔；213、连通孔；214、弧形槽；22、夹具底座；23、夹具上盖；231、观察窗；232、按压锁舌；3、驱动泵；4、导管；5、反应池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种双“T”型定量取样微流控芯片，如图1中所示，本双“T”型定量取样微流控芯片1包括自上而下依次设置的盖板层11、沟槽层12和基底层13，盖板层11、沟槽层12和基底层13采用热压键合法结合，沟槽层12上设置液体流通槽，盖板层11键合在沟槽层12上，盖板层11与沟槽层12之间的空腔分别设置为定量通道121、进液通道122、出液通道123、进样通道124和出样通道125，通过调控出液通道123或出样通道125与其他通道的压差实现定量通道121与进液通道122和出液通道123连通，或者定量通道121与进样通道124和出样通道125连通，定量通道121通过选择与进液通道122和出液通道123连通或者选择与进样通道124和出样通道125连通，实现定量通道121的进样存储和定量出样功能的转换，进而使得微流控芯片在进液状态和取样状态之间转换。

如图2所示，定量通道121的两端分别为进口端和出口端，进样通道124和出样通道125设置在定量通道121相对的两端，进液通道122和出液通道123分别设置在定量通道121的两侧，进液通道122和出液通道123均与定量通道121连通，进液通道122和出液通道123均与定量通道121垂直设置，进液通道122与定量通道121呈“T”型，出液通道123与定量通道121呈倒“T”型，本领域人员根据常理可知，进液通道122和出液通道123也可以位于定量通道121的同一侧，进液通道122和出液通道123与定量通道121的侧壁也可以呈一定的角度倾斜设置，在本实施例中，优选为进液通道122和出液通道123分别设置在定量通道121的两侧，进液通道122和出液通道123均与定量通道121垂直设置的布局方式，垂直设置有利于减少通道的长度，减少通道压力和样液残留，并且便于冲洗，为最优的布局方式，并且将进液通道122和出液通道123分别设置在定量通道121的两侧，有利于外部设备或驱动泵的合理分布及布局，防止误操作；进液通道122的进口端为进液口131，出液通道123的出口端为出液口132，进样通道124的进口端为进样口133，出样通道125的出口端为出样口134，进液口131、出液口132、进样口133和出样口134均开设在基底层13上，进液口131与定量通道121通过进液通道122连通，出液口132与定量通道121通过出液通道123连通，进样口133与定量通道121通过进样通道124连通，出样口134与定量通道121通过出样通道125连通。

本实施例的工作原理：当定量通道121的进口端与进液通道122连通，定量通道121的出口端与出液通道123连通，此时进样通道124和出样通道125关闭不导通，此时微流控芯片为进液状态，定量通道121用作进样存储通道；定量通道121的进口端与进样通道124连通，定量通道121的出口端与出样通道125连通，此时进液通道122和出液通道123关闭不导通，此时微流控芯片为取样状态，定量通道121用作定量出样通道。

使用时，请参阅图6，进液通道122的进液口131与外部储液设备连通，出样通道125的出样口134与外部取样设备连通，在进液口131利用驱动泵提供正压，在出液通道123的出液口132利用驱动泵提供负压，在进样通道124的进样口133和出样通道125的出样口134利用驱动泵提供正压，利用出液通道123与其他进液通道122、进样通道124和出样通道125之间的压力差，使得待测样液经由进液通道122的进液口131进入微流控芯片，定量通道121用作进样存储通道，当出液通道123中有液体进入时，说明定量通道121中充满待测样液，此时微流控芯片为进样存储状态；之后，在进液口131利用驱动泵提供正压，在出液通道123的出液口132利用驱动泵提供正压，在进样通道124的进样口133利用驱动泵提供正压，在出样通道125的出样口134利用驱动泵提供负压，利用出样通道125与其他进液通道122、出液通道123和进样通道124之间的压力差，使得待测样液从定量通道121中经由出样通道125的出样口134流出微流控芯片，定量量取的待测样液进入反应池5进行反应(或者进入其他取样设备)，此时，定量通道121用作定量出样通道。

本实用新型结构简单，配合外部的驱动泵3，微流控芯片上仅设置一条定量通道作为流通切换通道，即定量通道即可用作进样存储通道，又可以用作定量出样通道，使用时，通过改变驱动泵3提供给进液口131、出液口132、进样口133和出样口134处的压力，即可实现调控微流控芯片上出液通道与其他通道的压力差(或者出样通道与其他通道的压力差)，即可定量通道的进样存储和定量出样功能的转换，进而实现微流控芯片在进样存储状态和定量取样状态之间转换，精确量取定量的待测样液，降低微流控芯片的布局难度和工艺加工难度，便于小型化和集成化。

盖板层11、沟槽层12和基底层13均为有机聚合物材料，优选为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质，其具有坚韧，质硬，价格适中且易于机械加工的特性，特别是其优良的生物兼容性，对生物细胞没有污染性，而且材质透明易于观察；但其耐刮痕性较差，使用时容易被传统钢针破坏其接口。

针对上述的双“T”型定量取样微流控芯片1，为避免使用时损坏微流控芯片接口，本实用新型还提供一种应用于双“T”型定量取样微流控芯片的夹具2，请结合图3-5所示，夹具2包括夹具盒体21、夹具底座22和夹具上盖23，夹具盒体21内部开设用于容纳芯片的容置腔，容置腔的大小与微流控芯片的大小相一致，夹具底座22放置在夹具盒体21的容置腔内，微流控芯片放置在夹具底座22上，夹具盒体21能够与微流控芯片严密卡接和密封，不致使得微流控芯片在夹具盒体21内进行晃动；夹具盒体21的边缘设置用于便于拿取微流控芯片的弧形槽214，进一步的优化，弧形槽214设置为两个，两个弧形槽214相对地设置在夹具盒体21的边缘，方便从微流控芯片的侧部进行夹取，装载和位置调整。

夹具上盖23盖合在夹具盒体21上，夹具上盖23抵接在微流控芯片的表面，夹具上盖23开设观察窗231，观察窗231设置在夹具底座22的上方，用于观察微流控芯片上进液或出液的状态，判断是否进行进液状态或者取样状态的切换，观察窗231的外沿设置缓冲垫圈，增加缓冲，防止夹具上盖23盖合抵紧过程中对微流控芯片造成损坏；

夹具上盖23与夹具盒体21的一侧通过铰接座铰接，夹具上盖23与夹具盒体21相对于铰接座的另一侧设置按压开关，按压开关包括按压锁扣211和按压锁舌232，按压锁扣211设置在夹具底座22上，按压锁舌232设置在夹具上盖23上，按压锁扣211和按压锁舌232相对设置，按压锁扣211和按压锁舌232便于夹具上盖23的开合。

夹具底座22与夹具盒体21之间可拆卸，夹具底座22的外轮廓尺寸与夹具盒体21的容置腔的长度及宽度相等，夹具底座22恰好嵌合在夹具盒体21的容置腔内，夹具底座22的高度比夹具盒体21的容置腔稍矮，夹具底座22放入夹具盒体21的容置腔内时，夹具底座22的上表面与夹具盒体21的高度差刚好为芯片的厚度，夹具底座22内设置有与微流控芯片连通的液体流道，液体流道一端延伸至夹具底座22的上表面，夹具底座22上表面设置与液体流道连通的四个接口，液体流道通过四个接口分别与微流控芯片的进液口131、出液口132、进样口133和出样口134连通，接口设置的位置及大小与芯片的进液口131、出液口132、进样口133和出样口134的位置相对应，且大小一致，接口处均设置密封垫圈，密封垫圈可以保证液体流通时的密封性，防止漏液，同时可以增加缓冲，防止盖合过程中夹具底座对微流控芯片造成损坏；液体流道的另一端与外部储液设备或驱动泵3连通；夹具盒体21的底部开设用于助力将夹具底座22拿出的助力孔212，使用时，在助力孔212处给夹具底座施以向上的力，便于将夹具底座从夹具盒体中拿出；夹具盒体21的侧部开设用于将液体流道与外部储液设备或驱动泵3连通的连通孔213，便于微流控芯片与外部设备连通。

驱动泵3均优选为兰格微型柱塞泵，型号为MP500-2L-A1C2000或MP250-2L-A1C2000，通过导管4和钢针与夹具底座22连接，避免钢针直接插入微流控芯片时损坏芯片入口和引入杂质的问题；导管优选PTFE管(聚四氟乙烯管)，兰格微型柱塞泵适合高精度高稳定性微流体进样，通过精密传动设计、超高精度的零部件加工，并采用高可靠性的光电传感器进行零位标定，满行程准确度高，实现高精度地微量流体传输，能够确保分析结果，并能够减少样品和试剂的消耗，节约成本；为方便驱动泵的控制，配置柱塞泵控制器，调控各个通道的压力，控制器优选USBCNC Controller控制板(工业标准四轴CNC控制器)同时控制四个驱动泵联动工作。

Claims (10)

1.一种双“T”型定量取样微流控芯片，其特征在于：包括定量通道(121)，还包括与定量通道(121)连通的进液通道(122)，出液通道(123)，进样通道(124)和出样通道(125)，通过调控出液通道(123)或出样通道(125)的压差实现：定量通道(121)的进口端与进液通道(122)连通，所述定量通道(121)的出口端与出液通道(123)连通，此时微流控芯片为进液状态，定量通道(121)用作进样存储通道，进样通道(124)和出样通道(125)关闭；或者所述定量通道(121)的进口端与进样通道(124)连通，所述定量通道(121)的出口端与出样通道(125)连通，此时微流控芯片为取样状态，定量通道(121)用作定量出样通道，进液通道(122)和出液通道(123)关闭。

2.根据权利要求1所述的双“T”型定量取样微流控芯片，其特征在于：所述进样通道(124)和出样通道(125)设置在定量通道(121)相对的两端，所述进液通道(122)和出液通道(123)设置在定量通道(121)的侧壁上，所述进液通道(122)和出液通道(123)均与定量通道(121)连通；

所述进液通道(122)的进口端为进液口(131)，所述出液通道(123)的出口端为出液口(132)，所述进样通道(124)的进口端为进样口(133)，所述出样通道(125)的出口端为出样口(134)。

3.根据权利要求2所述的双“T”型定量取样微流控芯片，其特征在于：所述进液通道(122)和出液通道(123)分别位于定量通道(121)的两侧，所述进液通道(122)与定量通道(121)呈“T”型，所述出液通道(123)与定量通道(121)呈倒“T”型。

4.根据权利要求3所述的双“T”型定量取样微流控芯片，其特征在于：所述进液通道(122)和出液通道(123)均与定量通道(121)垂直设置。

5.根据权利要求4所述的双“T”型定量取样微流控芯片，其特征在于：所述双“T”型定量取样微流控芯片包括自上而下依次设置的盖板层(11)、沟槽层(12)和基底层(13)，所述定量通道(121)、进液通道(122)、出液通道(123)和进样通道(124)均为设置在沟槽层(12)上的液体流通槽与盖板层(11)之间的空腔，所述盖板层(11)键合在沟槽层(12)上，所述进液口(131)、出液口(132)、进样口(133)和出样口(134)均开设在基底层(13)上，所述进液口(131)与定量通道(121)通过进液通道(122)连通，所述出液口(132)与定量通道(121)通过出液通道(123)连通，所述进样口(133)与定量通道(121)通过进样通道(124)连通，所述出样口(134)与定量通道(121)通过出样通道(125)连通。

6.一种微流控芯片夹具，其特征在于：包括夹具盒体(21)、夹具底座(22)和夹具上盖(23)，所述夹具盒体(21)内部开设容置腔，所述夹具底座(22)放置在夹具盒体(21)的容置腔内，所述夹具底座(22)上放置如权利要求5所述的双“T”型定量取样微流控芯片，所述夹具上盖(23)盖合在夹具盒体(21)上，所述夹具上盖(23)抵接在微流控芯片的表面。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片夹具，其特征在于：所述夹具底座(22)内开设有与微流控芯片连通的液体流道，所述夹具底座(22)的上表面设置有与液体流道连通的四个接口，所述液体流道通过四个接口分别与微流控芯片的进液口(131)、出液口(132)、进样口(133)和出样口(134)连通，所述夹具底座(22)接口设置的位置及大小与所述微流控芯片的进液口(131)、出液口(132)、进样口(133)和出样口(134)的位置相对应，且大小一致，所述接口处均设置密封垫圈；所述液体流道的另一端与外部储液设备或驱动泵(3)连通。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片夹具，其特征在于：所述夹具上盖(23)开设观察窗(231)，所述观察窗(231)设置在夹具底座(22)的正上方，所述观察窗(231)的边缘设置缓冲垫圈。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片夹具，其特征在于：所述夹具底座(22)与夹具盒体(21)之间可拆卸连接，所述夹具盒体(21)的底部开设用于将夹具底座(22)拿出的助力孔(212)；所述夹具盒体(21)的侧壁开设用于将夹具底座(22)内的液体流道与外部连通的连通孔(213)；所述夹具盒体(21)的顶部边缘设置用于拿取微流控芯片的弧形槽(214)。

10.根据权利要求9所述的微流控芯片夹具，其特征在于：所述夹具上盖(23)与夹具盒体(21)的一侧通过铰接座铰接，所述夹具上盖(23)与夹具盒体(21)相对于铰接座的另一侧设置按压开关，所述按压开关包括按压锁扣(211)和按压锁舌(232)，所述按压锁扣(211)设置在夹具底座(22)上，所述按压锁舌(232)设置在夹具上盖(23)上，所述按压锁扣(211)和按压锁舌(232)相对设置。