一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，用于生物分析、化學(xué)分析、環(huán)境檢測、食品安全、醫(yī)療診斷等分析領(lǐng)域。該微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀主要包括自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片裝置兩個(gè)組成部分，通過對輸入壓力或流速的自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)微量流體的復(fù)雜操作，實(shí)現(xiàn)基于微流控芯片技術(shù)的自動(dòng)化分析檢測。本發(fā)明具有自動(dòng)化、便攜性、微型化、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，該儀器通過對輸入壓力或流速的自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)微量流體的復(fù)雜操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于微流控芯片技術(shù)的自動(dòng)化分析檢測，屬微全系統(tǒng)自動(dòng)化控制分析檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微全分析系統(tǒng)(miniaturizedtotal analysis system, μ TAS)是集成進(jìn)樣、樣品處理、生化反應(yīng)、分離、檢測為一體的多功能微型檢測和分析系統(tǒng)。微流控芯片(Micro-fluidic chip)是其主要的組成部件,具有微型化、自動(dòng)化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如細(xì)胞生物學(xué)、分析化學(xué)、材料學(xué)、組織工程、環(huán)境檢測、食品安全和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。微流控芯片以分析化學(xué)和生物化學(xué)為基礎(chǔ)，利用微機(jī)電加工的技術(shù)(MEMS)，在硅、玻璃、石英、塑料表面加工出1-500微米的微通道網(wǎng)絡(luò)，通過復(fù)雜的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分析物的采樣、稀釋、加試劑、富集、萃取、混合、反應(yīng)、分離、檢測等步驟。
[0003]目前的分析檢測儀器大多采用以下幾大類方法:原子熒光光度法、電感藕合等離子體質(zhì)譜分析法、高效液相色譜法、紫外可見光法及電化學(xué)分析法等，這些分析檢測方法都有儀器價(jià)格昂貴、體積龐大、檢測時(shí)間長、操作不便等確定，因此具有微型化、便攜性、自動(dòng)化、高效快速檢測等優(yōu)點(diǎn)的微流控芯片技術(shù)是下一代分析檢測儀器的必然發(fā)展趨勢。
[0004]但目前微流控芯片上的流體驅(qū)動(dòng)方式主要有內(nèi)部驅(qū)動(dòng)和外部驅(qū)動(dòng)兩種，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)主要以電滲流、電泳流和表面張力為驅(qū)動(dòng)力，通過改變驅(qū)動(dòng)電壓和材料性質(zhì)來控制流體在微通道網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)方向和流速；外部驅(qū)動(dòng)主要是注射泵、蠕動(dòng)泵和恒壓泵。前者成本高，設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要昂貴的外置大型設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，后者僅僅能夠提供壓力源和簡單通斷的流速控制，無法實(shí)現(xiàn)和滿足微流控芯片處理復(fù)雜流體的需要。
[0005]由于微流控芯片分析技術(shù)在分析檢測領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，建立一種性能高效、成本低廉、全自動(dòng)、多功能、操作簡便的微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供高效低廉、全自動(dòng)、多功能以及操作簡便的微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其構(gòu)造主要包括自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片兩個(gè)組成部分，其中自動(dòng)化控制裝置部分主要包括有壓力源、程序控制裝置、壓力顯示裝置、控制程序輸入裝置、控制程序顯示裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置、多通道輸出端口、多通道輸出指示裝置、備用壓力源接口、多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置。分析檢測芯片裝置主要包括有微流控芯片、接口卡槽、導(dǎo)管和檢測器。壓力源通過程序控制裝置分散到多通道輸出端口，并在按照控制程序輸入裝置設(shè)定的預(yù)訂程序輸出壓力，從而自動(dòng)化控制微流控芯片上流體的復(fù)雜操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于微流控芯片技術(shù)的自動(dòng)化分析檢測。
[0008]進(jìn)一步，所述自動(dòng)化控制裝置工作方式是:控制程序輸入裝置向程序控制裝置輸入指令，后者控制壓力源的壓力輸出方式，輸入過程和最終指令可以通過控制程序顯示裝置可視化；所述壓力源除了該多通道流體自動(dòng)控制裝置自身裝配的壓力源外，還可以通過用壓力源接口接入外置壓力源來擴(kuò)展壓力源的數(shù)量；通過所述多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置可以將壓力源人為地分散到多通道輸出端口，并且可以通過程序控制裝置人為設(shè)定控制輸出方式；所述壓力調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)輸入壓力源輸入的大小和流速，并且可以通過壓力顯示裝置顯示壓力源的大小和流速；所述多通道輸出端口的輸出方式可以通過多通道輸出指示裝置同步可視化。
[0009]進(jìn)一步，所述分析檢測芯片裝置工作方式是:通過接口卡槽和導(dǎo)管連接自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片裝置，通過微流控芯片上整合的試劑進(jìn)樣口自動(dòng)化控制分析檢測芯片上試劑的操作；通過檢測器采集微流控芯片上微流控芯片反應(yīng)微室中的混合反應(yīng)信號，從而實(shí)現(xiàn)待測樣品的自動(dòng)化分析檢測；最后反應(yīng)后的試劑通過試劑出樣口回收或者排出。
[0010]進(jìn)一步，所述的壓力源、程序控制裝置、壓力顯示裝置、控制程序輸入裝置、控制程序顯示裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置、多通道輸出端口、多通道輸出指示裝置、備用壓力源接口和多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置及其他輔助裝置的安裝位置和方式可以在在前后左右，上下及內(nèi)部自由組合。
[0011]進(jìn)一步，所述的壓力源可以是氣體，也可以是液體，或者同時(shí)包含氣體和液體兩種壓力源。
[0012]進(jìn)一步，所述的壓力源提供的既可以是恒定的壓強(qiáng)，也可以是恒定的流速，或者可變的壓強(qiáng)或流速。
[0013]進(jìn)一步，所述的壓力源提供的既可以正壓，也可以是負(fù)壓。
[0014]進(jìn)一步，所述的壓力源輸出或者輸入的壓強(qiáng)范圍可以為Ο-lMpa，輸出或者輸入的流速范圍可以為0-1000mL/s。
[0015]進(jìn)一步，所述的程序控制裝置既可以是單片機(jī)獨(dú)立控制系統(tǒng)，也可以是通過上位機(jī)或者電腦來控制。
[0016]進(jìn)一步，所述的控制程序輸入裝置既可以輸入自動(dòng)化的控制程序，也可以是手動(dòng)控制方式。
[0017]進(jìn)一步，所述的控制程序輸入裝置既可以是按鈕面板，也可以是觸摸屏面板。
[0018]進(jìn)一步，所述的控制程序顯示裝置既可以是非觸摸顯示屏，也可以是觸摸顯示屏。
[0019]進(jìn)一步，所述的壓力調(diào)節(jié)裝置既可以是旋鈕式調(diào)節(jié)方式，也可以是按鍵調(diào)節(jié)方式，或者觸摸屏調(diào)節(jié)方式。
[0020]進(jìn)一步，所述的多通道輸出端口既可以是快插式，也可以是旋鈕式，或者卡扣式等其他接口方式。
[0021]進(jìn)一步，所述的多通道輸出端口可以是獨(dú)立或一體的端口，也可以是獨(dú)立或一體的包含了電動(dòng)控制元件的端口。
[0022]進(jìn)一步，所述的多通道輸出端口可以是輸出氣體或液體，也可以是抽取氣體或液體，或者同時(shí)包含了輸出和抽取兩種功能。
[0023]進(jìn)一步，所述的多通道輸出端口的數(shù)量，既可以是I個(gè)，也可以是2個(gè)，或者是多個(gè)。
[0024]進(jìn)一步，所述的多通道輸出指示裝置既可以同步指示多通道輸出端口每個(gè)端口的壓力或流速的輸出或者輸入狀態(tài)，也可以同步顯示多通道輸出端口每個(gè)端口的壓力或流速的輸出或者輸入的值。
[0025]進(jìn)一步，所述的多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置既可以是流體轉(zhuǎn)換和控制元件，也可以是電氣轉(zhuǎn)換和控制元件，或者同時(shí)包含了這兩種轉(zhuǎn)換和控制元件。
[0026]進(jìn)一步，所述的多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置可以是I個(gè)，也可以是2個(gè)，或者是多個(gè)。
[0027]進(jìn)一步，所述的多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置的相互連接方式可以自由組合。
[0028]進(jìn)一步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述的接口卡槽和導(dǎo)管可以是金屬、塑料、石英或者玻璃。
[0029]進(jìn)一步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述的微流控芯片的材質(zhì)可以是金屬、PMMA、PC、PDMS、石英、玻璃或者其他高分子有機(jī)聚合物。
[0030]進(jìn)一步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述的試劑進(jìn)樣口和試劑出樣口可以是不帶接頭的儲(chǔ)液槽，也可以是帶有連接導(dǎo)管的接頭。
[0031]進(jìn)一步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述的微流控芯片反應(yīng)微室可以是密閉環(huán)境，也可以是開放環(huán)境。
[0032]進(jìn)一 步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述的檢測器的檢測原理可以是光學(xué)、電化學(xué)、聲學(xué)以及生物學(xué)原理。
[0033]進(jìn)一步，所述的分析檢測芯片裝置，其特征在于所述試劑出樣口可以自動(dòng)收集反應(yīng)后的混合物，也可以自動(dòng)排出微流控芯片外。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過對輸入壓力或流速的自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)微量流體的復(fù)雜操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于微流控芯片技術(shù)的自動(dòng)化分析檢測，并且本發(fā)明的儀器性能高效、成本低廉、全自動(dòng)、多功能以及操作簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
圖1是本發(fā)明一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀的結(jié)構(gòu)主視圖；
圖2是本發(fā)明一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀的自動(dòng)化控制裝置部分；
圖3是本發(fā)明一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀的分析檢測芯片裝置部分；
I壓力源；2力控制裝置；3壓力顯示裝置；4控制程序輸入裝置；5控制程序顯示裝置；6壓力調(diào)節(jié)裝置；7多通道輸出端口 ；8多通道輸出指示裝置；9備用壓力源接口 ； 10多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置；11微流控芯片；12接口卡槽；13導(dǎo)管；14檢測器；15-18微流控芯片試劑進(jìn)樣口 ；19微流控芯片試劑出樣口 ；20微流控芯片反應(yīng)微室。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖1~3對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做一個(gè)詳細(xì)的說明。
[0037]實(shí)施例:一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其構(gòu)造主要包括自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片兩個(gè)組成部分；其自動(dòng)化控制裝置主要包括:壓力源1、程序控制裝置2、壓力顯示裝置3、控制程序輸入裝置4、控制程序顯示裝置5、壓力調(diào)節(jié)裝置6、多通道輸出端口7、多通道輸出指示裝置8、備用壓力源接口 9、多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置10。
[0038]所述的裝置壓力源I輸入為O-1Mpa高壓氣源，控制程序輸入裝置4向程序控制裝置2輸入指令，后者控制壓力源I的壓力輸出，輸入過程和最終指令通過控制程序顯示裝置5顯示出來；根據(jù)壓力顯示裝置3的顯示，通過壓力調(diào)節(jié)裝置6調(diào)節(jié)合適的壓力輸入；多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置10通過程序控制裝置2中預(yù)設(shè)的控制程序，有控制地將高壓氣源分散到多通道輸出端口 7 ;多通道輸出端口 7按照預(yù)設(shè)程序的控制方式向微流控芯片11中輸送高壓氣源。
[0039]下面對整個(gè)操作流程做一次詳細(xì)的的步驟說明:預(yù)先在微流控芯片11上微流控芯片試劑進(jìn)樣口 15-18中加入不同的反應(yīng)試劑；將多通道輸出端口 7按預(yù)設(shè)程序控制方式連接到微流控芯片試劑進(jìn)樣口 15-18，開啟本發(fā)明微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀運(yùn)行，不同的反應(yīng)試劑通過微流控芯片試劑進(jìn)樣口 15-18，按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)入微流控芯片反應(yīng)微室20，反應(yīng)后的混合物進(jìn)入微流控芯片出試劑樣口 19，至此完成微流控芯片中試劑和待測物的自動(dòng)化控制和分析檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其構(gòu)造主要包括自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片裝置兩個(gè)組成部分，通過對輸入壓力或流速的自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)微量流體的復(fù)雜操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于微流控芯片技術(shù)的自動(dòng)化分析檢測。
2.按權(quán)利要求1所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的自動(dòng)化控制裝置工作方式是:控制程序輸入裝置向程序控制裝置輸入指令后，由程序控制裝置控制壓力源的壓力輸出方式，通過多通路轉(zhuǎn)換和控制裝置將壓力源分散到多通道輸出端口，壓力調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)輸入壓力源輸入的大小和流速，并通過壓力顯示裝置顯示壓力源的大小和流速。
3.所述的分析檢測芯片裝置工作方式是:通過接口卡槽和導(dǎo)管連接自動(dòng)化控制裝置和分析檢測芯片裝置，通過微流控芯片上整合的試劑進(jìn)樣口自動(dòng)化控制分析檢測芯片上試劑的操作；通過檢測器采集微流控芯片上微流控芯片反應(yīng)小室中的混合反應(yīng)信號，從而實(shí)現(xiàn)待測樣品的自動(dòng)化分析檢測；最后反應(yīng)后的試劑通過試劑出樣口回收或者排出。
4.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，所述的自動(dòng)化控制裝置既可以是按鈕面板，也可以是觸摸屏面板。
5.所述的自動(dòng)化控制裝置可以驅(qū)動(dòng)氣體，也可以是液體。
6.所述的自動(dòng)化控制裝置提供的既可以是恒定的壓強(qiáng)，也可以是恒定的流速，或者可變的壓強(qiáng)或流速。
7.所述的自動(dòng)化控制裝置提供的既可以正壓，也可以是負(fù)壓。
8.所述的自動(dòng)化控制裝置提供的多通道輸出端口的數(shù)量，既可以是I個(gè)，也可以是2個(gè)，或者是多個(gè)。
9.所述的自動(dòng)化控制裝置的多通道輸出指示裝置既可以同步指示多通道輸出端口的每個(gè)端口的壓力或流速的輸出或者輸入狀態(tài)，也可以同步顯示多通道輸出端口的每個(gè)端口的壓力或流速的輸出或者輸入的值。
10.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的分析檢測芯片裝置的接口卡槽和導(dǎo)管可以是金屬、塑料、石英或者玻璃。
11.所述的分析檢測芯片裝置的微流控芯片的材質(zhì)可以是金屬、PMMA、PC、PDMS、石英、玻璃或者其他高分子有機(jī)聚合物。
12.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的分析檢測芯片裝置的試劑進(jìn)樣口和試劑出樣口可以是不帶接頭的儲(chǔ)液槽，也可以是帶有連接導(dǎo)管的接頭。
13.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的分析檢測芯片裝置的微流控芯片反應(yīng)小室可以是密閉環(huán)境，也可以是開放環(huán)境。
14.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的分析檢測芯片裝置的檢測器的檢測原理可以是光學(xué)、電化學(xué)、聲學(xué)以及生物學(xué)原理。
15.按權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片自動(dòng)控制分析檢測儀，其特征在于所述的分析檢測芯片裝置的試劑出樣口可以自動(dòng)收集反應(yīng)后的混合物，也可以自動(dòng)排出微流控芯片外。
【文檔編號】G01N35/00GK103604936SQ201310550501
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】聶富強(qiáng), 沙俊 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司, 聶富強(qiáng)