一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控芯片領(lǐng)域，特別涉及一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片又稱(chēng)為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)，是指把生物、化學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊具有微米尺度微通道的芯片上，自動(dòng)完成反應(yīng)和分析的全過(guò)程。基于微流控芯片實(shí)現(xiàn)的分析檢測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)是:樣本用量少，分析速度快，便于制成便攜式儀器，非常適用于即時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)分析。
[0003]基于微流控芯片實(shí)現(xiàn)的分析檢測(cè)裝置，其核心主要是對(duì)微通道內(nèi)流體的控制，而壓力驅(qū)動(dòng)是其中一種重要的驅(qū)動(dòng)控制方式。壓力驅(qū)動(dòng)是依靠腔體內(nèi)部的相對(duì)壓差來(lái)驅(qū)動(dòng)流體(包括液體和氣體)。比如，微流控芯片上可包含多個(gè)儲(chǔ)液腔，用來(lái)存儲(chǔ)反應(yīng)所需的不同種液體試劑，這些儲(chǔ)液腔中的試劑可通過(guò)機(jī)械按壓的推動(dòng)力使之釋放到微通道中進(jìn)行反應(yīng)?；蛘?，在微流控芯片內(nèi)集成一個(gè)儲(chǔ)氣腔，儲(chǔ)氣腔頂部用彈性薄膜密封，通過(guò)機(jī)械按壓使薄膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)氣動(dòng)微栗，驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)。以上這些壓力驅(qū)動(dòng)流體的方法一般都需要外部配套電機(jī)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)控制過(guò)程。
[0004]—張微流控芯片通常會(huì)在幾平方厘米的面積上集成多個(gè)獨(dú)立的功能單元，需要對(duì)多種不同流體分時(shí)操控從而完成整個(gè)分析檢測(cè)過(guò)程。如果每個(gè)流體的操控都配置一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這不利于微流控芯片分析檢測(cè)裝置的小型化和集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決微流控芯片操控裝置復(fù)雜，不易小型化和集成化的問(wèn)題，而提供了一種用凸輪軸操控微流控芯片反應(yīng)的裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其特征在于包括凸輪軸11、電機(jī)12、搖臂組13(a_d)和金屬?gòu)椘?4;所述凸輪軸主體是一根圓柱體，上面依次排列兩個(gè)或兩個(gè)以上凸輪;凸輪軸一端固定于所述電機(jī)輸出軸上；凸輪軸兩端各裝有一個(gè)滾動(dòng)軸承;所述搖臂組由兩個(gè)或兩個(gè)以上搖臂組成，搖臂個(gè)數(shù)等于凸輪個(gè)數(shù)，與凸輪組成運(yùn)動(dòng)副，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)不同的搖臂向下運(yùn)動(dòng);所有搖臂的一端通過(guò)一根樞軸16連接，另一端安裝有不同的壓塊18，分別作用于微流控芯片上需要控制的不同位置，壓塊的形狀和尺寸根據(jù)微流控芯片上需要作用的位置的形狀和尺寸而定;搖臂下方還設(shè)有一個(gè)金屬?gòu)椘?，彈片上有多根齒條，對(duì)應(yīng)地對(duì)多個(gè)搖臂起到向上支撐和限制作用。
[0008]所述的一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其中凸輪軸的凸輪的曲線輪廓根據(jù)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)需求而定，凸輪的安裝順序則根據(jù)微流控芯片反應(yīng)所需要的時(shí)序而定。
[0009]所述的一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其中凸輪軸和搖臂的材料可以為鋼、鑄鐵、銅或鋁等具有一定機(jī)械強(qiáng)度且耐磨的材料。
[0010]所述的一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，所述控制微流控芯片反應(yīng)包括通過(guò)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體試劑的釋放和流動(dòng)、氣體的流動(dòng)控制、芯片鎖緊等需要壓力驅(qū)動(dòng)的多種功能。
[0011]本發(fā)明所提供的一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，用一個(gè)凸輪軸就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片分析過(guò)程中需要壓力驅(qū)動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，比如實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)多種液體試劑的分時(shí)釋放和流動(dòng)控制、氣體的流動(dòng)控制，以及需要通過(guò)機(jī)械按壓實(shí)現(xiàn)的芯片鎖定等功能，反應(yīng)的時(shí)序可以通過(guò)凸輪的曲線輪廓、安裝順序以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)自動(dòng)控制。本發(fā)明對(duì)微流控芯片分析檢測(cè)裝置的小型化提供了一個(gè)切實(shí)可行的技術(shù)方案，使其更加容易產(chǎn)品化，而具有更加廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明提供的一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置整體示意圖。11-凸輪軸:12-電機(jī);13-搖臂組;14-金屬?gòu)椘?5-滾動(dòng)軸承;16-樞軸;17-微流控芯片；18-壓塊。
[0013]圖2是本發(fā)明所提供裝置中凸輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明所提供裝置中搖臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明所提供裝置中金屬?gòu)椘慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5本發(fā)明所提供的一種使用凸輪軸控制反應(yīng)的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方案
[0017]本發(fā)明提供了一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]如圖1所示，一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其結(jié)構(gòu)包括凸輪軸11、電機(jī)12、搖臂組13、金屬?gòu)椘?4和滾動(dòng)軸承15。凸輪軸11的主體是一根圓柱體，上面依次排列有多個(gè)凸輪。凸輪軸11的一端固定于電機(jī)12的輸出軸上，另一端裝有一個(gè)滾動(dòng)軸承15。搖臂的一端通過(guò)一根樞軸16連接，另一端則裝有不同的壓塊18。壓塊作用于微流控芯片上需要控制的不同位置，壓塊的形狀和尺寸根據(jù)微流控芯片上需要作用的位置的形狀和尺寸而定。電機(jī)帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，凸輪向下按壓不同的搖臂，通過(guò)壓塊作用于微流控芯片17。搖臂13下方設(shè)有一個(gè)金屬?gòu)椘?4，彈片上有多根齒條，對(duì)搖臂13起到向上支撐和限制作用。作為示例，圖1所示凸輪軸裝置使用了四組凸輪設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片上四個(gè)對(duì)流體功能單元的驅(qū)動(dòng)。
[0019]圖2為圖1裝置中的凸輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖，作為從左到右依次排列有四個(gè)凸輪21、22、23、24。圖中凸輪的曲線輪廓和安裝順序只是示意，實(shí)際需要根據(jù)微流控芯片反應(yīng)所需要功能和時(shí)序而定。
[0020]四個(gè)凸輪對(duì)應(yīng)有四個(gè)搖臂，凸輪和搖臂組成運(yùn)動(dòng)副。圖3所示為其中一個(gè)搖臂的結(jié)構(gòu)示意圖，搖臂一端通過(guò)安裝孔32與樞軸16連接，搖臂另一端安裝有一個(gè)壓塊31。凸輪通過(guò)搖臂上的作用面33帶動(dòng)搖臂向下運(yùn)動(dòng)。圖4所示為搖臂下方金屬?gòu)椘慕Y(jié)構(gòu)示意圖，彈片上有四根齒條41、42、43、44，對(duì)搖臂起到向上支撐和限制作用。彈片上有兩個(gè)安裝孔45。實(shí)際應(yīng)用中上述凸輪軸裝置需要安裝在一個(gè)固定架上，需要固定的部分包括電機(jī)12、滾動(dòng)軸承15、樞軸16和金屬?gòu)椘?4。
[0021]如圖5所示，凸輪軸裝置控制的微流控芯片包括頂板51和底板52兩部分。頂板和底板通過(guò)超聲焊接的方式鍵合到一起。此芯片的結(jié)構(gòu)和功能描述如下:頂板的結(jié)構(gòu)主要包含加樣口 501、儲(chǔ)氣腔502、封口蓋503、第一試劑儲(chǔ)液池504。第一試劑儲(chǔ)液池504頂端裝有一個(gè)密封柱塞，向下按壓柱塞可以釋放預(yù)存儲(chǔ)在儲(chǔ)液池中的第一試劑到反應(yīng)溝道中。儲(chǔ)氣腔502上覆一層彈性軟膜，且儲(chǔ)氣腔出口與加樣口連通。加樣后蓋上封口蓋，向下按壓儲(chǔ)氣腔上的軟膜可以驅(qū)動(dòng)樣本向前與第一試劑反應(yīng)，經(jīng)過(guò)混合反應(yīng)溝道509，最后通過(guò)頂板出口 505進(jìn)入底板52。底板的主要結(jié)構(gòu)包括樣本過(guò)濾器510、信號(hào)檢測(cè)窗口 511、廢液池512、第二試劑儲(chǔ)液池513、第三試劑儲(chǔ)液池514。樣本過(guò)濾器510設(shè)置在頂板出口 505正下方。液體過(guò)濾后到達(dá)信號(hào)檢測(cè)窗口。第二試劑和第三試劑預(yù)存儲(chǔ)在微流控芯片上，通過(guò)向下按壓兩個(gè)儲(chǔ)液池同時(shí)釋放兩種試劑，二者混合后從樣本對(duì)立方向進(jìn)入檢測(cè)窗口。
[0022]電機(jī)帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，凸輪向下按壓不同的搖臂，通過(guò)壓塊作用于微流控芯片。凸輪的曲線輪廓和安裝順序根據(jù)測(cè)試卡上的流體驅(qū)動(dòng)需求而設(shè)計(jì)。如圖5所示，四個(gè)搖臂13a、13b、13c、13d分別用于控制測(cè)試卡芯片的儲(chǔ)氣腔502、第一試劑儲(chǔ)液池504、第二試劑儲(chǔ)液池513、第三試劑儲(chǔ)液池514。為了在微流控芯片上方實(shí)現(xiàn)對(duì)底板的操控，頂板上設(shè)置了兩個(gè)讓位孔507、508。其中，讓位孔507用來(lái)讓位底板上的兩個(gè)儲(chǔ)液池，便于從芯片上方對(duì)儲(chǔ)液池的按壓。根據(jù)以上描述的芯片功能及反應(yīng)的時(shí)序，通過(guò)設(shè)計(jì)四個(gè)凸輪的曲線輪廓、安裝順序，同時(shí)控制凸輪軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，便可以完成微流控芯片上四個(gè)流體單元的驅(qū)動(dòng)控制。
[0023]需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，凸輪軸和搖臂的材料可以為鋼、鑄鐵、銅或鋁等具有一定機(jī)械強(qiáng)度且耐磨的材料?？紤]加工工藝和成本，可優(yōu)選鋁材壓鑄而成。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其特征在于包括凸輪軸、電機(jī)、搖臂組和金屬?gòu)椘?所述凸輪軸主體是一根圓柱體，上面依次排列兩個(gè)或兩個(gè)以上凸輪；凸輪軸一端固定于所述電機(jī)輸出軸上；凸輪軸兩端各裝有一個(gè)滾動(dòng)軸承;所述搖臂組由兩個(gè)或兩個(gè)以上搖臂組成，搖臂個(gè)數(shù)等于凸輪個(gè)數(shù)，與凸輪組成運(yùn)動(dòng)副，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)不同的搖臂向下運(yùn)動(dòng);所有搖臂的一端通過(guò)一根樞軸連接，另一端安裝有不同的壓塊，分別作用于微流控芯片上需要控制的不同位置，壓塊的形狀和尺寸根據(jù)微流控芯片上需要作用的位置的形狀和尺寸而定;搖臂下方還設(shè)有一個(gè)金屬?gòu)椘?，彈片上有齒條，對(duì)應(yīng)地對(duì)搖臂起到向上支撐和限制作用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其特征在于所述凸輪軸的凸輪的曲線輪廓根據(jù)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)需求而定，凸輪的安裝順序則根據(jù)微流控芯片反應(yīng)所需要的時(shí)序而定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其特征在于所述凸輪軸和搖臂的材料為具有一定機(jī)械強(qiáng)度且耐磨的材料，選自為鋼、鑄鐵、銅或鋁。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置，其特征在于所述控制微流控芯片反應(yīng)包括通過(guò)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)液體試劑的釋放和流動(dòng)、氣體的流動(dòng)控制、芯片鎖緊需要壓力驅(qū)動(dòng)的多種功能。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用凸輪軸控制微流控芯片反應(yīng)的裝置。該裝置采用一個(gè)帶有多個(gè)凸輪的凸輪軸就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片反應(yīng)過(guò)程中需要壓力驅(qū)動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，比如實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)多種液體試劑的分時(shí)釋放和流動(dòng)控制、氣體的流動(dòng)控制，以及需要通過(guò)機(jī)械按壓實(shí)現(xiàn)的芯片鎖定等功能，反應(yīng)的時(shí)序可以通過(guò)凸輪的曲線輪廓、安裝順序以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)自動(dòng)控制。本發(fā)明對(duì)微流控芯片分析檢測(cè)裝置的小型化提供了一個(gè)切實(shí)可行的技術(shù)方案，使其更加容易產(chǎn)品化而具有更加廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】B01L3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105413764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510696771
【發(fā)明人】姜潤(rùn)華, 李泉
【申請(qǐng)人】深圳華邁興微醫(yī)療科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日