一种控制气液联动的微流体实现装置

技术领域

本发明属于微流体技术领域，具体地涉及一种控制气液联动的微流体实现装置。

背景技术

在生物、化学、材料等科学实验中，经常需要对流体进行操作，微流体生物芯片目前受到极大的重视，因为其具有体积轻巧、使用样品/试剂量少、反应速度快、大量平行处理及可抛弃式等优点，因此在生物技术研究上的应用范围非常广泛。而微流体控制装置的技术核心是在于从宏观厘米级管路到微米级微观管路的转变，实现气液联动，并确保其气密性。而实现从宏观厘米级管路到微米级微观管路转换，并且在管路转换过程中气密性保持良好是目前现有技术的难点。目前市面上现有管路与管路之间的连接方式，管路与容器的连接方式是采用了普通的卡管接头，这种卡管接头对柔软的细小管路容易出现抱死现象，或者是通过打胶水方式对接头进行密封，但是这种胶水密封方式对管路气密性不理想，还是会存在漏气漏液的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制气液联动的微流体实现装置，以保证从宏观厘米级管路到微米级微观管路的转变，并确保其气密性。

为实现上述目的，本发明提供了一种控制气液联动的微流体实现装置，包括上盖、内部结构、防护罩，其特征在于，所述内部结构包括主甲板、芯片支架、微流控芯片、容器、多功能接头、微软管、微硬管，所述主甲板上固定有芯片支架，所述芯片支架上固定所述微流控芯片；所述容器包括样本容器和缓冲液容器，所述样本容器和所述缓冲液容器均为圆筒，所述样本容器和所述缓冲液容器上均分别设有样本容器盖和缓冲液容器盖，所述样本容器与所述样本容器盖通过螺纹扭紧方式固定，所述缓冲液容器与所述缓冲液容器盖通过螺纹扭紧方式固定；所述多功能接头安装在所述所述样本容器盖和缓冲液容器盖上，所述多功能接头与所述样本容器盖和缓冲液容器盖通过过盈配合方式实现密封性能；所述微硬管插入到所述多功能接头内并穿入所述样本容器盖和缓冲液容器盖内；所述上盖固定在所述主甲板上，用于保护所述微流控芯片及所述微软管；所述微软管连接所述多功能接头和/或所述微流控芯片；所述防护罩套住所述样本容器和所述缓冲液容器，所述防护罩固定在所述主甲板上，用于保护所述样本容器和所述缓冲液容器。

进一步地，所述微流控芯片设有四个接口，样本入口、缓冲液入口、富集液出口、废液出口，所述样本入口、所述缓冲液入口位于微流控芯片的一端，所述富集液出口、所述废液出口位于微流控芯片的另一端。

进一步地，所述微软管包括样本进气管、样本进样管、缓冲液进气管、缓冲液进液管；所述微软管与所述微流控芯片、所述微软管与所述多功能接头之间通过所述钢针进行连接，三者之间从而连接成密封的微管路

进一步地，所述主甲板为跑道形，包括两条直边，第一直边和第二直边，两条直边上均设有四个穿管孔，所述第一直边设有的穿管孔依次为进样管穿管孔入口、进样管穿管孔出口、进液管穿管孔入口、进液管穿管孔出口，所述第二直边上设有穿管孔依次为富集液管穿管孔入口、富集液管穿管孔出口、废液管穿管孔入口、废液管穿管孔出口。

进一步地，所述主甲板上设有富集液排出管，废液排出管，所述主甲板的外壁还设有夹管阀位，包括进样管夹管阀位、缓冲液进液夹管阀位、富集液管夹管阀位F3、废液液夹管阀位，所述进样管夹管阀位和所述缓冲液进液夹管阀位设在所述第一直边的外壁上，所述富集液管夹管阀位和所述废液液夹管阀位设在所述第二直边的外壁上；所述主甲板还设有甲板定位销和甲板卡扣，所述防护罩设有所述防护罩定位槽和所述防护罩卡槽，所述甲板定位销与所述防护罩定位槽302对应，所述甲板卡扣与所述防护罩卡槽对应。

进一步地，所述容器盖，包括样本容器盖和缓冲液容器盖，所述容器盖与所述容器之间安装有O型密封圈。

进一步地，所述多功能接头包括第一多功能节接头和第二多功能接头，所述第一多功能接头安装在所述样本容器盖上，所述第二多功能接头安装在所述缓冲液容器盖上，所述第一多功能接头包括第一接头和第二接头，所述第二多功能接头包括第三接头和第四接头，所述第一接头和所述第四接头分别从所述样本容器盖和缓冲液容器盖中心点插入，所述第二接头与所述第一接头并排相连插入所述样本容器盖，所述第三接头与所述第四接头并排相连插入所述缓冲液容器盖。

进一步地，所述微硬管用于接触液体，容器内液体通过所述微硬管进入所述微软管。

进一步地，所述上盖设有四个出管口，样本进气管出管口、缓冲液进气管出管口、富集液排出管出管口、废液排出管出管口。

一种控制气液联动的微流体实现装置的装配方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1、将微流控芯片固定在芯片支架上，再将芯片支架固定在主甲板上；

步骤2、将第一接头、第二接头装入样本容器盖中，将第二接头、第三接头装入缓冲液容器盖中；

步骤3、微硬管有两套，将一套微硬管从样本容器盖内侧插入到第一接头内，将一套微硬管从缓冲液容器盖内侧插入到第四接头内；

步骤4、将样本容器盖与样本容器并加入O型密封圈装在一起并拧紧，然后再将其装入主甲板中；

步骤5、将缓冲液容器盖与缓冲液容器并加入O型密封圈装在一起并拧紧，然后再将其装入主甲板中；

步骤6、将钢针插入样本进气管的一端，再将带有钢针的一端插入到第二接头中；

步骤7、将钢针插入缓冲液进气管的一端，再将带有钢针的一端插入到第三接头中；

步骤8、用两枚钢针分别插入样本进样管的两端，将其中一端插入到微流控芯片的样本入口中，另一端从主甲板的进样管穿管孔入口穿入，从进样管穿管孔出口穿出，再插入到第一接头中；

步骤9、用两枚钢针分别插入缓冲液进液管的两端，将其中一端插入到微流控芯片的样本入口中，另一端从主甲板的进液管穿管孔入口穿入，从进液管穿管孔出口穿出，再插入到第四接头中；

步骤10、将样本进气管从上盖的样本进气管出管口穿出，将缓冲液进气管从缓冲液进气管出管口穿出，将富集液排出管从富集液排出管出管口穿出，将废液排出管从废液排出管出管口穿出，然后再将上盖与主甲板装配在一起；

步骤11、再将防护罩装到主甲板上，主甲板定位销要与防护罩定位槽对准才能将防护罩放到位，放到位后主甲板上的甲板卡扣将卡在防护罩的防护罩卡槽里以达到固定防护罩的作用；

步骤12、当控制气液联动的微流体装置装到对应的仪器上时，进样管夹管阀位用于控制样本进样管的通与断状态；缓冲液进液管夹管阀位用于控制缓冲液进液管的通与断状态；富集液管夹管阀位用于控制富集液排出管的通与断状态；废液排出管夹管阀位用于控制废液排出管的通与断状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过钢针实现微软管与多功能接头或微流控芯片之间的连接，将钢针直接插入即可，避免使用普通卡管接头而造成管路抱死的现象，且安装方便，无需打胶，密封性良好；多功能接头与容器盖之间的连接，直接插入即可，安装方便，无需打胶，保证微软管与与容器之间的液体流动，密封性良好；容器盖与容器的密封方式通过专用的O型密封圈进行螺纹扭紧方式固定，保证容器的密封性，避免出现漏气漏液的现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构俯视图；

图3为本发明的第一多功能接头、样本容器盖以及样本容器的装配示意图；

图4为本发明的第一多功能接头、样本容器盖以及样本容器的装配后剖视图；

图5为本发明的钢针连接示意图。

附图标记：

图1中：

图2中：

图3中：210、O型密封圈；211、微硬管；

图4中：G0、钢针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作出进一步的详细说明。

本发明提供了一种控制气液联动的微流体实现装置，包括上盖201、内部结构、防护罩214，内部结构包括主甲板203、芯片支架202、微流控芯片H0、容器、多功能接头、微软管、微硬管211，主甲板203上固定有芯片支架202，芯片支架202上固定微流控芯片H0；容器包括样本容器212和缓冲液容器213，样本容器212和缓冲液容器213均为圆筒，样本容器212和缓冲液容器213上分别设有样本容器盖208和缓冲液容器盖209，样本容器212与样本容器盖208通过螺纹扭紧方式固定，缓冲液容器213与缓冲液容器盖209通过螺纹扭紧方式固定；多功能接头安装在所述样本容器盖208和缓冲液容器盖209上，多功能接头与所述样本容器盖208和缓冲液容器盖209通过过盈配合方式实现密封性能；微硬管211插入到多功能接头内并穿入所述样本容器盖208和缓冲液容器盖209内；所述上盖201固定在主甲板203上，用于保护微流控芯片H0及微软管；微软管连接多功能接头和/或微流控芯片H0；防护罩214套住样本容器212和缓冲液容器213，防护罩214固定在主甲板203上，用于保护样本容器212和缓冲液容器213。

所述微流控芯片H0设有四个接口，样本入口H1-1、缓冲液入口H1-2、富集液出口H2-1、废液出口H2-2，样本入口H1-1、缓冲液入口H1-2位于微流控芯片的一端，富集液出口H2-1、废液出口H2-2位于微流控芯片的另一端。

所述微软管包括样本进气管101、样本进样管105、缓冲液进气管102、缓冲液进液管106；微软管与微流控芯片H0、微软管与多功能接头之间通过钢针G0进行连接，三者之间从而连接成密封的微管路。

主甲板203为跑道形，包括两条直边，第一直边和第二直边，两条直边上各设有四个穿管孔，第一直边设有的穿管孔依次为进样管穿管孔入口A、进样管穿管孔出口B、进液管穿管孔入口C、进液管穿管孔出口D，所述第二直边上设有穿管孔依次为富集液管穿管孔入口E、富集液管穿管孔出口F、废液管穿管孔入口G、废液管穿管孔出口H。

主甲板上设有富集液排出管103，废液排出管104，主甲板203的外壁还设有夹管阀位，包括进样管夹管阀位F1、缓冲液进液夹管阀位F2、富集液管夹管阀位F3、废液液夹管阀位F4，进样管夹管阀位F1和缓冲液进液夹管阀位F2设在第一直边的外壁上，富集液管夹管阀位F3和废液液夹管阀位F4设在第二直边的外壁上；主甲板203还设有甲板定位销301和甲板卡扣303，防护罩214设有防护罩定位槽302和防护罩卡槽304，甲板定位销301与防护罩定位槽302对应，甲板卡扣303与防护罩卡槽304对应。

容器盖，包括样本容器盖208和缓冲液容器盖209，容器盖与容器之间安装有O型密封圈210。

多功能接头包括第一多功能节接头和第二多功能接头，第一多功能接头安装在样本容器盖上，第二多功能接头安装在缓冲液容器盖上，第一多功能接头包括第一接头204和第二接头205，第二多功能接头包括第三接头206和第四接头207，第一接头204和第四接头207分别从所述样本容器盖208和缓冲液容器盖209中心点插入，第二接头205与第一接头204并排相连插入样本容器盖208，第三接头206与第四接头207并排相连插入缓冲液容器盖209。

微硬管用于接触液体，容器内液体通过微硬管211进入微软管。

上盖设有四个出管口，样本进气管出管口A0、缓冲液进气管出管口B0、富集液排出管出管口C0、废液排出管出管口D0。

如图1-3所示，本发明提供了一种控制气液联动的微流体实现装置的装配方法，具体装配过程如下：

步骤1、将微流控芯片H0固定在芯片支架202上，再将芯片支架202固定在主甲板203上；

步骤2、将第一接头204、第二接头205装入样本容器盖208中，将第二接头206、第三接头207装入缓冲液容器盖209中；

步骤3、微硬管211有两套，将一套微硬管211从样本容器盖208内侧插入到第一接头204内，将一套微硬管211从缓冲液容器盖209内侧插入到第四接头207内；

步骤4、将样本容器盖208与样本容器212之间加入O型密封圈210装在一起并拧紧，然后再将其装入主甲板203中；

步骤5、将缓冲液容器盖209与缓冲液容器213之间加入O型密封圈210装在一起并拧紧，然后再将其装入主甲板203中；

步骤6、将钢针G0插入样本进气管101的一端，再将带有钢针G0的一端插入到第二接头205中；

步骤7、将钢针G0插入缓冲液进气管102的一端，再将带有钢针G0的一端插入到第三接头206中；

步骤8、用两枚钢针G0分别插入样本进样管104的两端，将其中一端插入到微流控芯片的样本入口H1-1中，另一端从主甲板的进样管穿管孔入口A穿入，从进样管穿管孔出口B穿出，再插入到第一接头204中；

步骤9、用两枚钢针G0分别插入缓冲液进液管105的两端，将其中一端插入到微流控芯片的样本入口H1-2中，另一端从主甲板的进液管穿管孔入口C穿入，从进液管穿管孔出口D穿出，再插入到第四接头207中；

步骤10、将样本进气管从上盖201的样本进气管出管口A0穿出，将缓冲液进气管102从缓冲液进气管出管口B0穿出，将富集液排出管103从富集液排出管出管口C0穿出，将废液排出管104从废液排出管出管口D0穿出，然后再将上盖201与主甲板203装配在一起；

步骤11、再将防护罩214装到主甲板203上，主甲板定位销301要与防护罩定位槽302对准才能将防护罩放到位，放到位后主甲板上的甲板卡扣303将卡在防护罩的防护罩卡槽304里以达到固定防护罩的作用；

步骤12、当控制气液联动的微流体装置装到对应的仪器上时，进样管夹管阀位F1用于控制样本进样管105的通与断状态；缓冲液进液管夹管阀位F2用于控制缓冲液进液管106的通与断状态；富集液管夹管阀位F3用于控制富集液排出管103的通与断状态；废液排出管夹管阀位F4用于控制废液排出管105的通与断状态。所述缓冲液容器盖209、缓冲液容器213以及第二多功能接头的组装示意图与样本容器盖208、样本容器212以及第一多功能接头的组装示意图类似，如图3-4所示。

为了进一步更好的解释说明，本发明通过实验证明验证密封性良好，用于时间验证的具体实施例如下：

实验方法：将富集液排出管209和废液排出管210用钢针G0连接起来，用步进电机带动气缸从样本进气管101和缓冲液进气管102同时加2000mBar的压力，维持2min，每隔20s记录一次压力数值和步进电机的位置，观察压力和步进电机步数变化情况，测得实验数据如下：

从三组实验数据可知：在压力保持稳定的情况下，一段时间内步进电机步数保持恒定，没有发生变化，可以得出本发明在实施过程中密封性良好，不存在漏液漏气的现象。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。