一种针对水油两相的精准进样系统

摘要

本发明公开了一种针对水油两相的精准进样系统，由控制器、步进电机、夹具、注射器、油相、吸头以及微流控芯片组成，控制器通过内置接口连接步进电机，步进电机连接注射器，吸头一端套在注射器出口，另一端连接微流控芯片。本发明通过注射器驱动油相流动进而驱动水相流动，避免了常规注射进样方式在微流控芯片中造成的死体积、管路堵塞等问题，能够实现对水相及油相的同时进样，适应用于对水油两相皆有进样需求的微流控系统。本发明设计合理，结构简单、精准度高、稳定性强，能够实现对水油两相的进样。本发明可通过自动或手动实现注射进样。本发明适应用于常见的注射材质的微流控芯片，尤其适合于对水相及油相皆有进样需求的微流控芯片系统。

说明书

技术领域

本发明属于分析检测仪器、体外诊断设备领域，涉及一种针对水油两相的精准进样系统，具体来讲是一种用于微流控芯片高精准度、高精密度进样的装置。

背景技术

微流控芯片技术是指能在微米尺度上操控流体的芯片。微流控芯片一般仅有几平方厘米大小，但是却能将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一起，自动完成分析全过程。微流控芯片从本质上讲是具有复杂微通道网络以及精密结构的集成模块。流体的传输当前，随着精密注塑成型的技术发展，对微流控的进样要求朝着精确度更高，稳定性更强的方向发展。

进样系统作为微流控系统的重要功能模块，在加快反应速度、保障检测稳定性及精密性、提高仪器稳定性以及减少试剂用量等方面具有十分重要的意义。微流体的驱动方式一般为两种，一类是机械驱动，该类方式主要是利用外置机械部件达到驱动芯片内流体的目的如：压电微泵、热气动微泵、往复式微泵等各种微泵驱动和离心力微泵；另一类就是非机械驱动方式，芯片内没有相关机械部件，包括电渗驱动、重力驱动、磁流体驱动等。

然而，目前的这些主流进样方式无法连续将水相与油相驱动进入微流控芯片中，并且在进样体积较小时产生较大误差，需要精密压力调节计对驱动气压和流速进行调节，成本较高。而大部分微流控芯片在进样过程除了水相外还需要精准的添加油相，这就对水相两相的精准进样操控提出了一定的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对水油两相的精准进样系统，是一种高精度注射进样系统，对微流控芯片所需的微量水相及微量油相进行定量取样，同时提高进样精准度与稳定性。

本发明提供的一种针对水油两相的精准进样系统，主要包括控制器、步进电机、夹具、注射器、油相、吸头、微流控芯片。控制器通过内置接口连接步进电机，步进电机通过夹具连接注射器，夹具呈半月形，夹具上设有一个固定夹口，用于固定注射器针筒，夹具还设有一个活动夹口，活动夹口的一端与步进电机相连，活动夹口的另一端与注射器的推杆相连，从而实现注射器抽吸，吸头与注射器前端凸出的出口端连接，吸头一端与注射器前端凸出的出口端连接，吸头的另一端连接微流控芯片。

本发明进行精准进样的原理为控制器驱动步进电机进行速度控制，注射器中形成水相界面张力，进而油相驱动水相流动，进行距离-体积的转换控制，最终实现对水油两相的精准控制。

本发明使用的电机为步进电机，型号可以为DM542+57、42BYGH34等常见型号，控制器为电机出厂配套的控制器。电机的升降速度变化曲线可以采取指数形、直线形、对数形和S形最终采用S型电机曲线加速。

所述注射器为1mL规格的常规注射器，内充油相，注射器中充满油相，与油相为一个整体。

本发明所述油相可以为硅油、石蜡油、氟油等可以与水相形成界面张力的常见油相。

所述吸头为常见的移液器吸头，包括10μL、200μL、300μL、1mL等规格。

所述微流控芯片具有微通道结构以及微腔室阵列结构，并且具有与吸头相匹配的进样口，具有1000个以上的阵列腔室，每个腔室通过微通道连接。微流控芯片材料可以选用COC、COP、PDMS、PMMA等。微流控芯片的加工方式可以选用注塑成形、热压成形等常规方式。

在吸头连接微流控芯片前，注射器先连接吸头，并使得注射器和吸头充满油相，再排除吸头前端一定体积油相之后吸取水相，然后将吸头与微流控芯片的进样口连接。

本发明的微流控系统的一种自动注射进样的使用方法，通过以下步骤实现：

(1)注射器先连接吸头，并吸入油相使得注射器和吸头吸满油相，排除一定体积后再吸入水相液体；

(2)注射器通过夹具与步进电机连接，吸头与微流控芯片的进样口连接；

(3)启动步进电机，推动注射器，控制器将速度参数转化为距离参数，进而转换为体积参数；

(4)水相最先进入到微流控芯片，之后油相进入微流控芯片；

(5)达到设定体积后，终止进样过程。

本发明所述精准进样系统，除实现自动注射进样外，还可以利用所述的注射器、油相、吸头、微流控芯片实现手动进样。

本发明的有益效果为：(1)本发明提供的进样器通过注射器驱动油相流动进而驱动水相流动，避免了气压驱动造成的稳定性差，存在死体积、容易对微流控芯片造成气体堵塞等问题，可以实现液体的精准控制。(2)本发明提供的进样微流控系统可以通过自动及手动实现，本发明设计合理，结构简单、精准度高、稳定性强，能够实现对水油两相的进样。(3)本发明所提供的进样系统适合应用于常见的注射材质的微流控芯片包括PMMA、COC、COP、PDMS等材料，尤其适合于对水相及油相皆有进样需求的微流控芯片系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。其中控制器1、步进电机2、夹具4、注射器5、油相7、吸头8、微流控芯片9。

图2是微流控芯片与注射器手动连接示意图。

图3是适用于注射进样的微流控芯片示意图。其中进样口10、微通道11、阵列腔室12。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例对本进样系统进行详细说明。

实施例1一种针对水油两相的精准进样系统

参见图1，一种针对水油两相的精准进样系统，主要包括控制器1、步进电机2、夹具4、注射器5、油相7、吸头8、微流控芯片9。

控制器1通过内置接口连接步进电机2，步进电机2通过夹具4连接注射器5，夹具呈半月形，夹具4上设具有一个固定夹口6，用于固定注射器针筒，夹具4还设具有一个活动夹口3，活动夹口3的一端与步进电机相连，活动夹口3的另一端与注射器5的推杆相连，通过步进电机带动活动夹口3移动从而实现注射器抽吸，吸头8与注射器5前端凸出的出口端连接，吸头8一端与注射器5前端凸出的出口端连接，吸头8的另一端连接微流控芯片9。

所述步进电机2通过夹具推动注射器进行前推与后移动作。

所述注射器5预先连接吸头8，并充满油相7。

所述吸头8一端连接注射器5，另一端连接微流控芯片9。在与微流控芯片9连接之前，先在注射器5以及吸头8内吸满油相，再排除一定体积油相(约20-50μL)之后吸取水相，完成注射部分组装。

参见图3，所述微流控芯片9具有微通道结构以及微腔室阵列结构，在一端具有与吸头8或者注射器出口端相匹配的进样口10，具有1000个以上的阵列腔室12，每个阵列腔室通过微通道11连接。微流控芯片的材料可以选用COC、COP、PDMS、PMMA等。微流控芯片的加工方式可以选用注塑成形、热压成形等常规方式。

完成进样的过程为步进电机推动注射器的推杆前进，油相跟着推进后，推动水相前进。

参见图2，利用本发明所述的注射器5、油相7、吸头8、微流控芯片9还可用于实现手动注射进样方式。

实施例2将PCR反应试剂以及油相进行自动芯片内注射

(1)先将注射器5连接吸头8，并将注射器固定在夹具4上；

(2)启动控制器1，利用步进电机2控制注射器5吸取油相7，吸满后排除20μL体积；

(3)控制器1通过步进电机2控制注射器吸取20μL PCR反应液并与微流控芯片9的进样口10连接；

(4)步进电机2控制注射器5推动油相7进而推动PCR反应液进入微流控芯片9；

(5)PCR反应液进入到微流控芯片9后，沿着微通道11，进入到阵列腔室12中，紧接着油相7进入微流控芯片9，并通过微通道11进入阵列腔室12。

(6)完成进样后，通过控制器停止步进电机移动。

实施例3将PCR反应试剂以及油相进行手动芯片内注射

(1)注射器连接吸头并吸满油相，排除一定体积(约20-50μL)后再吸入水相液体；

(2)吸头与微流控芯片的进样口连接；

(3)手动推动注射器的推杆，水相最先进入到微流控芯片，之后油相进入微流控芯片；

(4)达到设定体积后，终止手动推注，结束进样。