一种基于磁控技术的微流控动力芯片

摘要

本发明揭示一种基于磁控技术的微流控动力芯片，包含：芯片基板、磁性柱塞、电磁铁芯、入口单向阀、出口单向阀、电流控制板；芯片基板设置有柱塞腔；电磁铁芯通电后可产生磁场，在磁场作用下磁性柱塞在柱塞腔内移动，通过电流方向变化使磁场方向变化，从而改变磁性柱塞的移动方向，柱塞腔吸入或排出流体，从而为流体提供动力；入口单向阀防止流体逆向流出，出口单向阀防止流体逆向流入。本发明极大的提高微流控技术的控制精度，可以和各类微流控芯片连接并提供动力，可以实现流体和外部设备的完全隔离可以保证微流控芯片内的生物实验完全在密闭环境下进行，极大的扩大了微流控技术的应用领域。

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种基于磁控技术的微流控动力芯片。

背景技术

微流控(Microfluidics)指的是使用微管道 (尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。它可以将生物、化学、医学等领域分析样品的过程，包括制备、反应、分离、检测等基本单元集成到一块微米尺度的芯片上，并且自动完成分析全过程。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。

微流控是伴随着微机电加工系统（MEMS）技术的发展而来的。MEMS技术是指用半导体技术，将现实生活中的机械系统微型化，形成微型电子机械系统。微流控正是基于MEMS技术特点，将一个大型实验室系统缩微在一个玻璃或塑料基板上，从而复制复杂的生物学和化学反应全过程，快速自动地完成实验。微流控技术具有微型化、集成化、低消耗的特点外，能够精确地控制多个系统参数，如化学浓度梯度、流体剪切力、以及构建细胞图形化培养、组织-组织界面与器官-器官相互作用等，从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能，解决传统的二维细胞培养模式和动物实验的诸多不足，可能成为一种仿生、高效、节能的生理学研究、疾病模型及药物开发工具。建立体外生理学模型需要考虑外界环境参数的真实性。将微流控技术与微加工、细胞生物学相结合而产生的器官芯片技术在对外界环境参数的控制中具有其他技术难以比拟的能力,通过产生流体剪切力、机械应力、生化浓度梯度等理化刺激，细胞能够响应这些刺激而发生自组装，展现更加真实的生理学功能，因而在体外生理学模型建立中具有特殊的优势。

现有流体驱动技术中，微流控芯片分为被动式和主动式两种。被动式微流控芯片主要是依靠毛细血管力来驱动流体的。由于不同样本特别是全血样本粘稠度不同，导致液体流动量无法一致。主动式微流控芯片主要依托机械挤压或者真空抽吸来驱动流体的，但这类方式存在以下问题：机器结构复杂成本高；存在压力去除后容易产生回流，液体漏液等现象，控制精度难以保证；设备动力源和芯片内部通道联通影响生物反应；在核酸检测等领域，对试验环境高存在生化污染风险。

以上问题限制了微流控技术的应用，因此,有必要提供一种新的流体驱动装置及微流控芯片解决上述技术问题。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供了一种基于磁控技术的微流控动力芯片，其特征在于，包括：芯片基板，所述芯片基板设置有一个或多个柱塞腔，所述柱塞腔设置有流体出口和流体入口；一个或多个磁性柱塞，所述磁性柱塞可在磁场作用下移动，从而推动流体运动；一个或多个电磁铁芯，所述电磁铁芯通电后可产生磁场，在磁场作用下磁性柱塞在柱塞腔内移动，通过电流方向变化使磁场方向变化，从而改变磁性柱塞的移动方向，柱塞腔吸入或排出流体；电流控制板，所述电流控制板用于控制电流方向；一个或多个入口单向阀，所述入口单向阀防止流体逆向流出；一个或多个出口单向阀，所述出口单向阀防止流体逆向流入。

优选的，所述芯片基板上设置有一个或多个电磁铁芯固定槽，用于固定电磁铁芯。

优选的，所述芯片基板上设置有电路板槽用于固定电流控制板，所述电流控制板用于控制电流方向。

优选的，所述芯片基板上设置有单向阀固定槽，用于固定入口单向阀和出口单向阀。

优选的，所述芯片基板上设置有流体入口接口和流体出口接口。

优选的，所述电流控制板设置有插口可以与外部主机连接，接受外部控制信号。

优选的，所述流体入口接口和流体出口接口为锥形接口保证流道密闭连接。

与现有技术相比，本发明的增益效果为：本发明极大的提高微流控技术的控制精度，本发明可以和各类微流控芯片连接并提供动力，本发明可以实现流体和外部设备的完全隔离可以保证微流控芯片内的生物实验完全在密闭环境下进行，极大的扩大了微流控技术的应用领域。

附图说明

图1是本发明的立体局部剖视图。

图2是本发明的剖视图。

图3是本发明的右侧视图。

图4是本发明的左侧视图。

图5是本发明芯片基板的剖视图。

附图中的标记为：1-芯片基板，2-磁性柱塞，3-电磁铁芯，4-入口单向阀，5-出口单向阀，6-电流控制板，7-插口，201-柱塞腔，202-电磁铁芯固定槽，203-电路板槽，204-入口单向阀腔，205-出口单向阀腔，206-流体入口接口，207-流体出口接口。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，将本发明的技术实施方案清楚、完整地描述。

如图1，2所示本发明涉及的一种基于磁控技术的微流控动力芯片，包含：芯片基板（1）、三个磁性柱塞（2）、三个电磁铁芯（3）、三个入口单向阀（4）、三个出口单向阀（5）、电流控制板（6）。

芯片基板（1）设置有三个柱塞腔（201），三个柱塞腔（201）分别设置有流体入口和流体出口；芯片基板（1）设置有三个电磁铁芯固定槽（202）分别用于固定三个电磁铁芯（3）；芯片基板（1）设置有有电路板槽（203）用于固定电流控制板（6）；芯片基板（1）设置有三个流体入口接口（206）和三个流体出口接口（207）；柱塞腔（201）的流体入口前设置有入口单向阀腔（204），柱塞腔（201）的流体出口后端设置有出口单向阀腔（205）；入口单向阀腔（204）内设置有入口单向阀（4）防止流体逆向流出，出口单向阀腔（205）设置有出口单向阀（5）防止流体逆向流入；电流控制板（6）设置有插口（7）可以与外部主机连接，接受外部控制信号；三个流体入口接口（206）和三个流体出口接口（207）为锥形接口保证流道密闭连接。

本发明的工作原理如下：

将本发明与其他不同应用领域的微流控芯片通过三个流体入口接口（206）和三个流体出口接口（207）连接并固定，将组合好的微流控芯片组通过插口（7）与外部主机连接，接受外部控制信号。

三个电磁铁芯（3）通电后可产生磁场，在磁场作用下三个磁性柱塞（2）分别在柱塞腔（201）内移动，通过电流方向变化使磁场方向变化，从而改变磁性柱塞（2）的移动方向，柱塞腔（201）吸入或排出流体，从而为外部接入的微流控芯片提供动力。当磁性柱塞（2）向上运动时吸入流体，入口单向阀（4）打开流体流入柱塞腔（201），出口单向阀腔（205）关闭防止出口流道内的流体逆向流入；当磁性柱塞（2）向下运动时排出流体，入口单向阀（4）关闭，防止柱塞腔（201）内的流体逆向流出，出口单向阀腔（205）打开，流体排出到出口流道。

三个动力组可与外部微流控芯片并联或者串联可实现不同的控制目标。如三个动力组并联并采用差动的控制方式，可以减缓流体脉冲波动，提高动力系统的稳定性。

需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对发明的简单说明，而不是对发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入发明的保护范围内。