一种微流控芯片及其旋转阀和旋转阀控制器

摘要

本实用新型涉及一种微流控芯片及其旋转阀和旋转阀控制器，所述旋转阀由旋转阀基体和流道板一体成型组成，能够减少旋转阀的加工步骤，节省成本，降低旋转阀的装配精度要求，提高可制造性；本实用新型还提供了与所述旋转阀配套的旋转阀驱动器，可实现旋转阀驱动杆的升降，并且在升降过程中实现旋转阀驱动杆转动运动的接入，所述旋转阀驱动器在驱动所述旋转阀转动时，最先接触所微流控芯片的是所述压紧套，能保证在所述旋转阀运行过程中，所述微流控芯片的位置固定可靠，而且所述旋转阀驱动器的所述编码器直接连接于所述旋转阀驱动杆，位置精度和反馈精度高，有利于确保流道切换的准确性。

说明书

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片技术领域，特别是涉及一种微流控芯片及其旋转阀和旋转阀控制器。

背景技术

微流控芯片是一种控制微流体在微米尺度流道内流动，在流道区域内集成大量生化检测，以实现少量样本完成多项疾病检测的装置。微流控技术凭借其灵敏度，便捷性等诸多优势，迅速成为体外诊断的核心技术之一。微流控技术在流体控制方面有按压阀、旋转阀及亲水表面吸附等诸多方式，但是用于目前的体外诊断技术的流体流道尺度大部分在200-1000μm，对于这个尺度流道的流体，更加适合采用旋转阀和按压阀实现流体控制。按压阀凭借其良好的密封性及可操控性广泛应用为体外诊断的微流控芯片上，但是其结构复杂，很容易造成芯片和整机的生产成本居高不下。

微流控技术通过微纳加工在微流控芯片基材上加工出微米、纳米尺度的流道，将生化反应集成到芯片的流道中去，来实现微量样品完成多项检测。在复杂的流道系统中，多项反应流程需要单独隔离开来，反应结束后打开流道，使得新的流体能够进入反应区，进行下一步反应。为了保证反应结果的可靠，需要保证流道开闭精确，流道切换机构简单。通常实现流道切换的方法是按压阀，即通过按压流道的封膜，将流道在按压位置关闭，但是检测设备上需要复杂的阀门机构或者旋转阀将流道入口分布于一个圆上，通过一个带有流道的圆柱形阀芯与流道入口贴合，在旋转阀芯时，完成不同流道的打开和关闭。

总的来讲，现有的按压阀的结构太过于复杂，每一个阀的位置都需要配置一根独立控制的按压杆，难以胜任现阶段微流控技术追求高通量检测的需求，目前已有的旋转阀结构复杂，制造成本高，对装配精度要求高，难以实现大规模推广。

实用新型内容

本实用新型的一目的是，提供一种微流控芯片及其旋转阀和旋转阀控制器，所述旋转阀为一体式成型旋转阀，结构简单、制造成本低，而且可以在微流控反应过程中实现快捷精准的流道切换，所述旋转阀驱动器结构简单并具有固定芯片、驱动旋转阀、反馈旋转阀角度位置等功能。

本实用新型在一方面提供了一种旋转阀，所述旋转阀由旋转阀基体和流道板一体成型组成，所述旋转阀基体设置有驱动杆接口，所述流道板设置有贯穿所述旋转阀侧面的多个弧形流道。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀基体为聚乙烯注塑基体、聚醚醚酮注塑基体、ABS塑料注塑基体、聚丙交酯注塑基体、聚酰胺注塑基体、聚甲基丙烯酸甲酯注塑基体、聚丙烯注塑基体中的任一种。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀基体和所述流道板通过包胶层包裹为一体式结构。

本实用新型在另一方面还提供了一种微流控芯片，包括芯片主体和通过旋转阀压圈装配在所述芯片主体上的所述旋转阀，所述芯片主体设置有发散分布的多个流道，其中所述旋转阀被转动而实现对不同流道的开闭控制。

本实用新型在另一方面还提供了一种旋转阀控制器，用于控制所述旋转阀转动，从而实现对所述微流控芯片的不同流道的开闭控制，所述旋转阀控制器包括用于插设于所述驱动杆接口以控制所述旋转阀转动的旋转阀驱动杆、套设固定于所述旋转阀驱动杆的升降套、套设于所述旋转阀驱动杆并螺纹啮合于所述升降套的升降轴齿轮、固定连接于所述旋转阀驱动杆的驱动杆转动齿轮、联动于所述升降轴齿轮的升降电机、以及联动于所述驱动杆转动齿轮的旋转电机，所述升降电机用于联动带动所述升降轴齿轮转动，并经由所述升降轴齿轮与所述升降套将旋转运动转换为所述旋转阀驱动杆的升降运动，所述旋转电机用于联动带动所述驱动杆转动齿轮转动，从而经由所述驱动杆转动齿轮带动所述旋转阀驱动杆进行转动运动。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀控制器还包括安装于所述升降电机的输出轴的升降电机齿轮，所述升降电机经由所述升降电机齿轮联动带动所述升降轴齿轮转动。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀控制器还包括连接于所述旋转电机的旋转电机蜗杆和分别啮合于所述旋转电机蜗杆和所述驱动杆转动齿轮的蜗轮齿轮轴，所述旋转电机经由所述旋转电机蜗杆、所述蜗轮齿轮轴以及所述驱动杆转动齿轮将动力传输至所述旋转阀驱动杆。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀控制器还包括依次设置于所述升降套内的弹性件和压紧套，所述压紧套通过销钉限制固定在所述升降套内，用于在所述旋转阀驱动杆接触到所述旋转阀之前受所述弹性件的变形力作用而压紧固定所述微流控芯片。

在本实用新型的一实施例中，所述弹性件为弹簧、扭簧或弹片。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀控制器还包括编码器和安装在所述编码器的中心孔内的联轴器，所述编码器通过联轴器连接于所述旋转阀驱动杆，用于传递所述旋转阀驱动杆的位置信息，确保所述微流控芯片的流道切换准确。

在本实用新型的一实施例中，所述旋转阀控制器还包括用于安装和固定所述升降电机和所述旋转电机的电机支架、连接于所述电机支架的机架、固定连接于所述机架的编码器支架，其中所述蜗轮齿轮轴放置于所述机架的安装孔内，所述编码器固定安装在所述编码器支架上，所述升降轴齿轮设置在所述编码器支架和所述机架的间隙中。

本实用新型的所述旋转阀结构简单，制造成本低，一体成型，能明显降低阀芯的生产成本，缩减生产时间，并且对于旋转阀的装配精度要求明显低于现有方案。

本实用新型还提供了匹配所述旋转阀的所述旋转阀控制器，所述旋转阀控制器能够实现旋转阀驱动杆的升降、旋转以及旋转阀位置反馈，所述旋转阀控制器的所述编码器通过联轴器直接连接在所述旋转阀驱动杆上，位置信息反馈精度高，有利于实现对所述微流控芯片的流道的准确切换。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本实用新型的一优选实施例的所述旋转阀的侧视图。

图2为图1所示的所述旋转阀的仰视图。

图3为图1所示的所述旋转阀的俯视图。

图4为图1所示的所述旋转阀在芯片主体中的装配示意图，其示意了微流控芯片的结构。

图5为图4所示的所述旋转阀装配在芯片主体中的部分结构的剖视示意图。

图6为本实用新型的上述优选实施例的所述旋转阀驱动器的立体结构示意图。

图7为本实用新型的上述优选实施例的所述旋转阀驱动器在另一视角下的立体结构示意图。

图8为本实用新型的上述优选实施例的所述旋转阀驱动器的爆炸图。

图9为本实用新型的上述优选实施例的所述旋转阀驱动器的剖视图。

附图标号说明：旋转阀20；旋转阀基体21；驱动杆接口211；流道板22；弧形流道221；芯片主体2；流道201；旋转阀压圈3；旋转阀控制器30；升降电机4；旋转电机5；旋转电机蜗杆6；升降电机齿轮7；电机支架8；编码器9；编码器支架10；联轴器11；驱动杆转动齿轮12；蜗轮齿轮轴13；旋转阀驱动杆14；机架15；升降轴齿轮16；升降套17；腰型孔171；弹性件18；压紧套19；螺纹孔191。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型通过设计一种一体式成型旋转阀，减少旋转阀的加工步骤，节省成本，降低旋转阀的装配精度要求，提高可制造性。并且提供一种旋转阀控制器，匹配上述旋转阀，实现旋转阀驱动杆的升降和旋转，以及旋转阀位置反馈。

具体地，如图1至图5所示，所述旋转阀20的具体结构及其在微流控芯片中的装配位置被具体阐明。

如图1所示，所述旋转阀20由旋转阀基体21和流道板22一体成型组成，其中所述旋转阀基体21由聚乙烯，聚醚醚酮，ABS塑料，聚丙交酯，聚酰胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯等材料注塑制成，并在注塑完成后，采用包胶工艺将所述流道板22与所述旋转阀基体21做成一体。

也就是说，所述旋转阀基体21为聚乙烯注塑基体、聚醚醚酮注塑基体、ABS塑料注塑基体、聚丙交酯注塑基体、聚酰胺注塑基体、聚甲基丙烯酸甲酯注塑基体、聚丙烯注塑基体中的任一种。

而且，所述旋转阀基体21和所述流道板22通过包胶层包裹为一体式结构。

进一步地，如图2所示，所述流道板22设置有贯穿所述旋转阀20侧面的多个弧形流道221。

如图3所示，所述旋转阀基体21设置有驱动杆接口211，所述驱动杆接口211用于接入旋转阀驱动杆14，以通过旋转阀驱动杆14实现所述旋转阀20的转动。

进一步地，如图4和图5所示，所述微流控芯片包括芯片主体2和旋转阀压圈3，所述旋转阀20安装在所述芯片主体2的阀腔内，并通过所述旋转阀压圈3压紧固定，其中所述芯片主体2设置有发散分布的多个流道201，所述旋转阀20被转动而实现对不同流道的开闭控制。

具体地，其中在所述旋转阀20被转动而使得所述弧形流道221与所述芯片主体2上对应的流道相贯通时，实现对所述流道的导通，即切换对应的所述流道至打开状态，当所述旋转阀20被转动而使得所述弧形流道221与所述流道相错开时，所述流道被封闭，此时则切换至所述流道的关闭状态。

可以理解的是，本实用新型提供的所述旋转阀20结构简单，无需在每一个阀的位置配置一根独立的压杆，而且所述旋转阀20制造成本低，一体成型，能明显降低阀芯的生产成本，缩减生产时间，并且对于旋转阀的装配精度要求明显低于现有方案。

特别地，如图6至图9所示，本实用新型在另一方面还提供了一种旋转阀控制器30，用于控制所述旋转阀20转动，从而实现对所述微流控芯片的不同流道的开闭控制。

具体地，所述旋转阀控制器30包括用于插设于所述驱动杆接口211以控制所述旋转阀20转动的旋转阀驱动杆14、套设固定于所述旋转阀驱动杆14的升降套17、套设于所述旋转阀驱动杆14并螺纹啮合于所述升降套17的升降轴齿轮16、固定连接于所述旋转阀驱动杆14的驱动杆转动齿轮12、联动于所述升降轴齿轮16的升降电机4、以及联动于所述驱动杆转动齿轮12的旋转电机5，所述升降电机4用于联动带动所述升降轴齿轮16转动，并经由所述升降轴齿轮16与所述升降套17将旋转运动转换为所述旋转阀驱动杆14的升降运动，所述旋转电机5用于联动带动所述驱动杆转动齿轮12转动，从而经由所述驱动杆转动齿轮12带动所述旋转阀驱动杆14进行转动运动。

也就是说，所述升降电机4用于实现所述旋转阀驱动杆14的升降运动，所述旋转电机5用于实现所述旋转驱动阀的转动运动。

进一步地，所述旋转阀控制器30还包括安装于所述升降电机4的输出轴的升降电机齿轮7，所述升降电机齿轮7啮合于所述升降轴齿轮16，所述升降电机4经由所述升降电机齿轮7联动带动所述升降轴齿轮16转动。

进一步地，所述旋转阀控制器30还包括连接于所述旋转电机5的旋转电机蜗杆6和分别啮合于所述旋转电机蜗杆6和所述驱动杆转动齿轮12的蜗轮齿轮轴13，所述旋转电机5经由所述旋转电机蜗杆6、所述蜗轮齿轮轴13以及所述驱动杆转动齿轮12将动力传输至所述旋转阀驱动杆14。

进一步地，所述旋转阀控制器30还包括依次设置于所述升降套17内的弹性件18和压紧套19，所述压紧套19通过销钉限制固定在所述升降套17内，用于在所述旋转阀驱动杆14接触到所述旋转阀20之前受所述弹性件18的变形力作用而压紧固定所述微流控芯片。

特别地，所述旋转阀控制器30在升降过程中实现所述旋转阀驱动杆14转动运动的接入，所述旋转阀控制器30最先接触所述芯片主体2的是所述压紧套19，以此能够保证在所述旋转阀20运行过程中，所述微流控芯片的位置固定可靠。

值得一提的是，所述弹性件18可以为弹簧、扭簧或弹片，本实用新型对此不作限制。在这一实施例中，所述弹性件18为弹簧。

进一步地，所述旋转阀控制器30还包括编码器9和安装在所述编码器9的中心孔内的联轴器11，所述编码器9通过联轴器11连接于所述旋转阀驱动杆14，用于传递所述旋转阀驱动杆14的位置信息，确保所述微流控芯片的流道切换准确。

可以理解的是，所述编码器9通过所述联轴器11直接连接于所述旋转阀驱动杆14，位置精度好，反馈精度高，有利于确保所述微流控芯片的流道切换的准确性。

进一步地，所述旋转阀控制器30还包括用于安装和固定所述升降电机4和所述旋转电机5的电机支架8、连接于所述电机支架8的机架15、固定连接于所述机架15的编码器支架10，其中所述蜗轮齿轮轴13放置于所述机架15的安装孔内，所述编码器9固定安装在所述编码器支架10上，所述升降轴齿轮16设置在所述编码器支架10和所述机架15的间隙中。

具体地，所述旋转阀控制器30的安装过程如下：

安装时，将所述升降电机4通过螺栓安装到所述电机支架8上，并通过螺栓将所述升降电机齿轮7安装到所述升降电机4的输出轴上；将所述旋转电机5通过螺栓安装到所述电机支架8上，将所述旋转电机蜗杆6通过顶丝安装到所述旋转电机5上；

通过螺栓将所述电机支架8和所述机架15连接，将所述编码器9通过螺栓安装到所述编码器支架10上，并将所述联轴器11安装到所述编码器9的中心孔内；

将所述蜗轮齿轮轴13放置到所述机架15的安装孔内，并用螺栓锁紧所述编码器支架10和所述机架15，将所述升降轴齿轮16放置到所述编码器支架10和所述机架15的间隙中；

将所述弹性件18放入所述升降套17中，并将所述压紧套19放入所述升降套17中挤压所述弹性件18，使得所述压紧套19上的螺纹孔191与所述升降套17上的腰型孔171同轴心，拧入销钉，使得所述压紧套19被限制在所述升降套17内；

在所述旋转阀驱动杆14上装上轴承，从所述压紧套19和所述升降套17的中心孔穿过，使得所述压紧套19和所述升降套17定位于所述旋转阀驱动杆14的台阶上，将装有所述旋转阀驱动杆14的所述升降套17穿过所述升降轴齿轮16，并在穿出的所述旋转阀驱动杆14上装入所述驱动杆转动齿轮12，通过顶丝锁定所述驱动杆转动齿轮12和所述旋转阀驱动杆14，旋转所述升降套17使其与所述升降轴齿轮16旋合到最顶部，拧入限位螺栓，用螺栓锁紧所述编码器支架10和所述机架15，至此完成所述旋转阀控制器30的安装。

具体地，所述旋转阀控制器30的工作过程如下：

工作时，所述升降电机4旋转，通过所述升降电机齿轮7和所述升降轴齿轮16将旋转运动转换为竖直运动，具体地，通过所述升降轴齿轮16的内螺纹和所述升降套17的外螺纹旋合将旋转运动转换为所述升降套17沿竖直方向的运动，所述升降套17带动所述旋转阀驱动杆14同步做升降运动，所述旋转阀驱动杆14和所述升降套17之间用轴承连接，且可以通过所述旋转阀驱动杆14上的所述驱动杆转动齿轮12与所述蜗轮齿轮轴13啮合，进而通过所述蜗轮齿轮轴13与所述旋转电机蜗杆6接入所述旋转电机5的动力，即通过所述旋转电机5驱动所述旋转阀驱动杆14旋转。

同时在所述旋转阀驱动杆14接触到所述旋转阀20之前，所述压紧套19会先接触所述芯片主体2，通过所述弹性件18变形产生压紧力，实现对所述芯片主体2的压紧，确保在所述旋转阀控制器30控制所述旋转阀20转动时，所述微流控芯片位置能够被稳定固定。另外，所述编码器9始终通过所述联轴器11与所述旋转阀驱动杆14连接，能够准确传递所述旋转阀驱动杆14的位置信息，从而确保所述微流控芯片的流道切换的准确性。

总的来讲，本实用新型提供了一种一体式成型旋转阀，能够减少旋转阀的加工步骤，节省成本，降低旋转阀的装配精度要求，提高可制造性。本实用新型还提供了与所述旋转阀配套的旋转阀驱动器，可实现旋转阀驱动杆的升降，并且在升降过程中实现旋转阀驱动杆转动运动的接入，所述旋转阀驱动器在驱动所述旋转阀转动时，最先接触所述芯片主体的是所述压紧套，能保证在所述旋转阀运行过程中，所述微流控芯片的位置固定可靠，而且所述旋转阀驱动器的所述编码器直接连接于所述旋转阀驱动杆，位置精度和反馈精度高，有利于确保流道切换的准确性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。