CN103604936A

CN103604936A - 一种微流控芯片自动控制分析检测仪

Info

Publication number: CN103604936A
Application number: CN201310550501.2A
Authority: CN
Inventors: 聂富强; 沙俊
Original assignee: SUZHOU WENHAO CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU WENHAO CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片自动控制分析检测仪，用于生物分析、化学分析、环境检测、食品安全、医疗诊断等分析领域。该微流控芯片自动控制分析检测仪主要包括自动化控制装置和分析检测芯片装置两个组成部分，通过对输入压力或流速的自动化控制实现微量流体的复杂操作，实现基于微流控芯片技术的自动化分析检测。本发明具有自动化、便携性、微型化、操作简便等优点。

Description

一种微流控芯片自动控制分析检测仪

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片自动控制分析检测仪，该仪器通过对输入压力或流速的自动化控制实现微量流体的复杂操作，进而实现基于微流控芯片技术的自动化分析检测，属微全系统自动化控制分析检测领域。

背景技术

微全分析系统（miniaturized total analysis system, μTAS）是集成进样、样品处理、生化反应、分离、检测为一体的多功能微型检测和分析系统。微流控芯片（Micro-fluidic chip）是其主要的组成部件，具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、材料学、组织工程、环境检测、食品安全和医疗诊断等领域。微流控芯片以分析化学和生物化学为基础，利用微机电加工的技术（MEMS），在硅、玻璃、石英、塑料表面加工出1-500微米的微通道网络，通过复杂的设计，实现对目标分析物的采样、稀释、加试剂、富集、萃取、混合、反应、分离、检测等步骤。

目前的分析检测仪器大多采用以下几大类方法：原子荧光光度法、电感藕合等离子体质谱分析法、高效液相色谱法、紫外可见光法及电化学分析法等，这些分析检测方法都有仪器价格昂贵、体积庞大、检测时间长、操作不便等确定，因此具有微型化、便携性、自动化、高效快速检测等优点的微流控芯片技术是下一代分析检测仪器的必然发展趋势。

但目前微流控芯片上的流体驱动方式主要有内部驱动和外部驱动两种，内部驱动主要以电渗流、电泳流和表面张力为驱动力，通过改变驱动电压和材料性质来控制流体在微通道网络中的流动方向和流速；外部驱动主要是注射泵、蠕动泵和恒压泵。前者成本高，设计复杂，需要昂贵的外置大型设备来实现，后者仅仅能够提供压力源和简单通断的流速控制，无法实现和满足微流控芯片处理复杂流体的需要。

由于微流控芯片分析技术在分析检测领域广阔的应用前景，建立一种性能高效、成本低廉、全自动、多功能、操作简便的微流控芯片自动控制分析检测仪，是一个迫切需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供高效低廉、全自动、多功能以及操作简便的微流控芯片自动控制分析检测仪。

本发明所采用的技术方案是：一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其构造主要包括自动化控制装置和分析检测芯片两个组成部分，其中自动化控制装置部分主要包括有压力源、程序控制装置、压力显示装置、控制程序输入装置、控制程序显示装置、压力调节装置、多通道输出端口、多通道输出指示装置、备用压力源接口、多通路转换和控制装置。分析检测芯片装置主要包括有微流控芯片、接口卡槽、导管和检测器。压力源通过程序控制装置分散到多通道输出端口，并在按照控制程序输入装置设定的预订程序输出压力，从而自动化控制微流控芯片上流体的复杂操作，进而实现基于微流控芯片技术的自动化分析检测。

进一步，所述自动化控制装置工作方式是：控制程序输入装置向程序控制装置输入指令，后者控制压力源的压力输出方式，输入过程和最终指令可以通过控制程序显示装置可视化；所述压力源除了该多通道流体自动控制装置自身装配的压力源外，还可以通过用压力源接口接入外置压力源来扩展压力源的数量；通过所述多通路转换和控制装置可以将压力源人为地分散到多通道输出端口，并且可以通过程序控制装置人为设定控制输出方式；所述压力调节装置可以调节输入压力源输入的大小和流速，并且可以通过压力显示装置显示压力源的大小和流速；所述多通道输出端口的输出方式可以通过多通道输出指示装置同步可视化。

进一步，所述分析检测芯片装置工作方式是：通过接口卡槽和导管连接自动化控制装置和分析检测芯片装置，通过微流控芯片上整合的试剂进样口自动化控制分析检测芯片上试剂的操作；通过检测器采集微流控芯片上微流控芯片反应微室中的混合反应信号，从而实现待测样品的自动化分析检测；最后反应后的试剂通过试剂出样口回收或者排出。

进一步，所述的压力源、程序控制装置、压力显示装置、控制程序输入装置、控制程序显示装置、压力调节装置、多通道输出端口、多通道输出指示装置、备用压力源接口和多通路转换和控制装置及其他辅助装置的安装位置和方式可以在在前后左右，上下及内部自由组合。

进一步，所述的压力源可以是气体，也可以是液体，或者同时包含气体和液体两种压力源。

进一步，所述的压力源提供的既可以是恒定的压强，也可以是恒定的流速，或者可变的压强或流速。

进一步，所述的压力源提供的既可以正压，也可以是负压。

进一步，所述的压力源输出或者输入的压强范围可以为0-1Mpa，输出或者输入的流速范围可以为0-1000mL/s。

进一步，所述的程序控制装置既可以是单片机独立控制系统，也可以是通过上位机或者电脑来控制。

进一步，所述的控制程序输入装置既可以输入自动化的控制程序，也可以是手动控制方式。

进一步，所述的控制程序输入装置既可以是按钮面板，也可以是触摸屏面板。

进一步，所述的控制程序显示装置既可以是非触摸显示屏，也可以是触摸显示屏。

进一步，所述的压力调节装置既可以是旋钮式调节方式，也可以是按键调节方式，或者触摸屏调节方式。

进一步，所述的多通道输出端口既可以是快插式，也可以是旋钮式，或者卡扣式等其他接口方式。

进一步，所述的多通道输出端口可以是独立或一体的端口，也可以是独立或一体的包含了电动控制元件的端口。

进一步，所述的多通道输出端口可以是输出气体或液体，也可以是抽取气体或液体，或者同时包含了输出和抽取两种功能。

进一步，所述的多通道输出端口的数量，既可以是1个，也可以是2个，或者是多个。

进一步，所述的多通道输出指示装置既可以同步指示多通道输出端口每个端口的压力或流速的输出或者输入状态，也可以同步显示多通道输出端口每个端口的压力或流速的输出或者输入的值。

进一步，所述的多通路转换和控制装置既可以是流体转换和控制元件，也可以是电气转换和控制元件，或者同时包含了这两种转换和控制元件。

进一步，所述的多通路转换和控制装置可以是1个，也可以是2个，或者是多个。

进一步，所述的多通路转换和控制装置的相互连接方式可以自由组合。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述的接口卡槽和导管可以是金属、塑料、石英或者玻璃。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述的微流控芯片的材质可以是金属、PMMA、PC、PDMS、石英、玻璃或者其他高分子有机聚合物。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述的试剂进样口和试剂出样口可以是不带接头的储液槽，也可以是带有连接导管的接头。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述的微流控芯片反应微室可以是密闭环境，也可以是开放环境。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述的检测器的检测原理可以是光学、电化学、声学以及生物学原理。

进一步，所述的分析检测芯片装置，其特征在于所述试剂出样口可以自动收集反应后的混合物，也可以自动排出微流控芯片外。

本发明的有益效果是：本发明通过对输入压力或流速的自动化控制，可以实现微量流体的复杂操作，进而实现基于微流控芯片技术的自动化分析检测，并且本发明的仪器性能高效、成本低廉、全自动、多功能以及操作简便。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种微流控芯片自动控制分析检测仪的结构主视图；

图2是本发明一种微流控芯片自动控制分析检测仪的自动化控制装置部分；

图3是本发明一种微流控芯片自动控制分析检测仪的分析检测芯片装置部分；

1压力源；2力控制装置；3压力显示装置；4控制程序输入装置；5控制程序显示装置；6压力调节装置；7多通道输出端口；8多通道输出指示装置；9备用压力源接口；10多通路转换和控制装置；11微流控芯片；12接口卡槽；13导管；14检测器；15-18微流控芯片试剂进样口；19微流控芯片试剂出样口；20微流控芯片反应微室。

具体实施方式

下面结合附图1~3对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例：一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其构造主要包括自动化控制装置和分析检测芯片两个组成部分；其自动化控制装置主要包括：压力源1、程序控制装置2、压力显示装置3、控制程序输入装置4、控制程序显示装置5、压力调节装置6、多通道输出端口7、多通道输出指示装置8、备用压力源接口9、多通路转换和控制装置10。

所述的装置压力源1输入为0-1Mpa高压气源，控制程序输入装置4向程序控制装置2输入指令，后者控制压力源1的压力输出，输入过程和最终指令通过控制程序显示装置5显示出来；根据压力显示装置3的显示，通过压力调节装置6调节合适的压力输入；多通路转换和控制装置10通过程序控制装置2中预设的控制程序，有控制地将高压气源分散到多通道输出端口7；多通道输出端口7按照预设程序的控制方式向微流控芯片11中输送高压气源。

下面对整个操作流程做一次详细的的步骤说明：预先在微流控芯片11上微流控芯片试剂进样口15-18中加入不同的反应试剂；将多通道输出端口7按预设程序控制方式连接到微流控芯片试剂进样口15-18，开启本发明微流控芯片自动控制分析检测仪运行，不同的反应试剂通过微流控芯片试剂进样口15-18，按照预设程序进入微流控芯片反应微室20，反应后的混合物进入微流控芯片出试剂样口19，至此完成微流控芯片中试剂和待测物的自动化控制和分析检测。

Claims

1.一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其构造主要包括自动化控制装置和分析检测芯片装置两个组成部分，通过对输入压力或流速的自动化控制实现微量流体的复杂操作，进而实现基于微流控芯片技术的自动化分析检测。

2.按权利要求1所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的自动化控制装置工作方式是：控制程序输入装置向程序控制装置输入指令后，由程序控制装置控制压力源的压力输出方式，通过多通路转换和控制装置将压力源分散到多通道输出端口，压力调节装置调节输入压力源输入的大小和流速，并通过压力显示装置显示压力源的大小和流速。

3.所述的分析检测芯片装置工作方式是：通过接口卡槽和导管连接自动化控制装置和分析检测芯片装置，通过微流控芯片上整合的试剂进样口自动化控制分析检测芯片上试剂的操作；通过检测器采集微流控芯片上微流控芯片反应小室中的混合反应信号，从而实现待测样品的自动化分析检测；最后反应后的试剂通过试剂出样口回收或者排出。

4. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，所述的自动化控制装置既可以是按钮面板，也可以是触摸屏面板。

5.所述的自动化控制装置可以驱动气体，也可以是液体。

6.所述的自动化控制装置提供的既可以是恒定的压强，也可以是恒定的流速，或者可变的压强或流速。

7.所述的自动化控制装置提供的既可以正压，也可以是负压。

8.所述的自动化控制装置提供的多通道输出端口的数量，既可以是1个，也可以是2个，或者是多个。

9.所述的自动化控制装置的多通道输出指示装置既可以同步指示多通道输出端口的每个端口的压力或流速的输出或者输入状态，也可以同步显示多通道输出端口的每个端口的压力或流速的输出或者输入的值。

10. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的分析检测芯片装置的接口卡槽和导管可以是金属、塑料、石英或者玻璃。

11.所述的分析检测芯片装置的微流控芯片的材质可以是金属、PMMA、PC、PDMS、石英、玻璃或者其他高分子有机聚合物。

12. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的分析检测芯片装置的试剂进样口和试剂出样口可以是不带接头的储液槽，也可以是带有连接导管的接头。

13. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的分析检测芯片装置的微流控芯片反应小室可以是密闭环境，也可以是开放环境。

14. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的分析检测芯片装置的检测器的检测原理可以是光学、电化学、声学以及生物学原理。

15. 按权利要求2所述的一种微流控芯片自动控制分析检测仪，其特征在于所述的分析检测芯片装置的试剂出样口可以自动收集反应后的混合物，也可以自动排出微流控芯片外。