CN109331894A - 一种基于微流控芯片的微滴检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微流控芯片的微滴检测装置，包括底板、基准块、Z轴调节平台、X‑Y轴调节平台、微流控芯片夹具和微滴检测调节模块。本发明对用户来说，其可以解决微流控芯片更换的步骤繁琐、效率低下的问题，微流控芯片放入后可以准确定位并自动夹紧固定，并且针对芯片批次的厚度差异，可以进行微调；对本装置装配调试来说，其可以快速、有效地对准芯片检测流道与检测光路及检测光源与检测光路，提高效率。

Description

一种基于微流控芯片的微滴检测装置

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种基于微流控芯片的微滴检测装置。

背景技术

微流控指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的***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。因为具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为芯片实验室和微全分析***。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。目前，微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

对于微流控芯片中的微滴检测，一个重要的前提要求是微滴检测模块的光路及其光学器件、发光光源及微流控芯片的检测流道准确对准，以上部件对准程度将直接影响微滴检测范围。其次是为避免不同次检测的交叉污染，微流控芯片通常一次性使用，因此要求微流控芯片更换步骤简单，安装可靠，安装微流控芯片后要求微滴识别模块的检测点与微流控芯片的检测流道准确对准。

目前已有的设计中，如公开号为CN106582911A的中国专利提出了一种微流控芯片夹具，其包括底座、均与底座可转动连接并分别与底座配合形成夹持空间的两个翻盖、将翻盖固定于底座上的紧固机构，底座开设有用于放置微流控芯片的芯片槽，芯片槽与两个夹持空间连通，微流控芯片具有出液口的一端伸入另外一个夹持空间，微流控芯片夹持于两个翻盖之间；安装微流控芯片时，将4个紧固件打开，然后将2个翻盖翻起，再将微流控芯片放入芯片槽内，之后盖合2个翻盖，最后将4个紧固件机构锁紧；需要更换微流控芯片时，将4个紧固机构打开，然后将2个翻盖翻起，再将原先的微流控芯片取出，并将新的微流控芯片放入芯片槽内，最后重复芯片装入的步骤。另一公开号为CN205761267U的中国专利提出了一种微流控芯片夹具，使用升降台的方法代替了紧固件固定微流控芯片，该夹具包括第一矩形框架，第二矩形框架和升降台，升降台设置在第一矩形框架内，第二矩形框架活动安装在第一矩形框架上，第二矩形框架包括四个L型支架，四个L型支架首尾依次连接，相连的两个L型支架之间均通过伸缩件连接；使用时，把升降台放在第一矩形框架中，然后打开第二矩形框架，再把芯片放置在升降台上，之后把第二矩形框架旋转盖在第一矩形框架内，固定好第二矩形框架，最后调节升降台的高度来实现芯片的夹紧。

在上述专利技术的描述中，微流控芯片在固定于芯片夹具时，都需要操作多个步骤，相对繁琐，且微流控芯片只能从上往下放入芯片槽，如将装置安装到仪器中，操作相对困难。在微滴检测调节模块中，往往需要调节检测光源相对于检测光路的位置及芯片检测流道相对于检测光路的位置，对于光源与光路对准，通常依靠零件的加工精度来达到，但即使加工精度满足，装配误差依然存在。在批量生产时，使用上述方法装配后的一致性较难保证，调节不便；使用中，如果不同批次的微流控芯片厚度有差异，以上夹具均无法快捷调整光源的位置，从而造成检测精度变差，无法达到仪器的使用要求。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于微流控芯片的微滴检测装置，对用户来说，其可以解决微流控芯片更换的步骤繁琐、效率低下的问题，微流控芯片放入后可以准确定位并自动夹紧固定，并且针对芯片批次的厚度差异，可以进行微调；对本装置装配调试来说，其可以快速、有效地对准芯片检测流道与检测光路及检测光源与检测光路，提高效率。

一种基于微流控芯片的微滴检测装置，包括底板、Z轴调节平台、X-Y轴调节平台、微流控芯片、芯片夹具、微滴检测调节模块以及两个基准块；其中，微流控芯片安装于芯片夹具上，芯片夹具上设置有用于夹紧固定微流控芯片的侧压薄型板簧和上压薄型板簧，基准块设置于底板上，Z轴调节平台以其中一基准块为基准通过紧固件与底板固定连接，X-Y轴调节平台以另一基准块为基准通过紧固件与底板固定连接，芯片夹具通过紧固件安装于Z轴调节平台上，微滴检测调节模块通过紧固件安装于X-Y轴调节平台上，芯片夹具上还对称安装有两个微滴识别模块，微滴检测调节模块上安装有二轴调节平台。

进一步地，所述底板上开设有与基准块匹配的两处凹槽，两个基准块通过紧固件分别安装于对应的凹槽内；上述两处凹槽与基准块的设置，保证了Z轴调节平台和X-Y轴调节平台安装后平行。

进一步地，所述芯片夹具包括夹具底座、两片侧压薄型板簧以及两片上压薄型板簧；夹具底座通过紧固件安装于Z轴调节平台上，夹具底座上开设有供微流控芯片固定的芯片容纳槽，夹具底座后侧开设有两个缺口，两片侧压薄型板簧通过紧固件分别安装于对应的缺口内；两片上压薄型板簧通过紧固件安装于夹具底座的右侧，夹具底座前后两侧对称开设有卡槽，两个微滴识别模块通过紧固件分别安装于对应的卡槽内；通过薄型板簧分别从侧面和上面对芯片压紧，保证了芯片处于固定状态，满足测试要求，微滴识别模块卡槽的设置可以很容易地将该模块安装到位。

进一步地，所述芯片容纳槽略宽于微流控芯片的宽度，芯片容纳槽左侧为开口式且左侧端部设有导向倒角，右侧设有基准挡边，使得微流控芯片很容易得***芯片槽并安装到位。

进一步地，所述微滴识别模块用于微滴类型的识别，其包括模块基座、两个LED光源、两块光电池以及盖板；模块基座上面及下面分别开设有两对埋入孔，两个LED光源通过紧固件分别嵌设于模块基座上面的一对埋入孔内，两块光电池通过紧固件分别嵌设于模块基座下面的一对埋入孔内，微流控芯片对应的流道分别与两个光电池对准，盖板通过紧固件与模块基座配合连接；模块基座上还设有两组腰型状光通道，所述腰型状光通道位于对应的LED光源与光电池之间，腰型状光通道的宽度大于微流控芯片的流道宽度，但小于光电池感光面的宽度，腰型状光通道的长边垂直于微流控芯片的流道。

进一步地，所述模块基座上开设有避让槽，避让槽居中位于LED光源与光电池之间，避让槽宽度比微流控芯片厚度略大，使得微流控芯片***后正好处于LED光源与光电池之间。

进一步地，所述微滴检测调节模块包括微滴检测调节模块底座、光纤绕线盘、控制电路板、检测电路板、反馈电路板、分光基座、激光器以及外罩；微滴检测调节模块底座通过紧固件安装于X-Y轴调节平台上，微滴检测调节模块底座上开有供分光基座固定的容纳槽，分光基座通过紧固件安置于该容纳槽内，分光基座上开有凹槽，分光镜片以45度入射角通过点胶固定安装于该凹槽内，激光器安装于二轴调节平台上；二轴调节平台通过紧固件置于微滴检测调节模块底座上，控制电路板通过支座及紧固件安装于微滴检测调节模块底座前侧，检测电路板安装于微滴检测调节模块底座后侧的容纳槽A内，反馈电路板安装于微滴检测调节模块底座底面的容纳槽B内，微滴检测调节模块底座上开设有供微流控芯片检测端***的凹槽；容纳槽A和容纳槽B内分别开设有定位孔，两个定位孔的中心点与分光镜片的中心点处于同一个平面内且该平面平行于微滴检测调节模块底座左侧面；微滴检测调节模块底座上还开设有检测光路通道和反馈光路通道，检测光路通道与容纳槽A内的定位孔同轴且贯穿于分光基座所处的容纳槽；反馈光路通道与容纳槽B内的定位孔同轴且贯穿于微滴检测调节模块底座；光纤绕线盘则通过钣金连接件与控制电路板的支座连接；外罩通过紧固件连接罩于整个微滴检测调节模块外侧。

进一步地，所述二轴调节平台用于对激光器位置的调节，其包括X轴调节固定板、调节底板、X轴调节螺钉、Z轴调节螺钉以及激光器固定板；X轴调节固定板通过紧固件安装于微滴检测调节模块底座右侧面，调节底板底面凸设有导向条且对应与微滴检测调节模块底座上凹设的第一导向槽相配合；X轴调节固定板上开设有开口腰型槽用于X轴调节螺钉卡入，调节底板右侧面设有螺纹孔，通过该螺纹孔及X轴调节螺钉与X轴调节固定板连接，用于二轴调节平台X方向的调节，调节完成后通过紧固件与微滴检测调节模块底座固定连接；微滴检测调节模块底座上开设有开口腰型槽用于Z轴调节螺钉卡入，激光器固定板右侧凸设有导向条且对应与调节底板左侧面凹设的第二导向槽相配合；激光固定板上侧面开设有螺纹孔，激光器固定板通过该螺纹孔及Z轴调节螺钉与调节底板连接，用于二轴调节平台Z方向的调节，调节完成后通过紧固件与调节底板固定连接；激光器固定板上开有安装孔，激光器通过紧固件安装固定至该安装孔内；通过二轴调节平台可以有效地调整激光器，使得检测光源与检测光路对准。

进一步地，所述X-Y轴调节平台的X轴调节旋钮上安装有加长调节杆，此加长调节杆可以方便手指握住以调节芯片检测流道与检测光路的对准。

在安装调试时，将微流控芯片***芯片夹具的芯片槽内，打开光源激光器，首先调整检测光源与检测光路，旋转二轴调节平台的X轴调节螺钉、Z轴调节螺钉，至检测光源的光束与检测光路通道对准，然后拧紧紧固件即可；随后调节芯片检测流道与检测光路对准，调整Z轴调节平台、X-Y轴调节平台的调节旋钮，至检测光路上的光源光束通过芯片检测流道即可；上述步骤只在装配调试时需调节一次，用户使用时无需操作。

在用户实际测试操作中，安装芯片时，只需将微流控芯片沿芯片***的方向***芯片夹具的芯片槽内，即可自动通过侧压薄型板簧和上压薄型板簧将芯片压紧固定，同时完成微滴识别模块与对应芯片流道的对准以及芯片检测流道和检测光路对准；更换芯片时，先将微流控芯片沿芯片抽出的方向从芯片夹具的芯片槽内抽出，再将新的芯片***芯片夹具的芯片槽内，即可完成芯片的更换，如更换的芯片厚度与之前的有差异，则需微调Z轴调节平台的调节旋钮即可完成。

综上可知，本发明对用户来说，其可以解决微流控芯片更换的步骤繁琐、效率低下的问题，微流控芯片放入后可以准确定位并自动夹紧固定，并且针对芯片批次的厚度差异，可以进行微调；对本装置装配调试来说，其可以快速、有效地对准芯片检测流道与检测光路及检测光源与检测光路，提高效率。

附图说明

图1为本发明微滴检测装置的整体结构示意图。

图2为本发明装置中芯片夹具的结构示意图。

图3为本发明装置中微滴识别模块的结构示意图。

图4为本发明装置中微滴识别模块的剖视图。

图5为本发明装置中微滴检测调节模块的结构示意图。

图6为本发明装置中二轴调节平台的结构示意图。

图中：100—底板，110—基准块，120—X-Y轴调节平台，121—加长调节杆，130—Z轴调节平台，200—芯片夹具，210—微滴识别模块，211—微滴识别模块基座，212—腰型状光通道A，213—腰型状光通道B，214—盖板，215—LED光源B，216—LED光源A，217—光电池B，218—光电池A，219—避让槽，220—芯片夹具底座，230—侧压薄型板簧，240—上压薄型板簧，250—微流控芯片，251—微流控芯片检测段，252—接头，253—液管，300—微滴检测调节模块，310—微滴检测调节模块底座，311—第一导向槽，320—分光基座，330—二轴调节平台，331—调节底板，332—X轴调节固定板，333—X轴调节螺钉，334—激光器固定板，335—Z轴调节螺钉，336—激光器安装孔，337—第二导向槽，350—控制板底座，360—钣金连接件，370—光纤绕线盘，380—激光器。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本实施方式中基于微流控芯片的微滴检测装置，包括底板100、Z轴调节平台130、X-Y轴调节平台120、微流控芯片250、芯片夹具200、微滴检测调节模块300以及两个基准块110；其中，微流控芯片250安装于芯片夹具200上，基准块110设置于底板100上，Z轴调节平台130以其中一基准块110为基准通过紧固件与底板100固定连接，X-Y轴调节平台120以另一基准块110为基准通过紧固件与底板100固定连接，芯片夹具200通过紧固件安装于Z轴调节平台130上，微滴检测调节模块300通过紧固件安装于X-Y轴调节平台120上，芯片夹具200上还对称安装有两个微滴识别模块210，微滴检测调节模块300上安装有二轴调节平台。

如图2所示，芯片夹具200包括芯片夹具底座220、侧压薄型板簧230、上压薄型板簧240；两片侧压薄型板簧230间隔一定距离安装在芯片夹具底座220后侧面，两片上压薄型板簧240间隔一定距离安装在芯片夹具底座220右侧面，微流控芯片250可水平从左往右***芯片夹具的芯片容纳槽，微流控芯片250上有多个接头252和液管253，微流控芯片检测段251位于微流控芯片250的右端。

如图3和图4所示，微滴识别模块210包括微滴识别模块基座211、LED光源B 215、LED光源A216、光电池B 217、光电池A218；LED光源(LED光源B 215和LED光源A216的简称，下同)和光电池(光电池B 217和光电池A218的简称，下同)分别嵌设于对应的埋入孔内，LED光源与光电池之间留有避让槽219，使微滴识别模块在保证功能的同时不影响芯片的***，避让槽219的宽度比微流控芯片的厚度略大；LED光源与光电池之间有腰型状光通道212，此腰型状光通道宽度大于微流控芯片流道的宽度，但小于光电池感光面的宽度。

如图5所示，微滴检测调节模块300包括微滴检测调节模块底座310、分光基座320、二轴调节平台330、控制板底座350、钣金连接板360、光纤绕线盘370和激光器380；分光基座320安装在微滴检测调节模块底座310的分光基座容纳槽内，二轴调节平台330安装在微滴检测调节模块底座310的上平面，控制板底座350安装在微滴检测调节模块底座310前侧面，光纤绕线盘370通过钣金连接件360固定于控制板底座350上。

如图6所示，二轴调节平台330包括调节底板331、X轴调节固定板332、X轴调节螺钉333、激光器固定板334、Z轴调节螺钉335；调节底板331的底面凸设的导向条与微滴检测调节模块底座310上凹设的第一导向槽311配合，起X轴调节导向作用，X轴调节固定板332固定在微滴检测调节模块底座310右侧边，其上开设有开口腰型槽，可卡入X轴调节螺钉333；调节底板331右侧面设有螺纹孔，X轴调节螺钉333的螺纹端拧入该螺纹孔内，拧X轴调节螺钉333可调节二轴平台的X向；激光器固定板334的右侧面凸设的导向条与调节底板331左侧面凹设的第二导向槽337配合，起Z轴调节导向作用，调节底板331上平面开设有开口腰型槽，可卡入Z轴调节螺钉335；激光固定板334上侧面开设有螺纹孔，Z轴调节螺钉335的螺纹端拧入该螺纹孔内，拧Z轴调节螺钉335可调节二轴平台的Z向。激光器380安装在激光器固定板334的激光器安装孔336内。

本实施方式的工作原理及技术效果如下：

在安装调试时，将微流控芯片250***芯片夹具200的芯片槽内，打开光源激光器380，首先调整检测光源与检测光路，旋转二轴调节平台330的X轴调节螺钉333、调节Z轴调节螺钉335，至检测光源的光束与检测光路通道对准，然后拧紧紧固件即可；随后调节芯片检测流道与检测光路对准，调整Z轴调节平台130、X-Y轴调节平台120的调节旋钮，至检测光路上的光源光束通过芯片检测流道即可；上述步骤只在装配调试时需调节一次，用户使用时无需操作。

在用户实际测试操作中，安装芯片时，只需将微流控芯片250沿芯片***的方向***芯片夹具200的芯片槽内，即可自动通过侧压薄型板簧230和上压薄型板簧240将芯片250压紧固定，同时完成微滴识别模块210与对应芯片流道的对准以及芯片检测流道和检测光路对准；更换芯片时，先将微流控芯片250沿芯片抽出的方向从芯片夹具200的芯片槽内抽出，再将新的芯片***芯片夹具200的芯片槽内，即可完成芯片的更换，如更换的芯片厚度与之前的有差异，则需微调Z轴调节平台130的调节旋钮即可完成。

综上可知，本发明对用户来说，其可以解决微流控芯片更换的步骤繁琐、效率低下的问题，微流控芯片放入后可以准确定位并自动夹紧固定，并且针对芯片批次的厚度差异，可以进行微调；对本装置装配调试来说，其可以快速、有效地对准芯片检测流道与检测光路及检测光源与检测光路，提高效率。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微流控芯片的微滴检测装置，其特征在于：包括底板、Z轴调节平台、X-Y轴调节平台、微流控芯片、芯片夹具、微滴检测调节模块以及两个基准块；其中，微流控芯片安装于芯片夹具上，芯片夹具上设置有用于夹紧固定微流控芯片的侧压薄型板簧和上压薄型板簧，基准块设置于底板上，Z轴调节平台以其中一基准块为基准通过紧固件与底板固定连接，X-Y轴调节平台以另一基准块为基准通过紧固件与底板固定连接，芯片夹具通过紧固件安装于Z轴调节平台上，微滴检测调节模块通过紧固件安装于X-Y轴调节平台上，芯片夹具上还对称安装有两个微滴识别模块，微滴检测调节模块上安装有二轴调节平台。

2.根据权利要求1所述的微滴检测装置，其特征在于：所述底板上开设有与基准块匹配的两处凹槽，两块基准块通过紧固件分别安装于对应的凹槽内。

3.根据权利要求1所述的微滴检测装置，其特征在于：所述芯片夹具包括夹具底座、两块侧压薄型板簧以及两块上压薄型板簧；夹具底座通过紧固件安装于Z轴调节平台上，夹具底座上开设有供微流控芯片固定的芯片容纳槽，夹具底座后侧开设有两个缺口，两块侧压薄型板簧通过紧固件分别安装于对应的缺口内；两块上压薄型板簧通过紧固件安装于夹具底座的右侧，夹具底座前后两侧对称开设有卡槽，两个微滴识别模块通过紧固件分别安装于对应的卡槽内。

4.根据权利要求3所述的微滴检测装置，其特征在于：所述芯片容纳槽略宽于微流控芯片的宽度，芯片容纳槽左侧为开口式且左侧端部设有导向倒角，右侧设有基准挡边。

5.根据权利要求1所述的微滴检测装置，其特征在于：所述微滴识别模块用于微滴类型的识别，其包括模块基座、两个LED光源、两块光电池以及盖板；模块基座上面及下面分别开设有两对埋入孔，两个LED光源通过紧固件分别嵌设于模块基座上面的一对埋入孔内，两块光电池通过紧固件分别嵌设于模块基座下面的一对埋入孔内，微流控芯片对应的流道分别与两个光电池对准，盖板通过紧固件与模块基座配合连接；模块基座上还设有两组腰型状光通道，所述腰型状光通道位于对应的LED光源与光电池之间，腰型状光通道的宽度大于微流控芯片的流道宽度，但小于光电池感光面的宽度，腰型状光通道的长边垂直于微流控芯片的流道。

6.根据权利要求5所述的微滴检测装置，其特征在于：所述模块基座上开设有避让槽，避让槽居中位于LED光源与光电池之间，避让槽宽度比微流控芯片厚度略大，使得微流控芯片***后正好处于LED光源与光电池之间。

7.根据权利要求1所述的微滴检测装置，其特征在于：所述微滴检测调节模块包括微滴检测调节模块底座、光纤绕线盘、控制电路板、检测电路板、反馈电路板、分光基座、激光器以及外罩；微滴检测调节模块底座通过紧固件安装于X-Y轴调节平台上，微滴检测调节模块底座上开有供分光基座固定的容纳槽，分光基座通过紧固件安置于该容纳槽内，分光基座上开有凹槽，分光镜片以45度入射角通过点胶固定安装于该凹槽内，激光头安装于二轴调节平台上；二轴调节平台通过紧固件置于微滴检测调节模块底座上，控制电路板通过支座及紧固件安装于微滴检测调节模块底座前侧，检测电路板安装于微滴检测调节模块底座后侧的容纳槽A内，反馈电路板安装于微滴检测调节模块底座底面的容纳槽B内，微滴检测调节模块底座上开设有供微流控芯片检测端***的凹槽；容纳槽A和容纳槽B内分别开设有定位孔，两个定位孔的中心点与分光镜片的中心点处于同一个平面内且该平面平行于微滴检测调节模块底座左侧面；微滴检测调节模块底座上还开设有检测光路通道和反馈光路通道，检测光路通道与容纳槽A内的定位孔同轴且贯穿于分光基座所处的容纳槽；反馈光路通道与容纳槽B内的定位孔同轴且贯穿于微滴检测调节模块底座；光纤绕线盘则通过钣金连接件与控制电路板的支座连接；外罩通过紧固件连接罩于整个微滴检测调节模块外侧。

8.根据权利要求7所述的微滴检测装置，其特征在于：所述二轴调节平台用于对激光器位置的调节，其包括X轴调节固定板、调节底板、X轴调节螺钉、Z轴调节螺钉以及激光器固定板；X轴调节固定板通过紧固件安装于微滴检测调节模块底座右侧面，调节底板底面凸设有导向条且对应与微滴检测调节模块底座上凹设的第一导向槽相配合；X轴调节固定板上开设有开口腰型槽用于X轴调节螺钉卡入，调节底板右侧面设有螺纹孔，通过该螺纹孔及X轴调节螺钉与X轴调节固定板连接，用于二轴调节平台X方向的调节，调节完成后通过紧固件与微滴检测调节模块底座固定连接；调节底板开设有开口腰型槽用于Z轴调节螺钉卡入，激光器固定板右侧凸设有导向条且对应与调节底板左侧面凹设的第二导向槽相配合；激光器固定板上侧面开设有螺纹孔，激光器固定板通过该螺纹孔及Z轴调节螺钉与调节底板连接，用于二轴调节平台Z方向的调节，调节完成后通过紧固件与调节底板固定连接；激光器固定板上开有安装孔，激光器通过紧固件安装固定至该安装孔内。

9.根据权利要求1所述的微滴检测装置，其特征在于：所述X-Y轴调节平台的X轴调节旋钮上安装有加长调节杆。