CN111790462A - 一种微流控检测用加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微流控技术领域，具体的涉及一种微流控检测用加热装置，其包括，底座、加热模块、运动板、步进电机平台、导风槽、风扇、光电开关及固定板，所述的底座上开设有用于加热模块安装的加热模块安装通槽，本发明所提供的一种微流控检测用加热装置主要通过底座、加热模块、运动板及步进电机平台等结构部件的安装布局，使本发明解决了现有PCR加热装置所存在的工作粗糙、精度差，结构较复杂、生产成本高，不适合实用性的微流控自动检测设备使用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,具体的涉及一种微流控检测用加热装置。
背景技术
微流控是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，其具体为将生物、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块几平方厘米的微流控芯片上，自动完成分析全过程的技术。由于其在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，在微流控芯片上利用PCR（聚合酶链式反应，Polymerase Chain Reaction）扩增检测核酸时，PCR是检测成败的关键，PCR由变性-退火-延伸三个步骤构成，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物，类似于DNA的天然复制过程。PCR不同的反应阶段要求不同的保持温度，DNA在95℃时变性成为单链，在60℃左右时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，当温度调整为72℃左右时达到DNA聚合酶最适反应温度，DNA聚合酶沿着模板根据碱基互补配对原则从羟基端向磷酸基团方向催化合成互补链。
目前市场上的PCR设备价格昂贵，功能单一，操作对象多为PCR试管，无法用于微流控芯片，更无法适用于微流控自动检测设备，而目前多数微流控芯片所采用的PCR加热装置多为试验室使用，加热装置或者较粗糙、精度差，或者结构较复杂、生产成本高，均不适合实用性的微流控自动检测设备使用。因此，市场上急需一种结构简单、适用范围广、可集成化、成本低且温控精度高的微流控检测用加热装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种微流控检测用加热装置，其具有结构简单、适用范围广、可集成化、成本低且温控精度高等特点，解决了现有PCR加热装置所存在的工作粗糙、精度差，结构较复杂、生产成本高，不适合实用性的微流控自动检测设备使用的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微流控检测用加热装置，包括，底座、加热模块、运动板、步进电机平台、导风槽、风扇、光电开关及固定板，所述的底座上开设有用于加热模块安装的加热模块安装通槽，所述的加热模块安装在底座上的加热模块安装通槽部位且与底座相连，所述的导风槽用于对散热气流进行导流，所述的导风槽的上部与加热模块相连，所述的用于产生散热气流的风扇安装在导风槽的下部部位，所述的底座侧面安装有固定板，所述的步进电机平台安装在固定板的下部部位且与固定板通过螺栓相连，所述的运动板安装在步进电机平台上且与步进电机平台相连，所述的光电开关安装在运动板侧面部位用于对运动版的位置进行检测控制，所述的步进电机平台通过运动板与加热模块相连并通过运动板带动加热模块上下移动。
所述的加热模块用于对微流控芯片进行加热保温作业，其包括，导热片、压盖、导向座、弹簧、散热片、导热管、加热片、压片I、制冷片、压片II及螺钉，所述的导热片内为两端开放式的通槽结构，用于对导热片进行加热的加热片安装在导热片内的通槽内且与导热片相接触，在加热片的下部设置有用于对制冷片进行压紧的压片I及压片II，所述的制冷片安装设置在压片I及压片II二者之间的位置用于对加热片进行降温，所述的压盖上开设有一用于导热片安装的导热片安装凹槽，所述的导热片安装在压盖内开设的导热片安装凹槽内且通过导热硅脂与压盖相接触，所述的导向座上开设有用于压盖安装的压盖安装凹槽，所述的压盖安装在导向座上开设的压盖安装凹槽内并通过导热硅脂与导向座相接触，所述的导热管的上部与压片II相接触并将压片II的热量传导出去，所述的导热管的下部安装有用于对导热管进行散热的散热片，所述的散热片与导热管相连。
所述的导向座侧面加工有用于与压盖卡接的卡扣，在所述的压盖的侧面开设有用于引出加热片及制冷片接线端的过线孔以及用于与导向座上卡扣相配合安装的槽孔，所述的压盖安装在导向座内通过卡扣与槽孔卡接方式使二者相连。
所述的导向座的外周四角位置上安装有导向柱，所述的导向柱与导向座固定相连，在导向柱内加工有内螺纹孔，在导向柱的外周上安装有弹簧，在底座上开设有用于导向柱安装的导向柱安装部，所述的导向座通过导向柱安装在底座上的导向柱安装部位置，所述的螺钉安装在导向柱上的内螺纹孔部位并将导向柱限位于导向柱安装部部位。
所述的导向左下部安装有用于带动其上下动作的带动架，所述的带动架上开设有定位孔。
所述的运动板安装在步进电机平台上用于带动带动架上下移动，所述的运动板包括横板、竖板、过渡连接板及定位柱，所述的横板安装在竖板上部部位且与竖板垂直固定相连，所述的横板的下部部位固定设置有与带动架上定位孔相配合安装的定位柱，所述的过渡连接板安装在竖板外部侧面部位且与竖板固定相连，在竖板的侧面开设有用于光电开关进行检测定位的定位槽。
所述的加热片侧面设置有传感器孔，在传感器孔内安装有用于检测温度的温度传感器。
所述的压盖与导向座的材质为绝热材质。
所述的导热片、压片I及压片II三者的材质为紫铜材质。
所述的横板与竖板上安装有加强筋板，所述的加强筋板与横板及竖板分别固定相连。
本发明的有益效果为：本发明的整体结构设计科学，生产安装使用方便，本发明所提供的一种微流控检测用加热装置主要通过底座、加热模块、运动板及步进电机平台等结构部件的安装布局，使本发明解决了现有PCR加热装置所存在的工作粗糙、精度差，结构较复杂、生产成本高，不适合实用性的微流控自动检测设备使用的问题，因此，可以说，本发明是一种整体结构简单、适用范围广、可集成化安装使用、生产成本低且温控精度高的微流控检测用加热装置，并可适用于微流控自动检测设备。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的整体主视结构示意图；
图3是本发明的整体剖视结构示意图；
图4是本发明中加热模块的立体结构示意图；
图5是本发明中加热模块的剖视结构示意图；
图6是本发明中加热板的结构示意图；
图7是本发明中压盖的结构示意图；
图8是本发明中导向座的结构示意图；
图9是本发明中运动板的前视结构示意图；
图10是本发明中运动板的后视结构示意图；
图中标号为：1-底座、2-加热模块、3-运动板、4-步进电机平台、5-导风槽、6-导热片、7-压盖、8-导向座、9-弹簧、10-散热片、11-导热管、12-加热片、13-压片I、14-制冷片、15-压片II、16-风扇、17-光电开关、 18-固定板、19-螺钉、20-导向柱安装部、21-加热模块安装通槽、301-定位槽、302-定位柱、303-横板、304-竖板、305-加强筋板、306-过渡连接板、601-传感器孔、602-通槽、701-槽孔、702-过线孔、703-导热片安装凹槽、801-卡扣、802-导向柱、803-定位孔、804-带动架。
具体实施方式
具体实施例1：本发明的核心是提供一种微流控检测用加热装置，它主要底座1、加热模块2、运动板3及步进电机平台4等结构部件的安装布局，使本发明解决了现有PCR加热装置所存在的工作粗糙、精度差，结构较复杂、生产成本高，不适合实用性的微流控自动检测设备使用的问题，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接连接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。本申请文件中用于表示方位的用语“左”和“右” 均以附图中所示的具体结构为基准，并不构成对结构的限制。如说明书附图1-10所示，本发明所提供的一种微流控检测用加热装置主要包括，底座1、加热模块2、运动板3、步进电机平台4、导风槽5、风扇16、光电开关17及固定板18，在底座1上开设有用于加热模块2安装的加热模块安装通槽21，用于对微流控芯片进行加热的加热模块2安装在底座1上的加热模块安装通槽21部位，导风槽5用于对散热气流进行导流，导风槽5的上部安装在加热模块2上，用于产生散热气流的风扇16安装在导风槽5的下部部位，在底座1侧面安装有用于步进电机平台4安装的固定板18，步进电机平台4通过螺栓安装在固定板18的下部部位，用于带动加热模块2上下移动调整的运动板3安装在步进电机平台4上，用于检测运动板3位置的光电开关17安装在运动板3侧面部位，步进电机平台4通过运动板3与加热模块2相连并通过运动板3带动加热模块2上下移动，加热模块2用于对微流控芯片进行加热保温作业，其包括导热片6、压盖7、导向座8、弹簧9、散热片10、导热管11、加热片12、压片I13、制冷片14、压片II15及螺钉19，导热片6内为两端开放式的通槽结构，用于对导热片6进行加热的加热片12安装在导热片6内的通槽602内，在加热片12的下部设置有用于对制冷片14进行压紧的压片I13及压片II15，制冷片14安装设置在压片I13及压片II15二者之间的位置用于对加热片12进行降温，在压盖7上开设有一用于导热片6安装的导热片6安装凹槽703，导热片6安装在压盖7内开设的导热片安装凹槽703内且通过导热硅脂与压盖7相接触，导向座8上开设有用于压盖7安装的压盖安装凹槽，压盖7装在导向座8上开设的压盖安装凹槽内并通过导热硅脂与导向座8相接触，导热管11的上部与压片II15相接触并将压片II15的热量传导出去，在导热管11的下部安装有用于对导热管11进行散热的散热片10，在导向座8侧面加工有用于与压盖7卡接的卡扣801，在压盖7的侧面开设有用于引出加热片12及制冷片14接线端的过线孔702以及用于与导向座8上卡扣801相配合安装的槽孔701，压盖7通过卡扣801与槽孔701卡接方式安装在导向座8内，在导向座8的外周四角下部位置上安装有用于对导向座8支撑导向的导向柱802，导向柱802与导向座8固定相连，在导向柱802内加工有内螺纹孔，在导向柱802的外周上安装有弹簧9，弹簧9为缓冲弹簧，其初始位置被加热模块2自身重力压缩，当步进电机平台4通过运动板3带动加热模块2下移时，弹簧9处于被压缩的状态，当步进电机平台4通过运动板3带动加热模块2上移时，弹簧9靠自身的弹性回复力复位。在底座1上开设有用于导向柱820安装的导向柱安装部20，导向柱安装部20上加工有圆形光滑通孔，导向柱802为外壁光滑的圆柱体结构，圆形光滑通孔的直径略大于导向柱802的外直径。导向座8通过导向柱802安装在底座1上的导向柱802安装部位置，螺钉19安装在导向柱802上的内螺纹孔部位并将导向柱802限位于导向柱安装部20部位，在导向柱802左下部安装有用于带动其上下动作的带动架804，在带动架804上开设有定位孔803，运动板3安装在步进电机平台4上用于带动带动架804上下移动，如说明书附图9及说明书附图10所示，运动板3主要包括横板303、竖板304、过渡连接板306及定位柱302，横板303固定安装在竖板304上部部位，在横板303的下部部位固定设置有与带动架804上定位孔803相配合安装的定位柱302，组装使用时，定位柱302安装在带动架804上开设的定位孔803部位，过渡连接板306安装在竖板304外部侧面部位，步进电机平台4可通过过渡连接板306带动带动架804进而带动导向座8上下位置移动，在加热片12侧面设置有传感器孔601，在传感器孔601内安装有用于检测加热片12温度的温度传感器。本发明在具体使用时的安装使用过程为，首先，本发明的一种微流控检测用加热装置整体结构如说明书附图1、说明书附图2及说明书附图3所示，加热模块2活套于底座1上，在加热模块2底部安装设置有弹簧9，弹簧9自由释放时加热模块2上的导热片6的上接触面高于底座1上表面2mm左右，微流控芯片（图中未示）与底座1上表面接触，当微流控芯片由一侧进入时，加热模块2先下降让位（具体工作过程为，步进电机平台4通过带动运动板3下移，进而使运动板3通过带动架804带动导向座8在底座1上的导向柱安装部20部位下移，此时，导向柱802下部在导向柱安装部20上加工的圆形光滑通孔内下移，此时，导向座8将弹簧9压缩），待微流控芯片进入工作位时，加热模块2上升（具体工作过程为：进电机平台4通过带动运动板3上移，进而使运动板3通过带动架804带动导向座8在底座1上的导向柱安装部20部位上移，此时，导向柱802下部在导向柱安装部20上加工的圆形光滑通孔内上移，此时，弹簧9复位）使其上的导热片6与微流控芯片接触，其接触为无缝隙接触，可有效保证加热效果。导风槽5上端与加热模块2连接，加热模块2可在导风槽5内上下移动，导风槽5下端与风扇16连接，风扇16将热量散至装置外，步进电机平台4通过固定板18固定在底座上，运动板3向下运动使加热模块2置于初始位置（其接触面低于底座1上表面）以规避微流控芯片，待微流控芯片进入工作位时，向上运动释放加热模块2与微流控芯片接触，光电开关17控制运动板3的停止位置。本发明中的加热模块2如说明书附图4、说明书附图5及说明书附图6所示，导热片6为紫铜材质，与微流控芯片直接接触，导热片内设置有加热片12，加热方式为电加热，加热片12下方设置有压片I13，起压紧作用，压片I13下方设置有制冷片14，起快速降温作用，制冷片下设置有压片II15，起压紧作用，压紧片II15下方为导热管11，上述零件均置于压盖7和导向座8之中，间隙处充填导热硅脂，导热管11末端设置散热片10，加热片12与制冷片14均有两根接线，如说明书附图7所示，通过压盖7上过线孔702引出，压盖7与导向座8为绝热材质，压片I13、压片II15为紫铜材质，加热模块2为一整体，可上下移动，其下移由步进电机平台4通过运动板3带动导向座8实现，下移使导热片6接触面低于底座1上表面，规避微流控芯片进入，上移通过弹簧9实现，使导热片6接触面与微流控芯片无缝隙接触。如说明书附图8所示，导向座8底部设置有4个导向柱802，安装于底座1上的导向孔内，其上设置有弹簧9，导向柱802内设置有内螺纹，与螺钉19配合进行限位，调节螺钉19可调节加热模块2与芯片之间的压力，加热模块2中升温和降温由不同的装置实现，分别利用加热片12升温，利用制冷片14降温（加热片12加热原理与制冷片14制冷原理属于现有已知的技术，在此不再累述），可有效提高温度调节的反应速度及控温精度，保证PCR有效进行，加热模块2的加热面积可以根据PCR区的面积进行调整，同时应调整加热片12、制冷片14、垫片的尺寸，以保证最佳温控效果，本发明同样适用于并列多流道的微流控芯片同时加热。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种微流控检测用加热装置，其特征在于，包括底座、加热模块、运动板、步进电机平台、导风槽、风扇、光电开关及固定板，所述的底座上开设有用于加热模块安装的加热模块安装通槽，所述的加热模块安装在底座上的加热模块安装通槽部位且与底座相连，所述的导风槽用于对散热气流进行导流，所述的导风槽的上部与加热模块相连，所述的用于产生散热气流的风扇安装在导风槽的下部部位，所述的底座侧面安装有固定板，所述的步进电机平台安装在固定板的下部部位且与固定板通过螺栓相连，所述的运动板安装在步进电机平台上且与步进电机平台相连，所述的光电开关安装在运动板侧面部位用于对运动版的位置进行检测控制，所述的步进电机平台通过运动板与加热模块相连并通过运动板带动加热模块上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的加热模块用于对微流控芯片进行加热保温作业，其包括，导热片、压盖、导向座、弹簧、散热片、导热管、加热片、压片I、制冷片、压片II及螺钉，所述的导热片内为两端开放式的通槽结构，用于对导热片进行加热的加热片安装在导热片内的通槽内且与导热片相接触，在加热片的下部设置有用于对制冷片进行压紧的压片I及压片II，所述的制冷片安装设置在压片I及压片II二者之间的位置用于对加热片进行降温，所述的压盖上开设有一用于导热片安装的导热片安装凹槽，所述的导热片安装在压盖内开设的导热片安装凹槽内且通过导热硅脂与压盖相接触，所述的导向座上开设有用于压盖安装的压盖安装凹槽，所述的压盖安装在导向座上开设的压盖安装凹槽内并通过导热硅脂与导向座相接触，所述的导热管的上部与压片II相接触并将压片II的热量传导出去，所述的导热管的下部安装有用于对导热管进行散热的散热片，所述的散热片与导热管相连。
3.根据权利要求1所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的导向座侧面加工有用于与压盖卡接的卡扣，在所述的压盖的侧面开设有用于引出加热片及制冷片接线端的过线孔以及用于与导向座上卡扣相配合安装的槽孔，所述的压盖安装在导向座内通过卡扣与槽孔卡接方式使二者相连。
4.根据权利要求1所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的导向座的外周四角位置上安装有导向柱，所述的导向柱与导向座固定相连，在导向柱内加工有内螺纹孔，在导向柱的外周上安装有弹簧，在底座上开设有用于导向柱安装的导向柱安装部，所述的导向座通过导向柱安装在底座上的导向柱安装部位置，所述的螺钉安装在导向柱上的内螺纹孔部位并将导向柱限位于导向柱安装部部位。
5.根据权利要求1所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的导向座下部安装有用于带动其上下动作的带动架，所述的带动架上开设有定位孔。
6.根据权利要求1所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的运动板安装在步进电机平台上用于带动带动架上下移动，所述的运动板包括横板、竖板、过渡连接板及定位柱，所述的横板安装在竖板上部部位且与竖板垂直固定相连，所述的横板的下部部位固定设置有与带动架上定位孔相配合安装的定位柱，所述的过渡连接板安装在竖板外部侧面部位且与竖板固定相连，在竖板的侧面开设有用于光电开关进行检测定位的定位槽。
7.根据权利要求2所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的导热片侧面设置有传感器孔，在传感器孔内安装有用于检测温度的温度传感器。
8.根据权利要求2所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的压盖与导向座的材质为绝热材质。
9.根据权利要求2所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的导热片、压片I及压片II三者的材质为紫铜材质。
10.根据权利要求6所述的一种微流控检测用加热装置，其特征在于，所述的横板与竖板上安装有加强筋板，所述的加强筋板与横板及竖板分别固定相连。
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