CN114770912A - 一种微流管道拉伸***及拉伸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流管道拉伸***及拉伸方法，其中***包括基底、滚轮轴支撑壳以及被动旋转轴；所述滚轮轴支撑壳固定在所述基底的表面；所述被动旋转轴固定在所述滚轮轴支撑壳的滚轮中；所述被动旋转轴的一端设有收卷滚轮和扭矩滚轮，所述扭矩滚轮与所述收卷滚轮贴合；所述被动旋转轴的另一端设有联轴器，所述联轴器连接至步进电机；方案可以在对微流管道进行加热的情况下，对微流管道进行拉伸，通过对电机转速的控制，以提高微流管道工艺准确度和可靠度更高，可广泛应用于管道加工技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及管道加工技术领域，尤其是一种微流管道拉伸***及拉伸方法。
背景技术
微流控是指使用微通道操作或者处理微流体的***所涉及的技术和科学，是一门涉及多学科的新兴交叉学科。微流控芯片的主要制作材料一般为了降低流动阻力需要较高的疏水性，同时可以起到防止堵塞、保证流体在管道中流动顺畅，常用的材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅片、玻璃、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和纸基等，其中应属PDMS的应用范围最广，PDMS微阀的密度可以达到30个每厘米。又由于PDMS材料具有易吸附疏水性小分子的特点，导致了检测偏差和背景升高。同时因为纸基具有比表面积大、价格便宜和亲水毛细作用力的特点，采用纵向堆积和结合疏水性图案化的手段，特异性体现了其多步操作集成和多元检测的优点，适用于便携式微流控芯片。
不同的微加工方法取决于不同的材料特性，但是微流控芯片的两种最主要加工方法为表面图案化的软光刻技术和微电子行业的光刻技术。现有常用于微流控管道的商用聚合物(PTFE\PVC\FEP)管道内径较大(最小0.3mm)，为了防止管道内的液滴相互碰撞融合，液滴尺寸需略大于管道尺寸，因此现有管道中液滴的最小尺寸约为8纳升，不能满足常规PCR检测中1纳升液滴的高通量技术指标；因此，现有技术中制成微流管道工艺的准确度与可靠度相对较低。
发明内容
有鉴于此，为至少部分解决上述技术问题之一，本发明实施例目的在提供一种准确度更高、可靠性更高的一种微流管道拉伸***及拉伸方法。
本发明所采取的技术方案是：
第一方面，本发明方案提供了一种微流管道拉伸***，其包括基底、滚轮轴支撑壳以及被动旋转轴；所述滚轮轴支撑壳固定在所述基底的表面；所述被动旋转轴固定在所述滚轮轴支撑壳的滚轮中；所述被动旋转轴的一端设有收卷滚轮和扭矩滚轮，所述扭矩滚轮与所述收卷滚轮紧密贴合；所述被动旋转轴的另一端设有联轴器，所述联轴器连接至步进电机。
在一些可选的实施例中，所述收卷滚轮的第一表面设有第一加热膜，所述第一加热膜用于对缠绕在所述收卷滚轮上的微流管道进行加热，所述第一表面为投影为矩形的表面。
在一些可选的实施例中，所述拉伸***还包括第二加热膜，所述第二加热膜覆盖在缠绕于所述收卷滚轮上微流管道的表面，所述第二加热膜用于与所述第一加热膜形成加热膜夹层，所述加热膜夹层用于对所述微流管道进行加热。
在一些可选的实施例中，所述拉伸***还包括PID控制器和加热部件，所述PID控制器连接至所述加热部件，所述加热部件连接至所述第一加热膜和/或所述第二加热膜。
在一些可选的实施例中，所述联轴器远离所述被动旋转轴的一端设有主旋转轴，所述主旋转轴用于与所述步进电机进行固定，并通过同轴传动带动所述被动旋转轴。
在一些可选的实施例中，所述拉伸***还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述第一表面；所述温度传感器用于获取第一加热膜的温度。
第二方面，本发明方案提供了一种微流管道拉伸方法，该方法包括以下步骤：
通过所述收卷滚轮表面覆盖的第一加热膜对微流管道进行加热，
通过电机带动收卷滚轮，通过所述收卷滚轮转动收卷加热后的所述微流管道，以拉伸加热后的所述微流管道。
在一些可选的实施例中，拉伸方法还可以包括以下步骤：
在所述收卷滚轮收卷后的微流管道线卷上覆盖第二加热膜；
通过所述第一加热膜与所述第二加热膜形成的加热膜夹层对所述微流管道进行加热。
在一些可选的实施例中，拉伸方法还可以包括以下步骤：
确定所述收卷滚轮的转速大于所述电机转速，或确定所述收卷滚轮的转速大于预设转速阈值，控制被动旋转轴与联轴器分离。
在一些可选的实施例中，拉伸方法还可以包括以下步骤：
通过扭矩滚轮带动所述收卷滚轮，通过所述收卷滚轮转动收卷加热后的所述微流管道，以拉伸加热后的所述微流管道。
本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，其他部分可以通过本发明的具体实施方式了解得到：
本申请的技术方案提出了一种微流管道拉伸***，***包括基底、滚轮轴支撑壳以及被动旋转轴；被动旋转轴前端为扭矩滚轮和收紧滚轮，可以通过收紧滚轮缠绕收紧微流管道，被动旋转轴后端连接联轴器，通过联轴器连接步进电机，***可以在对微流管道进行加热的情况下，对微流管道进行拉伸，通过对电机转速的控制，以提高微流管道工艺准确度和可靠度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种微流管道拉伸***的正视图；
图2为本发明的一种微流管道拉伸***的俯视图；
图3为本发明的微流管道拉伸***收卷微流管道的示意图；
图4为本发明的一种微流管道拉伸方法的步骤流程图；
图5为本发明的另一种微流管道拉伸方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
针对现有技术中微流管道的制作工艺中准确度与可靠度相对较低等问题，本申请技术方案一种微流管道拉伸***及拉伸方法。第一方面，如图1和图2所示，本发明所提供的一种微流管道拉伸***，该***主要包括基底101、滚轮轴支撑壳102以及被动旋转轴103；
其中，图1为本实施例中微流管道拉伸***的正视图，图2为本实施例微流管道拉伸***的俯视图；滚轮轴支撑壳102固定在基底101的表面；被动旋转轴103固定在滚轮轴支撑壳102的滚轮中；被动旋转轴103的一端设有收卷滚轮104和扭矩滚轮105，扭矩滚轮105与收卷滚轮104紧密贴合；被动旋转轴103的另一端设有联轴器106，联轴器106连接至步进电机。
具体地，基底101主要用于固定整个***或装置，滚轮轴支撑壳102主要用于支撑该被动旋转轴103以及设置在被动旋转轴103上的联轴器106等其他部件；被动旋转轴103其主要在电机的传动下进行旋转，一起到带动收卷滚轮104和扭矩滚轮105旋转。实施例中的滚轮轴支撑壳102中部设有开孔，被动旋转轴103贯穿该开孔，并同时穿过滚轮固定在滚轮轴支撑壳102中，以使得被动旋转轴103能够自由旋转。收卷滚轮104用于缠绕需要进行拉伸的微流管道，实施例可以通过两个微流管道拉伸***分别以顺时针旋转收紧和逆时针旋转收紧的方式，达到对微流管道进行拉伸的目的；实施例中的收卷滚轮104还可以对缠绕在其上的微流管道进行加热，收卷滚轮104可以设置为导热材质，或者在收卷滚轮104上设置加热部件。实施例中的联轴器106主要用于将步进电机的扭矩传递至扭矩滚轮105和收卷滚轮104；步进电机则主要用于带动扭矩滚轮105和收卷滚轮104对微流管道，例如铁氟龙管道进行收卷。实施例中扭矩滚轮105紧密贴合在收卷滚轮104圆形的侧表面，其半径略大于收卷滚轮104圆形，可以用于通过人工转动的方式对微流管道进行收卷。
在一些可选择的实施例中，收卷滚轮的第一表面设有第一加热膜，第一加热膜用于对缠绕在收卷滚轮上的微流管道进行加热，第一表面为投影为矩形的表面。
具体地，实施例中的第一表面即为收卷滚轮展开后呈矩形的侧表面(该侧表面的投影为矩形)，在该表面首先包裹一层加热膜，收卷后的微流管道则缠绕于加热膜之上进行加热，实施例中的加热膜可以通过PID控制其温度变化，以使得实施例拉伸得到微流管道精确度更高，满足目标需求。可以理解的是，在第一表面上可以等间距设置若干凹槽，可在对微流管道进行收卷时，避免产生滑动。
在一些可选择的实施例中，拉伸***还包括第二加热膜，第二加热膜覆盖在缠绕于收卷滚轮上微流管道的表面，第二加热膜用于与第一加热膜形成加热膜夹层，加热膜夹层用于对微流管道进行加热。
具体地，如图3所示，实施例中的第二加热膜是直接缠绕在微流管道上或者覆盖在收卷后的微流管道上的加热膜，与第一加热膜，即覆盖在收卷滚轮上的加热膜形成加热膜夹层，对微流管道进行加热，以获得更好的加热效果。示例性的，实施例可以通过收卷滚轮缠绕加热膜并将微流管道两端固定在外界同时缠绕至加热膜上，并在微流管道外再次覆盖一层加热膜，形成包裹效果，对包裹在其中的微流管道进行加热。
在一些可选择的实施例中，拉伸***还包括PID控制器和加热部件，PID控制器连接至加热部件，加热部件连接至第一加热膜和/或第二加热膜。
具体地，PID控制是比例(Proportion)积分(Integral)微分(Differentialcoefficient)的缩写，分别代表了三种控制算法，通过这三个算法的组合可有效地纠正温度的偏差，从而使温度达到一个稳定的状态。实施例中通过PID控制器控制第一加热膜和/或第二加热膜，以使的温度控制过程更为平稳，温度变化更为平滑，进而提到拉伸的微流管道的质量或合格率。
如图1所示，在一些可选择的实施例中，联轴器远离被动旋转轴的一端设有主旋转轴107，主旋转107轴用于与步进电机进行固定，并通过同轴传动带动被动旋转轴。
具体地，实施例中主旋转107轴直接与步进电机进行接触进行固定，固定的方式包括但不限于通过轴体的通孔进行螺栓固定或者磁吸式固定；当电机启动后带动主旋转107轴旋转，从而带动被动旋转轴旋转，最终带动收卷滚轮进行转动以实现对微流管道收卷。
在一些可选择的实施例中，拉伸***还包括温度传感器，温度传感器设于第一表面；温度传感器用于获取第一加热膜的温度。
具体地，实施例中可以通过设置的贴片式温度传感器获取微流管道或者加热膜夹层中的温度数据，并将该温度数据回传至PID控制器，以作为维度实施例控制的数据反馈，以使得温度控制的时效性和精确性更高。
第二方面，如图4所示，本申请的实施例还提供了一种微流管道拉伸方法，该方法包括步骤S100-S200：
S100、通过收卷滚轮表面覆盖的第一加热膜对微流管道进行加热；
S200、通过电机带动收卷滚轮，通过收卷滚轮转动收卷加热后的微流管道，以拉伸加热后的微流管道；
具体地，首先通过收卷滚轮缠绕加热膜；然后，实施例通过控制步进电机，通过联轴器带动旋转轴，由旋转轴前端收卷滚轮对微流管道进行收卷，同时，实施例通过加热膜对微流管道进行加热处理。此外，实施例还可以通过联轴器，进而控制本专利装置与外界步进电机的开合。
在一些可选择的实施例中，微流管道拉伸方法还可以包括步骤S110：
S110、通过第一加热膜与第二加热膜形成的加热膜夹层对微流管道进行加热；
示例性地，实施例通过收卷滚轮缠绕加热膜并将微流管道两端固定在外界同时缠绕至加热膜上，并在微流管道外再次覆盖一层加热膜，形成包裹效果。
在一些可选择的实施例中，如图5所示，方法还可以包括步骤S300和S400：
S300、确定收卷滚轮的转速大于电机转速，或确定收卷滚轮的转速大于预设转速阈值，控制被动旋转轴与联轴器分离；
S400、通过扭矩滚轮带动收卷滚轮，通过收卷滚轮转动收卷加热后的微流管道，以拉伸加热后的微流管道。
具体地，实施例实时获取步进电机的转速；当旋转轴的转速高于外界电机或转速过高时，旋转轴与联轴器脱离连接；当旋转轴的低于电机转速时，旋转轴进行转动；通过旋转轴的转动带动扭矩和收卷滚轮，控制微流管道的拉伸。
从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：
1、本发明方案通过步进电机控制转速进而控制微流管道所承受的拉力，提高装置的准确度与可靠度；
2、本发明方案中的加热膜采用PID控制，使得温度稳定在上下区间仅震动一摄氏度左右，实现温度的稳定性；
3、本发明方案可应用在拉伸之后截取不同的管道位置而得到不同粗细程度的管道，这种管道两个不同的位置作为液滴传输Y型管道时可产生不同尺寸的液滴。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种微流管道拉伸***，其特征在于，包括基底、滚轮轴支撑壳以及被动旋转轴；所述滚轮轴支撑壳固定在所述基底的表面；所述被动旋转轴固定在所述滚轮轴支撑壳的滚轮中；所述被动旋转轴的一端设有收卷滚轮和扭矩滚轮，所述扭矩滚轮与所述收卷滚轮贴合；所述被动旋转轴的另一端设有联轴器，所述联轴器连接至步进电机。
2.根据权利要求1所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，所述收卷滚轮的第一表面设有第一加热膜，所述第一加热膜用于对缠绕在所述收卷滚轮上的微流管道进行加热，所述第一表面为投影为矩形的表面。
3.根据权利要求2所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，所述拉伸***还包括第二加热膜，所述第二加热膜覆盖在缠绕于所述收卷滚轮上微流管道的表面，所述第二加热膜用于与所述第一加热膜形成加热膜夹层，所述加热膜夹层用于对所述微流管道进行加热。
4.根据权利要求3所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，所述拉伸***还包括PID控制器和加热部件，所述PID控制器连接至所述加热部件，所述加热部件连接至所述第一加热膜和/或所述第二加热膜。
5.根据权利要求1所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，所述联轴器远离所述被动旋转轴的一端设有主旋转轴，所述主旋转轴用于与所述步进电机进行固定，并通过同轴传动带动所述被动旋转轴。
6.根据权利要求2所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，所述拉伸***还包括温度传感器，所述温度传感器设于所述第一表面；所述温度传感器用于获取第一加热膜的温度。
7.一种微流管道拉伸方法，应用于如权利要求1所述的一种微流管道拉伸***，其特征在于，包括以下步骤：
通过所述收卷滚轮表面覆盖的第一加热膜对微流管道进行加热，
通过电机带动收卷滚轮，通过所述收卷滚轮转动收卷加热后的所述微流管道，以拉伸加热后的所述微流管道。
8.根据权利要求7所述的一种微流管道拉伸方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤；
在所述收卷滚轮收卷后的微流管道线卷上覆盖第二加热膜；
通过所述第一加热膜与所述第二加热膜形成的加热膜夹层对所述微流管道进行加热。
9.根据权利要求7所述的一种微流管道拉伸方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
获取电机转速；
确定所述收卷滚轮的转速大于所述电机转速，或确定所述收卷滚轮的转速大于预设转速阈值，控制被动旋转轴与联轴器分离。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种微流管道拉伸方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
通过扭矩滚轮带动所述收卷滚轮，通过所述收卷滚轮转动收卷加热后的所述微流管道，以拉伸加热后的所述微流管道。
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| CN202210208865.1A Pending CN114770912A (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种微流管道拉伸***及拉伸方法 |
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| CN (1) | CN114770912A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070035061A1 (en) * | 2005-08-10 | 2007-02-15 | Gaoyuan Chen | Method of making absorbable microtubes and the product thereof |
| CN104790087A (zh) * | 2015-03-29 | 2015-07-22 | 吴江市鼎盛丝绸有限公司 | 一种获取高强度蚕丝纤维的工艺方法及制备装置 |
| US20190062152A1 (en) * | 2016-03-03 | 2019-02-28 | National University Of Singapore | Versatile, Flexible And Biocompatible Elastomeric Microtubes |
| CN111378573A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 微管道核酸扩增*** |
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-
2022
- 2022-03-03 CN CN202210208865.1A patent/CN114770912A/zh active Pending
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