基于微流控的磁珠分离装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种微流控应用领域中基于微流控的磁珠分离装置与方法，免疫磁珠溶液进口管道、细菌混合溶液进口管道和无菌水进口管道汇集成一个主入口管道，微流控芯片上设有一个连接主入口管道和主出口管道的环形管道，环形管道上串接一个微泵和第六电磁阀，在环形管道的外部套有一个环形巨磁阻芯片组，环形管道上设有一个与环形管道的内部相通并成为一体的凹槽，凹槽正前方、正后方和出口侧各设有电磁铁；主出口管道出口分别连接混合溶液出口管道和无菌水出口管道，利用电磁铁和电磁阀的通断富集磁珠，并采用巨磁阻芯片检测免疫磁珠的量，采用无菌水清洗管道内壁同时收集免疫磁珠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控应用领域，具体是从免疫磁珠溶液和细菌混合溶液中分离出附有特异型菌的免疫磁珠的装置。免疫磁珠属于免疫学技术，它将固化试剂特有的优点与免疫学反应高度特异性结合于一体，以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化以及分子遗传学等各个领域，其在免疫检测、细胞分离、生物大分子纯化和分子生物学等方面得到广泛应用。
技术介绍
目前，由于免疫磁珠分离方法的快速、高浓缩比、对设备要求简单等优点，在实际应用中已较为广泛，现有的免疫磁珠分离方法一般由两步组成：混合和分离。一般的混合器只能按一个方向旋转，并且旋转速度为手动调节，混合时间只能由人为控制；分离设备一般由永久磁铁和支架组成，分离时间也是由人工来控制，并且仅分离一次。由于这两个步骤是单独操作，使得分离效果也受到诸多方面的影响。因此传统方法无法满足分离分选的纯度要求，达不到快速的进行纯化、磁珠富集的目的。如现有技术的H型磁珠分离方法及系统，其中，当结合目标生物分子的磁珠溶液通过左侧微管道时，左侧的电磁线圈工作，将磁珠吸至微管道的左壁，然后断开左侧电磁线圈，让右侧的电磁线圈工作，磁珠从侧壁上释放下来，进入右侧的管道，完成磁珠分离。但是该方法及系统存在以下缺点：第一，人为控制电磁线圈的通断，易产生误差；第二，仅分离一次，导致磁珠分离不够彻底。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于微流控的磁珠分离的装置和方法，能够更好地使免疫磁珠与目标溶液混合分离更加充分。本专利技术基于微流控的磁珠分离装置采用的技术方案是：免疫磁珠溶液进口管道、细菌混合溶液进口管道和无菌水进口管道汇集成一个主入口管道，主入口管道连接微流控芯片左侧进口，微流控芯片右侧出口连接主出口管道，每个所述进口管道上分别装有一个电磁阀，微流控芯片上设有一个连接主入口管道和主出口管道的环形管道，环形管道上串接一个微泵和第六电磁阀，在环形管道的外部套有一个环形巨磁阻芯片组，环形管道上设有一个与环形管道的内部相通并成为一体的凹槽，凹槽正前方设第四电磁铁、正后方设第三电磁铁、出口侧设第五电磁铁；主出口管道出口分别连接混合溶液出口管道和无菌水出口管道，混合溶液出口管道上装有第四电磁阀，无菌水出口管道上装有第四电磁阀；微泵、每个所述电磁阀以及每个所述电磁铁均由MCU控制器控制，MCU控制器包括MCU单元和信号处理模块，环形巨磁阻芯片组通过信号处理模块连接MCU单元。本专利技术基于微流控的磁珠分离装置的磁珠分离方法采用的技术方案是：包括以下步骤：A、MCU控制器控制第六电磁阀打开、装在免疫磁珠溶液进口管道上的第一电磁阀和装在细菌混合溶液进口管道上的第二电磁阀打开，第五电磁铁通电，并控制微泵运行；B、经t1时间后，MCU控制器闭合第一电磁阀和第二电磁阀；C、经t2时间后，MCU控制器控制第五电磁铁断电，第四电磁铁通电；D、环形巨磁阻芯片组将电位信号输出到信号处理模块进行处理，信号处理模块输出信号值的平均值r，MCU控制器将平均值r与预设阈值B进行对比，若平均值r小于阈值B，则控制微泵停止运行；E、MCU控制器控制第四电磁铁断开，打开第四电磁阀；F、经t3时间后，MCU控制器控制微泵运行，关闭第四电磁阀，第三电磁铁通电，打开第五电磁阀和装在无菌水进口管道上的第三电磁阀，分离出免疫磁珠。本专利技术与已有方法和技术相比，具有如下优点：1、本专利技术通过在微管道内部设置凹槽，并借助电磁铁使免疫磁珠吸附于凹槽内，利用MCU控制器控制电磁铁的通断以及电磁阀的开关，最终完成免疫磁珠的分离，整个过程通过MCU控制器控制，实现了操作自动化，无需人为操作，不仅减小了误差，也使磁珠分离的更加彻底，降低了成本及劳动损耗。2、本专利技术通过电磁铁的通电使免疫磁珠吸附在管壁上，同时混合液在环形管道内不停流动，待接触充分后再断开电磁铁使免疫磁珠随混合液在环形管道内流动，从而使免疫磁珠与混合液接触更加充分，特异型菌的吸附更加彻底。3、本专利技术通过在管道内设置凹槽以及在凹槽前侧设置一电磁铁，由电磁铁的通电使经过的免疫磁珠吸附在凹槽内，从而使免疫磁珠富集的更加便捷，可以很快的分离出磁珠。4、本专利技术通过在环形管道上设置一微泵，使包含免疫磁珠的混合液在环形管道内循坏流动，免疫磁珠每流动到凹槽处管道时，受电磁铁工作的影响进入凹槽内，循环多次，从而使免疫磁珠分离的更加彻底。5、本专利技术通过在环形管道上设置一个包含两个巨磁阻芯片的环状环形巨磁阻芯片组，用来检测环形管道内免疫磁珠的数量，巨磁阻芯片受到磁化后的免疫磁珠的影响将电位信号输出到信号处理模块处理，待输出量满足限定条件后停止循环，本过程保证了不会有过多的磁珠随混合液排出导致分离不彻底。6、本专利技术通过在环形管道凹槽的对面设置一电磁铁，凹槽内的免疫磁珠受对面电磁铁的作用吸附于对面管壁上，当向管道内加入无菌水时，无菌水在环形管道内流动，流动过程中带动吸附于管壁的免疫磁珠经出口管道流出，本过程既用无菌水清洗了管道内壁，同时又使分离出的免疫磁珠得以收集出来。7、本专利技术通过将微流控芯片置于具有磁性屏蔽功能材料制成的长方实体中，以免受到外界磁场的干扰，大大提高了磁珠分离的精确性。附图说明图1是本专利技术基于微流控的磁珠分离装置的整体结构示意图；图2是图1中微流控芯片内部的环形管道的结构放大图；图3是图2中环形管道上的巨磁阻芯片组的局部结构示意图；图4是图1的电路控制框图。附图中各部分的序号和名称：1、固定螺丝；2、磁性屏蔽材料板；3、微流控芯片；4、第一电磁阀；5、第二电磁阀；6、第三电磁阀；7、第四电磁阀；8、第五电磁阀；9、免疫磁珠溶液；10、细菌混合溶液；11、无菌水；12、容器；13、容器；14、主入口管道；15、主出口管道；16、导线；17、MCU控制器；18、免疫磁珠溶液进口管道；19、细菌混合溶液进口管道；20、无菌水进口管道；21、混合溶液出口管道；22、无菌水出口管道；23、第一永磁体；24、第二永磁体；25、第三电磁铁；26、第四电磁铁；27、第五电磁铁；28、环形管道；29、微泵；30、第六电磁阀；31、环形巨磁阻芯片组；32、免疫磁珠；33、凹槽;34、第一巨磁阻芯片；35、第二巨磁阻芯片；36、圆环件。具体实施方式参见图1，本专利技术基于微流控的磁珠分离装置包括一块实体磁性屏蔽材料板2，磁性屏蔽材料板2分为上下两层，上下两层均是长方体的实体磁性屏蔽材料板。在上下两层的中间埋设一组从左到右的微管道，主入口管道14、主出口管道15以及微流控芯片3均紧密嵌在磁性屏蔽材料板2的下层中，磁性屏蔽材料板2的上下两层的四角处通过四颗固定螺丝1固定，使上下两层紧紧的固定在一起。整个装置除了微管道外没有没有任何空隙，屏蔽外界的一切磁干扰。磁性屏蔽材料板2的外部左侧放置着分别盛放了免疫磁珠溶液9、细菌混合溶液10和无菌水11的三个容器，三个容器各自分别与免疫磁珠溶液进口管道18、细菌混合溶液进口管道19和无菌水进口管道20相对应连接，在每个进口管道上分别安装一个电磁阀，免疫磁珠溶液进口管道18上安装第一电磁阀4，细菌混合溶液进口管道19上安装第二电磁阀5，无菌水进口管道20上安装第三电磁阀6，每个进口管道分别由对应的电磁阀控制。免疫磁珠溶液进口管道18、细菌混合溶液进口管道19和无菌水进口管道20汇集成一个主入口管道14，主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控的磁珠分离装置，免疫磁珠溶液进口管道（18）、细菌混合溶液进口管道（19）和无菌水进口管道（20）汇集成一个主入口管道（14），主入口管道(14)连接微流控芯片(3)左侧进口，微流控芯片（3）右侧出口连接主出口管道（15），每个所述进口管道上分别装有一个电磁阀，其特征是：微流控芯片（3）上设有一个连接主入口管道（14）和主出口管道（15）的环形管道（28），环形管道（28）上串接一个微泵（29）和第六电磁阀（30），在环形管道（28）的外部套有一个环形巨磁阻芯片组（31），环形管道（28）上设有一个与环形管道（28）的内部相通并成为一体的凹槽（33），凹槽（33）正前方设第四电磁铁（26）、正后方设第三电磁铁（25）、出口侧设第五电磁铁（27）；主出口管道（15）出口分别连接混合溶液出口管道（21）和无菌水出口管道（22），混合溶液出口管道（21）上装有第四电磁阀（7），无菌水出口管道（22）上装有第四电磁阀（8）；微泵（29）、每个所述电磁阀以及每个所述电磁铁均由MCU控制器（17）控制， MCU控制器（17）包括MCU单元和信号处理模块，环形巨磁阻芯片组（31）通过信号处理模块连接MCU单元。...

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的磁珠分离装置，免疫磁珠溶液进口管道（18）、细菌混合溶液进口管道（19）和无菌水进口管道（20）汇集成一个主入口管道（14），主入口管道(14)连接微流控芯片(3)左侧进口，微流控芯片（3）右侧出口连接主出口管道（15），每个所述进口管道上分别装有一个电磁阀，其特征是：微流控芯片（3）上设有一个连接主入口管道（14）和主出口管道（15）的环形管道（28），环形管道（28）上串接一个微泵（29）和第六电磁阀（30），在环形管道（28）的外部套有一个环形巨磁阻芯片组（31），环形管道（28）上设有一个与环形管道（28）的内部相通并成为一体的凹槽（33），凹槽（33）正前方设第四电磁铁（26）、正后方设第三电磁铁（25）、出口侧设第五电磁铁（27）；主出口管道（15）出口分别连接混合溶液出口管道（21）和无菌水出口管道（22），混合溶液出口管道（21）上装有第四电磁阀（7），无菌水出口管道（22）上装有第四电磁阀（8）；微泵（29）、每个所述电磁阀以及每个所述电磁铁均由MCU控制器（17）控制，MCU控制器（17）包括MCU单元和信号处理模块，环形巨磁阻芯片组（31）通过信号处理模块连接MCU单元。2.根据权利要求1所述基于微流控的磁珠分离装置，其特征是：凹槽（33）由环形管道（28）的一段内壁向外凸出形成。3.根据权利要求1所述基于微流控的磁珠分离装置，其特征是：环形巨磁阻芯片组（31）包含两个巨磁阻芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣标，周小溪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32