一种微流控进样系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微流控进样系统，包括定量取样模块、气压驱动和控制模块、负压生成器；定量取样模块包括试样池、入口工作通道、第一单向阀、第一疏水阀、定量取样腔室、第二疏水阀、第三疏水阀、第二单向阀、入口工作通道；进口工作通道上设有第一单向阀；出口工作通道上设有第二单向阀；定量取样腔室进口端和出口端分别是第一疏水阀和第二疏水阀；第二疏水阀与第二单向阀之间设有第三疏水阀；气压驱动和控制模块包括微型气泵、微型电磁阀和控制器，气泵是提供驱动压力的气源，电磁阀和控制器组成控制单元，控制驱动压力的通断。本系统能够提高定量试样进样的精度，以及进样时能够根据脉冲调制原理控制试样的流率和流量，并且能够节约进样成本。

A microfluidic injection system

【技术实现步骤摘要】
一种微流控进样系统
本专利技术属于微流控
，特别是一种微流控进样系统。
技术介绍
微流控是一项涉及到流体力学、精密机械、生物医学、化学等多个领域的交叉性科学技术，在生化分析、医疗诊断、药物筛选等方面存在广泛应用，并具有效率高、所需试样/试剂少、仪器设备便于小型化设计等优点，因而在近年获得了较快发展。流体进样是微流控技术工程应用中的一个关键环节，涉及定量取样，流体驱动和进样流速控制等内容。这一操作可利用内置集成式微泵来完成，但结构复杂、成本高，不适用于一次性微流控芯片。如采用外置注射泵、压力泵等给样方式，则容易受水容效应影响，在进样体积较小时产生较大误差。采用压力泵驱动时，除需要稳定压力源外，还需要精密压力调节计对驱动气压和流速进行调节，成本较高。例如JessicaMelin&StephenR.Quake,MicrofluidicLarge-ScaleIntegration:TheEvolutionofDesignRulesforBiologicalAutomation(J),Annu.Rev.Biomol.Struct.2007.36:213-231.发表的一种在芯片内利用多个微阀控制通道通断完成微量样品定量进样的方法，该方法为实现在线定量取样，通常需要多个控制微阀，结构较为复杂，并且微阀内流动死区容易造成液体残留，影响取样精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微流控进样系统，对微量液体进行定量取样，并控制进样时液体流速，以提高进样精度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种微流控进样系统，包括气压驱动和控制模块、定量取样模块、负压生成器；所述定量取样模块包括试样池、入口工作通道、第一单向阀、第一疏水阀、定量取样腔室、第二疏水阀、第三疏水阀、第二单向阀、出口工作通道；所述试样池通过入口工作通道与定量取样腔室进口端相连，所述入口工作通道上设有第一单向阀；所述定量取样腔室出口端与试样出口工作通道相连，所述出口工作通道上设有第二单向阀；所述定量取样腔室进口端和出口端分别设有第一疏水阀和第二疏水阀；所述第二疏水阀与第二单向阀之间设有第三疏水阀；所述气压驱动和控制模块通过第一控制通道与第一疏水阀相连，通过第二控制通道与第三疏水阀相连，通过第三控制通道与负压生成器气体入口相连，所述负压生成器负压出口与第二控制通道相连，气体出口与外界大气连通；所述第一疏水阀用于取样时，避免入口工作通道的液体进入第一控制通道；所述第三疏水阀用于进样时，避免液体流入第二控制通道，所述第一单向阀、第二单向阀的正向流向均为取样流动方向。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)在负压驱动下通过疏水阀结合定量取样腔室实现对微量液体的定量取样，结构相对简单，且疏水阀减少了流动死区和残留液体，能够提高取样精度。(2)流体驱动压力由微型气泵提供，通过外置电磁阀控制进样系统的控制通道，可重复使用，降低制作成本。(3)结合脉宽调制技术，通过控制器控制电磁阀的开关时间与循环次数，改变驱动时间和驱动时间的占空比，能够对进样过程中试样的流量及流率进行精确控制。附图说明图1为本专利技术的微流控进样系统结构示意图。图2为定量取样芯片各部件的放置图。图3(a-b)分别为单向阀关闭与打开时的状态图。图4为定量取样芯片中负压产生结构放大图。图5为不同占空比单次压力脉冲作用下试样流率测试结果。图6为占空比一定时驱动压力和粘度对平均流率的影响。图7为驱动压力一定时占空比对平均流率的影响。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1，本专利技术的一种微流控进样系统，包括气压驱动和控制模块、定量取样模块、负压生成器14；所述定量取样模块包括试样池11、入口工作通道12、第一单向阀15、第一疏水阀17、定量取样腔室20、第二疏水阀18、第三疏水阀19、第二单向阀16、出口工作通道13；所述试样池11通过入口工作通道12与定量取样腔室20进口端相连，所述工作通道12上设有第一单向阀15；所述定量取样腔室20出口端通过出口工作通道13与试样出口10相连，所述出口工作通道13上设有第二单向阀16；所述定量取样腔室20进口端和出口端分别设有第一疏水阀17和第二疏水阀18，定量取样腔室20的取样体积决定于第一疏水阀17和第二疏水阀18之间的腔室容积。所述第二疏水阀18与第二单向阀16之间设有第三疏水阀19。所述气压驱动和控制模块通过第一控制通道21与第一疏水阀17相连，通过第二控制通道22与出口工作通道的第三疏水阀19相连，通过第三控制通道23与负压生成器14气体入口141相连，所述负压生成器14负压出口142与第二控制通道22相连，气体出口143与外界大气连通；所述第一疏水阀17用于取样时，避免入口工作通道12中试样进入第一控制通道21，起到截止的作用；所述第三疏水阀19用于进样时，保证液体只在从出口工作通道13流动，避免流入第二控制通道22，所述第一单向阀15、第二单向阀16的流向均为取样流动方向。进一步的，所述负压生成器14的气体入口141端为渐缩形入口、气体出口143端为喇叭形出口；负压出口142端与气体入口141端相连端的壁长L1要大于与气体出口143端相连端的壁长L2，避免长度一致时，气流直接进入负压出口142，如图4所示。所述的负压生成器14的工作原理是：速度为V0的气流经入口9流入芯片，流过负压生成器14，从出口143流出，生成大小为ΔP的负压差。其中外界大气压为P0，气流在结构14处的流动速度为V，静压力为P，动压为由伯努利公式可得，气流经过负压生成器14在负压出口142处生成一个与外界大气压相差的负压差。将所述的入口工作通道12、第一单向阀15、第一疏水阀17、定量取样腔室20、第二疏水阀18、第三疏水阀19、第二单向阀16、出口工作通道13、第一控制通道21、第二控制通道22、第三控制通道23、负压生成器14集成在一块芯片上，构成定量取样芯片，同时还包括入口工作通道12的接口6、试样出口10、外置气压驱动和控制模块分别于第一控制通道21、第二控制通道22、第三控制通道23连通的接口7、8、9。进一步的，所述气压驱动和控制模块包括微型气泵1、第一电磁阀3、第二电磁阀4、第三电磁阀5、控制器2；所述微型气泵1通过一路管路和芯片接口7与第一控制通道21相连，该管路上设有第一电磁阀3；第一控制通道21通过一路管路和芯片接口7、8与第二控制通道22相连，该管路上设有第二电磁阀4；所述微型气泵1通过另一路管路和接口9与第三控制通道23相连，该管路上上设有第三电磁阀5；所述控制器2是PLC一体机，用于控制第一电磁阀3、第二电磁阀4、第三电磁阀5的启闭；取样时，所述第二电磁阀4、第三电磁阀5打开，第一电磁阀3关闭；进样时，所述第二电磁阀4、第三电磁阀5关闭，第一电磁阀3打开。进一步的，所述第一疏水阀17、第二疏水阀18的毛细压均小于第三疏水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控进样系统，其特征在于，包括定量取样模块、气压驱动和控制模块、负压生成器(14)；所述定量取样模块包括试样池(11)、入口工作通道(12)、第一单向阀(15)、第一疏水阀(17)、定量取样腔室(20)、第二疏水阀(18)、第三疏水阀(19)、第二单向阀(16)、出口工作通道(13)；/n所述试样池(11)通过入口工作通道(12)与定量取样腔室(20)进口端相连，所述工作通道(12)上设有第一单向阀(15)；所述定量取样腔室(20)出口端与出口工作通道(13)相连，所述出口工作通道上设有第二单向阀(16)；所述定量取样腔室(20)进口端和出口端分别设有第一疏水阀(17)和第二疏水阀(18)；所述第二疏水阀(18)与第二单向阀(16)之间设有第三疏水阀(19)；/n所述气压驱动和控制模块通过第一控制通道(21)与第一疏水阀(17)相连，通过第二控制通道(22)与第三疏水阀(19)相连，通过第三控制通道(23)与负压生成器(14)气体入口(141)相连，所述负压生成器(14)负压出口(142)与第二控制通道(22)相连，气体出口(143)与外界大气连通；所述第一疏水阀(17)用于取样时，避免入口工作通道(12)中的试样进入第一控制通道(21)中；所述第三疏水阀(19)用于进样时，避免液体流入第二控制通道(22)，所述第一单向阀(15)、第二单向阀(16)的正向流向均为取样流动方向。/n...

【技术特征摘要】
1.一种微流控进样系统，其特征在于，包括定量取样模块、气压驱动和控制模块、负压生成器(14)；所述定量取样模块包括试样池(11)、入口工作通道(12)、第一单向阀(15)、第一疏水阀(17)、定量取样腔室(20)、第二疏水阀(18)、第三疏水阀(19)、第二单向阀(16)、出口工作通道(13)；
所述试样池(11)通过入口工作通道(12)与定量取样腔室(20)进口端相连，所述工作通道(12)上设有第一单向阀(15)；所述定量取样腔室(20)出口端与出口工作通道(13)相连，所述出口工作通道上设有第二单向阀(16)；所述定量取样腔室(20)进口端和出口端分别设有第一疏水阀(17)和第二疏水阀(18)；所述第二疏水阀(18)与第二单向阀(16)之间设有第三疏水阀(19)；
所述气压驱动和控制模块通过第一控制通道(21)与第一疏水阀(17)相连，通过第二控制通道(22)与第三疏水阀(19)相连，通过第三控制通道(23)与负压生成器(14)气体入口(141)相连，所述负压生成器(14)负压出口(142)与第二控制通道(22)相连，气体出口(143)与外界大气连通；所述第一疏水阀(17)用于取样时，避免入口工作通道(12)中的试样进入第一控制通道(21)中；所述第三疏水阀(19)用于进样时，避免液体流入第二控制通道(22)，所述第一单向阀(15)、第二单向阀(16)的正向流向均为取样流动方向。


2.根据权利要求1所述的微流控进样系统，其特征在于，所述气压驱动和控制模块包括微型气泵(1)、第一电磁阀(3)、第二电磁阀(4)、第三电磁阀(5)、控制器(2)；
所述微型气泵(1)通过一路管路与第一控制通道(21)相连，该管路上设有第一电磁阀(3)；第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：段钰彤，夏焕明，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32