磁热微流控系统及微流控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁热微流控系统及微流控方法，所述系统包括磁热单元、微流控芯片单元和检测单元，所述磁热单元包括电磁线圈、磁芯、交流谐振电源和电路控制模块，所述电磁线圈和磁芯均为两个，每个磁芯嵌入一个电磁线圈中，形成两个磁芯线圈正对排布，两个电磁线圈通过电路连接线相连，且电流方向相同，所述交流谐振电源为两个电磁线圈提供激励电流，并与电路控制模块相连；所述微流控芯片单元设置在两个磁芯之间，所述检测单元用于对微流控芯片单元中的样品进行检测。本发明专利技术可以将磁热样品加热体积由微升级提升到纳升级，并且实现了磁热技术在微流控芯片内的各种功能性应用。热技术在微流控芯片内的各种功能性应用。热技术在微流控芯片内的各种功能性应用。

【技术实现步骤摘要】
磁热微流控系统及微流控方法


[0001]本专利技术涉及一种磁热系统，尤其是一种磁热微流控系统及微流控方法，属于磁热应用


技术介绍

[0002]磁热技术已经广泛应用于生物磁热疗、金属材料感应加热等领域。磁热效应是指材料在交变磁场内，由于磁化过程中的磁损耗而产生的，磁损耗按照其机制主要可以分为涡流效应、磁滞效应和磁化弛豫效应，每种磁热效应机制所致产热功率的大小由磁场(主要是磁场强度和频率)、材料属性及其体积大小等参数决定。
[0003]目前磁热技术的应用主要包括磁热疗和金属材料感应加热两个方面，磁热疗主要是利用磁化弛豫效应对纳米级的铁磁或者超顺磁介质进行加热，实现肿瘤磁热疗。例如Nanotherics公司的MagneTherm磁流体热疗分析系统，该系统能够达到的磁场频率为110kHz
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987kHz，磁场强度最高为25mT。NB(Nano Scale Biomagnetics)公司推出DM100系列磁热疗效应分析仪能够在229.3k Hz
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828k Hz频率范围里产生0
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30mT的磁场强度。另外也有一小部分是利用磁滞和涡流效应对微米级或者毫米级的铁磁介质进行加热，实现肿瘤动脉栓塞热疗。目前磁热疗设备的频率大概在50
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1000kHz，磁场强度不超过30mT。感应加热主要是利用感应电涡流效应对金属材料进行加热，其频率范围比较广，大概为1kHz
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2MHz，而其感应线圈产生的磁场也在30mT以内。此外，无论是磁热疗还是金属感应加热，其加热对象的体积都是比较大的，例如磁热疗中加热的磁流体体积通常在毫升(mL)及以上级别。
[0004]目前利用磁热技术对微小体积磁性介质或者金属介质的高效加热研究还比较少，并且目前还没有将磁热技术用于微流控芯片的报道。如果能够在微流控内实现高效磁热，则可以结合磁热和微流控芯片的优点，扩展磁热技术的新应用，例如片上聚合酶链式反应(PCR反应，基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制)[1]，片上磁热
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热泳耦合的生物和化学样品高通量分选和检测[2]，以及液体中的微纳米尺度金属含量检测等。而目前的难点在于缺乏高效的磁热技术方案对微小的样品进行加热。
[0005]虽然磁热技术应用比较广泛，但其加热对象的体积通常在毫升(针对液体)或者立方厘米(针对固体)以上，对于微升或者纳升级别体积的材料，由于散热较快，其产热功率往往小于散热功率，因此目前的磁热系统无法对微小体积的材料样品进行磁热，而在微流控系统内，样品的体积通常在纳升或者皮升级别，目前尚无磁热微流控系统的报道。
[0006]上述参考文献如下：
[0007][1]刘荭.聚合酶链式反应和基因芯片技术的研究及在主要水生动物病毒检疫和监测中的应用[D].华中农业大学,2004.
[0008][2]Salafi T,Zeming K K,Zhang Y.Advancements in microfluidics for nanoparticle separation[J].Lab on a Chip,2017,17(1):11
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33.

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了解决现有的磁热技术在样品加热体积和在微流控系统中应用局限性的问题，提供了一种磁热微流控系统，该系统可以将磁热样品加热体积由微升级提升到纳升级，并且实现了磁热技术在微流控芯片内的各种功能性应用。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供一种磁热微流控方法。
[0011]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0012]一种磁热微流控系统，包括磁热单元、微流控芯片单元和检测单元，所述磁热单元包括电磁线圈、磁芯、交流谐振电源和电路控制模块，所述电磁线圈和磁芯均为两个，每个磁芯嵌入一个电磁线圈中，形成两个磁芯线圈正对排布，两个电磁线圈通过电路连接线相连，且电流方向相同，所述交流谐振电源为两个电磁线圈提供激励电流，并与电路控制模块相连；所述微流控芯片单元设置在两个磁芯之间，所述检测单元用于对微流控芯片单元中的样品进行检测。
[0013]进一步的，所述磁热单元还包括循环冷却模块，所述循环冷却模块包括循环冷却泵和循环冷却管道；
[0014]每个电磁线圈缠绕在一个第一支架上，每个磁芯固定在一个第二支架上，第一支架的内部和第二支架的内部形成一个冷却液通道，两个冷却液通道通过循环冷却管道相连，所述循环冷却泵与循环冷却管道相连。
[0015]进一步的，所述微流控芯片单元包括微流控芯片和液路控制模块，所述液路控制模块通过连接管路将样品驱动到微流控芯片中。
[0016]进一步的，所述微流控芯片为磁热阵列微流控芯片，所述磁热阵列微流控芯片包括磁热阵列芯片上基底、磁热阵列芯片层和磁热阵列芯片下基底，所述磁热阵列芯片下基底具有多个捕获微孔，所述捕获微孔用于捕获磁性介质，所述磁热阵列芯片层设置在磁热阵列芯片下基底上方，磁热阵列芯片层包括多个磁热微腔室，所述磁热微腔室的数量与捕获微孔的数量一致，每个捕获微孔位于对应磁热微腔室的下方中心处，所述磁热阵列芯片上基底设置在磁热阵列芯片层上方。
[0017]进一步的，所述微流控芯片为循环加热微流控芯片，所述循环加热微流控芯片包括循环加热芯片层、循环加热芯片基底和循环加热微流控模块，所述循环加热芯片层设置在循环加热芯片基底的上方，所述循环加热微流控模块设置在循环加热芯片层中。
[0018]进一步的，所述循环加热微流控模块包括依次相连的循环加热芯片入口、循环加热芯片入口微通道、循环加热与检测腔室、循环加热芯片出口微通道和循环加热芯片出口。
[0019]进一步的，所述微流控芯片为高通量金属检测微流控芯片，所述高通量金属检测微流控芯片包括金属检测芯片层、金属检测芯片基底和金属检测微流控模块，所述金属检测芯片层设置在金属检测芯片基底的上方，所述金属检测微流控模块设置在金属检测芯片层中。
[0020]进一步的，所述金属检测微流控模块包括第一金属检测芯片入口、第二金属检测芯片入口、第一金属检测芯片入口微通道、第二金属检测芯片入口微通道、金属检测芯片样品混合腔室、金属检测芯片腔室连接通道、金属检测芯片检测腔室、金属检测芯片出口微通道和金属检测芯片出口；
[0021]所述第一金属检测芯片入口与第一金属检测芯片入口微通道相连，所述第二金属
检测芯片入口与第二金属检测芯片入口微通道相连，所述第一金属检测芯片入口微通道和第二金属检测芯片入口微通道分别与金属检测芯片样品混合腔室相连，所述金属检测芯片样品混合腔室、金属检测芯片腔室连接通道、金属检测芯片检测腔室、金属检测芯片出口微通道和金属检测芯片出口依次相连。
[0022]进一步的，所述检测单元包括热红外检测模块、数据采集模块和荧光检测模块，所述热红外检测模块和荧光检测模块的探头对准微流控芯片单元内的样品，所述数据采集模块通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁热微流控系统，其特征在于，包括磁热单元、微流控芯片单元和检测单元，所述磁热单元包括电磁线圈、磁芯、交流谐振电源和电路控制模块，所述电磁线圈和磁芯均为两个，每个磁芯嵌入一个电磁线圈中，形成两个磁芯线圈正对排布，两个电磁线圈通过电路连接线相连，且电流方向相同，所述交流谐振电源为两个电磁线圈提供激励电流，并与电路控制模块相连；所述微流控芯片单元设置在两个磁芯之间，所述检测单元用于对微流控芯片单元中的样品进行检测。2.根据权利要求1所述的磁热微流控系统，其特征在于，所述磁热单元还包括循环冷却模块，所述循环冷却模块包括循环冷却泵和循环冷却管道；每个电磁线圈缠绕在一个第一支架上，每个磁芯固定在一个第二支架上，第一支架的内部和第二支架的内部形成一个冷却液通道，两个冷却液通道通过循环冷却管道相连，所述循环冷却泵与循环冷却管道相连。3.根据权利要求1所述的磁热微流控系统，其特征在于，所述微流控芯片单元包括微流控芯片和液路控制模块，所述液路控制模块通过连接管路将样品驱动到微流控芯片中。4.根据权利要求3所述的磁热微流控系统，其特征在于，所述微流控芯片为磁热阵列微流控芯片，所述磁热阵列微流控芯片包括磁热阵列芯片上基底、磁热阵列芯片层和磁热阵列芯片下基底，所述磁热阵列芯片下基底具有多个捕获微孔，所述捕获微孔用于捕获磁性介质，所述磁热阵列芯片层设置在磁热阵列芯片下基底上方，磁热阵列芯片层包括多个磁热微腔室，所述磁热微腔室的数量与捕获微孔的数量一致，每个捕获微孔位于对应磁热微腔室的下方中心处，所述磁热阵列芯片上基底设置在磁热阵列芯片层上方。5.根据权利要求3所述的磁热微流控系统，其特征在于，所述微流控芯片为循环加热微流控芯片，所述循环加热微流控芯片包括循环加热芯片层、循环加热芯片基底和循环加热微流控模块，所述循环加热芯片层设置在循环加热芯片基底的上方，所述循环加热微流控模块设置在循环加热芯片层中。6.根据权利要求5所述的磁热微流控系统，其特征在于，所述循环加热微流控模块包括依次相连的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，曾霖，王晟昱，关宏伟，张翊，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：