一种激光冲击泵、激光冲击进样系统和微流控芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种激光冲击泵，该激光冲击泵外接脉冲激光器，脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路进入激光冲击泵，激光冲击泵将激光能量转换为等离子体冲击波，等离子体冲击波作为推动力推动样品液体流入微流控芯片的进样微流道，本发明还公开相应的激光冲击进样系统和微流控芯片，本发明依靠激光作为进样原始动力，设备结构简单，性能可靠。
【专利说明】
一种激光冲击泵、激光冲击进样系统和微流控芯片
技术领域
[0001]本发明属于微流控领域，涉及一种激光冲击栗、激光冲击进样系统和微流控芯片。
【背景技术】
[0002]在当今环境形势与人们强烈关心环保的意识要求下，各种实时、在线、绿色微量分析技术应运而生，而微全分析系统技术成为目前最受瞩目的技术新领域之一。微全分析系统技术的主要目的是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等分析化学的基本操作单元，集成到一块微小尺寸的芯片上，以达到微量取样，自动完成分析任务的全过程。
[0003]微流控芯片是基于微全分析系统理念为目标的具体执行技术，也是当前微全分析系统发展最热点的领域。微流控芯片通过在玻璃、石英、硅、塑料等芯片上设置微通道或微小的生化反应单元以及检测器，对样品进行微量、快速的分析。
[0004]但是，所有的微流控芯片内的样品及试液，需要一定的驱动力，使其在芯片的微通道内进行移动，进行必要的分离、反应，流经检测器，才能完成检测。所以微流控进样技术是微流控芯片检测技术的第一道屏障，该设计的设计是否得当，足以影响微流控分析技术的实际应用成败。对于自动化、微量化样品的检测技术而言，样品进入方式对检测能力和可被检测的对象范围影响更为重要的。因此，一直以来，进样技术成为制约微流控芯片发展的一项技术瓶颈。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种激光冲击栗，所述激光冲击栗外接脉冲激光器，所述脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路进入所述激光冲击栗，所述激光冲击栗将激光能量转换为等离子体冲击波，所述等离子体冲击波作为推动力推动样品液体流入微流控芯片的进样微流道。
[0006]进一步的，所述激光冲击栗的栗体包括换能腔、推注室和样品池，所述换能腔独立密封，所述换能腔内充满换能介质，所述脉冲激光聚焦于所述换能介质产生等离子体冲击波，所述推注室与所述样品池通过单向流道导通，所述样品池的样品液体可单向流入所述推注室，所述等离子体冲击波作为推动力推动所述推注室内样品液体流入微流控芯片的进样微流道。
[0007]再进一步的，所述换能腔的一端由玻璃密封，所述换能腔的另一端由弹性膜密封，所述换能腔产生的等离子体冲击波向外传导使所述弹性膜往复运动，所述弹性膜直接与所述推注室连接，所述等离子体冲击波使弹性膜往复运动，从而产生的推动力使所述推注室内液体向所述微流控芯片的进样微流道流动，同时所述样品池中的样品液体流向推注室补充样品液体。
[0008]优选的，所述换能腔内的换能介质是蒸馏水或者生理盐水。
[0009]优选的，所述弹性膜是硅橡胶薄膜。
[0010]优选的，所述脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路传导到所述激光冲击栗，所述传导光路可以为光纤或反射镜组。
[0011]本发明还提供一种激光冲击进样系统，包括脉冲激光器和如前所述的激光冲击栗O
[0012]进一步的，该激光冲击进样系统中，所述脉冲激光器产生脉冲激光，通过调控脉冲激光的能量，控制所述激光冲击栗中弹性膜的运动幅度和速度，进而调控样品液体的流速和流量。
[0013]本发明还提供一种微流控芯片，所述微流控芯片包括如前所述的激光冲击栗、进样微流道、反应腔、废液流道和废液池，所述激光冲击栗的推注室通过所述进样微流道连接到反应腔，反应腔通过所述废液流道与废液池相连，样品液体通过所述进样微流道从所述激光冲击栗输送至反应腔，反应结束废液经所述废液流道流入所述废液池。
[0014]进一步的，所述微流控芯片包括多个所述激光冲击栗，外接单台所述脉冲激光器，通过多路光纤传导脉冲激光进入所述激光冲击栗，为多个激光冲击栗提供能量，对单个微流控芯片进行多通道进样。
[0015]本发明进样过程新颖实用，不需要复杂的高电压驱动，也不需要庞大的注射栗系统，设备结构简单，性能可靠，还可通过调控激光能量而控制等离子体冲击波的强弱，进而控制注射样品液体的流量和流速。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的微流控芯片的激光冲击进样装配效果图；
[0017]图2为本发明实施例的微流控芯片结构示意图；
[0018]图3为本发明实施例的换能腔板不意图；
[0019]图4为本发明实施例的微流控芯片激光进样示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明做进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。以下实施例可以使专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
[0021]本发明实施例所述的一种微流控芯片是样品混合芯片，可用于三种样品液体的进样混合。
[0022]该微流控芯片的进样是通过激光冲击进样系统来完成。所述激光冲击进样系统包括脉冲激光器和激光冲击栗。该脉冲激光器是Nd: YAG激光器，输出波长为1064nm，处于近红外波段，具有良好的聚光性能和光束传输性能，脉冲激光器产生的脉冲激光是通过传导光路传导到激光冲击栗的，在本实施例中，所述传导光路为光纤，并且脉冲激光器输出的脉冲激光的能量可调。
[0023]如图1所示的本实例微流控芯片的激光冲击进样装配效果图，本实例将激光冲击栗集成于微流控芯片，脉冲激光器产生的脉冲激光通过光纤传导到微流控芯片，与激光冲击栗的光纤接口 I连接。激光冲击栗的栗体包括换能腔3、推注室5和样品池6三个主腔室，换能腔3独立密封，换能腔3内充满换能介质，靠近光纤接口 I的一端由BK7玻璃2密封，靠近推注室5的一端由弹性膜4密封，换能腔3产生的等离子体冲击波向外传导使弹性膜4往复运动，弹性膜4直接与推注室5连接，等离子体冲击波使弹性膜4往复运动，从而产生的推动力使推注室5内样品液体向微流控芯片的进样微流道流动，推注室5与样品池6通过单向流道导通，样品池6的样品液体可单向流入推注室5，构成样品供给系统。
[0024]如图2所示的本实例微流控芯片结构示意图，芯片材质为玻璃，除激光冲击栗外，微流控芯片主要结构还包括进样微流道7、反应腔8、废液流道9和废液池10，该激光冲击栗的结构参见图1。本实例微流控芯片芯片包含A、B、C三个激光冲击栗，单台脉冲激光器通过三路光纤传导脉冲激光，为三个激光冲击栗提供能量，分别推动三种样品液体进样，其中任一激光冲击栗的激光冲击进样装配效果详见图1，三个激光冲击栗各自的推注室5分别通过一条进样微流道7连接到反应腔8，三条进样微流道7汇集于反应腔8，反应腔8通过废液流道9与废液池10相连。脉冲激光聚焦于激光冲击栗的换能腔3，换能腔3中的换能介质将激光能量转换为等离子体冲击波，所述等离子体冲击波作为推动力推动推注室5内样品液体流入微流控芯片的进样微流道7，本实例中样品液体可以通过三条分别与三个激光冲击栗连接的进样微流道7输送至反应腔8，反应结束废液经废液流道9流入废液池10。本芯片可用于三种溶液进样反应。
[0025]如图3所示为本实例微流控芯片中激光冲击栗的换能腔板的示意图，本实例换能腔板材质为招合金，外形尺寸为50 X 10 X4mm，板上开有三个直径为4mm的通孔分别作为A、B、C三个激光冲击栗的换能腔3，换能腔3独立密封，换能腔3内充满换能介质，换能介质是蒸馏水或者生理盐水。
[0026]本实例的用于密封换能腔3的玻璃2采用BK7玻璃，厚度1mm，尺寸为50X 10mm，用于密封换能腔3的弹性膜4采用厚度为0.3mm的娃橡胶膜，尺寸为50 X 10mm。
[0027]在本实例中，脉冲激光器产生的脉冲激光经过光纤传导到微流控芯片的激光冲击栗，激光冲击栗将激光能量转换为等离子冲击波，推动推注室5里的样品液体流向进样微流道7，通过调控脉冲激光的能量，控制产生的等离子冲击波，进而控制激光冲击栗中弹性膜的运动幅度和速度，调控样品液体的流速和流量，实现精确控制微流控芯片进样量。
[0028]如图4所示，图4是本实例微流控芯片的激光进样示意图，本实例的微流控芯片含有3个激光冲击栗，可推动三种样品液体进样，通过三条分别与三个激光冲击栗连接的进样微流道7输送至反应腔8，反应结束废液经废液流道9流入废液池10。
[0029]用移液器将反应所需三种样品液体分别滴入三个样品池6，液体会经过单向微流道流入推注室5，将三根光纤接入三个光纤接口 I，启动脉冲激光器，脉冲激光能量在换能腔3内转为等离子冲击波，推注三种液体流向反应腔8，通过控制三个脉冲激光的输入能量，可调控三种液体的流速和流量，使其同时流入反应腔8，反应结束后，废液流入废液流道9到达废液池10。
【主权项】
1.一种激光冲击栗，其特征在于，所述激光冲击栗外接脉冲激光器，所述脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路进入所述激光冲击栗，所述激光冲击栗将激光能量转换为等离子体冲击波，所述等离子体冲击波作为推动力推动样品液体流入微流控芯片的进样微流道。2.根据权利要求1所述的激光冲击栗，其特征在于，所述激光冲击栗的栗体包括换能腔、推注室和样品池，所述换能腔独立密封，所述换能腔内充满换能介质，所述脉冲激光聚焦于所述换能介质产生等离子体冲击波，所述推注室与所述样品池通过单向流道导通，所述样品池的样品液体可单向流入所述推注室，所述等离子体冲击波作为推动力推动所述推注室内样品液体流入微流控芯片的进样微流道。3.根据权利要求1或2所述的激光冲击栗，其特征在于，所述换能腔的一端由玻璃密封，所述换能腔的另一端由弹性膜密封，所述换能腔产生的等离子体冲击波向外传导使所述弹性膜往复运动，所述弹性膜直接与所述推注室连接，所述等离子体冲击波使弹性膜往复运动，从而产生的推动力使所述推注室内样品液体向所述微流控芯片的进样微流道流动，同时所述样品池中的样品液体流向推注室补充样品液体。4.根据权利要求3所述的激光冲击栗，其特征在于，所述换能腔内的换能介质是蒸馏水或者生理盐水。5.根据权利要求4所述的激光冲击栗，其特征在于，所述弹性膜是硅橡胶薄膜。6.根据权利要求5所述的激光冲击栗，其特征在于，所述脉冲激光器产生的脉冲激光通过传导光路传导到所述激光冲击栗，所述传导光路可以为光纤或反射镜组。7.—种激光冲击进样系统，其特征在于，包括脉冲激光器和如权利要求1至6所述的激光冲击栗。8.根据权利要求7所述的激光冲击进样系统，其特征在于，所述脉冲激光器产生脉冲激光，通过调控脉冲激光的能量，控制所述激光冲击栗中弹性膜的运动幅度和速度，进而调控样品液体的流速和流量。9.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括如权利要求1至6所述的激光冲击栗、进样微流道、反应腔、废液流道和废液池，所述激光冲击栗的推注室通过所述进样微流道连接到反应腔，反应腔通过所述废液流道与废液池相连，样品液体通过所述进样微流道从所述激光冲击栗输送至反应腔，反应结束废液经所述废液流道流入所述废液池。10.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括多个所述激光冲击栗，外接单台所述脉冲激光器，通过多路光纤传导脉冲激光进入所述激光冲击栗，为多个激光冲击栗提供能量，对单个微流控芯片进行多通道进样。
【文档编号】B01L3/00GK106064105SQ201610353147
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月24日 公开号201610353147.8, CN 106064105 A, CN 106064105A, CN 201610353147, CN-A-106064105, CN106064105 A, CN106064105A, CN201610353147, CN201610353147.8
【发明人】蒋乐伦, 许树佳
【申请人】中山大学