一种微流控管道热压拉伸装置及其控制方法

1.本发明涉及微流控管道加工技术领域，尤其涉及一种微流控管道热压拉伸装置及其控制方法。


背景技术：

2.制作微流控芯片的主要材料有硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和纸基等。不同的材料特性决定了不同的微加工方法。但是微流控芯片最主要的加工方法是来自于微电子行业的光刻技术和来自于表面图案化的软光刻技术；此外，cnc、激光刻蚀、3d打印、注塑等加工工艺目前也被广泛应用。在上述技术的基础上，为了制作完整的微流控管道，一般还需要对两片材料进行键合。玻璃和硅片等材料通过高温、高压或高电压等方法键合，而pdms材料通过氧等离子处理进行键合。
3.在制作微流控芯片的过程中，将表面刻蚀有微通道的芯片键合是重要的一步工艺，键合的主要方法就是热压键合，通过高温和压力将聚合物盖板和芯片紧紧键合在一起，起到密封的作用。在基于微流控的数字pcr中，液滴的扩增反应需要在微通道中进行，微流控芯片本身就具备这个功能，但通常只能在二维平面上进行反应扩增，无法实现复杂的三维拓扑结构，因此可以通过聚合物管道(teflon、pvc、silicon等)经过缠绕等方式形成微流控管道来解决这一问题，将高通量的微细聚合物管道缠绕在pdms加热块上，通过控制加热块的厚度在pdms块两侧产生温差，液滴通过缠绕在pdms块上的微管道时便经过了两个不同的温度区域，实现dna的扩增。
4.目前商用的聚合物管道内径较大(0.3mm)无法满足微量的微流体的控制与应用，并且目前的管道在同一管道上直径是均一的，无法实现可控的变径管道，无法满足更加复杂的管道设计要求。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种微流控管道热压拉伸装置及其控制方法，该装置结构简单，可以对微流控管道的拉伸速度和热压温度进行实时控制，保证了微流控管道拉伸和热压的均匀性，提高了微流控管道的品质。
6.本发明所采用的第一技术方案是：
7.一种微流控管道热压拉伸装置，包括：
8.底座；
9.加压组件，所述加压组件包括顶板、弹性连接件以及负载，所述顶板的下表面通过所述弹性连接件连接至所述底座的上表面，所述负载设置在所述顶板的上表面；
10.加热组件，所述加热组件包括上加热板和下加热板，所述上加热板设置在所述顶板的下表面，所述下加热板设置在所述底座的上表面，所述上加热板和所述下加热板内均设置有加热器，所述下加热板的上表面设置有热压槽；
11.传动组件，所述传动组件包括主动轮、从动轮以及牵引电机，所述主动轮和所述从
动轮分别靠近所述热压槽的两端设置，所述从动轮用于缠绕设置待加工管道，所述主动轮用于对所述待加工管道施加牵引力，所述主动轮与所述牵引电机传动连接；
12.主控制器，所述加热器和所述牵引电机均与所述主控制器电连接。
13.进一步，所述弹性连接件包括导轨和压缩弹簧，所述导轨的下端固定在所述底座的上表面，所述导轨的上端穿出所述顶板，所述顶板可沿所述导轨上下滑动，所述压缩弹簧套设在所述导轨上，所述压缩弹簧的下端固定在所述底座的上表面，所述压缩弹簧的上端固定在所述顶板的下表面。
14.进一步，所述弹性连接件有多个，多个所述弹性连接件均靠近所述底座的边角设置。
15.进一步，所述负载为砝码。
16.进一步，所述热压槽包括第一槽段和第二槽段，所述第一槽段的内径大于所述第二槽段的内径，所述第一槽段位于所述下加热板靠近所述从动轮的一端，所述第二槽段位于所述下加热板靠近所述主动轮的一端。
17.进一步，所述微流控管道热压拉伸装置还包括齿轮变速箱，所述牵引电机通过所述齿轮变速箱与所述主动轮传动连接。
18.本发明所采用的第二技术方案是：
19.一种微流控管道热压拉伸装置的控制方法，用于通过上述微流控管道热压拉伸装置执行，待加工管道缠绕设置在从动轮上，所述待加工管道的一端穿过热压槽固定在主动轮上，所述控制方法包括以下步骤：
20.通过主控制器控制加热器分别对上加热板和下加热板进行加热，使得所述上加热板达到预设的第一温度，所述下加热板达到预设的第二温度；
21.调节负载重量使得所述上加热板与所述下加热板接触，并产生一定的挤压力；
22.通过主控制器控制牵引电机运行，从而带动所述主动轮对所述待加工管道进行拉伸；
23.通过主控制器调节所述牵引电机的转速，使得所述待加工管道在拉伸和热压的作用下穿过所述热压槽形成预设管径变化的微流控管道并缠绕在所述主动轮上。
24.本发明的有益效果是：本发明提供了一种微流控管道热压拉伸装置及其控制方法，待加工管道缠绕设置在从动轮上，待加工管道的一端穿过热压槽固定在主动轮上，通过主控制器控制加热器分别对上加热板和下加热板进行加热，使得所述上加热板达到预设的第一温度，所述下加热板达到预设的第二温度，调节负载重量使得所述上加热板与所述下加热板接触，并产生一定的挤压力，通过主控制器控制牵引电机运行，从而带动所述主动轮对所述待加工管道进行拉伸，通过主控制器调节所述牵引电机的转速，使得所述待加工管道在拉伸和热压的作用下穿过所述热压槽形成预设管径变化的微流控管道并缠绕在所述主动轮上。本发明结构简单，通过主控制器可以对加热器和牵引电机进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道的拉伸速度和热压温度，通过上下加热板和热压槽的设置，保证了微流控管道拉伸和热压的均匀性，提高了微流控管道的品质，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的一种微流控管道热压拉伸装置的结构示意图；
26.图2为本发明实施例提供的一种微流控管道热压拉伸装置的信号连接示意图；
27.图3为本发明实施例提供的热压槽的结构示意图；
28.图4为本发明实施例提供的微流控管道热压拉伸装置的控制方法的步骤流程图。
29.附图标记：
30.10、底座；20、顶板；30、弹性连接件；31、导轨；32、压缩弹簧；40、负载；50、上加热板；60、下加热板；61、热压槽；611、第一槽段；612、第二槽段；70、主动轮；80、从动轮；90、牵引电机；100、待加工管道。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
32.在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。
33.参照图1和2，本发明实施例提供了一种微流控管道热压拉伸装置，包括：
34.底座10；
35.加压组件，加压组件包括顶板20、弹性连接件30以及负载40，顶板20的下表面通过弹性连接件30连接至底座10的上表面，负载40设置在顶板20的上表面；
36.加热组件，加热组件包括上加热板50和下加热板60，上加热板50设置在顶板20的下表面，下加热板60设置在底座10的上表面，上加热板50和下加热板60内均设置有加热器，下加热板60的上表面设置有热压槽61；
37.传动组件，传动组件包括主动轮70、从动轮80以及牵引电机90，主动轮70和从动轮80分别靠近热压槽61的两端设置，从动轮80用于缠绕设置待加工管道100，主动轮70用于对待加工管道100施加牵引力，主动轮70与牵引电机90传动连接；
38.主控制器(图1中未示出)，加热器和牵引电机90均与主控制器电连接。
39.本发明实施例中，待加工管道100缠绕设置在从动轮80上，待加工管道100的一端穿过热压槽61固定在主动轮70上，通过主控制器控制加热器分别对上加热板50和下加热板60进行加热，使得上加热板50达到预设的第一温度，下加热板60达到预设的第二温度，调节负载40重量使得上加热板50与下加热板60接触，并产生一定的挤压力，通过主控制器控制牵引电机90运行，从而带动主动轮70对待加工管道100进行拉伸，通过主控制器调节牵引电机90的转速，使得待加工管道100在拉伸和热压的作用下穿过热压槽61形成预设管径变化的微流控管道并缠绕在主动轮70上。本发明实施例结构简单，通过主控制器可以对加热器和牵引电机90进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道100的拉伸速度和热压温度，通过上下加热板60和热压槽61的设置，保证了微流控管道拉伸和热压的均匀性，提高了微流
控管道的品质，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
40.参照图1，进一步作为可选的实施方式，弹性连接件30包括导轨31和压缩弹簧32，导轨31的下端固定在底座10的上表面，导轨31的上端穿出顶板20，顶板20可沿导轨31上下滑动，压缩弹簧32套设在导轨31上，压缩弹簧32的下端固定在底座10的上表面，压缩弹簧32的上端固定在顶板20的下表面。
41.具体地，将压缩弹簧32套设在导轨31上形成弹性连接件30，导轨31能够使得顶板20沿着固定的轨迹运动，保证了加压组件的结构稳定，压缩弹簧32能够在负载40变轻或移除时对顶板20进行复位，使得上下加热板60分开，便于拉伸好的微流控管道的取出以及待加工管道100的放置。
42.参照图1，进一步作为可选的实施方式，弹性连接件30有多个，多个弹性连接件30均靠近底座10的边角设置。
43.本发明实施例中，底座10和顶板20均为矩形板，四个弹性连接件30分别设置在矩形板的四个边角，进一步保证了加压组件的结构稳定。
44.进一步作为可选的实施方式，负载40为砝码。
45.具体地，采用多个砝码作为负载，通过增加砝码和减少砝码可以对负载重量进行调节。本发明实施例通过砝码提供下压力，取代了一般商用的气动施压的方式，大大简化了机械结构，降低了成本。
46.参照图1和3，进一步作为可选的实施方式，热压槽61包括第一槽段611和第二槽段612，第一槽段611的内径大于第二槽段612的内径，第一槽段611位于下加热板60靠近从动轮80的一端，第二槽段612位于下加热板60靠近主动轮70的一端。
47.具体地，通过第一槽段611和第二槽段612的变径设置，可以实现对待加工管道100的挤出式拉伸，进一步保证了待加工管道100拉伸的均匀性。
48.在一些可选的实施例中，热压槽61可设计为不同尺寸以拉伸不同规格的微流控管道。
49.进一步作为可选的实施方式，微流控管道热压拉伸装置还包括齿轮变速箱，牵引电机90通过齿轮变速箱与主动轮70传动连接。
50.具体地，通过改变齿轮变速箱的传动比可以调节主动轮70的转速，从而调节待加工管道100的拉伸速度。
51.以上是对本发明实施例的系统结构进行了说明，下面对本发明实施例的加工作程作进一步说明。
52.如图1所示，首先将待加工管道100缠绕设置在右端的从动轮80上，将待加工管道100的一端通过加热的方式拉伸一部分，这段拉伸的待加工管道100只作为拉伸牵引作用，不考虑拉伸的均匀性；将拉伸过的待加工管道100管穿过下加热板60上的热压槽61，并固定在左侧的主动轮70上；准备工作做好后，通过主控制器将上下加热板60加热到待加工管道100可塑形的熔融温度，在顶板20上放置一定重量的砝码，通过砝码的重量将顶板20下压，实现一个稳定的下压力，通过改变砝码的数量可以实现不同压力；然后启动牵引电机90，控制电机转速稳定，匀速拉伸待加工管道100，待加工管道100在上下热压板的温度下变为可塑形状态，在热压槽61的挤压作用下，待加工管道100被主动轮70缓缓拉出，由于热压槽61的变径设置，待加工管道100被均匀地拉伸为预设的管径，实现了待加工管道100的均匀拉
伸。
53.本发明实施例还可用于热压键合微流控芯片，工作流程为：将芯片放平摆正在下加热板60上，再将聚合物盖板正放在芯片上对齐；芯片和盖板都放置好后，将一定重量的砝码放置在顶板20上，使上下加热板60接触并提供稳定的下压力，通过加热器对上下加热板60进行加热，加热到聚合物芯片相应的热键和温度，保持10-20分钟，直到芯片和盖板完全键合为止；芯片键合完成后移除砝码，顶板20将在压缩弹簧32的作用下回到初始位置，将键合完成的芯片取出即可。
54.参照图4，本发明实施例提供了一种微流控管道热压拉伸装置的控制方法，用于通过上述微流控管道热压拉伸装置执行，待加工管道缠绕设置在从动轮上，待加工管道的一端穿过热压槽固定在主动轮上，控制方法包括以下步骤：
55.s101、通过主控制器控制加热器分别对上加热板和下加热板进行加热，使得上加热板达到预设的第一温度，下加热板达到预设的第二温度；
56.s102、调节负载重量使得上加热板与下加热板接触，并产生一定的挤压力；
57.s103、通过主控制器控制牵引电机运行，从而带动主动轮对待加工管道进行拉伸；
58.s104、通过主控制器调节牵引电机的转速，使得待加工管道在拉伸和热压的作用下穿过热压槽形成预设管径变化的微流控管道并缠绕在主动轮上。
59.具体地，本发明实施例的控制方法可实现加工工艺的程序化控制，通过主控制器可以对加热器和牵引电机进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道的拉伸速度和热压温度，通过上下加热板和热压槽的设置，保证了微流控管道拉伸和热压的均匀性，提高了微流控管道的品质，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
60.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
61.此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
62.进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器
或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
63.计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
64.以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。