专利名称：用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微流控仪器平台技术，特别涉及一种集电驱动、液压驱动、介电电泳和完全自动化控制于一体的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置。
背景技术：
微流控芯片(microfluidic chip)因其具有低耗、快速、多种分析功能可集成等优点而成为近年来生物、化学等领域微分析研究的重要平台。由于微流控芯片分析是在一个几平方厘米芯片上、网络特征的微米级分离分析通道内，通过对纳升甚至皮升级样品规模的快速操纵，而实现生化实验所涉及的样品制备、进样、混合、反应、分离、检测等操作的一种新型分析技术。因此，对于微流控芯片分析系统来说，要想和上述优点很好地连用，有效解决生化流体的自动操纵问题迫在眉睫。近年来，国际上用于微流控芯片流体驱动与控制的方法主要依赖二类操纵技术 芯片上带有微阀或/和微泵装置的阀控泵技术和连续动态流控技术。阀控泵技术需要(机械)微泵驱动流体、阀控制流体的流向。其优点是便于微型化。其缺点是由于包含微型可动部件、芯片加工难度大、成本昂贵，微阀的性能相对较差，存在背压低、泄漏和死体积等诸多问题，应用效果难以令人满意。连续动态流控技术，包括机械式(微泵)和非机械两种。 机械微泵，比如注射泵、气动泵、压电泵等，一般通过移动液固和液液界面以对液体的移动施加震动或旋转力来驱动流体。其优点是操作简单、对流体性质没有要求、能够提供与芯片微通道匹配的低流量输送。其缺点是难以控制流体的流向、不容易与芯片集成。非机械连续动态流控技术，比如电驱动、介电电泳、光驱动、以及磁驱动等，则依靠施加到被驱动流体上的电、光、磁等能量提供流体的驱动操作，流体流向则是通过外加能量场的方向进行控制。基于电渗或/和电泳原理的电驱动，是目前微流控芯片分析中最主要的微流体操纵手段。电驱动以外加电压(电场)作为流体的驱动控制源，通过同步调控施加到芯片夜池上电压，可以人为地调节芯片交叉口(节电)的电压，从而可以调控芯片交叉口到各个液池间电场强度的大小和方向；在不同微通道产生不同流速的同时，控制交叉口处流体流动的方向， 实现阀的功能；进而完成微流控芯片分析中的进样、分离等操作。电驱动的优点是无可动部件，液体流动无脉动、流量适中，操作简便、灵活，容易与芯片集成。其缺点是对通道管壁材料和被驱动流体的物理化学性质敏感。基于流体中可极化粒子的介电电泳，是利用交流低电压(正弦波)与流体界面中诱导产生自由电荷的相互作用来驱动和控制流体。其优点是无可动部件，对生物流体损伤小，操作简便、灵活，容易与芯片集成。其缺点是芯片结构复杂、驱动力小、适合低导电率(10_12-10_6s/m)流体。光驱动和磁驱动，一般是在所输送流体中添加“光_热敏感纳米粒子”或“亲磁性纳米粒子介质”等新型材料，通过光激发或磁激发来实现流体驱动的一种创新性尝试。优点是特别适合驱动纳米通道内流体。缺点是 由于光学聚焦相对困难和磁场的“分散性”，器件制备复杂，驱动机制尚待进一步研究。当前，为了在微流控芯片上实现细胞、分子水平的生化分析，要求流体在芯片通道间的流量、流动相组成和流向可控，且不干扰生物的原始特性和分析系统工作的稳定性。此外，还要求微流体操纵技术不断地向多功能集成化和完全自动化的方向发展。现在的问题是，由于各类生物流体(如细胞流体)、化学流体、以及生物流体与化学流体之间的流动特性存在较大差异，现有的微流体操纵技术应用于微流控芯片生化分析还存在如下不足1) 驱动模式单一，其中一些(如光驱动、磁驱动)只是强调驱动的特殊应用，通用性不强；2) 少量的组合驱动也只有二种驱动模式，例如(重力)液压驱动_电驱动，且构成组合驱动的设备多是各个独立仪器的简单组合，存在操控响应时间不一致、影响芯片分析重现性等不足。为满足微流控芯片生化分析的需要，本发明将微芯片分析方法、六路直流高压的电驱动、二路微注射泵的液压驱动、二路正弦波的介电电泳和完全自动化的微电子控制技术集成在一起，提供了一种用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置。本发明的特点是六路直流高压、二路微注射泵和二路正弦波的任意组合、程序化控制、快速切换和稳定输出，便于在不同结构微流控芯片中完成不同生化流体的自动化操纵，使得创建适应性强、误差范围小的微流控芯片生化分析更为灵活和简便。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足之处，提供一种用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，即通过本发明能够实现“六路直流高压的电驱动、二路微注射泵的液压驱动、二路正弦波的介电电泳”三种驱动模式和完全自动化控制的集成，便于在不同结构微芯片中完成不同生化流体的自动操纵，满足微流控芯片生化分析的需要。本发明的目的可通过如下技术措施来实现它由系统控制模块、电驱动模块、液压驱动模块、介电电泳模块和程序软件组成， 其中所述的系统控制模块以单片微处理器为控制核心，所述的电驱动模块为六路直流高压，所述的液压驱动模块为二路微注射泵，所述的介电电泳驱动为二路正弦波，所述的程序软件采用时间段控制。本发明的目的还可通过如下技术措施来实现所述的单片微处理器该单片微处理器包括数字通讯接口、逻辑电平转换、单片微处理器、模数转换电路、数模转换电路、串行移位寄存器、驱动电路、信号选择开关、模拟多路分解器、模拟信号调理电路、功率扩展电路、I/V变换电路、放大电路、光电隔离和电源模块。通过逻辑电平转换、数字通讯接口与PC机的串行口相连，组成双向数据通讯；通过二个并列的数模转换电路分别与二个并列的模拟信号调理电路的输入端相连；通过二个并列的串行移位寄存器分别与二个并列的功率扩展电路的输入端相连；光电隔离的输出端通过I/V变换电路、模拟多路分解器与单片微处理器的ADC端口相连；光电隔离的输出端通过放大电路、模拟多路分解器、模数转换电路与单片微处理器相连；
单片微处理器分别与二个并列的驱动电路的输入端相连；单片微处理器与信号选择开关的输入端相连；所述的六路直流高压六只并列的高压电源模块(D1-D6)的控制端(CN1-CN6)分别与模拟信号调理电路的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电流监测信号(mi_IN6)分别与光电隔离的输入端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电压监测信号(VN1-VN6)分别与光电隔离的输入端相连；六只并列的“单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的线圈控制端(JXC1-JXC6)分别与功率扩展电路的输出端相连；六只并列的“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的线圈控制端(KXC1-KXC6)分别与功率扩展电路的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“ + ”端分别与六只“单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的“常闭”触点、六只“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的“常开”触点顺序连
接，组成电驱动的六路直流高压(Voti-Vott6)；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“_”端、六只并列的“单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的“常开”触点分别与“地”短接；所述的二路微注射泵二只并列的步进电机分别与二个并列的驱动电路的输出端相连；二只并列的步进电机的转动轴分别与二个并列的机械推拉装置、二只并列的微型注射器顺序连接，组成液压驱动的二路微注射泵；二个机械推拉装置与二个驱动电路之间分别连接有限位保护电路；所述的二路正弦波二个并列的正弦波发生电路的输入端与信号选择开关的输出端相连，二个并列的正弦波发生电路的输出端分别与二个并列的整形电路相接，组成介电电泳的二路正弦波；电源模块采用士 15V，士5V，+12V，+5V的六路输出，为模块I、II、III、IV提供工作电源，并为模块II提供过流保护；所述的时间段控制每一时间段与微流控芯片生化分析中的样品制备、进样、混合、反应、分离、检测等操作步骤对应一致。本程序软件主要作用为预置实验参数；控制六路直流高压、二路微注射泵、二路正弦波的独立或/和同步的可编程输出流程；实时显示/记录各路直流高压、微注射泵、正弦波的运行状态及输出数据等。在上述技术措施中，所述的六路直流高压的输出模式为“断开、电压/接通、接地”。所述的每路直流高压的输出电压范围为“0 500Vdc、0 1000VDC、0 2000Vdc、0 5000Vdc、0 10000VDC”。所述的二路微注射泵的输出模式为“前等待、推进/灌注、后等待、回拉”。所述的推进(灌注)/回拉的线速度范围为“0.05mm/min、0. 5mm/min、2mm/min、5mm/min> 10mm/min 或 50mm/min，，。所述的微型注射器为“5μ 1、10μ 1、25μ 1、50μ 1、100μ 1、1000μ 1”的玻璃注射
器，微注射泵的灌注体积流量则有程序软件参照玻璃注射器规格自动折算。所述的二路正弦波的输出模式为“前等待、正弦波、后等待”。所述的正弦波频率范围为O 500ΚΗζ，幅值范围为士20V。所述的微流控芯片可以为石英、玻璃、PDMS、PMMA材质，贮液池彡8个，带有沉积微阵列电极的各类不同结构的微流控芯片。所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，以“电驱动的六路直流高压、液压驱动的二路微注射泵、介电电泳的二路正弦波”为一个仪器组成单元，或根据需要将直流高压、微注射泵、正弦波的输出路数进行扩展或缩减，但基本结构相同。本发明的优点(1)本发明实现了“微流控芯片分析方法，电驱动、液压驱动、介电电泳和单片微处理器控制技术”的集成，提供了一种多功能的微流控装置。多种驱动模式的组合和完全自动化的控制，能够取代多套不协调的高压电源、微注射泵、介电电泳、检测仪表等装置，使得创建适应性强、误差范围小的微流控芯片生化分析更为灵活和简便；(2)本发明程序软件提供了一个新颖的时序控制环境，每一时间段内六路直流高压、二路微注射泵和二路正弦波”的独立或/和同步的可编程输出与微流控芯片生化分析的操作步骤完全对应，使得微流控芯片生化分析向维持一个完全的自动化迈进了一大步；(3)本发明提供了一个完整的实验控制，六路直流高压(断开、电压/接通、接地)、二路微注射泵(前等待、推进/灌注、后等待、回拉)和二路正弦波(前等待、正弦波、 后等待)的任意组合、程序化控制、快速切换和稳定输出，可以人为地实现μ L级流体/生化样品与Pm级通道的衔接及nL pL级生化样品在微芯片通道网络内流量(速)、流动相组成和流向的同步驱动与控制，便于在不同结构微流控芯片中实现不同生化流体的多种实验操纵的设计，自动完成微流控、微分析、尤其是多通道结构微流控芯片生化分析中的样品制备、进样、混合、反应、分离等操作；(4)本发明提供了一个可视化人机对话平台，所有操作、显示都在PC机界面中完成，而且界面切换方便、显示直观明了。
图1为本发明实施例的总体结构图；图中1为系统控制模块；II为电驱动模块；III为液压驱动模块；IV为介电电泳模块；1为PC机；2为数字通讯接口 ；3为逻辑电平转换；4为单片微处理器；5为模数转换电路；6，7为数模转换电路；8，9为串行移位寄存器；10，11为驱动电路；12为信号选择开关； 13，14为模拟多路分解器；15，16为模拟信号调理电路；17，18为功率扩展电路；19为I/V 变换电路；20为放大电路；21，22为光电隔离；23为电源模块；24，26为限位保护电路；25， 27为步进电机；28，29为正弦波发生电路；30，31为机械推拉装置；32，33为整形电路；34， 35为微型注射器。图2为本发明实施例的电驱动模块的电路原理示意图；图中D1_D6为高压电源模块J1-J6为“单刀双掷”高压继电器；K1-K6为“单刀单掷”高压继电器。图3为本发明实施例的微注射泵的机械推拉装置结构示意图。图中36为步进电机的转动轴；37为固定挡板；38为限位开关；39为平衡导轨；40 为推拉移动滑块；41为疏水性医用导管。
具体实施例方式实施例1 它由系统控制模块I、电驱动模块II、液压驱动模块III、介电电泳模块IV和程序软件组成，其中所述的系统控制模块I以单片微处理器4为控制核心，所述的电驱动模块 II为六路直流高压，所述的液压驱动模块III为二路微注射泵，所述的介电电泳模块IV为二路正弦波，所述的程序软件采用时间段控制。所述的单片微处理器4 通过逻辑电平转换3、数字通讯接口 2与PC机1的串行口相连；通过二个并列的数模转换电路6，7分别与二个并列的模拟信号调理电路15，16的输入端相连；通过二个并列的串行移位寄存器8，9分别与二个并列的功率扩展电路17，18的输入端相连；光电隔离21 的输出端通过I/V变换电路19、模拟多路分解器13与单片微处理器4的ADC端口相连；光电隔离22的输出端通过放大电路20、模拟多路分解器14、模数转换电路5与单片微处理器 4相连；单片微处理器4分别与二个并列的驱动电路10，11的输入端相连；单片微处理器4 与信号选择开关12的输入端相连；所述的六路直流高压六只并列的高压电源模块(D1-D6)的控制端(CN1-CN6)分别与模拟信号调理电路 15，16的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电流监测信号(mi-IN6) 分别与光电隔离21的输入端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电压监测信号 (VN1-VN6)分别与光电隔离22的输入端相连；六只并列的“单刀双掷”高压继电器(J1-J6) 的线圈控制端(JXC1-JXC6)分别与功率扩展电路17的输出端相连；六只并列的“单刀单掷” 高压继电器(K1-K6)的线圈控制端(KXC1-KXC6)分别与功率扩展电路18的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“ + ”端分别与六只“单刀双掷”高压继电器(J1-J6) 的“常闭”触点、六只“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的“常开”触点顺序连接，组成电驱动的六路直流高压(Votti-Vot6)；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“_”端、六只并列的 “单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的“常开”触点分别与“地”短接；所述的二路微注射泵二只并列的步进电机25，27分别与二个并列的驱动电路10，11的输出端相连；二只并列的步进电机25，27的转动轴36分别与二个并列的机械推拉装置30，31、二只并列的微型注射器34，35顺序连接，组成液压驱动的二路微注射泵；二个机械推拉装置30，31与二个驱动电路10，11之间分别连接有限位保护电路24，26 ；所述的二路正弦波二个并列的正弦波发生电路28，29的输入端与信号选择开关12的输出端相连，二个并列的正弦波发生电路28，29的输出端分别与二个并列的整形电路32，33相接，组成介电电泳的二路正弦波；电源模块23采用士 15V，士5V，+12V，+5V的六路输出，为模块I、II、III、IV提供工作电源，并为模块II提供过流保护；所述的时间段控制每一时间段与微流控芯片生化分析中的样品制备、进样、混合、反应、分离、检测等操作步骤对应一致。所述的六路直流高压的输出模式为“断开、电压/接通、接地”；输出电压范围为 “0 500Vd。、0 1000VD。、0 2000Vd。、0 5000VD。、0 10000VD。”;所述的二路微注射泵的输出模式为“前等待、推进/灌注、后等待、回拉”；所述的推进(灌注)/回拉的线速度范围为 “0. 05mm/min、0. 5mm/min、2mm/min、5mm/min、10mm/min、50mm/min” ；所述的二路正弦波的输出模式为“前等待、正弦波、后等待”；所述的正弦波频率范围为0 500KHz，幅值范围为士20V ；所述的微流控芯片可以为石英、玻璃、PDMS、PMMA材质，贮液池< 8个，带有沉积微阵列电极的各类不同结构的微流控芯片；以“电驱动的六路直流高压、液压驱动的二路微注射泵、介电电泳的二路正弦波”为一个仪器组成单元，或根据需要将直流高压、微注射泵、正弦波的输出路数进行扩展或缩减，但基本结构相同。实施例2 结合附图1、2、3对本发明各个模块之间、以及各模块内各个器件的组合连接作进一步详细描述PC机1为安装了本发明程序软件的PC机，PC机负责数据采集、储存、显示/记录、 单片微处理器管理和界面操作等功能。数字通讯接口 2和逻辑电平转换3用于PC机与单片微处理器4之间构成双向数据通讯。单片微处理器为ATMEL公司生产的增强型微功耗8 位单片微处理器ATmegal6-16PC，ATmegal6-16PC内部具有16K字节的可编程Flash，512字节EEPR0M，1K字节SRAM，32个通用I/O 口，32个通用工作寄存器，三个定时器/计数器(T/ C)，片内/外中断，UART串行通讯口(TXD、RXD、RTX)，8路10位ADC和PWM脉宽调制输出口等。单片微处理器负责数据的通讯、采集、存储、逻辑处理，I/O总线和各个电路间的时序控制等功能。二个4路12位数模转换电路6，7将寄存于单片微处理器中的预置电压的数字量转化成相应的0-+5Vd。模拟量，并分别送入二个4通道的模拟信号调理电路15，16 ；二个模拟信号调理电路15，16对0-+5VDC模拟量进行调理后，为六只高压电源模块(D1-D6)提供控制信号，使六只高压电源模块(D1-D6)的输出电压与其对应的预置电压相等；六只高压电源模块(D1-D6)的输出“ + ”端分别与六只“单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的“常闭”触点、六只“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的“常开”触点顺序连接，组成电驱动操纵微流控芯片生化流体的六路直流高压(v_-v_)。二个8通道的串行移位寄存器8，9将寄存于单片微处理器中预置六路直流高压 “断开、接地”的开关量信号分别送入二个7通道的功率扩展电路17，18，二个功率扩展电路 17，18分别通过线圈控制端JXC1-JXC6、KXC1-KXC6控制六只“单刀双掷”高压继电器J1-J6 和六只“单刀单掷”高压继电器K1-K6，构成六路直流高压(Voti-Vott6)输出模式的“断开、电压/接通、接地”。二个8通道的光电隔离21，22将六只高压电源模块的输出电流监测信号 IN1-IN6 (输出电流监测信号是串接于高压电源模块输出回路的电流量)和输出电压监测信号VN1-VN6 (输出电压监测信号是通过分压电阻把高压电源模块的输出高压转化为成比例的低电压信号)分别送入8通道的I/V变换电路19和8通道的放大电路20，并实现电气隔离；ΙΛ变换电路19用于对所述的输出电流监测信号进行电流/电压转换、调整，并将其送入8通道的模拟多路分解器13 ；8通道的模拟多路分解器13将I/V变换电路19输出的模拟信号送入单片微处理器的ADC端口，由单片微处理器内部的ADC将其转化成与输出电流监测信号mi-IN6对应的数字量信号。8通道的放大电路20用于放大、调整所述的输出电压监测信号VN1-VN6，并将其送入8通道的模拟多路分解器14 ；模拟多路分解器14用于将放大电路20的输出模拟信号送入8通道的模数转换电路5 ；模数转换电路5将该模拟信号转化成与电压监测信号VN1-VN6对应的数字量信号，并送入单片微处理器。上述数字量信号通过单片微处理器逻辑处理，最后由PC机实时显示六路直流高压(Voti-Vott6)的输出电流、电压。二个驱动电路10，11将寄存于单片微处理器中预置二路微注射泵的输出参数转化成相应的脉冲调制信号，并施加到二只步进电机25，27上，实现对步进电机的控制；二个机械推拉装置30，31上的推拉移动滑块40随着将步进电机25，27上的转动轴36的转动可在水平方向进行推拉移动，并由平衡导轨39确保推拉移动滑块40的移动稳定，推拉移动滑块40带动二只微型注射器34，35和疏水性医用导管41内流体同步推拉移动，组成液压驱动微流控芯片生化流体的二路微注射泵；二个限位保护电路24，26通过安装于机械推拉装置上的限位开关38，为二个驱动电路10，11提供中断信号，构成二路微注射泵的前、后限位保护。信号选择开关12用于将单片微处理器的PWM脉宽调制信号施加到二个正弦波发生电路28，29 ；二个正弦波发生电路28，29分别将所述的PWM脉宽调制信号转化成相应的正弦波，并分别送入二个整形电路32，33 ；二个整形电路32，33对所述的正弦波进行整形， 使其输出频率、幅值等于预置正弦波的输出参数，组成介电电泳操纵微流控芯片生化流体的二路正弦波。电源模块23对控制模块I、电驱动模块II、液压驱动模块III和介电电泳模块IV 提供工作电源；当电驱动模块II的六路直流高压(Voti-Vott6)中的某一路输出电流的监测值超过其预置过流保护值时，单片微处理器控制电源模块23中的过流保护电路会快速断开电驱动模块II的所有工作电源，实现过流保护。实施例3 对本发明应用于微流控芯片生化分析的工作过程作进一步描述实验前，首先根据微流控芯片的结构和生化分析所需的操作步骤，设定实验参数 (包括直流高压的输出路数，每路直流高压的电压量程，微注射泵的输出路数，每路微注射泵推进(灌注)/回拉的线速度、微注射器规格，正弦波的输出路数，每路正弦波频率、幅值，输出时间段数，每一时间段内每一路直流高压、每一路微注射泵、每一路正弦波的输出模式、运行时间和循环输出次数等)；其次将选中各路直流高压、各路微注射泵和各路正弦波与微流控芯片对应连接。实验运行时，基于预置实验参数，本发明自动提供每一时段内每路直流高压(断开、电压/接通、接地)、每路微注射泵(前等待、推进/灌注、后等待、回拉)和每路正弦波 (前等待、正弦波、后等待)的独立或/和同步的可编程输出流程，从而可以在不同结构微流控芯片中自动完成微流控芯片生化分析中的样品制备、进样、混合、反应、分离等操作。实验结束后，自动保存一次完整分析实验中所设置的实验参数，以便相同实验时不需重新设置。 以上所述，仅为本发明其中的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围即凡根据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求的范围所涵盖。
权利要求
1.用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于它由系统控制模块(I)、电驱动模块(II)、液压驱动模块(III)、介电电泳模块(IV)和程序软件组成，其中所述的系统控制模块⑴以单片微处理器⑷为控制核心，所述的电驱动模块(II)为六路直流高压，所述的液压驱动模块(III)为二路微注射泵，所述的介电电泳模块(IV)为二路正弦波，所述的程序软件采用时间段控制。
2.根据权利要求1所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的单片微处理器(4)通过逻辑电平转换(3)、数字通讯接口⑵与PC机⑴的串行口相连； 通过二个并列的数模转换电路(6，7)分别与二个并列的模拟信号调理电路(15，16)的输入端相连；通过二个并列的串行移位寄存器(8，9)分别与二个并列的功率扩展电路(17，18)的输入端相连；光电隔离(21)的输出端通过I/V变换电路(19)、模拟多路分解器(13)与单片微处理器⑷的ADC端口相连；光电隔离(22)的输出端通过放大电路(20)、模拟多路分解器(14)、模数转换电路(5) 与单片微处理器(4)相连；单片微处理器⑷分别与二个并列的驱动电路(10，11)的输入端相连； 单片微处理器(4)与信号选择开关(12)的输入端相连； 所述的六路直流高压六只并列的高压电源模块(D1-D6)的控制端(CN1-CN6)分别与模拟信号调理电路(15， 16)的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电流监测信号(mi-IN6)分别与光电隔离(21)的输入端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出电压监测信号(VN1-VN6)分别与光电隔离(22)的输入端相连；六只并列的“单刀双掷”高压继电器(J1-J6)的线圈控制端(JXC1-JXC6)分别与功率扩展电路(17)的输出端相连；六只并列的“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的线圈控制端(KXC1-KXC6)分别与功率扩展电路(18)的输出端相连；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“ + ”端分别与六只“单刀双掷”高压继电器 (J1-J6)的“常闭”触点、六只“单刀单掷”高压继电器(K1-K6)的“常开”触点顺序连接，组成电驱动的六路直流高压(Vquti-Vqut6)；六只并列的高压电源模块(D1-D6)的输出“_”端、六只并列的“单刀双掷”高压继电器 (J1-J6)的“常开”触点分别与“地”短接； 所述的二路微注射泵二只并列的步进电机(25，27)分别与二个并列的驱动电路(10，11)的输出端相连；二只并列的步进电机(25，27)的转动轴(36)分别与二个并列的机械推拉装置(30，31)、二只并列的微型注射器(34，35)顺序连接，组成液压驱动的二路微注射泵；二个机械推拉装置(30，31)与二个驱动电路(10，11)之间分别连接有限位保护电路 (24，26)；所述的二路正弦波二个并列的正弦波发生电路(28，29)的输入端与信号选择开关(12)的输出端相连，二个并列的正弦波发生电路(28，29)的输出端分别与二个并列的整形电路(32，33)相接，组成介电电泳的二路正弦波；电源模块(23)采用士 15V，士5V，+12V，+5V的六路输出，为模块I、II、III、IV提供工作电源，并为模块II提供过流保护；所述的时间段控制每一时间段与微流控芯片生化分析中的样品制备、进样、混合、反应、分离、检测等操作步骤对应一致。
3.根据权利要求1或2所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的六路直流高压的输出模式为“断开、电压/接通、接地”。
4.根据权利要求3所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的输出电压范围为“0 500Vdc、0 1000VDC、0 2000Vdc、0 5000VDC、0 10000VDC”。
5.根据权利要求1或2所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的二路微注射泵的输出模式为“前等待、推进/灌注、后等待、回拉”。
6.根据权利要求5所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的推进(灌注)/回拉的线速度范围为“0. 05mm/min、0. 5mm/min,2mm/min, 5mm/min> 10mm/min、50mm/min，，。
7.根据权利要求1或2所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的二路正弦波的输出模式为“前等待、正弦波、后等待”。
8.根据权利要求7所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的正弦波频率范围为0 500KHz，幅值范围为士20V。
9.根据权利要求2所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，其特征在于所述的微流控芯片可以为石英、玻璃、PDMS, PMMA材质，贮液池彡8个，带有沉积微阵列电极的各类不同结构的微流控芯片。
10.根据权利要求1所述的用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置， 其特征在于以“电驱动的六路直流高压、液压驱动的二路微注射泵、介电电泳的二路正弦波”为一个仪器组成单元，或根据需要将直流高压、微注射泵、正弦波的输出路数进行扩展或缩减，但基本结构相同。
全文摘要
本发明提供一种用于自动操纵微流控芯片生化流体的多功能微流控装置，该装置由系统控制模块、六路直流高压的电驱动、二路微注射泵的液压驱动、二路正弦波的介电电泳和程序软件组成。本发明的特点是六路直流高压(断开、电压/接通、接地)、二路微注射泵(前等待、推进/灌注、后等待、回拉)、二路正弦波(前等待、正弦波、后等待)的任意组合、独立或/和同步的可编程控制、快速切换和稳定输出，便于在不同结构微流控芯片中自动化完成不同生化流体的操纵，使得创建适应性强、误差范围小的微流控芯片生化分析更为灵活和简便。
文档编号G01N33/50GK102175844SQ20111002616
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者唐波, 李清岭, 陈蓁蓁 申请人:山东师范大学