一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置及使用方法与流程

本发明涉及微位移平台领域，尤其涉及一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置及使用方法。

背景技术：

微流控芯片技术(microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作集成到一块微米尺度的芯片上。由于其体积小、试剂消耗量低和高度集成化等特点，越来越多的研究人员开始关注微流控芯片。微流控芯片技术具有微型化、高通量、实时检测等优势，其在细胞研究、临床诊断等领域具有广阔的应用前景。越来越多的研究人员参与到微流控芯片的分析研究中。

微流控芯片需要放在显微镜下观察并需移动，以便观察不同位置。通常将芯片放在一个夹具上固定，通过移动夹具来观察不同位置。

传统芯片夹具存在连接方法繁复、连接方式固定、不具备可调节性等技术问题。同时，夹具和芯片的连接密闭性差，容易发生失压、漏液，影响芯片的使用效果。

通常一次实验设有一个或多个微流控芯片，需要对芯片的各区域、各芯片的实验现象进行观测，并拍照记录。但是，普通显微镜一般不具备位移调节和图形获取功能。高级专用显微镜镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，旋转推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。当观测位置不佳或需调整位置时，通常需人工手动调节推进器。这种情况下，移动距离不可控，且移动距离未知。目前实验室条件下微流控芯片的观测，基本将微流控芯片直接置于显微镜下。而预先的微流控芯片尺寸结构数据已知，借助良好的位移控制可更好地开展实验。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提供了一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置及使用方法。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置，所述装置包括观测器件(1)、夹具(2)、微流控芯片(3)、y轴运动单元(4)、x轴运动单元(5)、数显表(6)、计算机(7)，其特征在于，

由所述观测器件(1)拍摄的实验现象在计算机(7)上实时显示；

所述y轴直线运动单元(4)位于x轴直线运动单元(5)的上方；

所述夹具(2)固定在y轴直线运动单元(4)的平台上；

所述计算机(7)控制y轴直线运动单元(4)和x轴直线运动单元(5)并对实验现象进行记录，记录结果通过数显表(6)显示；

所述微流控芯片夹具(2)为双层结构，包括上盖板(21)和下盖板(22)；

所述微流控芯片(3)位于上盖板(21)和下盖板(22)之间。

进一步地，所述上盖板(21)为矩形边框设计，边框设置有第一弹性材料(2102)；

所述下盖板(22)为矩形边框设计，边框设置有第二弹性材料(2202)。

进一步地，所述上盖板(21)上设置有第一螺栓孔(2101)，所述下盖板(22)上设置有第二螺栓孔(2201)、第一螺钉孔(2203)；

所述上盖板(21)和下盖板(22)通过螺栓(23)和螺母(24)连接。

进一步地，所述观测器件(1)包括支架(11)，ccd摄像机(12)，转换器(13)和物镜(14)；

所述ccd摄像机(12)与支架(11)固定连接，支架(11)控制ccd摄像机(12)的位置于微位移平台中心；

通过切换所述转换器(13)选择不同放大倍数的物镜(14)，ccd摄像机(12)拍摄实验现象并在计算机(7)上实时显示。

进一步地，所述y轴直线运动单元(4)包括连接件(401)，第一支座(402)，第一导杆(403)，第一直线运动轴承(404)，阵列光源(405)，第二螺钉孔(406)，第一轴承座(407)，第一旋钮(408)，第一直线导轨(409)，第一丝杆螺母(410)，第一滚珠丝杆(411)，第一光栅标尺(412)，第一读数头(413)，第一伺服电机(414)；

所述第一支座(402)位于y轴直线运动单元(4)两侧，两侧支座与第一导杆(403)、第一直线运动轴承(404)连接；所述第一轴承座(407)位于y轴直线运动单元(4)两侧，两侧轴承座与第一旋钮(408)、第一丝杆螺母(410)、第一滚珠丝杆(411)、第一伺服电机(414)依次连接；所述第一光栅标尺(412)设置在第一直线导轨(409)的运动件侧面；所述第一读数头(413)设置在第一直线导轨(409)固定件的上表面；所述阵列光源(405)，第二螺钉孔(406)位于y轴直线运动单元(4)的上工作面。

进一步地，所述x轴直线运动单元(5)包括第二支座(501)、第二直线运动轴承(502)、第二导杆(503)、第二轴承座(504)、第二伺服电机(505)、第二滚珠丝杆(506)、第二直线导轨(507)、第二丝杆螺母(508)、第二读数头(509)、第二光栅标尺(510)和第二旋钮(511)组成；

所述第二支座(501)位于x轴直线运动单元(5)两侧，两侧支座与第二导杆(503)、第二直线运动轴承(502)连接；所述第二轴承座(504)位于x轴直线运动单元(5)两侧，两侧轴承座与第二旋钮(511)、第二丝杆螺母(508)、第二滚珠丝杆(506)、第二伺服电机(505)依次连接；所述第二读数头(509)设置在第二直线导轨(507)固定件的上表面，所述第二光栅标尺(510)设置在第二直线导轨(507)的运动件侧面；

y轴直线运动单元(4)通过连接件(401)与x轴直线运动单元(5)连接。

进一步地，所述计算机(7)控制第一伺服电机(414)驱动第一滚珠丝杆(411)，第一导杆(403)以及第一直线导轨(409)导向，移动y轴运动单元(4)；

所述计算机(7)控制第二伺服电机(505)驱动第二滚珠丝杆(506)，第二导杆(503)以及第二直线导轨(507)导向，移动x轴运动单元(5)。

进一步地，所述第一读数头(413)检测第一导轨(409)的位移量，并通过数显表(6)显示；

所述第二读数头(509)检测第二导轨(507)的位移量，并通过数显表(6)显示。

一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置的使用方法，所述方法包括如下步骤：

(1)芯片封合完成后，将芯片至于下盖板，然后覆盖上盖板，保证芯片边缘与盖板的弹性材料相接处；

(2)旋紧螺栓螺母，将上盖板、芯片、下盖板贴合；

(3)夹具组装完成后，将夹具置于y轴工作台上，用螺钉固定夹具；

(4)微位移平台xy轴微位移通过x轴直线运动单元和y轴直线运动单元控制，微位移平台控制系统负责直线运动单元的位移调节，读数头检测直线运动单元的位移量，数显表进行实时显示；

(5)读数头将检测结果传输给计算机，计算机处理后调节伺服电机，实现微位移平台的移动速度和位移量的精确控制；同时，实验人员也可通过调节旋钮来改变芯片位置。

进一步地，当进行多组实验时，可将夹具与芯片组装后同时排列在工作台。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置及使用方法，微流控芯片夹具为双层结构，包括上盖板、下盖板。上盖板、下盖板均为矩形边框设计，边框粘有一层弹性材料。夹具使用时，微流控芯片位于上盖板、下盖板之间，芯片边缘与盖板重合，可保证芯片的完好密封。弹性材料防止芯片与盖板直接接触，损坏芯片。

微位移控制装置可实现xy轴微位移，调节精度为1μm。读数头作用为测量移动距离，数显表为显示移动的距离。通过计算机设定移动距离，控制伺服电机，经过丝杆螺母机构可实现工作台移动。旋钮作用为：通过转动旋钮，使丝杆转动，通过螺母带动工作台直线运动。也可通过人工旋转旋钮，实现手动位移工作台，其移动距离则通过数显表显示。

微位移控制装置的高精度调节机制和平行多组实验，有利于开展对比实验，并实现对实验对象的精确定位观测。

附图说明

图1为本发明的微位移控制装置的结构图；

图2为本发明的微位移控制装置的右视图；

图3为本发明的夹具立体结构图；

图4为本发明的夹具上盖板结构图；

图5为本发明的夹具下盖板结构图；

图6为本发明的微位移平台y轴运动单元结构图；

图7为本发明的微位移平台y轴运动单元的俯视图；

图8为本发明的微位移平台x轴运动单元结构图；

图9为本发明的微位移平台x轴运动单元的俯视图。

图中，1-观测器件，2-夹具，3-微流控芯片，4-y轴运动单元，5-x轴运动单元，6-数显表，7-计算机，11-支架，12-ccd摄像机，13-转换器，14-物镜，21-上盖板，22-下盖板，2101-第一螺栓孔，2102-第一弹性材料，2201-第二螺栓孔，2202-第二弹性材料，2203-第一螺钉孔，23-螺栓，24-螺母，401-连接件，402-第一支座，403-第一导杆，404-第一直线运动轴承，405-阵列光源，406-第二螺钉孔，407-第一轴承座，408-第一旋钮，409-第一直线导轨，410-第一丝杆螺母，411-第一滚珠丝杆，412-第一光栅标尺，413-第一读数头，414-第一伺服电机，501-第二支座，502-第二直线运动轴承，503-第二导杆，504-第二轴承座，505-第二伺服电机，506-第二滚珠丝杆，507-第二直线导轨，508-第二丝杆螺母，509-第二读数头，510-第二光栅标尺，511-第二旋钮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。

图1为本发明的微位移控制装置的结构图，如附图1所示，所述装置包括观测器件1、夹具2、微流控芯片3、y轴运动单元4、x轴运动单元5、数显表6、计算机7。

如图2所示，观测器件1包括支架11，ccd摄像机12，转换器13和物镜14。ccd摄像机12与支架11固定连接，同时控制其位置于微位移平台中心。通过切换转换器13选择不同放大倍数的物镜14，ccd摄像机12拍摄实验现象并在计算机7上实时显示。

如图3、图4和图5所示，微流控芯片夹具2为双层结构，包括上盖板21、下盖板22。上盖板加工有第一螺栓孔2101，下盖板加工有第二螺栓孔2201、第一螺钉孔2203。夹具使用时，微流控芯片3位于上盖板21、下盖板22之间，芯片边缘与盖板重合。上盖板、下盖板均为矩形边框设计，边框粘有一层弹性材料。第一弹性材料2102和第一弹性材料2202防止芯片与盖板直接接触，损坏芯片。上盖板21和下盖板22通过螺栓23、螺母24连接。装配好的夹具可用螺钉将夹具固定在微位移平台上。

通过螺栓螺母将上盖板、微流控芯片、下盖板紧密接触，防止芯片漏液的发生，同时弹性材料避免了夹紧力导致芯片变形。

微位移平台控制系统主要由计算机，第一伺服电机414、第二伺服电机505，第一读数头413、第二读数头509，第一光栅标尺412、第二光栅标尺510，数显表6组成。微位移平台由两个直线运动单元组成。y轴直线运动单元4位于x轴直线运动单元5上方。

读数头作用为测量移动距离，数显表为显示移动的距离。通过计算机设定移动距离，控制伺服电机，经过丝杆螺母机构可实现工作台移动。旋钮作用为：通过转动旋钮，使丝杆转动，通过螺母带动工作台直线运动。也可通过人工旋转旋钮，实现手动位移工作台，其移动距离则通过数显表显示。

如图8和图9所示，x轴直线运动单元5包括第二支座501，第二直线运动轴承502，第二导杆503，第二轴承座504，第二伺服电机505，第二滚珠丝杆506，第二直线导轨507，第二丝杆螺母508，第二读数头509，第二光栅标尺510，第二旋钮511组成。

第二支座501位于x轴直线运动单元5两侧，两侧支座与第二导杆503、第二直线运动轴承502连接。第二轴承座504位于x轴直线运动单元5两侧，两侧轴承座与第二旋钮511、第二丝杆螺母508、第二滚珠丝杆506、第二伺服电机505依次连接。第二读数头509安装于第二直线导轨507固定件的上表面，第二光栅标尺510安装于第二直线导轨507的运动件侧面。

y轴直线运动单元4通过连接件401与x轴直线运动单元5连接。

如图6和图7所示，y轴直线运动单元4包括连接件401，第一支座402，第一导杆403，第一直线运动轴承404，阵列光源405，第二螺钉孔406，第一轴承座407，第一旋钮408，第一直线导轨409，第一丝杆螺母410，第一滚珠丝杆411，第一光栅标尺412，第一读数头413，第一伺服电机414。夹具下盖板22和y轴直线运动单元4两者对应位置的螺钉孔依次对应，通过螺钉将夹具固定在y轴直线运动单元。

第一支座402位于y轴直线运动单元4两侧，两侧支座与第一导杆403、第一直线运动轴承404连接。第一轴承座407位于y轴直线运动单元4两侧，两侧轴承座与第一旋钮408、第一丝杆螺母410、第一滚珠丝杆411、第一伺服电机414依次连接。第一光栅标尺412安装于第一直线导轨409的运动件侧面，第一读数头413安装于第一直线导轨409固定件的上表面。阵列光源405，第二螺钉孔406位于y轴直线运动单元4的上工作面。

x轴方向与y方向的控制方式相同。两者通过连接件401固定连接。通过电机或旋钮驱动滚珠丝杆，导杆和两侧导轨辅助工作台的移动。通过两个直线运动单元的组合运动可以使工作台面产生两个自由度xy轴方向的平面运动。

微位移平台可实现xy轴微位移，调节精度为1μm。微位移平台控制系统由计算机、伺服电机、旋钮、光栅标尺、读数头和数显表组成。微位移平台由两个直线运动单元组成。y轴直线运动单元位于x轴直线运动单元上方。读数头作用为测量移动距离，数显表为显示移动的距离。通过计算机设定移动距离，控制伺服电机，经过丝杆螺母机构可实现工作台移动。旋钮作用为：通过转动旋钮，使丝杆转动，通过螺母带动工作台直线运动。也可通过人工旋转旋钮，实现手动位移工作台，其移动距离则通过数显表显示。

通过两个直线运动单元的组合运动可以使工作台面产生两个自由度xy轴方向的平面运动。计算机7控制第一伺服电机414、第二伺服电机505驱动第一滚珠丝杆411、第二滚珠丝杆506，第一导杆403、第二导杆503和两侧第一导轨409、第二导轨507导向，移动x轴运动单元5和y轴运动单元4。第一读数头413、第二读数头509检测第一导轨409、第二导轨507的位移量，并通过数显表6显示。同时也可调节第一旋钮408、第二旋钮511来改变位移量。调节转换器13选择不同放大倍数的物镜14，借助ccd摄像机12实时观测微流控芯片中的实验现象，根据实验现象选择合适物镜。由计算机7控制运动单元并对实验现象进行记录。实验人员可根据在计算机中按需要设定工作台移动参数实时拍摄实验现象。

本发明所揭示的一种适用于微流控芯片观测的微位移控制装置，其工作过程为：芯片封合完成后，将芯片至于下盖板，然后覆盖上盖板，保证芯片边缘与盖板的弹性材料相接处。旋紧螺栓螺母，将上盖板、芯片、下盖板贴合。夹具组装完成后，将夹具至于y轴工作台上，用螺钉固定夹具。进行多组实验时，可将夹具与芯片组装后同时排列在工作台。微位移平台xy轴微位移通过x轴直线运动单元和y轴直线运动单元控制。微位移平台控制系统负责直线运动单元的位移调节。读数头检测直线运动单元的位移量，数显表进行实时显示。读数头将检测结果传输给计算机，计算机处理后调节伺服电机，实现微位移平台的移动速度和位移量的精确控制。同时，实验人员也可通过调节旋钮来改变芯片位置。