一种生化反应与驱动装置的制作方法

1.本发明涉及一种生化反应装置与反应驱动装置，具体涉及一种毫米级生化反应装置。


背景技术：

2.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、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
3.微反应芯片:是利用微细加工工艺，在玻璃、塑料、硅片等基底材料上加工出一类用于生物或化学反应的微结构系统，它由样品预处理器、微反应腔、温度控制器、微检测器等微型生物化学功能器件、电子器件和微流体器件组成。微反应器从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器。但是，它的管道尺寸远远小于常规管式反应器，微反应器内部是由直径为的很多微管并联而成，有极大的比表面积。由此带来的优势是极大的换热效率和混合效率。即能实现对反应温度的精确控制和对反应物料以精确配比瞬间混合。
4.目前微流控芯片技术，或者微反应芯片的工艺尺寸定义的相对微小，在微米级别，这种尺度需要集成微观尺度的控制器件，在反应芯片内部进行驱动；但这种微米级别的微反应芯片，开发难度大，设备成本高，同时因为管道细微，管道内部阻力大，极易阻塞，样品加入难度大，目前生产应用的成本较高。
5.最近几年，出现一种在毫米级别的反应芯片，在塑料薄膜内部集成千分之毫米到毫米甚至到厘米级别的管道、囊体作为生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元，采用外置的部件来驱动反应液体或气体或粉末，在管道、囊体中流动或混合或加热；这种体系，研发、生产难度相对较小。
6.这种装置，需要生化反应驱动装置来驱动囊体中的液体流出，驱动装置需要大量的控制部件，非常的复杂。
7.生化反应:本技术中，指生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等反应过程和制备过程。
8.毫米级生化反应装置：相对微反应芯片，本技术中，毫米级生化反应装置指装置内部的样品预处理器、反应腔、温度控制器、检测等微型生物化学功能器件、流体器件的尺度范围在百分之一毫米到毫米甚至到厘米级别，主要尺度集中在十分之毫米到厘米级别。


技术实现要素：

9.本技术人，提出将囊体设置在同圆心的几条不同半径的弧线上，增加微阀体控制管道中的液体流动，微阀体也设置到不同半径的几条不同半径弧线上，通过共有的囊体挤压或微阀体开启装置，大幅度降低生化反应驱动装置的零件数量，降低控制难度。
10.一种生化反应装置，包括：基材、两个以上微阀体、两个以上囊体、管道，囊体包裹
在基材内部；管道包裹在基材内部，管道与囊体连通；微阀体能够开启或关闭所在位置的管道，囊体外壁受力能够变形排出内部液体或空气；囊体通过管道与囊体或外部连通；两个以上囊体同圆心排列或/和两个以上微阀体同圆心排列。
11.可以是，基材包括第一塑料层、第二塑料层，所述囊体与管道位于第一塑料层与第二塑料层之间；或者所述第一塑料层为平板塑料、第二塑料层为塑料薄膜。
12.可以是，两个以上囊体按照半径a1同圆心排列，两个以上囊体按照半径a2同圆心排列，半径a1与半径a2同圆心不同半径；两个以上微阀体按照半径b1同圆心排列，两个以上微阀体按照半径b2同圆心排列，半径b1与半径b2同圆心不同半径。
13.可以是，囊体包括待检物容纳囊体、试剂容纳囊体、pcr引物容纳囊体、生化反应囊体;待检物容纳囊体通过管道与待检物加入口连通，待检物加入口为可开启的加入口；试剂容纳囊体通过管道与试剂加入口连通，试剂加入口为可开启的加入口；或者试剂加入口在加入试剂后封闭或封堵；pcr引物容纳囊体通过管道与pcr引物加入口连通，pcr引物加入口为可开启的加入口；或者pcr引物加入口在加入pcr引物后封闭或封堵；待检物容纳囊体通过微阀体与生化反应囊体连通；生化反应囊体通过微阀体与pcr引物容纳囊体连通；pcr引物容纳囊体为透光材料制成。
14.一种生化反应驱动装置，用于驱动包括至少一个囊体的生化反应装置运行，其特征在于，包括转动装置、固定承载装置、囊体挤压装置、囊体驱动电机；转动装置安装在固定承载装置上，能相对固定承载装置转动；转动装置上包括生化反应装置放置位置，生化反应装置能够安装到转动装置上；囊体挤压装置安装在转动装置上，位置与生化反应装置上的囊体对应；囊体驱动电机安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，囊体挤压装置与囊体驱动电机位置转动对齐，囊体驱动电机驱动囊体挤压装置给囊体施加压力或释放压力。
15.可以是，包括至少一个微阀体、微阀体驱动电机；微阀体驱动电机安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，微阀体驱动电机与微阀体位置转动对齐，微阀体驱动电机驱动微阀体开启或关闭。
16.可以是，包括至少一个温度控制单元,温度控制单元包括加热模块、温度耦合模块，加热模块安装在温度耦合模块上；温度控制单元安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，温度控制单元与囊体转动对齐，温度耦合模块与所述囊体接触或贴近。
17.可以是，包括至少一个震动单元；震动单元安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，震动单元与囊体转动对齐，震动单元与所述囊体接触。
18.可以是，还包括至少一个荧光检测子单元，荧光检测子单元包括荧光激发模块、荧光检测模块，荧光激发模块与荧光检测模块安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，荧光激发模块与荧光检测模块与囊体转动对齐；对齐后荧光激发模块发出的光照射囊体，荧光检测模块检测囊体受激发出的荧光；所述囊体驱动电机或微阀体驱动电机包括转轴伸缩控制装置，轴伸缩控制装置包括电磁铁，电磁铁通电或断电驱动转轴伸长或缩短；所述温度控制单元包括升降控制装置，升降控制装置包括电磁铁，电磁铁通电或断电驱动温度控制单元升高或降低。
19.一种生化反应驱动装置，用于驱动包括至少一个微阀体、至少一个囊体的生化反应装置运行，包括转动装置、固定承载装置、囊体挤压装置、囊体驱动电机；转动装置安装在
固定承载装置上，能相对固定承载装置转动；固定承载装置上包括生化反应装置放置位置，生化反应装置能够安装到固定承载装置上；囊体挤压装置安装在固定承载装置，位置与生化反应装置上的囊体对应；囊体驱动电机安装在转动装置上，转动装置带动囊体驱动电机转动，囊体挤压装置与囊体驱动电机位置在转动过程对齐，囊体驱动电机驱动囊体挤压装置给囊体施加压力或释放压力；还包括微阀体驱动电机，微阀体驱动电机安装在转动装置上，转动装置带动微阀体驱动电机转动，微阀体驱动电机与微阀体位置在转动过程对齐，微阀体驱动电机驱动微阀体开启或关闭。
20.本技术中技术方案的有益效果是：将生化反应装置放置在一个承载部件上，将生化反应装置带动到设定的囊体或者微阀体驱动装置，就可以大幅度地减少驱动装置的数量；将驱动装置放置在一个承载部件上，将驱动装置移动到需要操作的囊体或者微阀体上，也可以减少驱动装置的数量；将囊体或者微阀体设置在相同的圆弧上，囊体或者微阀体到圆弧的半径是相对固定的，这样只需要精确定位转动的角度，就能够做到精确地位置计算与位置定位，大幅度降低生化反应驱动装置的复杂度；第一塑料层为平板塑料、第二塑料层为塑料薄膜，粘接或熔接前第二塑料层预先通过压制或吸塑形成囊体或管道,平板塑料能够保证各个部件的位置精确度；如果设计不同的生化反应装置，只要设置囊体或微阀体位置的半径相同，就可以用相同的生化反应驱动装置；囊体挤压装置与囊体对应，可以保持囊体的状态；pcr测试，需要对囊体中的液体进行两个温度范围的温度循环控制，生化反应装置放置在转动装置，可以快速的在两个温度范围切换，加快测试过程，同时降低温度控制的难度；转动生化反应装置，可以用少量的激发模块与荧光检测模块就能完成28个囊体的荧光检测。
附图说明
21.图1是一种生化反应装置实施例的立体视示意图；图2是一种生化反应装置实施例的俯视示意图；图3是一种生化反应驱动装置实施例的立体示意图；图4是一种生化反应驱动装置实施例的主视示意图；图5是一种生化反应驱动装置实施例无外壳的立体示意图；图6是一种生化反应驱动装置实施例无外壳的主视示意图；图7是一种控制模块支架实施例的立体示意图；图8是一种转动装置实施例的立体示意图；图9是一种转动装置实施例的俯视示意图；图10是一种囊体挤压装置分布的实施例的立体示意图；图11是一种固定承载装置实施例的立体示意图；图12是一种固定承载装置实施例的主视示意图；图13是一种温度控制单元实施例的立体示意图；图14是一种驱动电机实施例的立体示意图；图15是一种驱动电机实施例的主视示意图。
具体实施方式
22.以下本发明较佳实施例的说明是本本发明实施时的较佳方式，并不对本本发明构成任何限制。本本发明较佳实施例的说明只是作为本本发明一般原理的说明。
23.一种生化反应装置，包括：基材、两个以上微阀体、两个以上囊体、管道，囊体包裹在基材内部；管道包裹在基材内部，管道与囊体连通；微阀体能够开启或关闭所在位置的管道，囊体外壁受力能够变形排出内部液体或空气；囊体通过管道与囊体或外部连通；两个或两个以上囊体同圆心排列；两个或两个以上微阀体同圆心排列。
24.如图1，生化反应装置上，分布有囊体1011，囊体1012，囊体1013；微阀体1031，微阀体1032，在驱动生化反应装置运行的时候，需要有对应的囊体驱动装置于对应的微阀体驱动装置，如果每个囊体或者微阀体都用一个对应的驱动装置来驱动，那么驱动装置的数量就会非常多。
25.如果将生化反应装置放置在一个承载部件上，将生化反应装置带动到设定的囊体或者微阀体驱动装置，就可以大幅度地减少驱动装置的数量。
26.或者将驱动装置放置在一个承载部件上，将驱动装置移动到需要操作的囊体或者微阀体上，也可以减少驱动装置的数量。
27.驱动装置动态地与多个囊体或者微阀体作用，必定要涉及精确地位置定位。
28.通过将囊体或者微阀体设置在相同的圆弧上，囊体或者微阀体到圆弧的半径是相对固定的，这样只需要精确定位转动的角度，就能够做到精确地位置计算与位置定位，大幅度降低生化反应驱动装置的复杂度。
29.一些实施例中，基材包括第一塑料层、第二塑料层，所述囊体与管道位于第一塑料层与第二塑料层之间；或者所述第一塑料层为平板塑料、第二塑料层为塑料薄膜。
30.如图1，不同需求的生化反应装置有不同的管道与囊体的设置，采用两层或者多层塑料来压接、胶接，大幅度降低生产加工过程费用。
31.第一塑料层与第二塑料层通过超声波焊接或热熔压接或胶接为一体;第一塑料层为平板塑料、第二塑料层为塑料薄膜，粘接或熔接前第二塑料层预先通过压制或吸塑形成囊体或管道,平板塑料能够保证各个部件的位置精确度。
32.两个或两个以上囊体按照半径a1同圆心排列，两个或两个以上囊体按照半径a2同圆心排列，半径a1与半径a2同圆心不同半径；两个或两个以上微阀体按照半径b1同圆心排列，两个或两个以上微阀体按照半径b2同圆心排列，半径b1与半径b2同圆心不同半径。
33.如图2，不同囊体分成3个半径排列，不同的微阀体按照3个半径排列，如果设计不同的生化反应装置，只要设置囊体或微阀体位置的半径相同，就可以用相同的生化反应驱动装置。
34.如图2，囊体包括待检物容纳囊体2015、试剂容纳囊体2011、pcr引物容纳囊体2031、生化反应囊体2021;待检物容纳囊体通过管道与待检物加入口连通，待检物加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭；试剂容纳囊体通过管道与试剂加入口连通，试剂加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭；或者试剂加入口在加入试剂后通过超声波焊接或热压或密封胶封堵；pcr引物容纳囊体通过管道与pcr引物加入口连通，pcr引物加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭；或者pcr引物加入口在加入pcr引物后通过超声波焊接或热压或密封胶封堵；待检物容纳囊体通过微阀体与生化反应囊体连通；生化反应囊体通过微阀体与pcr引
物容纳囊体连通；pcr引物容纳囊体为透光材料构成。
35.如图2，生化反应装置为扇状，在pcr应用场景，可以将pcr引物容纳囊体设计到半径大的扇状边沿，待检物容纳囊体2015、试剂容纳囊体2011的结构可以设计到半径小的扇状内圈，对于一种待检物需要检测多种结果，可以设置多种pcr引物。
36.如图2，如果在管道2050上设置多个微阀体，不同的待检物容纳囊体、试剂容纳囊体与pcr引物容纳囊体可以分成多个组，可以做多输入多检测的测试或应用。
37.如图2，待检物容纳或试剂加入口2061，可以做得大一些，便于操作，pcr引物一般加入的量比较小，大多在工厂封装，pcr引物加入口20731可以做得小一些，用胶塞封堵，或者加入pcr引物直接封堵加入口。待检物容纳囊体通过管道与待检物加入口连通，待检物加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭。试剂加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭。试剂加入口在加入试剂后通过超声波焊接或热压或密封胶封堵。pcr引物加入口通过软胶塞或可开启的盖帽封闭；或者pcr引物加入口在加入pcr引物后通过超声波焊接或热压或密封胶封堵。
38.一种生化反应驱动装置，用于驱动包括至少一个微阀体、至少一个囊体的生化反应装置运行，包括转动装置、固定承载装置、囊体挤压装置、囊体驱动电机；转动装置安装在固定承载装置上，能相对固定承载装置转动；转动装置上包括生化反应装置放置位置，生化反应装置能够安装到转动装置上；囊体挤压装置安装在转动装置上，位置与生化反应装置上的囊体对应；囊体驱动电机安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，囊体挤压装置与囊体驱动电机位置在转动过程对齐，囊体驱动电机驱动囊体挤压装置给囊体施加压力或释放压力。
39.如图3，转动装置3010可以在生化反应驱动装置内部旋转，固定承载装置包括固定底盘3020、控制模块支架3030；上壳体3040承载显示屏3051与输入键盘3052。
40.生化反应装置放置在转动装置3010上，可以随转动装置旋转。
41.囊体挤压装置安装在转动装置上，位置与生化反应装置上的囊体对应；囊体挤压装置与囊体对应，可以保持囊体的状态，比如有的反应过程，需要囊体输出1半的液体，可以用丝杆带动挤压片，挤压囊体排出一半液体，丝杆的位置与状态不变，可以保持一半的状态。
42.囊体驱动电机安装在固定承载装置，不同的囊体囊体挤压装置可以用一个或几个囊体驱动电机驱动，大幅度降低囊体驱动电机的数量。
43.一些实施例中，包括微阀体驱动电机；微阀体驱动电机安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，微阀体驱动电机与微阀体位置在转动过程对齐，微阀体驱动电机驱动微阀体开启或关闭。
44.如图5，控制模块支架3030上包括两组微阀体驱动电机，微阀体驱动电机5010与微阀体驱动电机5011，两组微阀体驱动电机结构对称，如果放置两组生化反应装置，因为对称结构，两组微阀体驱动电机能够同时操控两组生化反应装置运行。
45.如果将微阀体驱动电机放置在丝杆驱动的滑动模块上，不同半径设置的微阀体也可以驱动，这样可以更加地灵活，一个生化反应驱动装置可以驱动不同吧半径设置的生化反应装置。
46.一些实施例中，包括至少一个温度控制单元,温度控制单元包括加热模块、温度耦
合模块，加热模块安装在温度耦合模块上；温度控制单元安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，温度控制单元与囊体在转动过程对齐，温度耦合模块与所述囊体接触。
47.如图5，控制模块支架3030上包括两组温度控制单元，温度控制单元5021与温度控制单元5022，两组温度控制单元结构对称，如果放置两组生化反应装置，因为对称结构，两组温度控制单元能够同时操控两组生化反应装置的温度控制运行。
48.pcr测试，需要对囊体中的液体进行两个温度范围的温度循环控制，生化反应装置放置在转动装置3010，可以快速的在两个温度范围切换，加快测试过程，同时降低温度控制的难度。
49.一些实施例中，包括至少一个震动单元；震动单元安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，震动单元与囊体在转动过程对齐，震动单元与所述囊体接触。
50.如图5，控制模块支架3030上包括两组震动单元，震动单元5031与震动单元5032，两组震动单元结构对称，两组震动单元能够同时操控两组生化反应装置的震动操作。
51.一些实施例中，还包括至少一个荧光检测子单元，荧光检测子单元包括荧光激发模块、荧光检测模块，荧光激发模块与荧光检测模块安装在固定承载装置上，转动装置带动生化反应装置转动，荧光激发模块与荧光检测模块与囊体在转动过程对齐；对齐后荧光激发模块发送的光照射囊体，荧光检测模块检测囊体受激发的荧光；所述囊体驱动电机或微阀体驱动电机包括转轴伸缩控制装置，轴伸缩控制装置包括电磁铁，电磁铁通电或断电驱动转轴伸长或缩短；所述温度控制单元包括升降控制装置，升降控制装置包括电磁铁，电磁铁通电或断电驱动温度控制单元升高或降低。
52.如图5，控制模块支架3030上包括荧光检测模块5051，荧光激发模块可以放置在固定底盘3020上。
53.在pcr荧光检测中，不同的反应体系对应不同的激发光波段，在旋转结构中，可以设置不同的波段的激发模块与荧光检测模块，可以对不同的囊体进行检查，图2中，共有28个囊体需要检查荧光，只需转动生化反应装置，可以用少量的激发模块与荧光检测模块就能完成28个囊体的荧光检测。
54.如图5，控制模块支架3030上包括支撑柱7010，通过支撑柱7010，控制模块支架3030与固定底盘3020连接。
55.如图8，转动装置3010上包括两个放置生化反应装置的位置8010与位置8011，图中位置8011放置了生化反应装置；当然也可以设置4个放置生化反应装置的位置，一次放置4个生化反应装置，进行反应驱动。
56.如图9，在转动装置3010底部放置了很多囊体挤压装置，如囊体挤压装置9010与囊体挤压装置9020。
57.如图10，囊体挤压装置的空间分布立体示意图，囊体挤压装置布置在转动装置3010上，需要挤压的囊体对应一个囊体挤压装置，能够在转动过程中，保持对囊体施加的压力。
58.如图11，囊体驱动电机10010安装在固定承载装置，囊体驱动电机也可以与微阀体驱动电机设置在上方。因囊体挤压装置，微阀体驱动电机与囊体驱动电机所需的高度不一致，设置在不同的位置，便于结构布置。
59.如图13，温度控制单元包括升降控制装置，升降控制装置包括电磁铁13010，电磁铁通电或断电驱动温度控制单元升高或降低，电磁铁13010中心有磁力驱动的轴，轴可以上下移动，多个电磁铁能够加强提升的力量。
60.温度控制单元包括加热模块13020、温度耦合模块13030、温度检测模块13050，加热模块安装在温度耦合模块上，图中，多个加热模块位于温度耦合模块的不同位置，温度耦合模块可以串联或者并联控制，温度耦合模块可以是一体成型的散热模块。
61.如图14、15，囊体驱动电机或微阀体驱动电机包括转轴伸缩控制装置14010，轴伸缩控制装置包括电磁铁，电磁铁通电或断电驱动转轴伸长或缩短；转动装置3010转动的时候，驱动电机轴上安装的螺丝刀头需要收回，方便转动装置运转，通过电磁铁推动螺丝刀伸出，或者拉回螺丝刀，可以方便的避让转动装置3010。
62.一种生化反应驱动装置，用于驱动包括至少一个微阀体、至少一个囊体的生化反应装置运行，包括转动装置、固定承载装置、囊体挤压装置、囊体驱动电机；转动装置安装在固定承载装置上，能相对固定承载装置转动；固定承载装置上包括生化反应装置放置位置，生化反应装置能够安装到固定承载装置上；囊体挤压装置安装在固定承载装置，位置与生化反应装置上的囊体对应；囊体驱动电机安装在转动装置上，转动装置带动囊体驱动电机转动，囊体挤压装置与囊体驱动电机位置在转动过程对齐，囊体驱动电机驱动囊体挤压装置给囊体施加压力或释放压力；还包括微阀体驱动电机，微阀体驱动电机安装在转动装置上，转动装置带动微阀体驱动电机转动，微阀体驱动电机与微阀体位置在转动过程对齐，微阀体驱动电机驱动微阀体开启或关闭。
63.如果将生化反应装置固定，让控制模块支架带动驱动电机、温度控制单元等模块转动，一样能够实现各种检测功能，控制模块支架转动起来后，需要通过电刷或电池对各个模块供电。
64.本发明虽然根据优选实施例和若干备选方案进行说明和描述，但发明不会被在本说明书中的特定描述所限制。其它另外的替代或等同组件也可以用于实践本发明。