一种具有温度控制的微流控核心机及芯片温度控制方法与流程

1.本技术涉及微流控技术，尤其涉及是一种具有温度控制的微流控核心机芯片温度控制方法。


背景技术：

2.微流控(microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到皮升)的系统所涉及的科学和技术，具有微型化、集成化等特征。
3.微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，微流控装置能将样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集中微流控芯片上进行。目前市场上的设备采用弹簧针压合方式连接，压合力较大，连接可靠性差，且弹簧针总价较高，更换成本高。此外在一些微流控芯片的操作中需要特定的外界温度环境才能实施，甚至在不同的反应下，最佳的反应温度也不一样，这需要对温度的变化进行精准的控制。而现有技术中的温控方法并不能满足对精准、灵活的控制的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够使得芯片快速完成不同温度需求的实验的微流控核心机。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种具有温度控制的微流控核心机，用于操控微流控芯片，包括：散热装置和温度控制台；温度控制台包括依次叠加设置的散热台底座、半导体加热片和均温铜片；均温铜片内置有热电偶；微流控芯片设置在均温铜片上；散热装置包括散热控制器、散热风机以及若干散热铜管；散热铜管的一端通过散热风机进行散热，另一端设置在散热台底座内，并与散热台底座固定连接；散热控制器分别与散热风机、半导体加热片及热电偶单独连接；热电偶用于获取均温铜片的温度信息；散热控制器用于分别控制散热风机和半导体加热片的工作状态。
7.具体的，均温铜片与微流控芯片之间还设有导热硅胶片；半导体加热片与散热台底座之间，半导体加热片与均温铜片之间通过导热硅脂紧密连接。
8.更具体的，均温铜片的上表面为凹型，形成限位台；限位台的形状、大小与微流控芯片相匹配。
9.以上的，散热风机包括第一散热风机和第二散热风机，散热铜管设置在第一散热风机和第二散热风机之间。
10.具体的，第一散热风机和第二散热风机之间设有散热鳍片，散热鳍片与散热铜管固定连接。
11.更具体的，芯片控制装置包括主控制板，所述主控制板上设有电源接口和数据接口。
12.另一具体的，温度控制台还设有压紧盖。
13.进一步的，压紧盖设有若干定位安装柱，定位安装柱内置有磁铁。
14.更进一步的，压紧盖上设有若干注样孔。
15.根据本发明的另一面，还提供一种芯片温度控制方法，应用于上述一种具有温度控制的微流控核心机，包括以下步骤：
16.采集所述均温铜片的温度；
17.根据所述均温铜片的温度计算出微流控芯片的温度；
18.对计算出的微流控芯片的温度与目标温度进行对比；
19.根据所述对比结果调整半导体加热片的输入电压，对微流控芯片进行加热或散热。
20.本发明达到的有益效果：一种具有温度控制的微流控核心机，用于操控微流控芯片，包括：散热装置和温度控制台；温度控制台包括依次叠加设置的散热台底座、半导体加热片和均温铜片；均温铜片内置有热电偶；微流控芯片设置在均温铜片上；散热装置包括散热控制器、散热风机以及若干散热铜管；散热铜管的一端通过散热风机进行散热，另一端套接在散热台底座内，并与散热台底座固定连接；散热控制器分别与散热风机、半导体加热片及热电偶单独连接；热电偶用于获取均温铜片的温度信息；散热控制器用于分别控制散热风机和半导体加热片的工作状态，可以使微流控芯片快速地在不同温度场中切换，达到不同反应所需要的温度条件。
21.本发明采用金手指(软排线)连接方式，可以有效改善连接稳定性，且成本低廉；相比目前市场上生物科学的温度控制仪器，这一种具备温度控制系统的生物科学微流控核心机能通过有效控制数字微流控芯片的温度，非常高效地，同时完成数千组以皮升为级别的液相生物科学实验，其实验的可靠性以及效率相比传统生物科学仪器是指数级的提高。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本技术的一种具有温度控制的微流控核心机的实施例的整体结构示意图；
24.图2是本技术的一种具有温度控制的微流控核心机的实施例的内部结构示意图；
25.图3是本技术的一种具有温度控制的微流控核心机的实施例的内部结构剖面示意图；
26.图4是本技术的一种具有温度控制的微流控核心机的实施例的整体结构爆炸图；
27.其中，图1至图4中，包括有：
28.1、微流控核心机；101、压紧盖；102、软线排；103、注样孔；104、微流控芯片；
29.105、定位安装柱；106、定位安装孔；
30.111、散热台底座；112、均温铜片；113、半导体加热片；114、热电偶；
31.115、导热硅胶片；
32.121、散热铜管；122、散热风机；123、散热控制器；124、散热鳍片；
33.131、主控制板。
具体实施方式
34.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.实施例1
36.本技术的一种具有温度控制的微流控核心机的实施方法之一，如图1至图4所示，一种具有温度控制的微流控核心机1，用于操控微流控芯片104，包括：散热装置、温度控制台和芯片控制装置。
37.芯片控制装置通过软线排102与微流控芯片104连接，用于对与微流控芯片104上的液滴进行操控。其中，芯片控制装置包括主控制板131，主控制板131通过软线排102与微流控芯片104连接。其中，所述主控制板上还设有电源接口和数据接口。
38.温度控制台包括依次叠加设置的散热台底座111、半导体加热片113和均温铜片112。均温铜片112内置有热电偶114，热电偶114用于获取均温铜片112的温度信息。均温铜片112的上表面为凹型，形成限位台；限位台的形状、大小与微流控芯片104相匹配。微流控芯片104设置在均温铜片112上的限位台中。其中，均温铜片112与微流控芯片104之间还设有导热硅胶片115。半导体加热片113与散热台底座111之间，以及半导体加热片113与均温铜片112之间通过导热硅脂紧密连接。温度控制台上还设有压紧盖101。压紧盖101设有若干注样孔103以及若干定位安装柱105，定位安装柱105内置有磁铁。额外的，微流控核心机1还设有若干定位安装孔106，其形状、大小及位置分别与各个定位安装柱105相匹配。压紧盖101能利用磁铁的吸力，将微流控芯片104紧紧压在核心机上，并且保证其与导热硅胶垫的接触。
39.散热装置包括散热控制器123、散热风机122以及若干散热铜管121；散热铜管121的一端通过散热风机122进行散热，另一端套接在散热台底座111内(即设置在半导体加热片113的背面)，并与散热台底座111固定连接；散热控制器123分别与散热风机122、半导体加热片113及热电偶114单独连接；散热控制器123用于分别控制散热风机122和半导体加热片113的工作状态。
40.具体的，散热风机122包括第一散热风机和第二散热风机，散热铜管121设置在第一散热风机和第二散热风机之间。更具体的，第一散热风机和第二散热风机之间设有散热鳍片124，散热鳍片124与散热铜管121固定连接。
41.额外的，热电偶114采用的型号为pt-1000；半导体加热片113采用的型号为dhc19912。
42.半导体加热片113用于搬运其正反面两边的热量，在电流方向反向时候，能使热量搬运的方向对调，达到不用额外机械结构的条件下，既能加热又能制冷的目的。设置在半导体加热片113背面的各散热铜管121可以在制造合适散热风道的同时，将半导体加热片113背面多余的热量及时搬运走，亦或者补充足够的热量，使半导体加热片113正面与背面之间的温差减少，以提高半导体加热片113正面的制冷或者散热效率。
43.由于，半导体加热片113并不具有温度检测功能，同时，由于工艺等原因，其表面的温度均一性并不能很好的保证，为了解决这个问题，在半导体加热片113与微流控芯片104
中间加入均温铜片112，并且在均温铜片112中间加入热电偶114，散热控制器123通过读取热电偶114的电阻信号，便可以得到设置在微流控芯片104底下均温铜片112的温度，根据微流控芯片104温度与均温铜片112温度的实验对照关系，便计算出当前微流控芯片104温度的估值。
44.均温铜片112的工艺上需要用2000目砂纸对其表面经行抛光，得到镜面效果的表面，以保证其与半导体加热片113之间的接触足够紧密。另外，半导体加热片113的两面都需要涂抹足够均匀且尽量薄的导热硅脂，用以填补半导体加热片113与散热台底座111以及均温铜片112之间的微小间隙，消除空气间隔，将热传导方式保证为紧密的固体接触，保证半导体加热片113与周围物件的传热效率，并且起到一定程度的黏贴固定作用。同理，热电偶114与均温铜片112之间具备安装所需要的间隙，为了消除其与均温铜片112之间的空气间隙，得到均温铜片112的实际温度，需要向塞入热电偶114均热铜块的安装孔中填满导热硅脂，顺便起到一定程度的初定位作用，方便后续对热电偶114的胶粘固定。
45.由于所配套的软线排102与微流控芯片104本身的贴合工艺具备一定的误差，不能保证在放入微流控芯片104时，能与均温铜片112有足够的贴合程度，而且作为耗材的微流控芯片104本身需要频繁更换，也不适合用导热硅脂填充微流控芯片104与均温铜片112之间的空间，所以在均温铜片112上贴设置具备一定粘性的导热硅胶片115，能够保证微流控芯片104与均温铜片112之间的热传导形式为固体热传导，保证均温铜片112对微流控芯片104温度控制的有效性。
46.固定安装好微流控芯片104后，具体的芯片温度控制方法如下：
47.1)通过均温铜片112中的热电偶114检测均温铜片112的温度；
48.2)根据实验得到的均温铜片112与微流控芯片104温度对照关系，计算微流控芯片104出当前的温度；
49.3)对当前的温度与实验所需的目标温度进行对比；
50.若微流控芯片104当前的温度低于实验所需的目标温度，通过调整半导体加热片113输入的电压，对微流控芯片104进行加热；
51.若微流控芯片104当前的温度高于实验所需的目标温度，通过调整半导体加热片113输入的电压，对微流控芯片104进行制冷/散热。
52.进一步的，还设有高温差阈值，当微流控芯片104当前的温度高于实验所需的目标温度，且温差大于高温差阈值时，通过调整半导体加热片113输入的电压，对微流控芯片104进行制冷/散热的同时，启动散热风机122，以提高半导体加热片113正面的制冷或者散热效率。综上所述，本技术的一种具有温度控制的微流控核心机，将微流控跟温控系统相糅合，使得微流控芯片104快速地在不同温度场中切换，达到不同反应所需要的温度条件，大大提高生物实验中pcr及细胞增值并且筛选等的效率。
53.注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。