本發(fā)明涉及一種應用于微流控芯片加工過程中的打孔裝置，屬于微流控芯片加工制造領域。

背景技術：

微流控技術是指微米級機構中操控納升至皮升體積實現流體流動、傳熱、化學反應的技術與科學，廣泛應用于生物芯片、化工醫(yī)藥、能源、航空航天等領域，微流控技術同時具有生成速率快、反應時間短、混合充分、無交叉污染等特點，屬于21世紀新興技術，近年來國內外發(fā)展較快，并得到應用。微流控核心技術內容包括：微通道結構的設計與制造、微納尺度流體的驅動與控制、微流器件及系統(tǒng)的集成與封裝。本發(fā)明裝置主要應用微通道設計及制造過程中的打孔環(huán)節(jié)，目前微通道制造材料以單晶硅、玻璃和高分子聚合物為主，近年來以高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(pdms)為材料加工微通道的方式成為微流控芯片制造的主要方式，pdms作為一種有彈性的透明的高分子聚合物，滿足微流控通道成型度高、熱穩(wěn)定性好、光學性能好、生物兼容性等優(yōu)點，在微流控芯片制備過程中被廣泛應用。在微流控芯片加工過程中，將液態(tài)的pdms試劑和固化劑混合后澆注在刻有微通道硅板凸模上，然后待其固化后取下，在其一側表面形成凹陷下去的微通道，然后將微通道粘在光滑的玻璃板或者硅膠板上，形成中間密封的微通道，然后在微通道的進出口位置打孔，然后插入細小的管子，實現對微通道內流體的通入和流出。目前現有的微流控芯片打孔技術主要采用注射器式打孔器手動打孔，注射器式打孔器形狀類似于醫(yī)用注射器但沒有內部活塞桿，外筒底部有個金屬針頭，打孔時操作者手握打孔器，根據打孔經驗目視確定打孔位置，然后手動將打孔器針頭扎入pdms芯片上，然后慢慢拔出，完成打孔過程。該打孔方式的缺點：

1.打孔位置定位不準確。微流控芯片需要在特定通道進出口處打孔，該打孔方式要求操作者通過目視定位打孔，由于芯片透明且有一定的厚度，加上光路折射會導致定位不準確，形成偏孔、廢孔致使打孔失敗。

2.打孔通道偏斜。芯片一般厚度為2-8mm，該方式打孔時需要操作者手握打孔器，然后保持打孔器針頭與芯片垂直，然后下壓扎入芯片完成打孔，但是由于需要人工保持垂直度，下壓過程的手腕或者芯片的抖動都會導致打孔偏斜，致使打孔失敗。

3.排屑困難。該針扎式打孔完成后，打孔所切割下來的碎屑會殘留在打孔器針頭內，如果不及時清理，會導致下次打孔時扎孔不鋒利，扎孔困難，排屑時多采用更細小的鐵絲進行疏通，這種疏通方式較為麻煩。

但該打孔器的優(yōu)勢在于結構簡單。

在結合現有打孔技術的優(yōu)缺點的技術上，本發(fā)明設計了一種打孔器，本設計可以同時實現準確定位、豎直打孔、自動排屑等功能，同時結構簡單可靠，加工成本低，可以有效提高微流控芯片的加工效率，具有一定的科研和應用價值。

技術實現要素：

本發(fā)明主要針對以上打孔過程中存在打孔定位不準確、打孔偏斜、排屑困難等困難設計了該打孔器，該打孔器可以廣泛應用于微流控芯片制造的打孔過程，特別針對軟質高分子聚合物聚二甲基硅氧烷醇(pdms)和其他軟質材料的打孔需求，可以有效改善打孔質量，提高打孔效率，為發(fā)展微流控技術做出貢獻。

本發(fā)明采用的技術方案為一種用于微流控芯片pdms材料的打孔裝置，該裝置由定位機構、打孔機構和排屑機構三部分組成，所述定位機構用以確定芯片的打孔位置，所述定位機構由led強光燈(1)、電源、硬質滑動底板(4)、通光孔(2)、軟質滑動底板(5)和底座(13)組成；所述打孔機構用以保證打孔針頭保持豎直并完成打孔，所述打孔機構包括機架(11)、豎直滑孔(14)、打孔針頭(6)、打孔針管(7)、彈簧(10)和按壓旋鈕(12)組成；排屑機構用以保證打孔結束后，對殘留在打孔針頭里的碎屑進行清理，排屑機構由排屑活塞(9)和單向氣閥(8)組成。

底座(13)為基礎部件，對整個裝置起支撐作用，在底座(13)的中心位置設有中心孔，在中心孔內安裝led強光燈(1)，led強光燈(1)通過外接電源線進行供電工作，在led強光燈(1)的上部即底座(13)的上表面安裝有兩個能夠往復水平滑動的底板，兩個底板分別為硬質滑動底板(4)和軟質滑動底板(5)，硬質滑動底板(4)和軟質滑動底板(5)并行布置；兩個底板通過滑槽及滑動副與底座(13)發(fā)生移動，在硬質底板(4)的中心處設有一個通光孔(2)。打孔機構的機架(11)由不銹鋼材料制成并焊接在底座(13)上，機架(11)的橫梁上設有豎直滑孔(14)，豎直滑孔(14)內放置一個能夠上下移動的打孔針管(7)，打孔針管(7)的底部與打孔針頭(6)通過螺紋連接，在打孔針管(7)的頂端凸臺和機架(11)的橫梁處安裝有一個壓縮彈簧(10)，打孔針管(7)的上部套著一個按壓旋鈕(12)。排屑機構由排屑活塞(9)和單向氣閥(8)組成，排屑活塞(9)插在打孔針管(7)內，排屑活塞(9)能夠沿打孔針管(7)的內壁進行滑動摩擦，在打孔針管(7)內形成一個能夠吸氣或排氣的腔體，在排屑活塞(9)的表面安裝有單向氣閥(8)。

在上述技術方案的基礎上，該打孔器工作過程如下，打孔作業(yè)時，將電源插頭插入插座，打開led強光燈(1)開關，led強光燈(1)發(fā)出強光，這時將底板(13)滑槽內的硬質滑動底板(4)沿著滑槽移動到led強光燈(1)的一側，此時硬質滑動底板(4)上的通光孔(2)剛好處于led強光燈(3)的正上方，通光孔(2)的中心軸線和上方打孔針頭(6)的軸線處于同一中軸線上，以保證led強光燈(1)發(fā)出的光透過通光孔(2)產生一個與打孔針頭(6)同軸且豎直向上的定位光束，當把需要打孔的微流控芯片(3)放在通光孔(2)上方時，從通光孔(2)發(fā)出的強光會在微流控芯片(3)的下表面形成光斑。在打孔過程中，將需要打孔的軟質透明的微流控芯片(3)放在硬質滑動底板(4)上，然后將活動底板移動到led強光燈(1)的上方，使其通光孔(2)剛好與打孔針管(7)同軸，然后手動移動微流控芯片(3)，將需要打孔的位置移動移動到通光孔(2)上方的光斑處，完成定位工序。然后手動下壓打孔機構中的按壓旋鈕(12)，按壓旋鈕(12)向下移動，帶動打孔針管(7)向下移動，打孔針管(7)帶動打孔針頭(6)向下運動，此時固定在機架(13)上的排屑活塞(9)隨著打孔針管(7)的向下運動，打孔針管(7)內部空間逐步擴大內部形成負壓，然后外部空氣從活塞上的單向氣閥(8)進氣，完成打孔針管(7)吸氣的過程。隨著打孔針管(7)繼續(xù)向下運動打孔針頭扎入微流控芯片(3)中，當打孔針頭(6)扎入微流控芯片(3)中間位置時，停止下壓，然后移動軟質滑動底板(5)，將軟質滑動底板(5)移動到微流控芯片(3)下方繼續(xù)下壓打孔針頭(6)，使打孔針頭(6)完全打透微流控芯片(3)，并將打孔針頭(6)完全壓入軟質滑動底板(5)內，保證完全打通微流控芯片(3)，此時打孔切除的碎屑殘留在打孔針頭(6)內。打孔完成后，打孔針管(7)會在壓縮彈簧(10)的彈力下回彈并向上移動，進而帶動打孔針頭(6)向上移動，由于打孔針管(7)內部的排氣活塞桿與機架(11)相連，并且固定不動，隨著打孔針管(7)的向上運動，打孔針管(7)內部空間逐步壓縮，內部形成高壓，由于排屑活塞(9)上的單向氣閥(8)只能進氣不能向外排氣，所以內部高壓氣體只能從堵塞排屑的打孔針頭(6)排出，當打孔針管(7)內部壓強增加到一定值時，便將堵塞在針頭內的碎屑排出，完成碎屑清理作業(yè)。

與現有技術相比較，本發(fā)明具有如下有益效果。

1.應用廣泛。該發(fā)明可以廣泛適用于微流控芯片加工過程中打孔環(huán)節(jié)，特別針對高分子聚合物等軟質材料的打孔。

2.打孔定位準確。該發(fā)明利用光線沿直線傳播的原理，通過底部光源和通光孔產生一束豎直向上的光束，只需將芯片需要打孔位置移動到光束上，變回在芯片表面形成一個光亮的光斑，可以準確定位需要打孔位置。

3.打孔垂直度高。由于打孔針管只能在機架上豎直滑孔內上下移動，可以有效保證打孔針頭和芯片表面的垂直度，進而保證針頭打出來的孔洞完全豎直。

4.自動排屑。打孔完成后，利用打孔針管和內部活塞形成一個壓縮的密閉空間，在針管的回彈的過程中自動將殘留在打孔針頭內的碎屑排出。

5.該發(fā)明結構簡單，加工方便，制造成本低，打孔效率和打孔質量相對于傳動手動扎孔有了很大提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的軸測圖。

圖3是本發(fā)明的主視圖。

圖4是本發(fā)明的左視圖。

圖5是本發(fā)明的俯視圖。

圖中：1.led強光燈，2.通光孔，3.微流控芯片，4.硬質滑動底板，5.軟質滑動底板，6.打孔針頭，7.打孔針管，8.單向氣閥，9.排屑活塞，10.彈簧，11.機架，12.按壓旋鈕，13.底座，14.豎直滑孔。

具體實施方式

1、加工要求

a)由于該發(fā)明的關鍵環(huán)節(jié)在于保證打孔的垂直度，因此打孔機構中的豎直滑孔軸線的垂直度和孔的圓柱度都有較高的要求。

b)壓縮彈簧的自由高度在35mm左右，安裝高度在30mm左右，設計剛度15-20n/min

c)為了保證機構的整體剛度，底座和機架采用不銹鋼材料焊接而成，其中為了保證打孔針管可以完全打串芯片，軟質滑動底板采用高密度軟質泡沫板加工而成。

在硬質底板的中心處有一個直徑2mm的通光孔(2)。機架橫梁上有一直徑為20mm深度為40mm的豎直滑孔(14)，豎直滑孔內放置一個可以上下移動直徑為20mm的打孔針管(7)。