本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于微流控芯片的自動進樣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微流控技術(shù)(microfluidics)是一種精確控制和操控微尺度流體的技術(shù)。該技術(shù)起源于20世紀80年代，在基因芯片(dnamicroarray)、即時診(poct)以及芯片實驗室(loc)等方面得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。微流控芯片又被成為“芯片實驗室”，它是微流控技術(shù)實現(xiàn)的主要平臺，可以把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程中的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。微流控芯片具有樣品消耗少、檢測速度快、操作簡便、多功能集成、體積小和便于攜帶等優(yōu)點，在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著的巨大潛力，近年來已經(jīng)發(fā)展成為集成生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機械等交叉學(xué)科的嶄新研究領(lǐng)域。

毛細管電泳(capillaryelectrophoresis)是一類以毛細管為分離通道、以高壓直流電場為驅(qū)動力的新型液相分離技術(shù)?；谖⒘骺匦酒拿毠茈娪炯夹g(shù)目前廣泛應(yīng)用于dna測序、dna片段的分離和鑒定，氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)的分離測定以及單細胞內(nèi)組分分析等。對于上述應(yīng)用，準確控制皮升級的樣品進樣量是分離測定的關(guān)鍵。

目前，微流控芯片的進樣技術(shù)主要有基于電滲流驅(qū)動的電動進樣、基于注射泵的壓力進樣。其中，電動進樣過程中正負離子在電場中遷移速度不一致，導(dǎo)致樣品濃度不同于樣品溶液，且芯片毛細管表面性質(zhì)的變化會導(dǎo)致電滲流大小不同，使進樣量的精度大大降低；而正壓進樣利用注射泵驅(qū)動樣品池中樣品進入分離通道，為了減少樣本在緩沖液中擴散稀釋而導(dǎo)致分離效率降低，通常需要使用多個注射泵或pc控制的電磁閥才能形成穩(wěn)定的樣品，增加了系統(tǒng)成本和操作難度。

可見，微流控芯片進樣系統(tǒng)必須依靠外接泵或不同形式閥體配合實現(xiàn)，導(dǎo)致各種分析檢測儀器大多處于手工半自動的狀態(tài)。例如使用普通微流控毛細管電泳芯片進行dna片段分析時，仍需手工將pcr擴增后樣本加入芯片中，操作復(fù)雜，制約了檢測通量并且增加了交叉污染的風(fēng)險。

因此，提供一種基于微流控芯片的自動進樣系統(tǒng)，以期改進傳統(tǒng)的微流控芯片進樣方式，提高分析檢測儀器的自動化水平，并降低操作難度，降低交叉污染的風(fēng)險，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于微流控芯片的自動進樣系統(tǒng)，以期改進傳統(tǒng)的微流控芯片進樣方式，提高分析檢測儀器的自動化水平，并降低操作難度，降低交叉污染的風(fēng)險。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于微流控芯片的自動進樣系統(tǒng),包括微流控芯片和向所述微流控芯片內(nèi)輸入樣本的進樣裝置，還包括生成負壓的負壓控制裝置；所述進樣裝置包括盛放樣品的孔板，所述微流控芯片的進樣端口處密封連接有抽吸針，所述負壓控制裝置生成自所述孔板向所述微流控芯片的氣壓，以將所述孔板內(nèi)的樣本通過所述抽吸針吸入所述微流控芯片。

在工作過程中，根據(jù)指令啟動負壓控制裝置，使之生成負壓，從而將孔板內(nèi)的樣本通過抽吸針負壓吸入微流控制芯片中，該自動進樣系統(tǒng)使樣本直接通過抽吸針，經(jīng)負壓引入微流控芯片內(nèi)，避免了人工加樣，提高了檢測自動化程度，減少了交叉污染風(fēng)險，從而改進了傳統(tǒng)的微流控芯片進樣方式，提高了分析檢測儀器的自動化水平，并降低了操作難度。

進一步地，所述微流控芯片包括芯片基底、與所述芯片基底熱鍵連接的芯片蓋板、形成于所述芯片基底和所述芯片蓋板之間的微流控通道，和與所述微流控通道相連通的樣品槽；所述抽吸針固接于所述芯片基底，并與所述微流控通道相連通。

進一步地，所述微流控芯片還包括芯片外殼，所述芯片外殼通過粘附層與所述芯片蓋板固定連接。

進一步地，所述芯片基底上開設(shè)有安裝孔，所述抽吸針通過橡膠連接器固接于所述芯片基底上，且所述橡膠連接器與所述芯片基底的接縫處填充有密封硅膠。

進一步地，所述進樣裝置包括向所述微流控通道發(fā)射熒光激發(fā)的光學(xué)模塊，和與所述微流控通道及所述樣品槽形成回路的直流電源。

進一步地，所述進樣裝置還包括在動力部件的驅(qū)動下水平橫向或縱向移動的平臺，和通過電磁彈簧復(fù)位裝置安裝于所述平臺上的托架，所述孔板置于所述托架之上。

進一步地，所述孔板上開設(shè)的樣本孔為呈矩陣形式排列的96孔。

進一步地，所述動力部件包括步進電機和與所述步進電機傳動連接的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠與所述托架固定連接。

進一步地，所述滾珠絲杠包括驅(qū)動所述托架水平橫向移動的橫向滾珠絲杠，和驅(qū)動所述托架水平縱向移動的縱向滾珠絲杠。

進一步地，所述負壓控制裝置包括設(shè)置于所述抽吸針一端的密封圈、設(shè)置于所述抽吸針另一端的金屬電極，和與所述抽吸針通過負壓管路連通的微型真空泵；所述負壓管路上依次設(shè)置有微型負壓瓶、壓力表、控壓閥和三通電磁閥。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中微流控芯片一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中進樣裝置一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中負壓控制系統(tǒng)一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：

1-微流控芯片

11-抽吸針12-芯片基底13-芯片蓋板14-微流控通道

15-樣品槽16-芯片外殼17-粘附層18-橡膠連接器

19-密封硅膠

2-進樣裝置

21-孔板22-光學(xué)模塊23-直流電源24-平臺

25-電磁彈簧復(fù)位裝置26-托架

3-負壓控制裝置

31-密封圈32-金屬電極33-微型真空泵34-微型負壓瓶

35-壓力表36-控壓閥37-三通電磁閥

具體實施例

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

請參考圖1-圖3，圖1為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中微流控芯片一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中進樣裝置一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所提供的自動進樣系統(tǒng)中負壓控制系統(tǒng)一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實施方式中，本發(fā)明提供一種基于微流控芯片1的自動進樣系統(tǒng),包括微流控芯片1和向所述微流控芯片1內(nèi)輸入樣本的進樣裝置2，還包括生成負壓的負壓控制裝置3；所述進樣裝置2包括盛放樣品的孔板21，所述微流控芯片1的進樣端口處密封連接有抽吸針11，所述負壓控制裝置3生成自所述孔板21向所述微流控芯片1的氣壓，以將所述孔板21內(nèi)的樣本通過所述抽吸針11吸入所述微流控芯片1。

在工作過程中，根據(jù)指令啟動負壓控制裝置3，使之生成負壓，從而將孔板21內(nèi)的樣本通過抽吸針11負壓吸入微流控制芯片中，該自動進樣系統(tǒng)使樣本直接通過抽吸針11，經(jīng)負壓引入微流控芯片1內(nèi)，避免了人工加樣，提高了檢測自動化程度，減少了交叉污染風(fēng)險，從而改進了傳統(tǒng)的微流控芯片1進樣方式，提高了分析檢測儀器的自動化水平，并降低了操作難度。

上所述微流控芯片1包括芯片基底12、與所述芯片基底12熱鍵連接的芯片蓋板13、形成于所述芯片基底12和所述芯片蓋板13之間的微流控通道14，和與所述微流控通道14相連通的樣品槽15；所述抽吸針11固接于所述芯片基底12，并與所述微流控通道14相連通，所述微流控芯片1還包括芯片外殼16，所述芯片外殼16通過粘附層17與所述芯片蓋板13固定連接；所述芯片基底12上開設(shè)有安裝孔，所述抽吸針11通過橡膠連接器18固接于所述芯片基底12上，且所述橡膠連接器18與所述芯片基底12的接縫處填充有密封硅膠19。

具體地，微流控通道14采用光刻膠表面鍍層，選擇性曝光并蝕刻而成，其截面尺寸寬30微米，深12微米。玻璃材質(zhì)芯片蓋板13經(jīng)sandblaster打孔后清洗，孔徑2mm。芯片基底12與芯片蓋板13尺寸長75mm，寬25mm，厚1mm，經(jīng)表面處理后熱鍵合形成微流控芯片1。抽吸針11為不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)徑0.5mm，長度為20cm，通過橡膠連接器18和密封硅膠19集成在微流控芯片1上，保證了芯片的密閉性。該結(jié)構(gòu)使樣本直接通過抽吸針11，經(jīng)負壓引入微流控芯片1內(nèi)，避免了人工加樣，提高了檢測自動化程度，減少了交叉污染風(fēng)險。3d打印芯片外殼16通過連接黏附層與微流控芯片1緊密連接，減少了玻璃芯片損毀的風(fēng)險。同時，芯片外殼16起到定位作用，配合金屬托架26結(jié)構(gòu)，保證了激發(fā)光源與樣本通路的聚焦程度，提高了檢測結(jié)果的準確性，穩(wěn)定性。

上述進樣裝置2包括向所述微流控通道14發(fā)射熒光激發(fā)的光學(xué)模塊22，和與所述微流控通道14及所述樣品槽15形成回路的直流電源23；所述進樣裝置2還包括在動力部件的驅(qū)動下水平橫向或縱向移動的平臺24，和通過電磁彈簧復(fù)位裝置25安裝于所述平臺24上的托架26，所述孔板21置于所述托架26之上；所述動力部件包括步進電機和與所述步進電機傳動連接的滾珠絲杠，所述滾珠絲杠與所述托架26固定連接；所述滾珠絲杠包括驅(qū)動所述托架26水平橫向移動的橫向滾珠絲杠，和驅(qū)動所述托架26水平縱向移動的縱向滾珠絲杠。

具體地，步進電機驅(qū)動滾珠絲杠，實現(xiàn)托架26的在水平橫向(即x方向)和水平縱向(即y向)上移動。彈簧復(fù)位裝置由電磁繼電器及彈簧組成，通過電壓信號控制，可以實現(xiàn)托架26在豎直方向(即z方向)的定導(dǎo)程移動。托架26處于向上移動極限位置時，微流控芯片1上抽吸針11恰好浸入96孔板21上樣品ep管中，從而抽吸樣本，托架26上設(shè)置96孔板21定位結(jié)構(gòu)，用于放置待測樣本。在工作過程中，經(jīng)pc控制驅(qū)動，向上運動至抽吸針11對準并伸入孔位，啟動負壓吸取該孔位內(nèi)的樣本后，向下運動至起始位置，而后水平橫向或縱向移動平臺24，以將抽吸針11對準下一孔位，在此上行平臺24，使抽吸針11對準并抽吸下一孔位內(nèi)的樣本，以此類推實現(xiàn)多樣本連續(xù)進樣。

所述負壓控制裝置3包括設(shè)置于所述抽吸針11一端的密封圈31、設(shè)置于所述抽吸針11另一端的金屬電極32，和與所述抽吸針11通過負壓管路連通的微型真空泵33；所述負壓管路上依次設(shè)置有微型負壓瓶34、壓力表35、控壓閥36和三通電磁閥37。由伯努利方程可知，管路內(nèi)流體滿足連續(xù)性方程及能量守恒定律，因此可根據(jù)壓差計算得出流體移動速度，如下：

能量損失取決于流道摩擦系數(shù)，通道尺寸等，計算公式如下：

系統(tǒng)由pc統(tǒng)一控制，結(jié)合壓力傳感器等負反饋機制，保證施加負壓穩(wěn)定，密封圈31與金屬電極32集成一體化，可在實現(xiàn)壓力控制的同時施加電壓，驅(qū)動樣本跟隨電泳流在微流控通道14內(nèi)遷移并通過光學(xué)檢測區(qū)域，實現(xiàn)樣本檢測。

上述各實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案上的變化和改進，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。