CN110630484B - 一种微流泵控制装置及多路阀微流泵控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流泵控制装置，涉及微流控技术领域。该微流泵控制装置包括第一分流器、第二分流器、第一汇流器、第一微流泵、第二微流泵、底部缓冲端口和顶部缓冲端口；第一分流器的出口与第一微流泵的入口连通，第一微流泵的出口分别与第一汇流器的一个入口、底部缓冲端口连通；第二分流器的出口与第二微流泵的入口连通，第二微流泵的出口分别与第一汇流器的另一个入口、顶部缓冲端口连通。本发明的微流泵控制装置，利用分流器、微流泵和汇流器的组合，能够控制多种缓冲液按照特定的流速和流量注入芯片并从芯片中排放，还可以实现对微流泵及其管路进行清洗。在此基础上，本发明还提供了一种多路阀微流泵控制系统。

Description

一种微流泵控制装置及多路阀微流泵控制系统

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体而言，涉及一种微流泵控制装置及多路阀微流泵控制系统。

背景技术

在微流控技术领域，有时经常需要使用外力把需要的液体推进微流控芯片内，这些外力可以由外部的微流控驱动泵或者微流控控制系统提供。当研究人员需要使实验样本在微流控芯片或微流控器件内部实现高精度连续循环流动时，注射泵就成为了微流控领域的常用流量控制系统。而且一般针对微流控的研究都是多通道(即针对多个芯片)同时进行，这就要求必须有足够多的驱动泵和相对复杂的管路设计。

然而，多通道微流控常见的控制装置，通常使用装载着反应流体的注射器及注射泵以直接连接芯片。这个连接结构方式存在以下缺陷：

1.注射泵需要搭载注射器，导致装置体积大，安装空间大，难以形成集中的全自动化控制。

2.管路直连相对基础，一个注射泵及搭载的注射器对应一个芯片，集中度不高，无法应用于更复杂的研究和设计。

3.系统的操作繁琐效率低下。当注射器需要更换缓冲液或者清洗时，系统无法自动快速替换本身存在的液体。而首先需要手动断开现有的连接，将注射器的液体排到废液瓶，再重新填充新的缓冲液或者样品，最后重新连接管路，恢复之前的连接功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流泵控制装置，其能够简化连接结构、减小安装空间，便于通过一套结构实现缓冲液输入芯片并对管路进行清洗，控制效率高。

本发明的另一目的在于提供一种多路阀微流泵控制系统，其能够分别通过不同通道迅速更换缓冲液或漂白液，提高试验效率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种微流泵控制装置，其包括第一分流器、第二分流器、第一汇流器、第一微流泵、第二微流泵、底部缓冲端口和顶部缓冲端口；所述第一分流器的出口与所述第一微流泵的入口连通，所述第一微流泵的出口分别与所述第一汇流器的一个入口、所述底部缓冲端口连通；所述第二分流器的出口与所述第二微流泵的入口连通，所述第二微流泵的出口分别与所述第一汇流器的另一个入口、所述顶部缓冲端口连通。

在本发明较佳的实施例中，所述第一微流泵、所述第二微流泵均为活塞注射器。其技术效果在于：活塞注射器的作用为产生密闭空间，将电机的旋转运动转化为活塞的上下运动，通过控制电机的速度和电流大小，间接控制注射器的抽放速度。

在本发明较佳的实施例中，还包括控制器和步进电机；所述控制器分别通过两个所述步进电机与所述第一微流泵、所述第二微流泵电连接。其技术效果在于：步进电机能够实现特定的角度和速度控制，对短距离频繁动作驱动效果更佳。控制器可通过特定的通讯协议在一个通讯接口中同时控制多个泵的运行以及阀门的导通和闭合，实现多个芯片的缓冲液的注入和排放。

在本发明较佳的实施例中，还包括后循环系统；所述后循环系统包括废液引流端口、第三微流泵、第四微流泵、第三分流器和第二汇流器；所述废液引流端口的出口分别连通所述第三微流泵的入口和所述第四微流泵的入口，所述第三微流泵的出口和所述第四微流泵的出口均与所述第二汇流器的入口连通；所述第三分流器的出口分别连通所述第三微流泵的入口和所述第四微流泵的入口。其技术效果在于：后循环系统在引入了可输入漂白液的第三分流器，形成了独立的清洗系统，提高了清洗的效率和范围。其中，第二汇流器用于排放清洗后的漂白液。

在本发明较佳的实施例中，所述第一分流器、所述第二分流器均为5通多路阀；所述第一汇流器、所述第二汇流器和所述第三分流器均为9通多路阀。其技术效果在于：5通多路阀和9通多路阀的结构设计能够对应四个芯片，同时向四个芯片输入缓冲液并等流量等流速地向外输送。

一种多路阀微流泵控制系统，包括芯片以及上述微流泵控制装置；所述芯片分别与所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口连通，用于引入来自所述第一分流器和第二分流器的缓冲液。

在本发明较佳的实施例中，所述芯片的数量为四个，所述第一分流器、所述第二分流器均为5通多路阀。其技术效果在于：四个芯片与5通多路阀的搭配，最大限量地提高了芯片试验效率同时压缩了设备的安装空间。

在本发明较佳的实施例中，还包括储存池；所述储存池位于所述芯片上方并与所述芯片连通。其技术效果在于：储存池用于在芯片上注入其他试验用液体，满足试验条件。

一种多路阀微流泵控制系统，包括芯片以及上述的微流泵控制装置；所述芯片分别与所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口连通，用于引入来自所述第一分流器和第二分流器的缓冲液；还包括废液排放槽，所述废液排放槽设置在所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口与所述废液引流端口的下方，用于承接漂白液。

在本发明较佳的实施例中，还包括储存池；所述储存池位于所述芯片上方并与所述芯片连通。其技术效果在于：与上一个实施的多路阀微流泵控制系统同样，储存池用于在芯片上注入其他试验用液体，满足试验条件。

本发明实施例的有益效果是：

本发明的微流泵控制装置，利用分流器、微流泵和汇流器的组合，能够控制多种缓冲液按照特定的流速和流量注入芯片并从芯片中排放，还可以对微流泵及其管路进行的清洗。

本发明的多路阀微流泵控制系统，通过多组微流泵控制装置以及相配合的芯片，能获得往芯片注入缓冲液、从漂白液容器中注入漂白液并向废液瓶排放废液的作用，大大提高了多路阀微流泵控制系统的应用范围和自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例一提供的微流泵控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的结构示意图；

图2a为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第一种流向控制示意图；

图2b为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第二种流向控制示意图；

图2c为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第三种流向控制示意图；

图2d为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第四种流向控制示意图；

图2e为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第五种流向控制示意图；

图3为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第二种结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的多路阀微流泵控制系统的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的多路阀微流泵控制系统的结构示意图。

图中：1-第一分流器；2-第二分流器；3-第一汇流器；4-第一微流泵；5-第二微流泵；6-底部缓冲端口；7-顶部缓冲端口；8-废液引流端口；9-第三微流泵；10-第四微流泵；11-第三分流器；12-第二汇流器；13-储存池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例：

图1为本发明实施例一提供的微流泵控制装置的结构示意图。

请参照图1，本实施例提供一种微流泵控制装置，其包括第一分流器1、第二分流器2、第一汇流器3、第一微流泵4、第二微流泵5、底部缓冲端口6和顶部缓冲端口7；第一分流器1的出口与第一微流泵4的入口连通，第一微流泵4的出口分别与第一汇流器3的一个入口、底部缓冲端口6连通；第二分流器2的出口与第二微流泵5的入口连通，第二微流泵5的出口分别与第一汇流器3的另一个入口、顶部缓冲端口7连通。

进一步地，如图1所示，第一微流泵4、第二微流泵5均为活塞注射器。

进一步地，如图1所示，还包括控制器和步进电机；控制器分别通过两个步进电机与第一微流泵4、第二微流泵5电连接。

微流泵控制装置的工作原理是：通过第一微流泵4和第二微流泵5的驱动作用，缓冲液分别从第一分流器1、第二分流器2流向底部缓冲端口6和顶部缓冲端口7，以实现至少两种缓冲液注入芯片的目的。

可选地，微流泵还可以使用三个甚至三个以上，以形成两种以上缓冲液的注入。

其中，上述微流泵为市面上常见的商业化标准件，微流泵模块内部设置有两个步进电机分别控制四通阀的旋转运动和活塞注射器的上下运动。四通阀的作用是当阀门旋转到0°、90°和270°的位置时，活动端会和连接底部活塞注射器的一端形成通路，液体能无障碍通过。微流泵本身可搭载485通讯协议，能够在一个通讯接口中通过控制器同时控制多个泵。

另外，上述分流器可采用多路阀。多路阀是一种应用于多通道复杂管路组合的连接器，它是将多个流体通道汇集到一起的固定物。在多路阀上至少有两个分别贯通的通道，通过软管和管接头相连管道的流体经过多路阀的汇集和分配，再连接到其他设备或者流体储存器上，这样就实现了集中收集流体和集中分配流体，并节省所占空间。

基于多路阀的结构和功能，它将在复杂管路的设计中承担着简化的功能，同时也不用担心流体在多路阀或者其他管路中会出现流速或者流量分布不均的情况，因为每个泵都是独立工作的，泵的活塞会是唯一的动力来源，而不动作的泵与之相连的管道会由于压力的存在而不与其他管道中的流体所干涉。为此在本控制系统中多路阀有着大致以下两点功能：1、一入口多出口分流，2、多入口一出口汇流。

多路阀应用的微流控制泵系统最多可以满足4个通道芯片同时进行操作相同的实验研究，在每个通道之间使用多路阀相连，简化了管路的分布，这给实验的同步性和固定相同变量提供了可靠的保障。每4个新型的泵将代替之前的注射泵完成除了注液和抽液的动作之外，还可以控制自身的阀门，将注射器中的流体输送往指定容器，或者从指定容器抽取流体储存在自身的注射器中。

在上述微流泵控制装置中，缓冲液由第一分流器1、第二分流器2通过微流泵驱动而注入到芯片中，而漂白液也从第一分流器1、第二分流器2流过微流泵后进入第一汇流器3汇合收集。

第二实施例：

图2为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的结构示意图；图2a为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第一种流向控制示意图；图2b为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第二种流向控制示意图；图2c为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第三种流向控制示意图；图2d为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第四种流向控制示意图；图2e为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第五种流向控制示意图；图3为本发明实施例二提供的微流泵控制装置的第二种结构示意图。

请参照图2、图3，本实施例提供一种微流泵控制装置，其与第一实施例的微流泵控制装置大致相同，二者的区别在于本实施例的微流泵控制装置还包括后循环系统；后循环系统包括废液引流端口8、第三微流泵9、第四微流泵10、第三分流器11和第二汇流器12。

废液引流端口8的出口分别连通第三微流泵9的入口和第四微流泵10的入口，第三微流泵9的出口和第四微流泵10的出口均与第二汇流器12的入口连通；第三分流器11的出口分别连通第三微流泵9的入口和第四微流泵10的入口。

其中，第一分流器1、第二分流器2均为5通多路阀；第一汇流器3、第二汇流器12和第三分流器11均为9通多路阀。此时，上述两个5通多路阀与三个9通多路阀的组合，能够使得介质注入、排放的流量和流速相等，并且对应四个芯片的实验。那么，在分流端，第一分流器1的四个出口同时输出四股第一种缓冲液流向芯片，第二分流器2的四个出口同时输出四股第二种缓冲液流向芯片。而在汇流端，则通过第一汇流器3的八个入口或者第二汇流器12的八个入口实现汇流收集。

本实施例的微流泵控制装置，其工作流程如下：

1、缓冲液注入：第一种缓冲液、第二种缓冲液分别由第一微流泵4、第二微流泵5驱动从第一分流器1、第二分流器2进入芯片，如图2a所示。

2、缓冲液排放：废液引流端口8收集芯片使用后的缓冲液，分别由第三微流泵9、第四微流泵10驱动向第二汇流器12排放，如图2b所示。

3、漂白液注入：不仅可以通过第一分流器1、第二分流器2注入漂白液对第一微流泵4、第二微流泵5、底部缓冲端口6和顶部缓冲端口7进行清洗(与上述缓冲液注入的流向相同)；也可以从第三分流器11引入漂白液，对第三微流泵9、第四微流泵10和废液引流端口8进行清洗，如图2c所示。

4、漂白液排放：

(1)、将漂白液从第一分流器1、第二分流器2注入，一部分漂白液清洗第一微流泵4、第二微流泵5后流向第一汇流器3并向外排放，另一部分漂白液清洗第一微流泵4、第二微流泵5后流向底部缓冲端口6和顶部缓冲端口7向外排放，如图2d所示。

(2)将漂白液从第三分流器11注入，一部分漂白液清洗第三微流泵9、第四微流泵10后流向第二汇流器12并向外排放，另一部分漂白液清洗第三微流泵9、第四微流泵10后流向废液引流端口8向外排放，如图2e所示。

第三实施例：

图4为本发明实施例三提供的多路阀微流泵控制系统的结构示意图。

请参照图4，本实施例提供一种多路阀微流泵控制系统，其包括芯片以及上述的微流泵控制装置；芯片分别与底部缓冲端口6、顶部缓冲端口7连通，用于引入来自第一分流器1和第二分流器2的缓冲液。

进一步地，请参照图4，还包括储存池13；储存池13位于芯片上方并与芯片连通。

其中，储存池13用于在芯片上直接注入其他试验用液体，以满足试验条件要求。

进一步地，芯片的数量可设置为四个，第一分流器1、第二分流器2均为5通多路阀。

第四实施例：

图5为本发明实施例四提供的多路阀微流泵控制系统的结构示意图。请参照图5，本实施例提供一种多路阀微流泵控制系统，其包括芯片以及上述微流泵控制装置；芯片分别与底部缓冲端口6、顶部缓冲端口7连通，用于引入来自第一分流器1和第二分流器2的缓冲液；还包括废液排放槽，废液排放槽设置在底部缓冲端口6、顶部缓冲端口7与废液引流端口8的下方，用于承接漂白液。

进一步地，请参照图5，还包括储存池13；储存池13位于芯片上方并与芯片连通。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流泵控制装置，其特征在于，包括第一分流器、第二分流器、第一汇流器、第一微流泵、第二微流泵、底部缓冲端口和顶部缓冲端口；

所述第一分流器的出口与所述第一微流泵的入口连通，所述第一微流泵的出口分别与所述第一汇流器的一个入口、所述底部缓冲端口连通；

所述第二分流器的出口与所述第二微流泵的入口连通，所述第二微流泵的出口分别与所述第一汇流器的另一个入口、所述顶部缓冲端口连通。

2.根据权利要求1所述的微流泵控制装置，其特征在于，所述第一微流泵、所述第二微流泵均为活塞注射器。

3.根据权利要求1所述的微流泵控制装置，其特征在于，还包括控制器和步进电机；所述控制器分别通过两个所述步进电机与所述第一微流泵、所述第二微流泵电连接。

4.根据权利要求1所述的微流泵控制装置，其特征在于，还包括后循环系统；所述后循环系统包括废液引流端口、第三微流泵、第四微流泵、第三分流器和第二汇流器；

所述废液引流端口的出口分别连通所述第三微流泵的入口和所述第四微流泵的入口，所述第三微流泵的出口和所述第四微流泵的出口均与所述第二汇流器的入口连通；

所述第三分流器的出口分别连通所述第三微流泵的入口和所述第四微流泵的入口。

5.根据权利要求4所述的微流泵控制装置，其特征在于，所述第一分流器、所述第二分流器均为5通多路阀；所述第一汇流器、所述第二汇流器和所述第三分流器均为9通多路阀。

6.一种多路阀微流泵控制系统，其特征在于，包括芯片以及如权利要求1～3任一项所述的微流泵控制装置；

所述芯片分别与所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口连通，用于引入来自所述第一分流器和第二分流器的缓冲液。

7.根据权利要求6所述的多路阀微流泵控制系统，其特征在于，所述芯片的数量为四个，所述第一分流器、所述第二分流器均为5通多路阀。

8.根据权利要求7所述的多路阀微流泵控制系统，其特征在于，还包括储存池；所述储存池位于所述芯片上方并与所述芯片连通。

9.一种多路阀微流泵控制系统，其特征在于，包括芯片以及如权利要求4或5所述的微流泵控制装置；

所述芯片分别与所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口连通，用于引入来自所述第一分流器和第二分流器的缓冲液；

还包括废液排放槽，所述废液排放槽设置在所述底部缓冲端口、所述顶部缓冲端口与所述废液引流端口的下方，用于承接漂白液。

10.根据权利要求9所述的多路阀微流泵控制系统，其特征在于，还包括储存池；所述储存池位于所述芯片上方并与所述芯片连通。