一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置及使用方法與流程

本發明涉及微位移平臺領域，尤其涉及一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置及使用方法。

背景技術：

微流控芯片技術(microfluidics)是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測，細胞培養、分選、裂解等基本操作集成到一塊微米尺度的芯片上。由于其體積小、試劑消耗量低和高度集成化等特點，越來越多的研究人員開始關注微流控芯片。微流控芯片技術具有微型化、高通量、實時檢測等優勢，其在細胞研究、臨床診斷等領域具有廣闊的應用前景。越來越多的研究人員參與到微流控芯片的分析研究中。

微流控芯片需要放在顯微鏡下觀察并需移動，以便觀察不同位置。通常將芯片放在一個夾具上固定，通過移動夾具來觀察不同位置。

傳統芯片夾具存在連接方法繁復、連接方式固定、不具備可調節性等技術問題。同時，夾具和芯片的連接密閉性差，容易發生失壓、漏液，影響芯片的使用效果。

通常一次實驗設有一個或多個微流控芯片，需要對芯片的各區域、各芯片的實驗現象進行觀測，并拍照記錄。但是，普通顯微鏡一般不具備位移調節和圖形獲取功能。高級專用顯微鏡鏡臺上裝有玻片標本推進器(推片器)，旋轉推進器調節輪，可使玻片標本作左右、前后方向的移動。當觀測位置不佳或需調整位置時，通常需人工手動調節推進器。這種情況下，移動距離不可控，且移動距離未知。目前實驗室條件下微流控芯片的觀測，基本將微流控芯片直接置于顯微鏡下。而預先的微流控芯片尺寸結構數據已知，借助良好的位移控制可更好地開展實驗。

技術實現要素：

針對背景技術中的問題，本發明提供了一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置及使用方法。

為了實現上述目的，本發明提出如下技術方案：

一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置，所述裝置包括觀測器件(1)、夾具(2)、微流控芯片(3)、y軸運動單元(4)、x軸運動單元(5)、數顯表(6)、計算機(7)，其特征在于，

由所述觀測器件(1)拍攝的實驗現象在計算機(7)上實時顯示；

所述y軸直線運動單元(4)位于x軸直線運動單元(5)的上方；

所述夾具(2)固定在y軸直線運動單元(4)的平臺上；

所述計算機(7)控制y軸直線運動單元(4)和x軸直線運動單元(5)并對實驗現象進行記錄，記錄結果通過數顯表(6)顯示；

所述微流控芯片夾具(2)為雙層結構，包括上蓋板(21)和下蓋板(22)；

所述微流控芯片(3)位于上蓋板(21)和下蓋板(22)之間。

進一步地，所述上蓋板(21)為矩形邊框設計，邊框設置有第一彈性材料(2102)；

所述下蓋板(22)為矩形邊框設計，邊框設置有第二彈性材料(2202)。

進一步地，所述上蓋板(21)上設置有第一螺栓孔(2101)，所述下蓋板(22)上設置有第二螺栓孔(2201)、第一螺釘孔(2203)；

所述上蓋板(21)和下蓋板(22)通過螺栓(23)和螺母(24)連接。

進一步地，所述觀測器件(1)包括支架(11)，ccd攝像機(12)，轉換器(13)和物鏡(14)；

所述ccd攝像機(12)與支架(11)固定連接，支架(11)控制ccd攝像機(12)的位置于微位移平臺中心；

通過切換所述轉換器(13)選擇不同放大倍數的物鏡(14)，ccd攝像機(12)拍攝實驗現象并在計算機(7)上實時顯示。

進一步地，所述y軸直線運動單元(4)包括連接件(401)，第一支座(402)，第一導桿(403)，第一直線運動軸承(404)，陣列光源(405)，第二螺釘孔(406)，第一軸承座(407)，第一旋鈕(408)，第一直線導軌(409)，第一絲桿螺母(410)，第一滾珠絲桿(411)，第一光柵標尺(412)，第一讀數頭(413)，第一伺服電機(414)；

所述第一支座(402)位于y軸直線運動單元(4)兩側，兩側支座與第一導桿(403)、第一直線運動軸承(404)連接；所述第一軸承座(407)位于y軸直線運動單元(4)兩側，兩側軸承座與第一旋鈕(408)、第一絲桿螺母(410)、第一滾珠絲桿(411)、第一伺服電機(414)依次連接；所述第一光柵標尺(412)設置在第一直線導軌(409)的運動件側面；所述第一讀數頭(413)設置在第一直線導軌(409)固定件的上表面；所述陣列光源(405)，第二螺釘孔(406)位于y軸直線運動單元(4)的上工作面。

進一步地，所述x軸直線運動單元(5)包括第二支座(501)、第二直線運動軸承(502)、第二導桿(503)、第二軸承座(504)、第二伺服電機(505)、第二滾珠絲桿(506)、第二直線導軌(507)、第二絲桿螺母(508)、第二讀數頭(509)、第二光柵標尺(510)和第二旋鈕(511)組成；

所述第二支座(501)位于x軸直線運動單元(5)兩側，兩側支座與第二導桿(503)、第二直線運動軸承(502)連接；所述第二軸承座(504)位于x軸直線運動單元(5)兩側，兩側軸承座與第二旋鈕(511)、第二絲桿螺母(508)、第二滾珠絲桿(506)、第二伺服電機(505)依次連接；所述第二讀數頭(509)設置在第二直線導軌(507)固定件的上表面，所述第二光柵標尺(510)設置在第二直線導軌(507)的運動件側面；

y軸直線運動單元(4)通過連接件(401)與x軸直線運動單元(5)連接。

進一步地，所述計算機(7)控制第一伺服電機(414)驅動第一滾珠絲桿(411)，第一導桿(403)以及第一直線導軌(409)導向，移動y軸運動單元(4)；

所述計算機(7)控制第二伺服電機(505)驅動第二滾珠絲桿(506)，第二導桿(503)以及第二直線導軌(507)導向，移動x軸運動單元(5)。

進一步地，所述第一讀數頭(413)檢測第一導軌(409)的位移量，并通過數顯表(6)顯示；

所述第二讀數頭(509)檢測第二導軌(507)的位移量，并通過數顯表(6)顯示。

一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置的使用方法，所述方法包括如下步驟：

(1)芯片封合完成后，將芯片至于下蓋板，然后覆蓋上蓋板，保證芯片邊緣與蓋板的彈性材料相接處；

(2)旋緊螺栓螺母，將上蓋板、芯片、下蓋板貼合；

(3)夾具組裝完成后，將夾具置于y軸工作臺上，用螺釘固定夾具；

(4)微位移平臺xy軸微位移通過x軸直線運動單元和y軸直線運動單元控制，微位移平臺控制系統負責直線運動單元的位移調節，讀數頭檢測直線運動單元的位移量，數顯表進行實時顯示；

(5)讀數頭將檢測結果傳輸給計算機，計算機處理后調節伺服電機，實現微位移平臺的移動速度和位移量的精確控制；同時，實驗人員也可通過調節旋鈕來改變芯片位置。

進一步地，當進行多組實驗時，可將夾具與芯片組裝后同時排列在工作臺。

本發明的有益效果為：

本發明提供了一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置及使用方法，微流控芯片夾具為雙層結構，包括上蓋板、下蓋板。上蓋板、下蓋板均為矩形邊框設計，邊框粘有一層彈性材料。夾具使用時，微流控芯片位于上蓋板、下蓋板之間，芯片邊緣與蓋板重合，可保證芯片的完好密封。彈性材料防止芯片與蓋板直接接觸，損壞芯片。

微位移控制裝置可實現xy軸微位移，調節精度為1μm。讀數頭作用為測量移動距離，數顯表為顯示移動的距離。通過計算機設定移動距離，控制伺服電機，經過絲桿螺母機構可實現工作臺移動。旋鈕作用為：通過轉動旋鈕，使絲桿轉動，通過螺母帶動工作臺直線運動。也可通過人工旋轉旋鈕，實現手動位移工作臺，其移動距離則通過數顯表顯示。

微位移控制裝置的高精度調節機制和平行多組實驗，有利于開展對比實驗，并實現對實驗對象的精確定位觀測。

附圖說明

圖1為本發明的微位移控制裝置的結構圖；

圖2為本發明的微位移控制裝置的右視圖；

圖3為本發明的夾具立體結構圖；

圖4為本發明的夾具上蓋板結構圖；

圖5為本發明的夾具下蓋板結構圖；

圖6為本發明的微位移平臺y軸運動單元結構圖；

圖7為本發明的微位移平臺y軸運動單元的俯視圖；

圖8為本發明的微位移平臺x軸運動單元結構圖；

圖9為本發明的微位移平臺x軸運動單元的俯視圖。

圖中，1-觀測器件，2-夾具，3-微流控芯片，4-y軸運動單元，5-x軸運動單元，6-數顯表，7-計算機，11-支架，12-ccd攝像機，13-轉換器，14-物鏡，21-上蓋板，22-下蓋板，2101-第一螺栓孔，2102-第一彈性材料，2201-第二螺栓孔，2202-第二彈性材料，2203-第一螺釘孔，23-螺栓，24-螺母，401-連接件，402-第一支座，403-第一導桿，404-第一直線運動軸承，405-陣列光源，406-第二螺釘孔，407-第一軸承座，408-第一旋鈕，409-第一直線導軌，410-第一絲桿螺母，411-第一滾珠絲桿，412-第一光柵標尺，413-第一讀數頭，414-第一伺服電機，501-第二支座，502-第二直線運動軸承，503-第二導桿，504-第二軸承座，505-第二伺服電機，506-第二滾珠絲桿，507-第二直線導軌，508-第二絲桿螺母，509-第二讀數頭，510-第二光柵標尺，511-第二旋鈕。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施方案作詳細的闡述。具體實施方式僅供敘述而并非用來限定本發明的范圍或實施原則，本發明的保護范圍仍以權利要求為準，包括在此基礎上所作出的顯而易見的變化或變動等。

圖1為本發明的微位移控制裝置的結構圖，如附圖1所示，所述裝置包括觀測器件1、夾具2、微流控芯片3、y軸運動單元4、x軸運動單元5、數顯表6、計算機7。

如圖2所示，觀測器件1包括支架11，ccd攝像機12，轉換器13和物鏡14。ccd攝像機12與支架11固定連接，同時控制其位置于微位移平臺中心。通過切換轉換器13選擇不同放大倍數的物鏡14，ccd攝像機12拍攝實驗現象并在計算機7上實時顯示。

如圖3、圖4和圖5所示，微流控芯片夾具2為雙層結構，包括上蓋板21、下蓋板22。上蓋板加工有第一螺栓孔2101，下蓋板加工有第二螺栓孔2201、第一螺釘孔2203。夾具使用時，微流控芯片3位于上蓋板21、下蓋板22之間，芯片邊緣與蓋板重合。上蓋板、下蓋板均為矩形邊框設計，邊框粘有一層彈性材料。第一彈性材料2102和第一彈性材料2202防止芯片與蓋板直接接觸，損壞芯片。上蓋板21和下蓋板22通過螺栓23、螺母24連接。裝配好的夾具可用螺釘將夾具固定在微位移平臺上。

通過螺栓螺母將上蓋板、微流控芯片、下蓋板緊密接觸，防止芯片漏液的發生，同時彈性材料避免了夾緊力導致芯片變形。

微位移平臺控制系統主要由計算機，第一伺服電機414、第二伺服電機505，第一讀數頭413、第二讀數頭509，第一光柵標尺412、第二光柵標尺510，數顯表6組成。微位移平臺由兩個直線運動單元組成。y軸直線運動單元4位于x軸直線運動單元5上方。

讀數頭作用為測量移動距離，數顯表為顯示移動的距離。通過計算機設定移動距離，控制伺服電機，經過絲桿螺母機構可實現工作臺移動。旋鈕作用為：通過轉動旋鈕，使絲桿轉動，通過螺母帶動工作臺直線運動。也可通過人工旋轉旋鈕，實現手動位移工作臺，其移動距離則通過數顯表顯示。

如圖8和圖9所示，x軸直線運動單元5包括第二支座501，第二直線運動軸承502，第二導桿503，第二軸承座504，第二伺服電機505，第二滾珠絲桿506，第二直線導軌507，第二絲桿螺母508，第二讀數頭509，第二光柵標尺510，第二旋鈕511組成。

第二支座501位于x軸直線運動單元5兩側，兩側支座與第二導桿503、第二直線運動軸承502連接。第二軸承座504位于x軸直線運動單元5兩側，兩側軸承座與第二旋鈕511、第二絲桿螺母508、第二滾珠絲桿506、第二伺服電機505依次連接。第二讀數頭509安裝于第二直線導軌507固定件的上表面，第二光柵標尺510安裝于第二直線導軌507的運動件側面。

y軸直線運動單元4通過連接件401與x軸直線運動單元5連接。

如圖6和圖7所示，y軸直線運動單元4包括連接件401，第一支座402，第一導桿403，第一直線運動軸承404，陣列光源405，第二螺釘孔406，第一軸承座407，第一旋鈕408，第一直線導軌409，第一絲桿螺母410，第一滾珠絲桿411，第一光柵標尺412，第一讀數頭413，第一伺服電機414。夾具下蓋板22和y軸直線運動單元4兩者對應位置的螺釘孔依次對應，通過螺釘將夾具固定在y軸直線運動單元。

第一支座402位于y軸直線運動單元4兩側，兩側支座與第一導桿403、第一直線運動軸承404連接。第一軸承座407位于y軸直線運動單元4兩側，兩側軸承座與第一旋鈕408、第一絲桿螺母410、第一滾珠絲桿411、第一伺服電機414依次連接。第一光柵標尺412安裝于第一直線導軌409的運動件側面，第一讀數頭413安裝于第一直線導軌409固定件的上表面。陣列光源405，第二螺釘孔406位于y軸直線運動單元4的上工作面。

x軸方向與y方向的控制方式相同。兩者通過連接件401固定連接。通過電機或旋鈕驅動滾珠絲桿，導桿和兩側導軌輔助工作臺的移動。通過兩個直線運動單元的組合運動可以使工作臺面產生兩個自由度xy軸方向的平面運動。

微位移平臺可實現xy軸微位移，調節精度為1μm。微位移平臺控制系統由計算機、伺服電機、旋鈕、光柵標尺、讀數頭和數顯表組成。微位移平臺由兩個直線運動單元組成。y軸直線運動單元位于x軸直線運動單元上方。讀數頭作用為測量移動距離，數顯表為顯示移動的距離。通過計算機設定移動距離，控制伺服電機，經過絲桿螺母機構可實現工作臺移動。旋鈕作用為：通過轉動旋鈕，使絲桿轉動，通過螺母帶動工作臺直線運動。也可通過人工旋轉旋鈕，實現手動位移工作臺，其移動距離則通過數顯表顯示。

通過兩個直線運動單元的組合運動可以使工作臺面產生兩個自由度xy軸方向的平面運動。計算機7控制第一伺服電機414、第二伺服電機505驅動第一滾珠絲桿411、第二滾珠絲桿506，第一導桿403、第二導桿503和兩側第一導軌409、第二導軌507導向，移動x軸運動單元5和y軸運動單元4。第一讀數頭413、第二讀數頭509檢測第一導軌409、第二導軌507的位移量，并通過數顯表6顯示。同時也可調節第一旋鈕408、第二旋鈕511來改變位移量。調節轉換器13選擇不同放大倍數的物鏡14，借助ccd攝像機12實時觀測微流控芯片中的實驗現象，根據實驗現象選擇合適物鏡。由計算機7控制運動單元并對實驗現象進行記錄。實驗人員可根據在計算機中按需要設定工作臺移動參數實時拍攝實驗現象。

本發明所揭示的一種適用于微流控芯片觀測的微位移控制裝置，其工作過程為：芯片封合完成后，將芯片至于下蓋板，然后覆蓋上蓋板，保證芯片邊緣與蓋板的彈性材料相接處。旋緊螺栓螺母，將上蓋板、芯片、下蓋板貼合。夾具組裝完成后，將夾具至于y軸工作臺上，用螺釘固定夾具。進行多組實驗時，可將夾具與芯片組裝后同時排列在工作臺。微位移平臺xy軸微位移通過x軸直線運動單元和y軸直線運動單元控制。微位移平臺控制系統負責直線運動單元的位移調節。讀數頭檢測直線運動單元的位移量，數顯表進行實時顯示。讀數頭將檢測結果傳輸給計算機，計算機處理后調節伺服電機，實現微位移平臺的移動速度和位移量的精確控制。同時，實驗人員也可通過調節旋鈕來改變芯片位置。