一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片

1.本发明属于微流控技术领域，尤其涉及一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片。


背景技术：

2.微流控（microfluidics）指的是使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。
3.现阶段，微液滴技术是微流控芯片学术领域内的一大亮点，微液滴可以直接利用微流控芯片产生的液滴作为载体（例如将液滴作为微反应器进行单细胞分析），即使微流控芯片的设计和加工技术已经比较成熟，由于微液滴对表面性质、活性剂和稳定油相的较高需求，目前仍有一部分研究集中在液滴形成方法的构建，而且这种方法并不局限于传统的微流控芯片载体；本领域内人员充分认识到这一技术的巨大优势和潜在应用场景，加之目前对于单细胞、单分子和单颗粒分析的追捧，液滴技术的应用达到超前的规模。诸多学者持续探索其在单细胞分析、测序、酶抑制剂筛选、药筛药代、材料合成、质谱分析、尤其是一系列基于液滴的数字分析概念（ddpcr、ddelisa等）等领域的应用；再者，纵然其前景广阔，技术本身还存在诸多问题，尤其是可操控性能和多样本交叉问题，成为限制其应用拓展的主要制约因素，因此针对液滴本身进行的后续操控，也成为了一大研究热点。
4.微液滴的种类：液滴存在是由界面张力决定的，两种存在一定界面张力的流体（即互不相容），通过一定的方式，即可以形成液滴。常见的水龙头滴水、水在干燥泥土上成球现象，都是液滴的形式。
5.在生成和使用液滴的时候，选取合适的液体和表面活性剂，加上辅助的生成方式，就可以得到不同的液滴种类，常见的有水包油（o/w）、油包水（w/o）等。
6.单层液滴并不能满足所有的应用需求，双乳液随之出现，水包油包水（w/o/w）和油包水包油（o/w/o）是两种最常见的形式。
7.上述液体可以根据应用需要进行选择，而且同种性质液体可以进行混合（两种或多种水溶液同时被包裹在一个液滴中），当然也可以添加一定的溶质或其它物质，使其具有更多的特性，从而能完成特定的反应或试验，例如制备磁性液滴（可以是磁性乳液液滴，也可以是磁性胶体液滴等，现有技术中，利用纳米磁珠制作磁性液滴的情形也比较常见），从而可利用外部磁性对液滴施加一定程度的影响，以达成更多的检测、试验需求。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其具有快
速离散具有磁性液滴的功能，且利用了液滴带有磁性的特点，又结合了具有海尔贝克阵列结构的磁体的特性，从而在成本较低的前提下，既能较为快速地离散液滴，短时间内获得多个“少数液滴集群”，又还能防止液滴脱离微室，有效进行液滴控位，以顺利、快捷地实现后续检测、试验等目的。
9.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，包括上端开口的主筒及用于驱动主筒转动的离心电机；所述主筒包括筒底及多个由上至下依次布置的双层环板，在一个双层环板中：双层环板包括上环板及下环板，双层环板上设有多个沿双层环板周向均匀分布的纳液结构，纳液结构包括设于上环板上的滑道腔、与滑道腔滑动密封配合的主滑条、用于限位主滑条的滑条限位体、用于排气的排气道、设于下环板上的纳液微室、设于下环板上的控液磁体及设于下环板上的排气孔，滑条限位体处在滑道腔内；在一个纳液结构中：纳液微室开口于主筒内侧壁，排气孔下端与纳液微室顶部连通，排气道外端开口于主筒外侧壁，主滑条包括用于同时封住排气孔上端及排气道内端的密封条，密封条上设有滑条气槽，密封条上设有控液磁体，当主滑条接触滑条限位体时，排气孔上端、滑条气槽及排气道内端依次连通，设于密封条上的控液磁体的竖直投影与设于下环板上的控液磁体的竖直投影重合；在任意若干个上下连续相邻的纳液结构中：当各控液磁体竖直投影均重合时，各控液磁体以海尔贝克阵列的形式排布。
10.作为优选，最上方的一个上环板上的各滑道腔均与大气连通；在一个纳液结构中：纳液结构还包括设于下环板上的竖滑槽，竖滑槽底部设有与大气连通的小气道，小气道连通竖滑槽底部，竖滑槽穿过排气道，竖滑槽内设有用于阻断排气道的竖滑柱，竖滑柱与竖滑槽滑动密封配合，竖滑柱上端设有处在竖滑槽内的竖滑磁铁，主滑条还包括用于吸引竖滑磁铁的上引磁铁；当主滑条接触滑条限位体时：上引磁铁处在竖滑磁铁正上方；当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，整个排气道通过排气道外端开口连通大气；任一下环板与该下环板下方相邻的一个上环板共同构成一个排气触发机构，在一个排气触发机构中：包括一与滑道腔连通的平衡孔，平衡孔连通排气道，当整个排气道通过排气道外端开口连通大气时，滑道腔、排气道外端及大气依次连通，当竖滑柱阻断排气道时，滑道腔与排气道外端之间被阻断；在最下方的一个下环板中：纳液微室开口于主筒内侧壁一端的最低点处在筒底顶面所处的平面内。
11.作为优选，所述主筒外套设有外筒，主筒外侧壁上设有用于接触外筒底部的支撑架体；在一个纳液结构中：竖滑柱侧壁上设有处在排气道内的内磁体，密封条上设有可容纳竖滑磁铁上端的容纳槽，容纳槽开口朝下，上引磁铁固定在容纳槽内，当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，竖滑磁铁上端处在容纳槽内，主滑条接触滑条限位体，密封条上设有用于让密封条复位的复位动磁块；外筒内侧壁上设有与下环板一一对应的外磁环，在对应的下环板与外磁环中：内
磁体可与外磁环互相吸引固定，任一内磁体均与外磁环构成内外吸引结构；在所有内外吸引结构中：当各内磁体均与外磁环互相吸引固定时，若外筒底部接触支撑架体，则在任一纳液结构中，竖滑磁铁处在容纳槽外。
12.作为优选，所述主筒还包括上延伸筒，上延伸筒底部与最上方的一个双层环板顶部密封固定，上延伸筒竖直投影与任一双层环板竖直投影重合。
13.作为优选，所述纳液微室包括微室前通孔及微室主槽孔，在一个纳液结构中：微室前通孔内端开口于主筒内侧壁，微室主槽孔内端开口，微室主槽孔外端封闭，微室前通孔外端连通微室储存槽孔内端，微室前通孔直径沿邻近微室主槽孔至远离微室主槽孔的方向逐渐增大。
14.作为优选，在一个纳液结构中：微室主槽孔的直径为排气孔直径的2至6倍，排气孔下端为排气端，在一个纳液结构中：在微室主槽孔轴向上，排气端与微室主槽孔封闭端的距离为n，排气端与微室主槽孔开口端的距离为m，m大于或等于5n。
15.作为优选，在一个双层环板中：还包括多个与纳液微室一一对应的检测电极结构，检测电极结构包括外接触电极、中间导线及内接触电极，在对应的纳液微室与检测电极结构中：检测电极结构还包括开口于主筒外侧壁的电极孔，外接触电极固定在电极孔上，外接触电极、中间导线及内接触电极依次电性连接，内接触电极与纳液微室的底部相贴，内接触电极的竖直投影呈长条状，在内接触电极的竖直投影的长度方向上，内接触电极贯穿纳液微室。
16.作为优选，在一个纳液结构中：密封条底部设有磁块槽，复位动磁块固定在磁块槽上，下环板上设有可与复位动磁块互相吸引固定的复位定磁块，当复位动磁块与复位定磁块互相吸引固定时，密封条封住排气孔上端，密封条封住排气道内端。
17.本发明的有益效果是：具有快速离散具有磁性液滴的功能，且利用了液滴带有磁性的特点，又结合了具有海尔贝克阵列结构的磁体的特性，从而在成本较低的前提下，既能较为快速地离散液滴，短时间内获得多个“少数液滴集群”，又还能防止液滴脱离微室，有效进行液滴控位，以顺利、快捷地实现后续检测、试验等目的；可让样品液体全部进入纳液微室中，不会有样品液体存留在微通道等类似结构中，因而可满足“要求进行全样品参与的试验、检测”；适应性广，适用于多种液体，适用于多种尺寸范围的液滴，试验过程中需要定量控制时，均匀可控，在一定前提条件下，能稳定控制、排列液滴。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图；图2是图1中a处的放大图；图3是图1中b处的放大图；图4是图3中c处的放大图；图5是图3中d处的放大图；图6是图4中e处的放大图；图7是图4中f处的放大图；图8是本发明上环板处的结构示意图；图9是图8中g处的放大图；
图10是本发明下环板处的结构示意图；图11是图10中h处的放大图；图12是本发明一个双层环板中主滑条接触滑条限位体时竖滑磁铁处的结构示意图；图13是本发明一个双层环板中主滑条接触滑条限位体时滑条气槽处的结构示意图；图14是图12中i处的放大图。
19.附图标记：筒底1、支撑架体11、双层环板2、上环板2.1、初始出气道2.1a、下环板2.2、滑道腔2a、排气道2b、纳液微室2c、微室排气孔2d、竖滑槽2e、小气道2f、平衡孔2g、微室前通孔2h、微室主槽孔2i、主滑条31、密封条311、滑条气槽311a、容纳槽311b、上引磁铁312、复位动磁块313、滑条限位体32、控液磁体4、复位定磁块34、竖滑柱51、内磁体511、竖滑磁铁52、外筒6、外磁环61、上延伸筒7、外接触电极81、内接触电极82。
实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
21.实施例1：如图1至图14所示，一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，包括上端开口的主筒及用于驱动主筒转动的离心电机；所述主筒包括筒底1及多个由上至下依次布置的双层环板2，在一个双层环板中：双层环板包括上环板2.1及下环板2.2，双层环板上设有多个沿双层环板周向均匀分布的纳液结构，纳液结构包括设于上环板上的滑道腔2a、与滑道腔滑动密封配合的主滑条31、用于限位主滑条的滑条限位体32、用于排气的排气道2b、设于下环板上的纳液微室2c、设于下环板上的控液磁体4及设于下环板上的微室排气孔2d，滑条限位体处在滑道腔内；在一个纳液结构中：纳液微室开口于主筒内侧壁，微室排气孔下端与纳液微室顶部连通，排气道外端开口于主筒外侧壁，主滑条包括用于同时封住微室排气孔上端及排气道内端的密封条311，密封条上设有滑条气槽311a，密封条上设有控液磁体4，当主滑条接触滑条限位体时，微室排气孔上端、滑条气槽及排气道内端依次连通，设于密封条上的控液磁体的竖直投影与设于下环板上的控液磁体的竖直投影重合；在任意若干个上下连续相邻的纳液结构中：当各控液磁体竖直投影均重合时，各控液磁体以海尔贝克阵列的形式排布。
22.所有双层环板的中心孔共同构成一预置孔。
23.在一个纳液结构中：设于下环板上的控液磁体、纳液微室及下环板中心孔沿下环板径向依次布置。
24.要将乳液、胶体等样品液体以液滴的形式分散到多个微室中（每个微室中可以容纳零至数个液滴，具体是零至几个则由微室的结构、大小以及液滴的大小等因素决定），通常需要利用到多（微）通道、多微室的微流控芯片。例如，各微室串联，微室与微室之间通过微通道依次连通，利用动力让液体依次通过各微室，最终达成“液滴离散到多个微室”的效果（受限于微通道口径，液体通过各微通道、各微室的速度没法很快，因此效率十分受限）；又例如，各微室并联，每个微室都通过一个微通道连接到主通道，再利用动力让液体分别进
入各微室，最终达成“液滴离散到多个微室”的效果（由于主通道的口径也受到微流控芯片厚度等因素的限制，因此并联的多个微室也不能同时接收到液滴，它们接收到液滴的时间差可能会较大，所以对于提升液滴离散效率而言，并联型微室相较于串联型微室无特别明显的优势，也是效率十分受限），再例如，微室之间可以既有串联又有并联，但受限于微通道的尺寸，同样无法实现“大量液滴快速离散到多个微室”的效果。
25.本发明可以让带有磁性的液滴较为快速地进入各纳液微室（每个纳液微室内可以容纳零至数个液滴，具体是零至几个则由纳液微室的结构、大小以及液滴的大小等因素决定），从而利于快速进行后续的取样、扩增、检测或培养等操作。
26.当需要进行离散时（本发明中是将磁性液滴分散到各个纳液微室中），将样品液体置于预置孔内，启动离心电机，主筒旋转，在离心力作用下，主滑条向着滑条限位体移动，直至主滑条接触滑条限位体，前述过程中某一时刻，滑条限位体（密封条）不再封住排气孔上端，也不再封住排气道内端，此时排气孔上端、滑条气槽、排气道内端、排气道外端及大气依次连通，液滴可以进入或挤入（若纳液微室与预置孔连通处口径较小，纳液微室与预置孔连通处的直径小于液滴直径，则为挤入）各纳液微室，同时纳液微室中的空气经排气孔上端、滑条气槽、排气道内端、排气道外端排入大气。需要注意的是，在其他条件不变的前提下，排气通道（排气孔、滑条气槽、排气道）口径越小，则排气越不通畅，那么液滴进入纳液微室的效率也就越低，但是排气通道口径变大后，纳液微室中的液滴也更容易进入排气通道，甚至可能通过排气通道排入大气，因此，本方案中设置了固定在下环板上的控液磁体，进入纳液微室的液滴（带有磁性）与控液磁体距离很近，因此会被控液磁体“拉住”（吸引住），从而可避免纳液微室中的液滴从排气通道脱离纳液微室。
27.此外，当离散过程结束后，液滴分散在各纳液微室中，后续可利用探针或电极等结构进行检测，也可以进行培养等操作。固定在下环板上的控液磁体还可以帮助防止纳液微室内的液滴流回预置孔（通常来说，纳液微室与预置孔连通处的直径会略小于液滴直径，这样，由于液滴表面张力的存在，液滴不易回流，即不易流回预置孔）。
28.前文中记载，在任意若干个上下连续相邻的纳液结构中：当各控液磁体竖直投影均重合时，各控液磁体以海尔贝克阵列的形式排布。而海尔贝克阵列是一种磁体结构，是工程上的近似理想结构，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场（具有磁场增强侧与磁场减弱侧，通常需要利用的是磁场增强侧）。在本发明中，显然采用的是直线型海尔贝克阵列，本发明中海尔贝克阵列的磁场增强侧为控液磁体邻近预置孔的一侧，本发明中海尔贝克阵列的磁场减弱侧为远离预置孔的一侧，如此一来，在其他条件不变的前提下，能更好地吸引住纳液微室中的液滴，所以，液滴可以稳定地存在于纳液微室中。由此，只要设置好调整纳液微室的形状、尺寸，就可以在一定程度上对纳液微室中的液滴进行控制、排列（例如，纳液微室设置成圆柱状，且纳液微室直径大致等于液滴直径，如此一来，在长度方向上，各液滴可以排成一条线）。此外，本发明的结构形式保障了：在满足一定前提的条件下，各纳液微室的纳液量均匀可控，例如，在一个双层环板中，只要供给的样品液体的量充足，那么在各纳液微室充分纳液后，能保障各纳液微室的纳液量基本一致，且由于各纳液微室同时开始纳液，所以各纳液微室的纳液时长也是很接近甚至一样的。
29.还需要指出的是，本发明的适应性较广，其不仅适用于微反应平台，亦适用于尺寸较大一些的反应平台（这里的尺寸指液滴尺寸）。甚至，本发明也适用于一些其它流体（指非
乳液型流体）。
30.最上方的一个上环板上的各滑道腔均与大气连通；在一个纳液结构中：纳液结构还包括设于下环板上的竖滑槽2e，竖滑槽底部设有与大气连通的小气道2f，小气道连通竖滑槽底部，竖滑槽穿过排气道，竖滑槽内设有用于阻断排气道的竖滑柱51，竖滑柱与竖滑槽滑动密封配合，竖滑柱上端设有处在竖滑槽内的竖滑磁铁52，主滑条还包括用于吸引竖滑磁铁的上引磁铁312；在一个纳液结构中：当主滑条接触滑条限位体时，上引磁铁处在竖滑磁铁正上方，当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，整个排气道通过排气道外端开口连通大气；任一下环板与该下环板下方相邻的一个上环板共同构成一个排气触发机构，在一个排气触发机构中：包括一与滑道腔连通的平衡孔2g，平衡孔连通排气道，当整个排气道通过排气道外端开口连通大气时，滑道腔、排气道外端及大气依次连通，当竖滑柱阻断排气道时，滑道腔与排气道外端之间被阻断；在最下方的一个下环板中：纳液微室开口于主筒内侧壁一端的最低点处在筒底顶面所处的平面内。
31.本方案可以保障样品液体全部进入纳液微室中，不会有样品液体存留在预置孔中。前文中提及，要将乳液、胶体等以液滴的形式分散到多个微室中，可以让微室通过微通道连通至主通道或其它微室，然后利用动力让液体进入各微通道、各微室，这种方法除了效率较低之外，还有一个问题就是，微通道中会存留有大量液体，也就是说，不能保障样品液体全部进入纳液微室中（在微流控芯片中，检测、试验的相关结构通常都是针对纳液微室进行设计的，微通道结构往往过多且过于复杂，不便于甚至是无法进行操作），这样的情况下，虽然也能满足某些要求下的试验、检测等，但对于要求进行全样品参与的试验、检测，可能就无法满足了。
32.此外，如果所有纳液微室同时开始纳入液滴的话，一旦处在下方的纳液微室都满了（处在上方的许多纳液微室还没满甚至还没开始纳液），那么后续存留在预置孔内的样品液体也会无法继续进入纳液微室了（液面以下的纳液微室都满了），这样同样也会有“不能保障样品液体全部进入纳液微室中”的问题。
33.本方案中，为了避免上述问题，采用以下方式：在每一个双层环板中，当排气道不通时，纳液微室中的空气无法顺利排出，预置孔内的样品液体就无法顺利进入纳液微室，所以，只有上环板上的主滑条（密封条）顺利移动，且密封条不再封住排气道后，样品液体才能顺利进入纳液微室。而对于主滑条来说，只有滑道腔与大气连通，主滑条才能顺利移动（最上方的一个上环板上的主滑条例外，因为最上方的一个上环板上的各滑道腔均与大气连通，所以最上方的一个上环板上的主滑条直接可以滑动）。
34.最上方的一个双层环板命名为1号双层环板，1号双层环板所包括的上环板命名为1号上环板，1号双层环板所包括的下环板命名为1号下环板；处在1号双层环板下方且邻近1号双层环板的那个双层环板名为2号双层环板，2号双层环板所包括的上环板命名为2号上环板，2号双层环板所包括的下环板命名为2号下环板；处在2号双层环板下方且邻近2号双层环板的那个双层环板名为3号双层环板，3号双层环板所包括的上环板命名为3号上环板，3号双层环板所包括的下环板命名为3号下环板
……
，以此类推进行命名。
35.以样品液体液面处在1号下环板顶面上方为例进行描述：
主筒开始转动后，在离心力作用下，1号上环板上的主滑条开始向外移动（此时其它上环板上的主滑条都几乎不移动，因为其它上环板上的滑道腔均不与大气连通），某一时刻开始，1号双层环板上的排气道均与大气连通，在离心力作用下，预置孔内的样品液体可以进入1号双层环板上的各纳液微室中，1号双层环板上的排气道均与大气连通之后的某一时刻，1号上环板上的各主滑条均接触滑条限位体，此时1号下环板上的竖滑磁铁被主滑条上的上引磁铁吸引，竖滑磁铁可以带着竖滑柱一起上移，直至竖滑磁铁与上引磁铁互相吸引固定，此时竖滑柱不再阻断排气道，从而2号上环板上的滑道腔可以通过1号上环板上的平衡孔、1号上环板上的排气道连通至大气，在离心力作用下，2号上环板上的主滑条开始向外移动（此时1号上环板上的主滑条已经无法继续移动，而剩余其它上环板上的主滑条都几乎不移动，因为其它上环板上的滑道腔均不与大气连通），某一时刻开始，2号双层环板上的排气道均与大气连通，在离心力作用下，预置孔内的样品液体可以进入2号双层环板上的各纳液微室中，2号双层环板上的排气道均与大气连通之后的某一时刻，2号上环板上的各主滑条均接触滑条限位体，此时2号下环板上的竖滑磁铁被主滑条上的上引磁铁吸引，竖滑磁铁可以带着竖滑柱一起上移，直至竖滑磁铁与上引磁铁互相吸引固定，此时竖滑柱不再阻断排气道，从而3号上环板上的滑道腔可以通过2号上环板上的平衡孔、2号上环板上的排气道连通至大气
……
，之后可以继续类推，直至最下方那个的双层环板。
36.由上可见，本方案中，通过逐层推进的方式，可让每个双层环板上的纳液微室都起到吸纳样品液体的作用（前提是预置孔内的样品液体量够），这样一来，当纳液过程彻底完成后，可以“保障样品液体全部进入纳液微室中”。
37.需要强调的是，纳液之前，预置孔内样品液体的总量不能大于样品液体液面以下的所有纳液微室的容积之和，更具体的数据，则可根据实际情况和需求进行设计及设定，在此不做绝对限定。
38.所述主筒外套设有外筒6，主筒外侧壁上设有用于接触外筒底部的支撑架体11；在一个纳液结构中：竖滑柱侧壁上设有处在排气道内的内磁体511，密封条上设有可容纳竖滑磁铁上端的容纳槽311b，容纳槽开口朝下，上引磁铁固定在容纳槽内，当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，竖滑磁铁上端处在容纳槽内，主滑条接触滑条限位体，密封条上设有用于让密封条复位的复位动磁块313；外筒内侧壁上设有与下环板一一对应的外磁环61，在对应的下环板与外磁环中：内磁体可与外磁环互相吸引固定，任一内磁体均与外磁环构成内外吸引结构；在所有内外吸引结构中：当各内磁体均与外磁环互相吸引固定时，若外筒底部接触支撑架体，则在任一纳液结构中，竖滑磁铁处在容纳槽外。
39.本方案中，以样品液体液面处在1号下环板顶面上方为例进行描述：主筒开始转动后，在离心力作用下，1号上环板上的主滑条开始向外移动（此时其它上环板上的主滑条都几乎不移动，因为其它上环板上的滑道腔均不与大气连通），某一时刻开始，1号双层环板上的排气道均与大气连通，在离心力作用下，预置孔内的样品液体可以进入1号双层环板上的各纳液微室中，1号双层环板上的排气道均与大气连通之后的某一时刻，1号上环板上的各主滑条均接触滑条限位体，此时1号下环板上的竖滑磁铁被主滑条上的上引磁铁吸引，竖滑磁铁可以带着竖滑柱一起上移，直至竖滑磁铁与上引磁铁互相吸引固定，竖滑磁铁上端处在容纳槽内，1号上环板被“锁住”。之后的过程中，同理，某一时刻，
2号上环板被“锁住
”……
，再之后的过程中，同理，某一时刻，3号上环板被“锁住
”……
，以此类推。
40.若无容纳槽结构，当纳液工作到中途时，若因各种原因出现离心电机停止工作的情况，已经接触到滑条限位体的主滑条有可能会向着预置孔轴线方向回退一些，这是因为在任意若干个上下连续相邻的纳液结构中：当各控液磁体竖直投影均重合时，各控液磁体以海尔贝克阵列的形式排布。而本发明中以海尔贝克阵列的形式排布的控液磁体中，相邻两个控液磁体之间若无其它固定结构，那么相邻两个控液磁体是不能自己维持“竖直投影重合”这一状态的。而在本方案中，就不必担心上述问题了，因为竖滑磁铁进入容纳槽并与容纳槽内的上引磁铁互相吸引固定后，可以“锁住”容纳槽所在的上环板，所以后续直接进行主筒的转动即可继续完成纳液工作。而基于上述理由，本发明也适用于“二次加液”的情形，因为离心电机暂时停机后，不会对后续纳液工作造成什么负面影响，所以在有需要时，自然也就可以中途“二次加液”了。
41.本方案中，在使用本发明实现将“液滴离散到多个微室”的功能之前，先从下往上将外筒取出（外磁环也连着外筒一起取走）。如此一来，在重力作用下，初始时，每个竖滑柱都能处在“阻断排气道的位置”上。使用本发明后，各竖滑柱不再阻断排气道，此时套回外筒，外磁环会吸引内磁体下移，当外筒底部接触支撑架体后，各内磁体均与外磁环互相吸引固定，此时各竖滑柱重新回到“阻断排气道的位置”上，每个双层环板中的主滑条也不再被锁住，此时可利用磁棒伸入预置孔中以吸引复位动磁块移动，从而实现各主滑条的复位。
42.所述主筒还包括上延伸筒7，上延伸筒底部与最上方的一个双层环板顶部密封固定，上延伸筒竖直投影与任一双层环板竖直投影重合。
43.有时候样品液体量较大，可能会漫出预置孔外，或者是主筒旋转时，样品液体局部液面上升，样品液体可能会被甩出预置孔外，因此设置了上延伸筒，可防止样品液体从预置孔上方脱离预置孔。
44.在最上方的一个上环板及上延伸筒中：上延伸筒上设有与各滑道腔一一对应的初始出气道2.1a，初始出气道内端连通对应的滑道腔，初始出气道外端开口于上延伸筒外侧壁，滑道腔通过对应的初始出气道与大气连通。
45.实施例2：基于实施例1，如图1至图14所示，所述纳液微室包括微室前通孔2h及微室主槽孔2i，在一个纳液结构中：微室前通孔内端开口于主筒内侧壁，微室主槽孔内端开口，微室主槽孔外端封闭，微室前通孔外端连通微室储存槽孔内端，微室前通孔直径沿邻近微室主槽孔至远离微室主槽孔的方向逐渐增大。
46.实施例3：基于实施例1或实施例2，如图1、图3、图4、图5、图6、图7至图14所示，微室主槽孔的直径为微室排气孔直径的2至6倍，微室排气孔下端为排气端，在一个纳液结构中：在微室主槽孔轴向上，排气端与微室主槽孔封闭端的距离为n，排气端与微室主槽孔开口端的距离为m，m大于或等于5n。
47.在一个双层环板中：还包括多个与纳液微室一一对应的检测电极结构，检测电极结构包括外接触电极81、中间导线及内接触电极82，在对应的纳液微室与检测电极结构中：检测电极结构还包括开口于主筒外侧壁的电极孔，外接触电极固定在电极孔上，外接触电极、中间导线及内接触电极依次电性连接，内接触电极与纳液微室的底部相贴，内接触电极
的竖直投影呈长条状，在内接触电极的竖直投影的长度方向上，内接触电极贯穿纳液微室。
48.检测电极结构预装在纳液微室处，可以快速对纳液微室内的液滴进行检测，从而实现某些所需的检测目的。具体实现方式为，在液滴离散到多个纳液微室后，取走外筒（若无外筒则无需取走），将检测设备的检测电极与外接触电极接触，即可利用检测设备获知所需的检测信息。还需要说明的是，外接触电极数量很多，所以可以采用多检测电极型的检测设备，将多个检测电极同时去接触本发明中的多个甚至是全部外接触电极，这样，只要一至数次接触动作，就能完成全部检测。
49.在一个纳液结构中：密封条底部设有磁块槽，复位动磁块固定在磁块槽上，下环板上设有可与复位动磁块互相吸引固定的复位定磁块34，当复位动磁块与复位定磁块互相吸引固定时，密封条封住微室排气孔上端，密封条封住排气道内端。复位动磁块与预置孔轴线最短距离为m，复位动磁块与预置孔之间最短距离为n，n小于3毫米，m大于10n。
50.本方案中，无需再使用磁棒等结构伸入预置孔中以吸引复位动磁块移动复位了。当套回外筒（外筒套到主筒外），外磁环会吸引内磁体下移，当外筒底部接触支撑架体后，各内磁体均与外磁环互相吸引固定，此时各竖滑柱重新回到“阻断排气道的位置”上，每个双层环板中的主滑条也不再被锁住，此时在复位动磁块与复位定磁块的相互作用下，各主滑条自动复位，且主滑条复位后的位置稳定。

技术特征：
1.一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，包括上端开口的主筒及用于驱动主筒转动的离心电机；所述主筒包括筒底及多个由上至下依次布置的双层环板，在一个双层环板中：双层环板包括上环板及下环板，双层环板上设有多个沿双层环板周向均匀分布的纳液结构，纳液结构包括设于上环板上的滑道腔、与滑道腔滑动密封配合的主滑条、用于限位主滑条的滑条限位体、用于排气的排气道、设于下环板上的纳液微室、设于下环板上的控液磁体及设于下环板上的排气孔，滑条限位体处在滑道腔内；在一个纳液结构中：纳液微室开口于主筒内侧壁，排气孔下端与纳液微室顶部连通，排气道外端开口于主筒外侧壁，主滑条包括用于同时封住排气孔上端及排气道内端的密封条，密封条上设有滑条气槽，密封条上设有控液磁体，当主滑条接触滑条限位体时，排气孔上端、滑条气槽及排气道内端依次连通，设于密封条上的控液磁体的竖直投影与设于下环板上的控液磁体的竖直投影重合；在任意若干个上下连续相邻的纳液结构中：当各控液磁体竖直投影均重合时，各控液磁体以海尔贝克阵列的形式排布。2.根据权利要求1所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，最上方的一个上环板上的各滑道腔均与大气连通；在一个纳液结构中：纳液结构还包括设于下环板上的竖滑槽，竖滑槽底部设有与大气连通的小气道，小气道连通竖滑槽底部，竖滑槽穿过排气道，竖滑槽内设有用于阻断排气道的竖滑柱，竖滑柱与竖滑槽滑动密封配合，竖滑柱上端设有处在竖滑槽内的竖滑磁铁，主滑条还包括用于吸引竖滑磁铁的上引磁铁；当主滑条接触滑条限位体时：上引磁铁处在竖滑磁铁正上方；当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，整个排气道通过排气道外端开口连通大气；任一下环板与该下环板下方相邻的一个上环板共同构成一个排气触发机构，在一个排气触发机构中：包括一与滑道腔连通的平衡孔，平衡孔连通排气道，当整个排气道通过排气道外端开口连通大气时，滑道腔、排气道外端及大气依次连通，当竖滑柱阻断排气道时，滑道腔与排气道外端之间被阻断；在最下方的一个下环板中：纳液微室开口于主筒内侧壁一端的最低点处在筒底顶面所处的平面内。3.根据权利要求2所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，所述主筒外套设有外筒，主筒外侧壁上设有用于接触外筒底部的支撑架体；在一个纳液结构中：竖滑柱侧壁上设有处在排气道内的内磁体，密封条上设有可容纳竖滑磁铁上端的容纳槽，容纳槽开口朝下，上引磁铁固定在容纳槽内，当竖滑磁铁上端接触上引磁铁时，竖滑磁铁上端处在容纳槽内，主滑条接触滑条限位体，密封条上设有用于让密封条复位的复位动磁块；外筒内侧壁上设有与下环板一一对应的外磁环，在对应的下环板与外磁环中：内磁体可与外磁环互相吸引固定，任一内磁体均与外磁环构成内外吸引结构；在所有内外吸引结构中：当各内磁体均与外磁环互相吸引固定时，若外筒底部接触支撑架体，则在任一纳液结构中，竖滑磁铁处在容纳槽外。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯
片，其特征是，所述主筒还包括上延伸筒，上延伸筒底部与最上方的一个双层环板顶部密封固定，上延伸筒竖直投影与任一双层环板竖直投影重合。5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，所述纳液微室包括微室前通孔及微室主槽孔，在一个纳液结构中：微室前通孔内端开口于主筒内侧壁，微室主槽孔内端开口，微室主槽孔外端封闭，微室前通孔外端连通微室储存槽孔内端，微室前通孔直径沿邻近微室主槽孔至远离微室主槽孔的方向逐渐增大。6.根据权利要求5所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，在一个纳液结构中：微室主槽孔的直径为排气孔直径的2至6倍，排气孔下端为排气端，在一个纳液结构中：在微室主槽孔轴向上，排气端与微室主槽孔封闭端的距离为n，排气端与微室主槽孔开口端的距离为m，m大于或等于5n。7.根据权利要求1所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，在一个双层环板中：还包括多个与纳液微室一一对应的检测电极结构，检测电极结构包括外接触电极、中间导线及内接触电极，在对应的纳液微室与检测电极结构中：检测电极结构还包括开口于主筒外侧壁的电极孔，外接触电极固定在电极孔上，外接触电极、中间导线及内接触电极依次电性连接，内接触电极与纳液微室的底部相贴，内接触电极的竖直投影呈长条状，在内接触电极的竖直投影的长度方向上，内接触电极贯穿纳液微室。8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，其特征是，在一个纳液结构中：密封条底部设有磁块槽，复位动磁块固定在磁块槽上，下环板上设有可与复位动磁块互相吸引固定的复位定磁块，当复位动磁块与复位定磁块互相吸引固定时，密封条封住排气孔上端，密封条封住排气道内端。

技术总结
本发明公开了一种基于海尔贝克阵列磁体控液的多微室型微流控芯片，包括主筒及离心电机，主筒包括筒底及多个双层环板，双层环板上设有多个纳液结构，纳液结构包括滑道腔、主滑条、滑条限位体、排气道、纳液微室、控液磁体及排气孔，主滑条包括密封条，密封条上设有控液磁体，当主滑条接触滑条限位体时，排气孔上端、滑条气槽及排气道内端依次连通。本发明的有益效果是：既能较为快速地离散液滴，短时间内获得多个“少数液滴集群”，又还能防止液滴脱离微室，有效进行液滴控位，可满足“要求进行全样品参与的试验、检测”，适应性广，适用于多种液体，适用于多种尺寸范围的液滴，需要定量控制时，均匀可控，且能稳定控制、排列液滴。排列液滴。排列液滴。


技术研发人员：唐乔 俞晓平 叶子弘
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/14