一种应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块的制作方法

技术特征：
1.一种应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块，其特征在于，该装置包括微流控芯片夹具(1)、安装底座(2)、图案化粘接层(3)、微线圈柔性板(4)、流道腔体(5)、防水通气膜(6)、小型激光发射器(7)、水凝胶阀门(8)、振动马达(9)以及由驱动控制模块盒(10)、可充电电源(11)和集成电路板(12)构成的驱动控制模块；所述集成电路板(12)主要由接线柱(1201)、继电器模块(1202)、核心控制芯片(1203)、电压调节模块(1204)构成；微线圈柔性板(4)的焊点(403)通过导线与集成电路板(12)的接线柱(1201)连接，振动马达(9)通过导线与集成电路板(12)的接线柱(1201)连接，两个小型激光发射器(7)通过导线与集成电路板(12)的接线柱(1201)连接；两个小型激光发射器(7)通过微流控芯片夹具(1)两则支架上的激光发射器安装孔(101)进行固定安装；安装底座(2)中有配合振动马达(9)尺寸的凹槽(201)，用以安装振动马达(9)；安装底座(2)通过图案化粘接层(3)与微线圈柔性板(4)粘接，将振动马达(9)夹在安装底座(2)与微线圈柔性板(4)之间；微线圈柔性板(4)通过图案化粘接层(3)与流道腔体(5)粘接，图案化粘接层(3)将流道腔体部分切除，流道及腔体的底部为微线圈柔性板(4)；流道腔体(5)主要由进样口(501)、进样腔体(502)、水凝胶微球注入口(503)、出样口(504)、出样腔体(505)、阀口(506)、混合腔体(507)、通气孔(508)构成；光敏水凝胶微球卡在阀口(506)处，作为水凝胶阀门(8)；流道腔体(5)有通气孔(508)，孔的顶部通过图案化粘接层(3)与防水通气膜(6)粘接；控制模块控制进样路径上的第一小型激光发射器发射激光照射第一光敏水凝胶微球，该微球收缩，第一水凝胶阀门打开，液体因流道的毛细力的作用，从进样腔体(502)进入混合腔体(507)；微线圈柔性板(4)的双螺旋微磁线圈(402)通电，因其产生的磁场效应磁珠向双螺旋微磁线圈(402)的中心聚集并沉底，双螺旋微磁线圈(402)断电，振动马达(9)通电，团聚沉底的磁珠扩散，振动马达(9)断电，双螺旋微磁线圈(402)通电，二者反复交替进行一定时间，最后都断电；出样路径上的第二小型激光发射器发射激光照射第二光敏水凝胶微球，该微球收缩，第二水凝胶阀门打开，液体因流道的毛细力的作用，从混合腔体(507)进入出样腔体(505)。2.根据权利要求1所述的应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块，其特征在于，所述微线圈柔性板(4)为三层结构，底层为聚醯亚胺的柔性基底(404)，然后在柔性基底(404)上利用镂空模具溅射、电镀的传统工艺制造铜材料的双螺旋微磁线圈(402)，双螺旋微磁线圈(402)是传统的阿基米德螺旋线由外向内绕进，当绕到原点时再从原点反向沿阿基米德螺旋线绕出来，上层可再覆盖一层聚酯的绝缘薄膜(401)，且绝缘薄膜(401)上开孔出焊点(403)的位置；所述流道腔体(5)是pdms柔性材料翻模制得，流道腔体(5)主要由进样口(501)、进样腔体(502)、水凝胶微球注入口(503)、出样口(504)、出样腔体(505)、阀口(506)、混合腔体(507)、通气孔(508)构成；进样口(501)用于注入磁珠及待捕获样品，进样腔体(502)暂时储存磁珠及待捕获样品；水凝胶微球注入口(503)用于注入光敏水凝胶微球，阀口(506)用于卡住光敏水凝胶微球，为了更好地固定光敏水凝胶微球，阀口(506)为椭圆形，其长直径接近光敏水凝胶微球正常溶胀状态下的直径；混合腔体(507)提供混合磁珠与待捕获样品所需的腔体场所，以便提高磁珠对待捕获样品的捕获效率；出样腔体(505)用于暂时储存混合完后的磁珠与样品，出样口(504)则用于提取二者的混合物或着通往其他微流控芯片检测模块；为了较好的毛细力、虹吸力效果，进样腔体(502)、出样腔体(505)、混合腔体(507)的
腔体高度比流道的高度要高，三者高度从高到低为：进样腔体(502)、混合腔体(507)、出样腔体(505)；通气孔(508)用于平衡液体进出时腔内的气压平衡；所述安装底座(2)是pdms柔性材料翻模制得，安装底座(2)主要用来固定安装振动马达(9)，安装底座(2)中有配合振动马达(9)尺寸的凹槽(201)，以保证在z轴上是过盈配合，安装底座(2)的柔性材料特性，保证了振动马达(9)装配的牢固性；振动马达(9)由常见的普通三相电机改制而成，去掉一个线圈，重心不平衡，通电旋转时会碰撞周围壳体，从而发生振动；所述微流控芯片夹具(1)的围栏尺寸主要配合安装底座(2)的外围尺寸，以进行间隙配合，其围栏两端有开口以方便微流控芯片的拿取更换，微流控芯片夹具(1)的两侧有l型支架，l型支架一端有通孔，以安装固定小型激光发射器(7)；所述图案化粘接层(3)是利用激光切割机，按照预先画好的cad激光切割路径图对双面胶带进行切割，制得两面都具有图案化粘接层(3)，利用图案化粘接层(3)将安装底座(2)与微线圈柔性板(4)粘接、微线圈柔性板(4)与流道腔体(5)粘接、微线圈柔性板(4)的通气孔(508)与防水通气膜(6)粘接，此处的防水通气膜(6)是利用激光切割机对ptfe薄膜进行切割图案化；所述水凝胶阀门(8)是将光敏水凝胶微球卡在椭圆形的阀口(506)处，光敏水凝胶微球未光照收缩状态下的直径接近阀口(506)的长直径，预先收缩的光敏水凝胶微球从流道腔体(5)的水凝胶微球注入口(503)注入到流道中，控制流速，待其流动到阀口(506)位置时回复原来大小并卡在阀口(506)处；此光敏水凝胶微球是以温敏水凝胶为基质通过rd改性过的，具有更强的韧性和机械响应特性。3.根据权利要求1或2所述的应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块，其特征在于，所述水凝胶阀门(8)中的光敏水凝胶微球以纳米粘土laponite rd(lap-rd)添加到普通n-异丙基丙烯酰胺(nipam)温度敏感水凝胶中，然后，将纳米氧化亚铁(fe3o4)粒子杂化在改性的水凝胶中，产生光响应特性；光敏水凝胶微球在t型流道的两个入口分别通入两相液体，通过注射泵分别对两相液体流速控制以生成不同粒径的液滴；但对于需要大批量制备固定粒径阀芯的场景而言，采用蠕动泵单出口控制的液滴生成方案更有优势，通过该单出口控制的t型流道生成杂化了fe3o4纳米颗粒的球型lap-rd改性光敏水凝胶微球；该光敏水凝胶微球的基质为温敏水凝胶，在高于临界相变温度的水中体积会快速收缩，将收缩后的阀芯通过阀芯注入流道注射进阀体区域并封闭注入流道；当流体流动带走热量，使阀芯温度低于临界相变温度后，光敏水凝胶微球会重新溶胀关闭流道，实现微阀的片上构建。4.根据权利要求1或2所述的应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块，其特征在于，所述微线圈柔性板(4)中的双螺旋微磁线圈(402)是传统的阿基米德螺旋线由外向内绕进，当绕到原点时再从原点反向沿阿基米德螺旋线绕出来，此种图案只需制造单层电路结构，可以减少制作工艺步骤和制造成本，且其产生的磁场本方向在相邻两条线圈之间的沟壑是向下或向上(以n级指向s级为正向)，相邻沟壑为相反方向，但越靠近双螺旋微磁线圈(402)中心，磁场密度越大，而磁珠本身也有磁极之分，所以磁珠会以翻滚的状态向双螺旋微磁线圈(402)中心运动。5.根据权利要求1或2所述的应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块，其特征在于，所述振动马达(9)固定在安装底座(2)的凹槽(201)中，其顶部是微线圈柔性板(4)的
柔性基底(404)，振动马达(9)振动时既带动了整个微流控芯片在xy平面内振动，也在振动时不停撞击柔性基底(404)，柔性基底(404)会以一定频率在z方向上振动，在整个微流控芯片和柔性基底(404)的混合振动效果下，带动了混合腔体(507)中液体从中心向四轴旋转着移动，起到了涡旋的作用，被双螺旋微磁线圈(402)吸附到中心的磁珠也在此作用下向四周旋转着散开。

技术总结
本发明公开了属于微流控芯片技术领域的一种应用于微流控芯片的便携式磁珠自动化混合模块。在微流控芯片中利用RD改性的光敏水凝胶制造可控微阀，在混合腔体内利用双螺旋形状的微线圈驱动磁珠向混合腔体的中心移动，振动马达带动柔性基底振动，将聚集的磁珠驱动扩散到混合腔体四周，二者如此反复。磁珠主动移动，增大了磁珠与待测物的接触概率，缩短了捕获时间，提高了捕获效率。激光发射器、双螺旋微磁线圈、振动马达都由以ATmega芯片为核心的控制模块控制，整体装置进行了集成化设计，可实现便携式、自动化混合，为微流控芯片中磁珠与待测物混合提供了新的装置模块。物混合提供了新的装置模块。物混合提供了新的装置模块。


技术研发人员：张文强 潘景文 许文涛 李舒婷 曹恺恒 徐铭昊 邓学
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/3/18