一种无线微流体控制模块、微流控芯片及其控制方法与流程

1.本发明属于mems器件与微流控电路封装及控制系统领域，涉及一种无线微流体控制模块、微流控芯片及其控制方法。背景技术：2.微流控技术广泛地应用在医疗实时检测和高等院校的生物学以及药学的研究中。微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)微泵、微阀等芯片是在微流控芯片中具有很强应用价值的驱动器件，其可以替代传统方式的微流体泵(如注射泵、蠕动泵等)或微阀(机械阀)，实现小型化、高精度的微流体控制。但由于微流体芯片的封装电路板与控制模块之间往往离不开电子连接线缆，导致微流体芯片在与微流控应用的集成过程中，亦存在连接操作繁琐、芯片数量难以规模化增加等痛点。3.因此，如何提供一种新的电路封装方式和控制模块快速插拔连接方式，以及多个控制模块组网形成规模化控制的方法，以改善封装电路板与控制模块之间的连接方式，并实现多个芯片协同工作，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。技术实现要素：4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线微流体控制模块、微流控芯片及其控制方法，用于解决现有技术中微流体芯片的封装电路板与控制模块之间连接操作繁琐、芯片数量难以规模化增加的问题。5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线微流体控制模块，包括：6.微流体芯片，包括相互连通的流体入口及流体出口，且所述微流体芯片的表面设有芯片引出脚；7.芯片封装电路板，表面设有引脚焊盘及第一电路接口，所述引脚焊盘与所述芯片引出脚之间通过导线连接；8.芯片封装基座，包括输入通孔及输出通孔，所述微流体芯片及所述芯片封装电路板均放置于所述芯片封装基座上，所述输入通孔与所述流体入口对准，所述输出通孔与所述流体出口对准；9.输入导管及输出导管，所述输入导管一端插入所述输入通孔以与所述流体入口连通，所述输出导管一端插入所述输出通孔以与所述流体出口连通；10.无线控制电路板，包括无线通信模块及第二电路接口，所述第二电路接口与所述第一电路接口连接，所述无线控制电路板通过所述无线通信模块接收外部控制信号，并根据外部控制信号控制所述微流体芯片运行。11.可选地，所述芯片封装电路板中设有收容槽，所述收容槽上下贯穿所述芯片封装电路板，所述微流体芯片位于所述收容槽内。12.可选地，所述芯片封装基座设有一凸台，所述输入通孔及所述输出通孔均上下贯穿所述凸台，所述凸台伸入所述收容槽中，所述微流体芯片放置于所述凸台上。13.可选地，所述第一电路接口包括导电触点，所述导电触点位于所述芯片封装电路板上表面，所述第二电路接口包括弹簧针，所述弹簧针突出于所述无线控制电路板下表面。14.可选地，所述第一电路接口包括导电插针，所述导电插针突出于所述芯片封装电路板侧面，所述第二电路接口包括插槽。15.可选地，所述无线微流体控制模块还包括卡扣支架，所述微流体芯片与所述无线控制电路板均至少有一部分卡设于所述卡扣支架中。16.可选地，所述芯片封装电路板包括pcb硬板。17.可选地，所述微流体芯片包括微泵、微阀、微混合器、微分离器、微液滴产生器中的任意一种。18.可选地，所述无线通信模块包括wifi模块、蓝牙模块、zigbee模块及毫米波模块中的至少一种。19.可选地，所述无线控制电路板包括电源。20.本发明还提供一种微流控芯片，包括流道板及装设于所述流道板上的多个如上任意一项所述的无线微流体控制模块。21.本发明还提供一种微流控芯片的控制方法，包括：22.提供一微流控芯片，所述微流控芯片包括流道板及装设于所述流道板上的多个如上任意一项所述的无线微流体控制模块，多个所述无线微流体控制模块通过各自的所述无线通信模块组网；23.利用外部无线控制设备将控制信号发送至一个或多个所述无线微流体控制模块，以实现对一个所述无线微流体控制模块的控制或同时对多个所述无线微流体控制模块的控制。24.可选地，所述外部无线控制设备对所述无线微流体控制模块的控制包括驱动频率控制、驱动时间设置、控制电压设置中的至少一种。25.如上所述，本发明的无线微流体控制模块中，微流体芯片、芯片封装电路板、芯片封装基座、输入导管及输出导管微流体芯片组成微流体芯片封装结构，该微流体芯片封装结构与无线控制电路板之间通过相匹配的电路接口，可以实现快速、方便的电连接，并且无线控制电路板包括无线通信模块，可以实现任意多个无线微流体控制模块之间组成协同网络，共同完成复杂的微流体控制操作。附图说明26.图1及图2显示为微流体芯片的立体结构示意图。27.图3显示为芯片封装电路板的立体结构示意图。28.图4显示为芯片封装基座的立体结构示意图。29.图5显示为输入导管的立体结构示意图。30.图6显示为微流体芯片封装结构的分解结构示意图。31.图7显示为微流体芯片封装结构的组合结构示意图。32.图8显示为无线控制电路板的立体结构示意图。33.图9显示为卡扣支架的立体结构示意图。34.图10显示为微流体芯片封装结构、卡扣支架及无线控制电路板组装前的分解结构示意图。35.图11显示为微流体芯片封装结构、卡扣支架及无线控制电路板组装后的整体结构示意图。36.图12及图13显示为一种微流控芯片的立体结构示意图。37.图14显示为多芯片组网控制架构示意图。38.元件标号说明[0039]1[0040]101ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流体入口[0041]102ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流体出口[0042]103ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ芯片引出脚[0043]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ芯片封装电路板[0044]201ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ引脚焊盘[0045]202ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第一电路接口[0046]203ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ收容槽[0047]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ芯片封装基座[0048]301ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输入通孔[0049]302ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输出通孔[0050]303ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ凸台[0051]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输入导管[0052]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输出导管[0053]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ无线控制电路板[0054]601ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第二电路接口[0055]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ卡扣支架[0056]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ流道板[0057]801ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第一储液池[0058]802ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第二储液池[0059]803ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第三储液池[0060]804ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第四储液池[0061]805ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第五储液池[0062]806ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第一流道[0063]807ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第二流道[0064]808ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第三流道[0065]809ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ第四流道[0066]810ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输出口[0067]811ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ输入口[0068]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ微泵型无线微流体控制模块具体实施方式[0069]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。[0070]请参阅图1至图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。[0071]实施例一[0072]本实施例中提供一种无线微流体控制模块，包括微流体芯片1、芯片封装电路板2、芯片封装基座3、输入导管4、输出导管5及无线控制电路板6。[0073]作为示例，请参阅图1及图2，显示为所述微流体芯片1的立体结构示意图。所述微流体芯片1包括相互连通的流体入口101及流体出口102，且所述微流体芯片1的表面设有芯片引出脚103。[0074]作为示例，所述流体入口101及所述流体出口102设置于所述微流体芯片1的正面，所述芯片引出脚103设置于所述微流体芯片1的背面。所述微流体芯片1内部设有流道(未图示)，本实施例中，所述微流体芯片包括但不限于微泵、微阀、微混合器、微分离器、微液滴产生器中的任意一种，根据应用类型的不同，芯片内部流道的具体设计也不相同，流体入口、流体出口的数目、分布也可以根据实际需要进行设置，此处不应过分限制本发明的保护范围。[0075]作为示例，区别于一般不含电路的塑料片型微流控芯片，本实施例中的微流体芯片是基于cmos工艺并结合mems工艺制作的，其中集成有电路，并可以实现小型化，其中，流体出入口、流道及一部分电路(例如执行电驱动的关键元件)采用mems工艺制造，实现逻辑控制的cmos电路采用cmos工艺制造。[0076]作为示例，请参阅图3至图5，其中，图3显示为所述芯片封装电路板2的立体结构示意图，本实施例中，所述芯片封装电路板2选用pcb硬板，所述芯片封装电路板2表面设有引脚焊盘201及第一电路接口202；图4显示为所述芯片封装基座3的立体结构示意图，所述芯片封装基座3包括输入通孔301及输出通孔302；图5显示为所述输入导管4的立体结构示意图，所述输入导管4可选用不锈钢或硬质塑料毛细管，所述输出导管5(未单独图示)采用与所述输入导管4相同的结构。[0077]作为示例，所述微流体芯片1、所述芯片封装电路板2、所述芯片封装基座3、所述输入导管4及所述输出导管5可预先封装在一起，形成微流体芯片封装结构。请参阅图6及图7，其中，图6显示为所述微流体芯片封装结构的分解结构示意图，图7显示为所述微流体芯片封装结构的组合结构示意图，其中，所述微流体芯片1及所述芯片封装电路板2均放置于所述芯片封装基座3上，所述输入导管4一端插入所述输入通孔301以与所述流体入口101连通，所述输出导管5一端插入所述输出通孔302以与所述流体出口102连通。[0078]作为示例，所述芯片封装基座3设有一凸台303，所述输入通孔301及所述输出通孔303均上下贯穿所述凸台303，所述微流体芯片1正面朝下放置于所述凸台303上，且所述输入通孔301与所述流体入口101对准，所述输出通孔302与所述流体出口102对准。所述芯片封装电路板2中设有收容槽203，所述收容槽203上下贯穿所述芯片封装电路板2，所述凸台303伸入所述收容槽203中，且所述微流体芯片位于所述收容槽203内，所述芯片封装电路板2的所述引脚焊盘201与所述微流体芯片1的所述芯片引出脚103之间可采用打线工艺，通过导线(未图示)连接。[0079]请参阅图8，显示为所述无线控制电路板6的立体结构示意图，所述无线控制电路板6包括无线通信模块及第二电路接口601。当所述微流体芯片封装结构通过所述第一电路接口201与所述无线控制电路板6的所述第二电路接口601连接后，所述无线控制电路板6通过所述无线通信模块接收外部控制信号，并根据外部控制信号控制所述微流体芯片1运行。[0080]作为示例，所述无线通信模块6包括但不限于wifi模块、蓝牙模块、zigbee(紫蜂)模块及毫米波模块中的至少一种，通过所述无线通信模块，可以实现任意多个无线微流体控制模块之间组成协同网络，共同完成复杂的微流体控制操作[0081]作为示例，所述无线控制电路板6集成有电源。[0082]作为示例，请参阅图9，所述无线微流体控制模块还包括卡扣支架7，所述微流体芯片封装结构与所述无线控制电路板6均至少有一部分卡设于所述卡扣支架7中，以提高接触稳定性，且所述卡扣支架7还可以作为保护外壳。当所述微流体芯片1使用过后，可将所述微流体芯片封装结构整体从所述卡扣支架7上取下，并换上新的微流体芯片封装结构以与所述无线控制电路板6连接，更换过程方便快捷。[0083]请参阅图10及图11，其中，图10显示为所述微流体芯片封装结构、所述卡扣支架7及所述无线控制电路板6组装前的分解结构示意图，图11显示为所述微流体芯片封装结构、所述卡扣支架7及所述无线控制电路板6组装后的整体结构示意图。[0084]需要指出的是，所述微流体芯片封装结构与所述无线控制电路板6均设有与所述卡扣支架7相配合的卡点或卡固部(未图示)，且卡点或卡固部可以灵活设置，此处不应过分限制本发明的保护范围。[0085]作为示例，所述第一电路接口202包括导电触点(例如导电金属触点)，所述导电触点位于所述芯片封装电路板2上表面，所述第二电路接口601包括弹簧针，所述弹簧针突出于所述无线控制电路板6下表面。采用这种电路接口设计，所述微流体芯片封装结构与所述无线控制电路板6可以采用垂直叠放的方式，有利于小型化。[0086]在其他实施例中，所述第一电路接口202与所述第二电路接口601也可以采用其它相匹配的连接器，例如，所述第一电路接口可包括导电插针(例如边缘金手指)，所述导电插针突出于所述芯片封装电路板侧面，所述第二电路接口包括与所述导电插针相匹配的插槽。相对于导电触点与弹簧针上下接触的方式，边缘接触方式可能使得所述无线微流体控制模块占用更多面积，难以小型化。[0087]需要指出的是，根据所述微流体芯片封装结构与所述无线控制电路板6具体连接方式的不同，所述卡扣支架的具体结构也可进行调整，此处不应过分限制本发明的保护范围。[0088]本实施例的无线微流体控制模块中，微流体芯片、芯片封装电路板、芯片封装基座、输入导管及输出导管微流体芯片组成微流体芯片封装结构，其中，芯片封装电路板采用pcb硬板，可通过电路接口将电信号引出。微流体芯片封装结构与无线控制电路板之间通过相匹配的电路接口，可以实现快速、方便的电连接，去除了fpc软板的繁琐插线连接过程。同时，本实施例的无线微流体控制模块中，无线控制电路板包括无线通信模块，可以实现任意多个无线微流体控制模块之间组成协同网络，共同完成复杂的微流体控制操作。[0089]实施例二[0090]本实施例提供一种微流控芯片，包括流道板及装设于所述流道板上的多个如实施例一中所述的无线微流体控制模块，其中，所述流道板上的流道设计、所述无线微流体控制模块的类型与数目可根据所需进行的微流控实验进行调整。[0091]作为示例，所述无线微流体控制模块中，所述微流体芯片以微泵为例。请参阅图12及图13，显示为一种微流控芯片，该微流控芯片包括流道板8及4个微泵型无线微流体控制模块9，其中，所述流道板8中设有第一储液池801、第二储液池802、第三储液池803、第四储液池804及第五储液池805，所述第一储液池801与所述第五储液池805之间连接有第一流道806，所述第二储液池802与所述第五储液池805之间设有第二流道807，所述第三储液池803与所述第五储液池805之间连接有第三流道808，所述第四储液池804与所述第五储液池805之间连接有第四流道809，所述第一流道806、第二流道807、第三流道808及第四流道809上分别设有各自的输出口810及输入口811，所述输出口810用以与一微泵型无线微流体控制模块9的输入导管连接，所述输入口811用以与该微泵型无线微流体控制模块9的输出导管连接。[0092]作为示例，4个所述微泵型无线微流体控制模块9协同完成流体控制操作，其中，第一微泵型无线微流体控制模块与第二微泵型无线微流体控制模块同时开启10秒，将第一储液池801中的第一液体样本和第二储液池802中的第二液体样本驱动到第五储液池805，反应120秒后，第三微泵型无线微流体控制模块将第三储液池803中的第三液体样本驱动到第五储液池805继续反应，50秒后，由第四微泵型无线微流体控制模块将第五储液池805中反应后液体驱动至第四储液池804，完成样品收集和后续实验。以上仅为示例，在其它实施例中，具体流体控制过程可以根据需要进行调整，且无线微流体控制模块中的微流体芯片也可以为其它类型，例如微阀、微混合器、微分离器、微液滴产生器等，此处不应过分限制本发明的保护范围。[0093]本实施例中，采用4个无线微流体控制模块，可以快速地完成微流控芯片测试环境的硬件安装和部署，再通过中央控制软件，可以方便地设置上述微泵工作过程，并通过软件控制，便捷、准确地完成整个微流控实验。[0094]实施例三[0095]本发明还提供一种微流控芯片的控制方法，包括以下步骤：[0096]s1：提供一微流控芯片，所述微流控芯片包括流道板及装设于所述流道板上的多个如实施例一中所述的无线微流体控制模块，多个所述无线微流体控制模块通过各自的所述无线通信模块组网；[0097]s2：利用外部无线控制设备将控制信号发送至一个或多个所述无线微流体控制模块，以实现对一个所述无线微流体控制模块的控制或同时对多个所述无线微流体控制模块的控制。[0098]作为示例，请参阅图14，显示为多芯片组网控制架构示意图，其中，多个所述微流体控制模块可与安装于所述外部无线控制设备上的中央控制软件构成协同控制系统，中央控制软件通过无线接口可以对各个微流体控制模块进行参数配置、工作流程控制、模块间同步等操作，从而实现多个微流体芯片的协同工作。[0099]作为示例，所述外部无线控制设备通过中央控制软件对所述无线微流体控制模块的控制包括驱动频率控制、驱动时间设置、控制电压设置中的至少一种，并可进行多芯片同步设置。[0100]综上所述，本发明的无线微流体控制模块中，微流体芯片、芯片封装电路板、芯片封装基座、输入导管及输出导管微流体芯片组成微流体芯片封装结构，该微流体芯片封装结构与无线控制电路板之间通过相匹配的电路接口，可以实现快速、方便的电连接，并且无线控制电路板包括无线通信模块，可以实现任意多个无线微流体控制模块之间组成协同网络，共同完成复杂的微流体控制操作。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。[0101]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。