专利名称：一种多腔磁控微输送与混合芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及实验用品领域，具体地说是一种用于微全分析的芯片，是采用微 加工技术在几平方厘米大小的芯片上刻蚀出微管道网络和其它功能单元，形成进样、反应、 分离、检测于一体的微型分析装置。
背景技术：
自从20世纪90年代初，瑞士的Manz与Widmer提出了微全分析系统(Micro Total Analysis System, μ _TAS)的概念以来，由于芯片分析本身具有试样消耗少、分析时间短、 效率高、尺寸小、集成度高和便携等优点，在短短的10余年中就已经发展成为当前世界上 最前沿的科技领域之一。微流控芯片(Micro fluidic chip)技术是微全分析系统(μ-TAS) 的重要组成部分，是以分析化学和生物化学及生物技术为基础，以微机电系统(MEMS)技术 为依托，以微管道网络为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象的全新技术，是采用微加工技术在几平方厘米大小的芯片上刻蚀出微管道网络和其它功能单元，形成进样、反应、 分离、检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析装置。但同时，系统微型化也带来了一些负 面影响，由于通道长度和孔径小，雷诺数较小，流体在通道式混合器中实现均勻混合难度较 高、耗时较长，如何实现微升级液体的定量输送与快速均勻混合就成为了一个技术难题。在《用于生化分析的聚二甲基硅氧烷微混合器》(吉林大学学报(工学版).2006， 36 (Si) 110-115) 一文中，长春光机所相关技术人员(李淑娴、吴一辉等)采用PDMS (聚二 甲基硅氧烷)制作了微混合器，兼作比色器，其可简化为周向固定、底部可上下振动的物理 模型。在混合器底部粘贴一块永磁体，混合时采用手工将样品与试剂注入微混合器后，给微 混合器下部的平面线圈通入一定频率和电流大小的交流电，通过产生的交变磁场，从而带 动混合器底部产生上下往复振动以实现样品与试剂的充分混合。虽然该混合器实现了主动 式非接触混合，但并没有实现输送与混合的集成。

实用新型内容为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种成本低、制作方便的将输送与 混合集成在一起的多腔磁控微输送与混合芯片。本实用新型是这样实现的一种多腔磁控微输送与混合芯片，包括芯片主体、设置在芯片主体下方支撑芯片 主体的支撑板，所述芯片主体上设置样品腔、试剂腔和混合腔，各腔之间通过折线微管道相连 通；所述支撑板上表面设置用于输送液滴的平面输送线圈绕组；所述支撑板下部为PCB板(印刷电路板)，在PCB板上对应混合腔位置处安装有平 面混合线圈与混合用永磁体。作为本实用新型的一种改进方案所述样品腔、试剂腔和混合腔沿圆周周向排列在芯片主体上，支撑板上设置两组用于输送液滴的平面输送线圈绕组，两组线圈沿圆周周向排列 在支撑板上，第一组线圈绕组所在的圆周的直径小于第二组线圈绕组所在圆周的直径，第 二组线圈绕组中各线圈的位置与各腔室的位置对应，第一组线圈绕组中各线圈与相邻的第 二组线圈之间成三角形排列。本实用新型还可以做如下改进所述混合线圈采用层叠式平面线圈结构，三个平面线圈叠置在一起，相邻的平面线圈之间成60度夹角，线圈下部安装铝柱，铝柱下方粘贴 永磁体。可选的，所述芯片主体采用聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯或硅玻璃制作。本实用新型提供的磁控微输送与混合芯片具有如下优点(1)该输送与混合芯片采用磁珠技术实现液滴的输送与混合，而传统技术是采用 手工将混合样品和试剂注入混合器内，大大简化了微输送与混合芯片的结构，并且成本低， 制作方便，易于与系统的其它部分集成；(2)采用微腔内主动式非接触混合，可以避免传统技术中在微管道内混合时产生 的气泡对混合效果产生影响，具有混合速度快，效率高的特点；(3)由于该微输送与混合芯片采用平面线圈，实现了试样与试剂的输送与混合，辅 助设备简单，磁场强度大小便于控制，功耗低，便于实现生化分析系统微小型化。

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中图1为本实用新型实施例提供的多腔磁控微输送与混合芯片的结构示意图；图2为实施例中芯片主体的结构示意图；图3为实施例中输送线圈绕组的排布示意图；图4为实施例中平面混合线圈与永磁体的布置示意图；图5为实施例中平面混合线圈的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意 性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。如图1所示，本实施例提供的多腔磁控微输送与混合芯片，包括芯片主体1、支撑 板2、PCB板(印刷电路板)3，支撑板2设置在芯片主体1下方支撑芯片主体1，PCB板(印 刷电路板)3设置在支撑板2下方在芯片主体1上设置样品腔101、试剂腔102和混合腔103，各腔之间通过折线微 管道104相连通；腔体的数量可根据实际需求情况设定，附图2中显示的是设置7个样品腔 和试剂腔、1个混合腔的情况，且样品腔与试剂腔可以根据实际情况定制不同的位置；各腔 体的排布方式可根据实际需求而定，本实施例中优选样品腔、试剂腔和混合腔沿圆周周向 排列在芯片主体上的方式(如图2所示)；如图3所示，在支撑板2上表面设置用于输送液滴的平面输送线圈绕组I 201和平面输送线圈绕组II 202;两组线圈沿圆周周向排列在支撑板上2，线圈绕组I 201所在的圆周的直径小于线圈绕组II 202所在圆周的直径，线圈绕组II 202中各线圈的位置与 各腔室的位置对应，线圈绕组I 201中各线圈与相邻的线圈绕组II的线圈之间成三角形排 列；支撑板2可采用玻璃板；在支撑板下部为PCB板3，在PCB板3上对应混合腔103的位置处安装有平面混合线圈301与混合用永磁体302，永磁体安装在混合线圈下方。首先控制平面输送线圈绕组I 201产生磁场，将芯片内的磁珠液滴从样品腔或试 剂腔内吸出到折线型微管道104内，继而控制平面输送线圈绕组1201磁场消失，平面输送 线圈绕组II 202产生磁场，将磁珠液滴从折线型微管104道内吸入到与其相邻的下一个微 腔内，最后输送到混合腔104内；混合过程中三个线圈依次通入电流，在混合腔内样品与试 剂混合液在平面混合线圈产生的交变磁场作用下，带动混合腔内的磁珠样品与试剂运动， 从而实现样品与试剂快速混合。本实用新型中芯片内磁珠液滴的输送与混合通过控制平面输送线圈绕组I和平 面输送线圈绕组II的通断电时间及混合用平面线圈的电流频率和大小来实现。平面输送 线圈绕组I和平面输送线圈绕组II的通断电时间及混合用平面线圈的电流频率和大小通 过实验的方法得到优化曲线来确定。为了使混合腔内的液体混合更加充分和快速，本实施例中混合线圈可采用层叠式 平面线圈结构，三个平面线圈叠置在一起，相邻的平面线圈之间成60度夹角(如图5所 示)。混合过程中三个线圈依次通入电流，在交变磁场的作用下既可以实现样品与试剂混合 液的上下波动，又可以实现样品与试剂混合液的有向旋转运动，混合效果更好，速度更快。为了使得在使用过程中线圈产生的热量迅速散发掉，本实施例中可在混合线圈和 永磁体之间设置铝柱303 (如图4所示)，延长使用寿命。本实施例中芯片主体1可采用聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯或硅玻璃制 作。以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体 个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮 助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施 例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为 对本实用新型的限制。
权利要求一种多腔磁控微输送与混合芯片，包括芯片主体、设置在芯片主体下方支撑芯片主体的支撑板，其特征在于所述芯片主体上设置样品腔、试剂腔和混合腔，各腔之间通过折线微管道相连通；所述支撑板上表面设置用于输送液滴的平面输送线圈绕组；所述支撑板下部为PCB板，在PCB板上对应混合腔位置处安装有平面混合线圈与混合用永磁体。
2.如权利要求1所述的多腔磁控微输送与混合芯片，其特征在于所述样品腔、试剂腔 和混合腔沿圆周周向排列在芯片主体上，支撑板上设置两组用于输送液滴的平面输送线圈绕组，两组线圈沿圆周周向排列在支 撑板上，第一组线圈绕组所在的圆周的直径小于第二组线圈绕组所在圆周的直径，第二组 线圈绕组中各线圈的位置与各腔室的位置对应，第一组线圈绕组中各线圈与相邻的第二组 线圈之间成三角形排列。
3.如权利要求1或2所述的多腔磁控微输送与混合芯片，其特征在于所述混合线圈 采用层叠式平面线圈结构，三个平面线圈叠置在一起，相邻的平面线圈之间成60度夹角， 线圈下部安装铝柱，铝柱下方粘贴永磁体。
4.如权利要求3所述的多腔磁控微输送与混合芯片，其特征在于所述芯片主体采用 聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯或硅玻璃制作。
专利摘要本实用新型公开了一种多腔磁控微输送与混合芯片，包括芯片主体、设置在芯片主体下方支撑芯片主体的支撑板，芯片主体上设置样品腔、试剂腔和混合腔，各腔之间通过折线微管道相连通；支撑板上表面设置用于输送液滴的平面输送线圈绕组；支撑板下部为PCB板(印刷电路板)，在PCB板上对应混合腔位置处安装有平面混合线圈与混合用永磁体。本实用新型提供的多腔磁控微输送与混合芯片采用磁珠技术实现液滴的输送与混合，大大简化了微输送与混合芯片的结构，并且成本低，制作方便，易于与系统的其它部分集成，混合速度快，效率高。
文档编号G01N35/00GK201555853SQ20092023659
公开日2010年8月18日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者刘治华, 张新民, 李志农 申请人:郑州飞龙医疗设备有限公司;郑州大学