[发明专利]全集成多通道多功能微流控分析实验系统

说明书

技术领域

本发明属于微流体控制实验分析和应用技术领域，特别提出一种全集成多通道多功能微流控分析实验系统。

背景技术

微流控技术作为全新的微观层面的分析技术，日益受到医疗生化工作者的重视普遍重视，目前在医疗、卫生、物理化学、生物制药和基因工程等领域得到广泛应用。以微流控芯片为基础的科学实验涉及芯片设计、制作、实验准备等多个环节，其中实验准备和操作过程因牵涉的子系统众多，准备工作量巨大，实验操作复杂和多种不确定因素相互影响等问题，科研人员往往需将主要精力耗费在低层级、烦琐的重复性工作上，仍然很难保证实验环境的准确性和一致性，往往影响研究结果的正确性。全集成一体化多通道多任务、特别是通用型微流控实验与分析系统一直以来未见报导，也未见有相关专利申请。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提出了一种全集成多通道多功能微流控分析实验系统，以最新的计算机控制技术为基础，综合当前世界最流行的微流控芯片实验技术，将诸如多通道微量气体精确控制、可控高稳定气源、先进计算机控制、实验数据与结果的无差存储、友好人机界面等子系统进行优化整合制造而成，为微流控科学家们提供了先进、稳定、精确的实验与分析系统，真正实现实验准备、操作的完全自动化，是微流控芯片应用开发领域真正的全自动一体化解决方案。多通道微流控芯片工作站使科研人员能够真正告别繁琐和失误，为快出成果奠定基础。

本发明的目的是提供一种全新的全自动一体化微流控芯片实验与分析工作站系统，其特点是全集成、一体化、多通道、多任务、多功能、通用型，其可适用于绝大多数微流控芯片的实验与分析。

为达到上述目的本发明的技术方案是一种全新的全自动全集成多通道多功能微流控分析实验系统，由集中分散式计算机控制系统、气压准备与调节模块、多通道气路控制模块、一体化快速液体加载与推进控制模块、图像采集分析模块、磁针式磁珠分选模块和高精度三维运动平台等7个部分组成。集中分散式计算机控制系统分别连接气压准备与调节模块、多通道气路控制模块、一体化快速液体加载与推进控制模块、图像采集分析模块、磁针式磁珠分选模块和高精度三维运动平台。全新的全自动一体化微流控芯片实验工作站系统提供了先进、稳定、精确的实验与分析环境，真正实现实验准备、操作的完全自动化，是微流控芯片应用开发领域真正的全自动一体化解决方案。多通道微流控芯片工作站系统使科研人员能够真正告别繁琐和失误，有利于提高实验成功率。

本发明提供一种全新的全自动一体化微流控芯片实验与分析工作站系统，所述集中分散式计算机控制系统由高性能工业控制计算机、大尺寸触摸屏人机接口和下层的多个嵌入式微计算机模块组成，主计算机负责信息采集与存储、图像处理与显示管理、组态软件的运行控制、路径规划等复杂控制算法的实现等任务；下层的各个嵌入微计算机模块经由现场总线与上层主计算机连接进行数据与指令交换，完成其定义功能，实现整体实验系统的功能。本发明完全的计算机集中分散控制系统结构，实现所有功能模块全数字化集成，真正使得微流控系统实验的自动运行。

本发明提供一种全新的全自动一体化微流控芯片实验与分析工作站系统，所述气压准备模块配置压力容器、气压/真空泵和对应的负压/压力传感器，根据来自主计算机的由操作人员设定的真空/压力给定值，采用先进控制算法，控制其快速稳定于该设定值，为实验提供精准的气压源。特别设置的安全阀可以设置不同的压力安全上限，以保证压力准备模块安全运行。

本发明提供一种全新的全自动一体化微流控芯片实验与分析工作站系统，所述多通道气路控制模块由与通道数相等的多个快速电磁阀和嵌入式IO控制模块组成。通过现场总线，智能IO输出控制器根据上位主计算机的动态规划指令，顺序使能其对应的IO端口，驱动电磁阀打开相应气路，设定压力的气体导入药液储液管驱使液体注射入微流控芯片相应通道；结合图像反馈信息控制气压源的施加时间可调节液滴的长度即体积。真正实现微液滴体积和运动速度的反馈控制，在确定的微流控芯片沟道尺寸下，通过控制驱动高压气体的开通时间即可调节液滴的几何长度进而直接调节各种药液液滴的体积，消除了间接测量、控制方法的额外误差。