[0024] 参见图1、2、3、4，本发明微流控芯片内细胞直线运动的磁珠直线驱动装置的下部是底座6，上部是微流控流道1，微流控流道1在左右方向布置，结合细胞的磁珠在微流控流道1内从左到右或从右到左运动。在底座6和微流控流道1之间安装的是微磁极阵列。
[0025] 微磁极阵列是由多个微磁极布置成前、中、后3列的阵列式结构，每个微磁极均是由一根磁针2、一个电磁铁芯3和一个螺旋线圈4组成，为了增大磁通量，电磁铁芯3使用高导磁率的软磁材料坡莫合金制成，每个电磁铁芯3外部均缠绕一个螺旋线圈4，每个电磁铁芯3的顶部正中间固定连接一根磁针2的下端，将电磁铁芯3和磁针2固定结合为一个整体，每根磁针2的上端均向上伸入微流控流道1内。
[0026] 微流控流道1的在左右视角方向的截面是顶点朝下的倒等腰三角形，磁针2的上端伸入微流控流道1内时，使磁针2刚好从微流控流道1的倒等腰三角形的顶点插入，插入后，与微流控流道1之间为机械精密耦合。
[0027] 插入微流控流道1内的所有磁针2的上端均在同一条从左至右的直线上，所有相邻两个磁针2之间的间距相同。为了确保呈阵列布置的不同位置的电磁铁芯3上部的磁针2的上端均在同一直线上，根据电磁铁芯3相对于微流控流道1的位置不同，将磁针2加工成竖直型和曲线型两种不同的形状。对于前、中、后3列的微磁极，中间一列的所有磁针2形状均加工成竖直型，竖直向上安装；前、后两列的磁针2形状均加工成曲线型，沿曲线型向上安装，延伸至中间一列的相邻两个磁针2之间。中间一列微磁极从左至右沿直线排列，前、后两列的微磁极和中间一列微磁极交叉排列。在微磁极阵列的排列过程中，通过调整微磁极的角度，能确保所有磁针2上端的间距相同。
[0028] 磁针2由高磁导率的坡莫合金加工而成，是微米级的针状体，磁针2上端的直径是微米级，和绝大部分细菌和细胞的尺寸相当。配合微流控流道1倒等腰三角形的流道空间设计可以有效地确保细胞与微磁极的一对一吸附以及最大限度地保证磁针2和磁珠之间的精确吸附，使得细胞精确地按照直线的轨迹移动。
[0029] 参见图1和图5，底座6内封装了控制模块，底座6作为控制模块的外壳。控制模块由单片机、控制电路和驱动电路组成。控制电路由并口接口以及与微磁极数量相同的多个输出缓冲寄存器组成，驱动电路由与微磁极数量相同的多个驱动模块组成。在底座6上设有两个通讯接口，分别是通讯接口7和通讯接口8，通讯接口7为和人机接口模块通讯的并口总线接口，通讯接口8为和微流控控制系统通讯的RS232串口总线接口。单片机分别经通讯接口7连接底座6外部的人机接口模块、经通讯接口8连接底座6外部的微流控控制系统。单片机还分别经地址总线、数据总线、控制总线连接控制电路中的并口接口模块，并口接口模块分别连接多个输出缓冲寄存器，每一个输出缓冲寄存器连接驱动电路中的一个驱动模块。一个驱动模块连接微磁极中的一根螺旋线圈4，以控制螺旋线圈4。所有螺旋线圈4的上端均通过集线束捆扎收并成导线束5并最终接入到底座6内部的驱动电路，所有螺旋线圈4的下端由底座6上表面所设的开口直接接入底座6内部的驱动电路。
[0030] 并口接口模块的作用是根据微磁极阵列中微磁极的数量扩展单片机的地址总线，将地址总线传来的信号转化为输出缓冲寄存器的片选信号。单片机对微磁极的控制命令由数据总线发出。并口接口模块将单片机数据总线发出的控制信息寄存到被片选的输出缓冲寄存器中。当输出缓冲寄存器中值为1时触发驱动电路，值为0时断开驱动电路。控制总线用于单片机和并口接口模块之间交换控制信息，如同步时钟、接口电路片选信号、启动时复位信号等。当输出缓冲寄存器被置位后，驱动电路中相应的驱动模块中的控制继电器导通，相应的微磁极的螺旋线圈4中有电流通过，使相应的电磁铁芯3中产生磁力线，被磁化，使微磁极显磁性。
[0031] 本发明工作时，通过单片机选择性地控制微磁极阵列上的螺旋线圈4的通断电来实现对磁珠的直线排列、定向运动和速度调节。具体实现过程如下：
[0032] 参见图1-5和图6，实现对磁珠的直线排列过程是：将所有微磁极的螺旋线圈4均处于断电状态，将结合细胞的磁珠缓冲液在微泵驱动下进入微流控流道1内，此时，微流控流道1内的磁珠自然分布。之后，单片机通过输出缓冲寄存器触发驱动电路中的继电器导通，驱动模块工作，使微磁极的所有的螺旋线圈4通电而使微磁极整体显磁性，从而迅速磁化所有的磁针2和磁针2上端周围的磁珠，磁针2邻近的携带细胞的磁珠会被吸附在该磁针2上端处， 此时缓冲液中的磁珠处于三种状态：部分磁珠由于磁场作用被吸引到邻近的磁针2顶点处，而另外一部分磁珠由于附近没有磁针2，或由于附近的磁针2顶点上已经有相应的磁珠吸附，会处于自由运动或者富集在邻近磁针2的外围的状态。此时，由微流控芯片控制系统操纵缓冲液微流体低频往复流动，在缓冲液微流体往复运动的过程中，已经吸附在磁针2上的磁珠由于磁场力的作用，不会产生运动，而自由运动或富集在邻近磁针2上端外围的磁珠由于所受磁场力很小，不足以克服流体的作用力，将跟随流体做往复运动，在此过程中，磁珠将接触尚未吸附磁珠的磁针2并产生吸附，实现双向匹配附着。磁珠在直线排列的所有磁针2的吸附下实现了直线排列。当微磁极的螺旋线圈4断电，相应的电磁铁芯3失去磁性，由于磁珠磁滞极小的特性，磁珠将瞬间失去磁性处于自由状态。在本发明中，倒等腰三角形的微流控流道1的设计尺寸、微米级的磁针2上端尺寸以及微磁针2嵌入微流控流道1的长度均和微米级的细胞的尺寸相匹配，最大限度地提高双向匹配附着的精确性。
[0033] 当所有通电微磁极均吸附完成后，磁珠直线排列完成后，需要清洗流道时，通过微流控系统控制排除含有游离磁珠和细胞的缓冲液，向微流控流道1内引入没有磁珠和细菌的缓冲液冲洗流道。具体是：在所有的螺旋线圈4通电120秒之后，单片机向微流控控制系统发出流道清洗触发信号，在微泵的作用下，缓冲液被驱动离开微流控流道1，同时注入无磁珠和细胞的新缓冲液清洗流道。由于磁力的作用，被吸附在磁针2上的细胞和磁珠结合体依然保持原始位置，而未被吸附的游离的细胞和磁珠结合体将被冲洗入废液池。新的缓冲液中不再游离磁珠和细胞，以确保后期运动控制的过程中没有来自游离态的磁珠和细胞的干扰。
[0034] 参见图1-5和图7，实现对磁珠的定向运动过程控制是：利用直线电机原理，通过控制相邻微磁极的螺旋线圈4的有序开断，使得附着细胞的磁珠定向运动，实现磁珠在微磁极的驱动下向左或右两个目标方向的直线运动控制。其运动方向取决于单片机控制下最相邻两个微磁极的螺旋线圈4的通电次序。使靠近目标运动方向的若干个微磁极的螺旋线圈4都不通电，而其余微磁极的螺旋线圈4都通电，这些不通电的微磁极的磁针2上端上未吸附磁珠，而通电的微磁极的磁针2上端上吸附了磁珠；然后，针对相邻的没通电和通电这两个微磁极的螺旋线圈4，先接通其中的没通电的微磁极的螺旋线圈4以吸引磁珠，再断开其中的通电的微磁极的螺旋线圈4以释放磁珠，被释放的磁珠就会朝目标运动方向运动到新接通的微磁极的磁针2上端上；之后，朝着目标运动相反的方向，依次地针对每相邻两个微磁极的螺旋线圈4，都是先接通没通电的微磁极的螺旋线圈4，再断开相邻的通电的微磁极的螺旋线圈4，直至所有的磁珠都沿目标运动方向直线移动到下一个磁针2上端上，如此完成第一个工作循环。第一个工作循环结束后，再针对第一个工作循环结束后的最相邻的没通电和通电这两个微磁极的螺旋线圈4，控制相邻两个微磁极的螺旋线圈4的通电次序以类似于第一个工作循环的方法完成第二个工作循环，直至所有的磁珠均向目标运动方向又向目标运动方向移动到了下一个磁针2为此。如此地往复循环工作，直到磁珠到达指定位置。
[0035] 为了有充分多的未吸附磁珠的微磁极裕量支持磁珠定向运动，最优方法是采用靠近运动目标一侧的M个微磁极上的螺旋线圈4不通电，5≤M≤N，N是微磁极总数，而采用其他远离运动目标方向的N-M个微磁极上的螺旋线圈4通电。例如：从靠近运动目标的微磁极开始依次序编号，此时第1个至第M个微磁极的螺旋线圈4处于断电状态，第M+1个及以上直至第N个的微磁极的螺旋线圈4处于通电状态。定向运动开始时，先使第M个未通电的微磁极的螺旋线圈4被通电，相应的第M个磁针2便产生对周围磁珠的吸力，随后单片机启动计时器延时T秒计时，T是单片机的最小延时时间，计时结束后将对应的第M+1个微磁极的螺旋线圈4断电，使第M+1个微磁极失去磁性，其磁针2上端上对应的磁珠受到相邻的第M个微磁极的磁针2的吸引而向第M个磁极2上端方向运动，从而实现了一个细胞磁珠结合体在相邻两个磁极2之间的传递。T秒延时后，依次地对第M+1个微磁极通电、对第M+2个微磁极断电，进行类似的操作；再经过T秒延时后，依次地对第M+2个微磁极通电、第M+3个个微磁极断电，进行相应的操作，依此类推，直到完成所有通电微磁极的操作。此时所有的磁珠向目标运动方向移动到下一个磁针2上端上，完成了一个工作循环，该工作循环结束后，第1个微磁极到第M-1个微磁极都处于断电状态，而第M个及以上的微磁极都处于通电状态。 按照上一个工作循环相同的控制规律，以未通电的第M-1个微磁极和通电的第M个为相邻两个微磁极，开始通电次序的控制，完成与上一个工作循环相同的工作循环，每完成一个工作循环，所有的磁珠均向目标运动方向移动到下一个磁针2。如此往复，直到到达指定位置。
[0036] 在对磁珠的定向运动控制过程中，通过调整相邻的微磁极的螺旋线圈4的通电频率，就可以控制磁珠的运动速度。具体是：通过调节延时计数器的延时值T来调节磁珠运动的速度，T越大，代表控制间隔越长，磁珠运动速度越慢。反之T越小，控制间隔越短，运动速度越快，以实现对磁珠的速度调节。当T的增量或减量足够小时，便视为无极调速。
