[0001] 本发明涉及自动化微流控合成技术，尤其涉及一种基于PTC发热板、半导体制冷片和微流控芯片的自动化单相恒温合成装置，其作为一种桌面式自动化微流控合成装置，可以在普通通风橱桌面进行部署，在室温环境下（25℃）支持15℃到180℃的多步微流控恒温反应。

[0002] 流动化学技术是化学领域的一项创新技术，在这种技术中，试剂在连续流动的体系中进行化学反应，实现了反应物的连续输入和产品的连续输出。与传统的分批化学方法相比，流动化学技术能够更深入地评估影响反应的各种因素，从而实现对反应条件的快速分析和优化。同时，流动化学技术具有更好的复现性，更有利于反应的放大生产。

[0003] 微流控芯片中的流体通道尺寸微小，流体在其中流动时具有较短的传质和传热路径，反应可以迅速达到平衡，反应时间大大缩短，同时能够提高反应的稳定性和可控性。微流控芯片具有高通量、高灵敏度和低消耗的特点，这使得流动化学技术能够在更短的时间内处理更多的样品，并且减少了试剂和样品的消耗。这对于需要大量样本处理的实验和工业生产来说，具有非常重要的意义。

[0004] 然而，现有的微流控技术在实际应用中仍存在诸多不足。对于现有的流动化学反应平台来说，其存在的问题包括设备繁多、缺乏统一的使用方法和人机交互系统、自动化程度低、数据记录不完整、扩展性差以及集约性差等。化学家们通常需要手动组装和操作各种实验设备，这导致了软硬件的不规范、使用不便以及运行安全性的问题。实验数据的完整性和有效性难以保障，实验结果的重复性也受到影响。

[0005] 为了克服这些不足，需要开发更加智能化、标准化和自动化的流动化学技术平台。平台具备统一的使用方法和人机交互系统，降低学习成本，减少操作错误。平台的自动化程度高，减少化学家在反应过程中的值守时间，并优化数据记录系统，实现连续、完整的反应过程记录。平台还应具备良好的扩展性和集约性，其模块化的部件可根据工艺需求进行调整或更换，以适应不同实验类型和反应条件的需求，提高实验装置的空间利用率和安全性。

[0041] 以下结合附图及实施例对本发明做详细叙述。

[0042] 参阅图1，本发明的一种桌面式自动化微流控合成装置包括边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1、微控制器STM32H7系统2、显示器3、电源管理模块4、异常警示模块5、高清摄像头6、温控模块7、压力传感器8、背压阀9、注射泵组10、试管阵列11、多通阀组12、微流控芯片13，所述边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1与微控制器STM32H7系统2、显示器3及高清摄像头6连接，把控制信息下载到微控制器STM32H7系统2，将交互信息可视化到显示器3上，接收并处理高清摄像头6的实时视频信号；微控制器STM32H7系统2与异常警示模块5、温控模块7、压力传感器8、背压阀9、注射泵组10及多通阀组12连接，用以控制警示模块5、温控模块7、背压阀9、注射泵组10和多通阀组12的工作状态，接收压力传感器8的实时压力数据；电源管理模块4为边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1、微控制器STM32H7系统2、显示器3、背压阀9、注射泵组10及多通阀组12供电；背压阀9与压力传感器8及多通阀组12连接，用于控制反应过程中管路的压力；试管阵列11与注射泵组10及多通阀组12连接，用于反应试剂及合成产物的存储；电源管理模块4通过220V市电供电，提供三路不同电压的电源输出，其中包括一路12V的电压，一路5V的电压，以及一路80A大电流的24V电压。

[0043] 参阅图2，所述i.MX 8M PLUS系统1包括i.MX8M Plus芯片101、6GB 32bit LPDDR4存储器102、以太网模块103、MIPI CSI模块104、无线网卡模块105、USB3.0模块106、HDMI输出模块107、USB‑UART模块108、SD卡模块109、电源模块110；所述6GB 32bit LPDDR4存储器102为i.MX8M Plus芯片101提供运行内存；所述SD卡模块109为i.MX8M Plus芯片101提供存储内存；所述以太网模块103、无线网卡模块105、USB3.0模块106、USB‑UART模块108分别与i.MX8M Plus芯片101连接，为边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1提供交互通信接口；所述MIPI CSI模块104与高清摄像头6连接，为i.MX8M Plus芯片101提供视频输入接口； 所述HDMI输出模块107与显示器3连接，为i.MX8M Plus芯片101提供视频输出接口； 所述电源模块110为i.MX8M Plus芯片101、无线网卡模块105、显示器3及高清摄像头6供电；所述SD卡模块支持SD 3.0（UHS‑I）标准，最大支持1TB的存储容量，最高传输速率为104MB/S。所述MIPI CSI模块最大支持4K30HZ视频输入，经过i.MX8M Plus芯片内置H264编码器编码后，可直接将视频存储在SD卡中。

[0044] 参阅图3，所述微控制器STM32H7系统2包括STM32H7芯片21、以太网模块22、USB2.0模块23、电流源模块24、PWM输出模块25、ADC模块26、485模块27、电源模块28，GPIO模块29。所述以太网模块22与边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1中的以太网模块103连接，接收i.MX8M Plus芯片101发送的控制信息并转发给STM32H7芯片21进行解析；所述USB2.0模块
23与STM32H7芯片21连接，用于获取压力传感器8的压力数据；所述电流源模块24与STM32H7芯片21连接，将温控模块7的温度值转化为电压值；所述ADC模块26与STM32H7芯片21及温控模块7连接，用于获得温控模块7的当前温度；所述PWM输出模块25与STM32H7芯片21连接，用于控制温控模块7的温度；所述485模块27与STM32H7芯片21连接，用于控制背压阀9、注射泵组10及多通阀组12的工作状态； 所述电源模块28为STM32H7芯片21、电流源模块24、PWM输出模块25供电；所述ADC模块共包含25个独立采样通道。所述电流源模块为10mA恒流输出，用于向外部提供电流激励，供ADC采样分析。所述USB2.0模块只支持FS模式，最高传输速率为12Mb/S。

[0045] 参阅图4，所述电源管理模块4包括单相固态继电器41、单相电能计量模块42、24V开关电源43、直流电源滤波器44、锂电池模块45；所述单相固态继电器41与微控制器STM32H7系统2中的GPIO模块29连接，通过微控制器STM32H7系统2中的GPIO模块29控制单相固态继电器41工作状态，进而控制外部电源的接入与断开；所述单相电能计量模块42与微控制器STM32H7系统2的485模块27连接，将瞬时电流数据发送给微控制器STM32H7系统2的STM32H7芯片21；所述单相电能计量模块42为边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1的电源模块110、微控制器STM32H7系统2的电源模块28、背压阀9、注射泵组10及多通阀组12供电；所述24V开关电源43与单相固态继电器41及直流电源滤波器44连接，为桌面式自动化微流控合成装置供电；所述直流电源滤波器44与单相电能计量模块42连接，用于削减直流输出中的各类干扰；所述锂电池模块45与单相电能计量模块42及微控制器STM32H7系统2的电源模块28连接，在系统供电接入时锂电池模块45进入充电状态，在系统供电断开时锂电池模块45继续为微控制器STM32H7系统2的电源模块28供电；所述单项固态继电器用于控制220V市电的接入与断开，由微控制器STM32H7系统2的GPIO模块29输出的3.3V信号控制。所述直流电源滤波器可以对0.01HZ到30MHZ内的工模干扰和差模干扰进行有效抑制，保障装置供电的稳定性。所述锂电池模块的充电电压为24V，放电电压为5V。所述24V开关电源最大输出电流为104A，具有短路保护功能。

[0046] 参阅图5，所述异常警示模块5包括蜂鸣器模块51、led模块52；所述蜂鸣器模块51及led模块52分别与微控制器STM32H7系统2的GPIO模块29连接，受到微控制器STM32H7系统2的GPIO模块29的控制；所述蜂鸣器模块51及led模块52分别与微控制器STM32H7系统2的电源模块28连接，从微控制器STM32H7系统2的电源模块28获取供电；其中蜂鸣器模块共有四种状态，分别是安静状态、慢速间隔鸣叫、快速间隔鸣叫和长鸣；用户可以设置温度传感器或者压力传感器的不同数值范围分别触发蜂鸣器的四种状态。

[0047] 参阅图6，所述温控模块7包括硅脂垫导热片71、PTC发热板72、温度传感器73、第一散热器74、半导体制冷片75、第二散热器76；所述硅脂导热片71与微流控芯片13及PTC发热板72连接，将PTC发热板72的热量均匀地传递给微流控芯片13；所述PTC发热板72、第一散热器74、半导体制冷片75及第二散热器76分别与微控制器STM32H7系统2的PWM输出模块25连接，由微控制器STM32H7系统2的PWM输出模块25动态调节工作功率；所述温度传感器73与微流控芯片13、微控制器STM32H7系统2的电流源模块24及微控制器STM32H7系统2的ADC模块26连接，微控制器STM32H7系统2的电流源模块24将温度传感器73的温度值转化为电压值，微控制器STM32H7系统2的ADC模块26再采集该电压从而获得温度值；所述半导体制冷片75与第一散热器74及第二散热器76连接；第一散热器74连接半导体制冷片75的冷端，用于微流控芯片13的制冷；第二散热器76连接半导体制冷片75的热端，用于半导体制冷片75的散热。所述第一散热器固定在PTC发热板的下方，与PTC发热板接近但不贴合；通过半导体制冷片75的冷端对PTC发热板进行降温，进而对微流控芯片13进行降温；在室温环境下（25℃）可将微流控芯片13温度恒定在15℃到180℃内任意温度，精度为0.1℃。

[0048] 参阅图7，所述温度传感器73由第一PT1000热敏电阻731、第二PT1000热敏电阻732、第三PT1000热敏电阻733、第四PT1000热敏电阻734、第五PT1000热敏电阻735组成；所述第一PT1000热敏电阻731、第二PT1000热敏电阻732、第三PT1000热敏电阻733、第四PT1000热敏电阻734、第五PT1000热敏电阻735分别与微流控芯片13连接；所述第一PT1000热敏电阻731、第二PT1000热敏电阻732、第三PT1000热敏电阻733、第四PT1000热敏电阻
734、第五PT1000热敏电阻735分别位于微流控芯片13的左上、左下、右上、右下、中间位置；
使用多点探测微流控芯片（13）的温度，可有效减少单点温度探测可能产生的误差，实现对温度更为精确地控制。

[0049] 参阅图8 ，所述led模块52由绿色LED521、第一红色LED522、第二红色LED523、第三红色LED524组成； 所述绿色LED521、第一红色LED522、第二红色LED523、第三红色LED524分别由微控制器STM32H7系统2的电源模块28供电；所述绿色LED521、第一红色LED522、第二红色LED523、第三红色LED524分别由微控制器STM32H7系统2的GPIO模块29控制；led模块52为用户提供直观的运行状态反馈；绿色LED521缓慢闪烁时，用于指示系统当前并未出现死机情况；第一红色LED522、第二红色LED523及第三红色LED524的亮暗状态用于指示单相电能计量模块42测得的电流值的不同数值范围。其中绿色LED在系统供电及运行正常情况下，会以1S的频率进行闪烁；用户可以设置单相电能计量模块42测得电流值的不同数值分别对应红色LED不同的亮暗状态；当红色LED全亮时，代表装置整体功率异常，装置会自动断电。

[0050] 实施例

[0051] 参阅图9，本发明可以自动化完成多步合成利多卡因实验中对第二步反应温度条件的筛选，通过边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1提供的有线或者无线等交互方式，对装置的温度、压力、流速等参数进行设置，实现自动化反应并记录反应过程中的实验数据。

[0052] 具体工作过程：

[0053] 系统上电，边缘智能处理器i.MX 8M PLUS系统1启动，i.MX8M Plus芯片101从SD卡模块109中读取系统配置信息，设置以太网模块103的IP地址、无线网卡模块105的WIFI设置，加载SD卡模块109中预存的反应流程配方文件，最后显示本地交互界面在显示器3上。用户可以通过笔记本有线连接以太网模块103或者无线网卡模块105，在浏览器输入预设IP地址打开控制页面；或者将键盘、鼠标、触摸屏等设备接入USB3.0模块106上进行本地交互。用户需要配置温控模块7、背压阀9、注射泵组10和多通阀组12的参数以及任务清单，设置高清摄像头6采集的视频存储在SD卡还是笔记本中，设置异常警示模块5、温控模块7、压力传感器8的参数。在本实施例中，五个注射泵的流速和背压阀压力为固定值、第一芯片温度为室温、第二芯片温度设定范围为70℃到140℃，筛选递增温度为5℃。用户点击启动后，装置按照用户的配置自动化运行，将不同温度下得到的产物通过多通阀组12分别输送到试管阵列11中，共计得到14种产物。同时不同温度下的反应过程中的温度、压力信息也会以5S一次的频率记录成日志并存储在SD模块103中，整个反应过程不需要用户的参与和监管。如果装置运行中出现异常，装置会根据用户的配置控制蜂鸣器模块51和led模块52执行报警和断开装置电源等行为。如果用户将无线网卡模块105的WIFI接入了可以联网的路由器，i.MX 8M PLUS系统1还会将异常警告信息推送到用户设置的终端设备上。在系统异常断电后，锂电池模块45继续为微控制器STM32H7系统2供电，存储发生异常时的系统信息，进一步帮助用户排查本次异常的原因。

[0054] 本发明所提供的保护范畴并不局限于上述所展示的具体实施案例。在充分尊重并遵循本发明核心理念及基本原则的前提下，任何由本领域技术专家所能够构思出的变化与改进，都应视为属于本发明的保护范畴之内。