CN103801413A - 磁性液滴处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁性液滴处理设备，其用以将一磁性母液滴分裂出一磁性子液滴。磁性液滴处理设备包含一分裂器及一时序性磁场产生器。分裂器包含一第一腔室以及连通第一腔室的一流道，第一腔室用以容置磁性母液滴。时序性磁场产生器包含多个磁性元件，这些磁性元件沿着流道的延伸方向而依序排列。这些磁性元件随着时间而改变磁极，以驱使磁性母液滴朝流道前进，令磁性母液滴的部分体积挤压进入流道后而分裂出磁性子液滴。
Description
技术领域
本发明涉及一种液滴处理设备，特别是涉及用磁性液滴的分裂设备。
背景技术
在一个自动化的实验室芯片(lab on a chip)中，微小的磁性液滴可作为人工抗体筛选、疾病检测或个人化用药分子诊断时的一个载体单元。磁性液滴包含了微米或纳米等级的铁磁性粒子(例如氧化铁粒子)、表面活性剂(surfactant)与载基流体(例如油或水)。并且，由于磁性液滴具有顺磁性，因此可通过磁力来对磁性液滴进行多元的行为控制。
一般而言，微小的磁性液滴由一体积较大的磁性母液滴通过分裂手段而产生。进一步来说，可在一个液滴储存槽内存放磁性母液滴，并经由磁场控制而使磁性母液滴经过分裂设备而分裂出微小的磁性液滴。
然而，要使微小的磁性液滴由磁性母液滴分裂出来的过程，是一个非常复杂地且多相的界面物理行为。因此，如何使每一微小的磁性液滴能够均匀、快速且连续不断地自磁性母液滴分裂产出，为研究人员所欲追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性液滴处理设备，用于使微小的磁性液滴能够均匀、快速且连续不断地分裂产出。
为达上述目的，本发明所公开的磁性液滴处理设备，用以将一磁性母液滴分裂出一磁性子液滴。磁性液滴处理设备包含一分裂器及一时序性磁场产生器。分裂器包含一本体及一基板。本体具有一表面，表面向下凹陷而形成一第一凹槽、一第二凹槽以及介于第一凹槽及第二凹槽的一沟槽，沟槽连接第一凹槽及第二凹槽。基板贴合于表面，以令第一凹槽、第二凹槽及沟槽对应形成一第一腔室、一第二腔室及连通第一腔室及第二腔室的一流道。第一腔室用以容置磁性母液滴。时序性磁场产生器包含多个磁性元件，这些磁性元件沿着流道的延伸方向而依序排列。这些磁性元件随着时间而改变磁极，以驱使磁性母液滴朝流道前进，令磁性母液滴的部分体积挤压进入流道后而分裂出磁性子液滴至第二腔室。
根据上述本发明所公开的磁性液滴分裂设备，通过时序性磁场产生器产生时序性的磁场，以同时对磁性母液滴施以一吸力及一斥力而驱使磁性母液滴朝流道前进，以令磁性母液滴的部分体积挤压进入流道后而分裂出磁性子液滴。如此，使磁性母液滴能够均匀、快速且连续不断地分裂产出磁性子液滴。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作最佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图；
图2为图1的分裂器的结构分解图；
图3为图1的磁性液滴处理设备的侧视图；
图4A至图4D为图3的磁性液滴处理设备运作的示意图；
图5为本发明另一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图；
图6为本发明另一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图。
主要元件符号说明
10 磁性液滴处理设备
10a 磁性液滴处理设备
10b 磁性液滴处理设备
11 分裂器
11a 分裂器
11b 分裂器
111 第一腔室
112 流道
112a 流道
112b 流道
113 第二腔室
114 本体
1141 第一凹槽
1142 第二凹槽
1143 沟槽
1144 表面
1145 底面
1146 侧壁面
115 基板
115a 基板
115b 基板
12 时序性磁场产生器
12a 时序性磁场产生器
12b 时序性磁场产生器
121 第一线圈组
122 第二线圈组
123 线圈
123a 永久磁铁
123b 永久磁铁
124a 活动件
124b 活动件
20 磁性母液滴
21 磁性子液滴
30 工作液
具体实施方式
请参照图1至图3，图1为根据本发明一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图，图2为根据图1的分裂器的结构分解图，图3为根据图1的磁性液滴处理设备的侧视图。
本发明的磁性液滴处理设备10，用以将一磁性母液滴以连续且均匀的方式分裂出多个磁性子液滴。磁性液滴处理设备10包含一分裂器11及一时序性磁场产生器12。
分裂器11包含一第一腔室111、一第二腔室113以及连通第一腔室111与第二腔室113的一流道112。第二腔室113连通流道112，且流道112介于第一腔室111与第二腔室113之间。流道112概略为一狭长通道，且流道112的截面A的面积范围为0.01mm2至5mm2，流道112的长度L的范围为1mm至3mm。并且，本实施例的流道112的截面A的外形实质上可为一0.5mm x0.5mm或是0.1mm x0.1mm的矩形，但流道112的截面A的外形非用以限定本发明。举例来说，在其他实施例中，流道112的截面A的外形也可以是圆形、椭圆形等。
并且，本实施例的第一腔室111的体积尺寸以及第二腔室113的体积尺寸远大于流道112的体积尺寸。第一腔室111用以容置磁性母液滴，第二腔室113用以收集磁性子液滴。此外，流道112的内径小于磁性母液滴的外径许多。
更进一步来说，本实施例的分裂器11包含一本体114及一基板115。本体114具有一表面1144，表面1144向下凹陷而形成一第一凹槽1141、一第二凹槽1142以及介于第一凹槽1141及第二凹槽1142的一沟槽1143，沟槽1143连接第一凹槽1141及第二凹槽1142。并且，第一凹槽1141与第二凹槽1142具有一底面1145以及位于底面1145相对两侧的二侧壁面1146，底面1145面向基板115，沟槽143与底面1145及二侧壁面1146保持一距离。上述于本体114上形成第一凹槽1141、第二凹槽1142及沟槽1143的制作方式，可通过光刻制作工艺、3D打印、压克力雕刻、激光雕刻或是注塑成型，但不以此为限。
基板115可以是但不局限于塑胶基板或是玻璃基板，基板115贴合于本体114的表面1144而覆盖住第一凹槽1141、第二凹槽1142及沟槽1143。如此，以令本体114的第一凹槽1141对应形成第一腔室111，本体114的第二凹槽1142对应形成第二腔室113，本体114的沟槽1143对应形成流道112。此外，本体114位于基板115上，使得流道112的相对两端分别连接第一腔室111的底部及第二腔室113的底部。需注意的是，本实施例的流道112的相对两端分别连接第一腔室111的底部及第二腔室113的底部的特征非用以限定本发明。举例来说，在其他实施例中，流道112的相对两端也可适当地与第一腔室111的底部及第二腔室113的底部保持一距离而具有一段差。
在本实施例中，时序性磁场产生器12为一可产生时序性磁场的磁场产生装置，而时序性磁场意指作用于某一固定位置的磁场(磁力线分布)随着时间而改变。时序性磁场产生器12位于分裂器11具有基板115的一侧。换句话说，分裂器11的基板115介于分裂器11的本体114与时序性磁场产生器12之间。时序性磁场产生器12包含多个磁性元件，且本实施例的这些磁性元件为多个线圈123。每一线圈123可以是一印刷电路板线圈(print circuitboard)、一电磁铁线圈(electromagnet)或一微线圈(micro coil)，但不以此为限。这些线圈123沿着流道112的延伸方向而依序排列，且这些线圈123面向基板115。进一步来说，分裂器11的基板115介于分裂器11的本体114与这些线圈123之间。并且，这些线圈123于同一时间具有相异的磁极作用于分裂器11。
此外，如图3所示，这些线圈123还区分为一第一线圈组121及一第二线圈组122。第一线圈组121位于第二线圈组122之上，第一线圈组121介于分裂器11与第二线圈组122之间，且第一线圈组121的这些线圈123与第二线圈组122的这些线圈123交错设置。意即，第一线圈组121的其中一线圈123位于第二线圈组122的相邻两线圈123之间的上方。更进一步来说，第一线圈组121的其中一线圈123投影至第二线圈组122时，第一线圈组121的此一线圈123的投影分别重叠于第二线圈组122的相邻两线圈123之一的左半部L以及另一的右半部R。
请接着参照图4A至图4D并同时搭配图3，图4A至图4D为根据图3的磁性液滴处理设备运作的示意图。
在实际产出磁性子液滴21时，先将第一腔室111、第二腔室113以及流道112充满工作液30。工作液30可包含矿物油(mineral oil)以及0.5%的界面活性剂(山梨糖醇酐油酸酯，span-80)，但不以此为限。接着将磁性母液滴20滴入第一腔室111，并且启动时序性磁场产生器12。
于第一时间点，时序性磁场产生器12的第一线圈组121的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为N极、无磁性(X)、S极、N极，而时序性磁场产生器12的第二线圈组122的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为S极、N极、无磁性(X)(如图4A所示)。如此，这些线圈123具有如图4A所示的等效磁力分布折线图，且其中每一P1点所代表的是一正磁力(即吸力)，每一P2点所代表的是一负磁力(即斥力)。故此时，磁性母液滴20被时序性磁场产生器12所产生的其中一正磁力所吸引而位于其中一P1点的正上方。
于第二时间点(即第一时间点的下一时间点)，时序性磁场产生器12的第一线圈组121的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为无磁性(X)、S极、N极、无磁性(X)，而时序性磁场产生器12的第二线圈组122的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为N极、无磁性(X)、S极(如图4B所示)。如此，这些线圈123具有如图4B所示的等效磁力分布折线图，且第二时间点的这些P1点与这些P2点的位置相对于第一时间点朝右位移。如此，磁性母液滴20受到这些线圈123的吸力及斥力位置改变后的牵引，而同样朝右移动(即朝流道112方向位移)。
于第三时间点(即第二时间点的下一时间点)，时序性磁场产生器12的第一线圈组121的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为S极、N极、无磁性(X)、S极，而时序性磁场产生器12的第二线圈组122的这些线圈123由左至右作用于分裂器11的磁极分别为无磁性(X)、S极、N极(如图4C所示)。如此，这些线圈123具有如图4C所示的等效磁力分布折线图，且第二时间点的这些P1点与这些P2点的位置相对于第二时间点朝右位移。如此，磁性母液滴20再度受到这些线圈123的吸力及斥力位置改变后的牵引，而再度朝右移动并朝流道112前进。此时，磁性母液滴20的部分体积被迫挤压进入流道112，并由流道112连接第二腔室113的一端分裂出磁性子液滴21(如图4D所示)。
接着，重复循环如图4A至图4D所示的时序性磁场产生器12的运作，即可使磁性母液滴20能够均匀、快速且连续不断地分裂产出磁性子液滴21。并且，第二腔室113内的磁性子液滴21也一并受到时序性磁场产生器12的影响而不断往右位移，以供后续的一检测设备(未绘示)使用。
值得一提的是，本实施例的时序性磁场产生器12所产生的磁场可同时对磁性母液滴20施以吸力及斥力，因此可加速磁性母液滴20或是磁性子液滴21的位移速度，甚至使磁性母液滴20或是磁性子液滴21以跳跃的方式快速位移。并且，通过第一线圈组121的这些线圈123与第二线圈组122的这些线圈123交错设置，且搭配这些线圈123具有无磁性(X)、S极、N极的三种状态，使得时序性磁场产生器12所产生的等效磁力分布于不同区段具有不同的梯度绝对值。举例来说，如图4A所示，等效磁力分布折线的区段S1(斜率较陡)的梯度绝对值大于区段S2(斜率较平缓)的梯度绝对。如此一来，除了可准确控制磁性母液滴20或磁性子液滴21的位移方向外，也可弹性地调整磁性母液滴20或磁性子液滴21于每一区段的移动速率。
请接着参照图5，图5为根据本发明另一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图。
本实施例的磁性液滴处理设备10a包含一分裂器11a及一时序性磁场产生器12a。由于本实施例的分裂器11a的结构与图1的分裂器11的结构相同，因此便不再赘述。本实施例的磁性液滴处理设备10a与图1的磁性液滴处理设备10a的差异在于时序性磁场产生器12a的结构。
本实施例的时序性磁场产生器12a包含多个磁性元件以及一活动件124a，且本实施例的这些磁性元件为多个永久磁铁123a。这些永久磁铁123a设置于活动件124a上，且位于分裂器11a下方的这些永久磁铁123a沿着流道112a的延伸方向而依序排列，且这些永久磁铁123a面向分裂器11a的基板115a。并且，这些永久磁铁123a具有相异的磁极作用于分裂器11a。就本实施例而言，这些永久磁铁123a面向分裂器11a的磁极为N极与S极交错地排列。
此外，活动件124a可相对分裂器11a平移，活动件124a可譬如但不限于一履带。因此，当活动件124a相对分裂器11a而沿着流道112a的延伸方向来回平移时，这些永久磁铁123a便依序通过分裂器11a的下方，以使分裂器11a所承受的磁场随着时间而改变，以使时序性磁场产生器12a所产生的磁场具有时序性的效果。其中，本实施例以活动件124a相对分裂器11a来回平移为例，但不以此为限。举例来说，在其他实施例中，活动件124a也可相对分裂器11a而持续朝同一方向平移。
请接着参照图6，图6为根据本发明另一实施例的磁性液滴处理设备的结构示意图。
本实施例的磁性液滴处理设备10b包含一分裂器11b及一时序性磁场产生器12b。由于本实施例的分裂器11b的结构与图1的分裂器11的结构相同，因此便不再赘述。本实施例的磁性液滴处理设备10b与图1的磁性液滴处理设备10b的差异在于时序性磁场产生器12b的结构。
本实施例的时序性磁场产生器12b包含多个磁性元件以及一活动件124b，且本实施例的这些磁性元件为多个永久磁铁123b。这些永久磁铁123b设置于活动件124b的周缘上，且位于分裂器11b下方的这些永久磁铁123b沿着流道112b的延伸方向而依序排列，且这些永久磁铁123b面向分裂器11b的基板115b。并且，这些永久磁铁123b具有相异的磁极作用于分裂器11b。就本实施例而言，这些永久磁铁123b面向分裂器11b的磁极N极与S极交错地排列。
此外，活动件124b可相对分裂器11旋转，活动件124b可譬如但不限于一转盘。因此，当活动件124b相对分裂器11b旋转时，这些永久磁铁123b便依序通过分裂器11b的下方，以使分裂器11b所承受的磁场随着时间而改变，以使时序性磁场产生器12b所产生的磁场具有时序性的效果。其中，上述活动件124b相对分裂器11b的旋转方式可以是来回旋转或是持续同一转向旋转。
根据上述实施例的磁性液滴处理设备，通过时序性磁场产生器产生时序性的磁场，以同时对磁性母液滴施以一吸力及一斥力而驱使磁性母液滴朝流道撞击，以令磁性母液滴的部分体积挤压进入流道后而分裂出磁性子液滴。如此，使磁性母液滴能够均匀、快速且连续不断地分裂产出磁性子液滴。
Claims (11)
1.一种磁性液滴处理设备，用以将一磁性母液滴分裂出一磁性子液滴，包含：
分裂器，包含：
本体，具有一表面，该表面向下凹陷而形成一第一凹槽、一第二凹槽以及介于该第一凹槽及该第二凹槽的一沟槽，该沟槽连接该第一凹槽及该第二凹槽；以及
基板，贴合于该表面，以令该第一凹槽、该第二凹槽及该沟槽对应形成一第一腔室、一第二腔室及连通该第一腔室及该第二腔室的一流道，该第一腔室用以容置该磁性母液滴；以及
时序性磁场产生器，包含多个磁性元件，该些磁性元件沿着该流道的延伸方向而依序排列，且该些磁性元件随着时间而改变磁极，以驱使该磁性母液滴朝该流道前进，令该磁性母液滴的部分体积挤压进入该流道后而分裂出该磁性子液滴至该第二腔室。
2.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该些磁性元件于同一时间具有相异的磁极作用于该分裂器，以同时对该磁性母液滴施以一吸力及一斥力而驱使该磁性母液滴朝该流道推挤。
3.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该本体的该第一凹槽或该第二凹槽具有一底面以及位于该底面相对两侧的二侧壁面，该沟槽分别与该底面及该二侧壁面保持一距离。
4.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该时序性磁场产生器位于该分裂器的一侧，且该基板介于该本体与该时序性磁场产生器之间。
5.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该些磁性元件为多个线圈，该些线圈位于该分裂器的一侧，且该基板介于该本体与该些线圈之间。
6.如权利要求5所述的磁性液滴处理设备，其中该些线圈区分为一第一线圈组及一第二线圈组，该第一线圈组介于该分裂器与该第二线圈组之间，且该第一线圈组的该些线圈与该第二线圈组的该些线圈交错设置。
7.如权利要求5所述的磁性液滴处理设备，其中每一该线圈为一印刷电路板线圈、一电磁铁线圈或一微线圈。
8.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该些磁性元件为多个永久磁铁，该时序性磁场产生器令包含一活动件，该些永久磁铁设置于该活动件，该活动件以可相对该分裂器移动的关设置于该分裂器的一侧。
9.如权利要求8所述的磁性液滴处理设备，其中该活动件可相对该分裂器平移。
10.如权利要求8所述的磁性液滴处理设备，其中该活动件可相对该分裂器旋转。
11.如权利要求1所述的磁性液滴处理设备，其中该流道的长度尺寸范围为1mm至3mm，该流道的截面积范围为0.01mm2至5mm2。
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