CN105381903A - 一种气动微液滴喷射点样装置 - Google Patents

Abstract

一种气动微液滴喷射点样装置，包括压力气源、以及按由下到上的顺序设置的多孔板、分样板和进气盖板，进气盖板下表面和分样板上表面之间形成一个密封气腔，进气盖板上设置有进气孔、排气孔和连通密封气腔的连通孔，进气孔与压力气源连接，排气孔与大气相通，进气孔、排气孔及连通孔通过进气盖板内的导气管道连接，进气孔和排气孔设有控制阀，通过控制进气孔和排气孔的控制阀的通断，先使密封气腔内的压力升高至可将液体挤出到分样板的喷嘴处，随后使密封气腔内的压力降低，进而使喷嘴处的液体断裂而形成液滴并喷出，承接于多孔板中，多余的液体回抽至分样板的喷嘴中。该气动微液滴喷射点样装置能够提高分样效率和分样精度。

Description

一种气动微液滴喷射点样装置

技术领域

本发明涉及微液滴点样装置，特别是一种气动微液滴喷射点样装置。

背景技术

微阵列分析技术是生命科学、制药学和化学中的关键检测技术，微阵列分析的实现依赖于自动液体分样技术的发展，其特点在于快速、自动将溶液分成微小液滴并释放，可用于DNA、蛋白质、细胞等溶液的微滴分样。微滴分样分为接触式和非接触式，目前常用的针尖接触式点样方法具有液滴体积小，操作简单的特点，但是对针尖阵列的装配精度和基底平整度要求极高，且难以避免交叉污染以及界面属性的影响。因此，非接触式的喷射点样装置在精确的微阵列分析中很有必要。但目前的非接触点样装置结构复杂，在分样效率(高通量)和分样量控制(高精度)上尚难以兼顾。

发明内容

本发明的目的是提供一种气动微液滴喷射点样装置，解决现有非接触点样装置在分样效率和分样精度上无法兼顾的问题。

为此，本发明提出以下技术方案：

一种气动微液滴喷射点样装置，包括压力气源、以及按由下到上的顺序设置的多孔板、分样板和进气盖板，所述进气盖板下表面和所述分样板上表面之间形成一个密封气腔，所述进气盖板上设置有进气孔、排气孔和连通所述密封气腔的连通孔，所述进气孔与所述压力气源连接，所述排气孔与大气相通，所述进气孔、所述排气孔及所述连通孔通过所述进气盖板内的导气管道连接，所述进气孔和所述排气孔设有控制阀，所述分样板具有多个喷嘴，用于将液体分样为液滴，所述多孔板用于承接液滴，其中，通过控制所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断，先使所述密封气腔内的压力升高至可将液体挤出到所述分样板的喷嘴处，随后使所述密封气腔内的压力降低，进而使喷嘴处的液体断裂而形成液滴并喷出，承接于所述多孔板中，多余的液体回抽至所述分样板的喷嘴中。

进一步地，本发明还可以具有如下技术特征：

所述进气盖板底面设置有多个压力传感器，用以检测所述密封气腔内的压力分布，所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断至少根据所述压力传感器的检测情况来控制。

所述控制阀为电磁阀。

所述电磁阀的通断是由包括直流电源、继电器以及可编程微控制器的控制电路进行控制。

所述连通孔为喇叭口。

所述导气管道形成交错分布的网格结构，多个所述进气孔在所述网格结构的顶部形成阵列，多个所述连通孔在所述网格结构的底部形成阵列，多个所述排气孔排列在所述网格结构的侧部。

所述分样板具有多孔阵列，每个孔对应设置一个喷嘴。

所述进气盖板的下表面和所述分样板的上表面之间设置有密封圈以实现密封。

本发明的有益效果包括：

本发明可以通过分时控制进气和排气，通过控制压力和保持时间，来实现对液滴喷射压力的精确控制，从而得到体积小、更精确可控的液滴，同时，利用多孔阵列分样板，可以实现许多个液滴的同时并行喷射点样，点样量可控制在1纳升。通过本发明的技术方案，可迅速、并行、高效地实现很多个(如数百点)液滴同时进行微小点样量的喷射点样，可在制药、生物检测、化学检测等领域起到提高检测通量，节省昂贵试剂，降低成本的作用。

附图说明

图1是本发明实施例的气动微液滴喷射点样装置的截面示意图；

图2是本发明实施例的气动微液滴喷射点样装置的立体分解示意图；

图3是实施例中的进气盖板内部导气管道的结构图。

图中标号：1.进气盖板，2.密封圈，3.分样板，4.多孔板，5.底座，6.继电器，7.直流电源，8.电磁阀，9.压力气源，10.可编程微控制器，11.压力传感器，12.待点样液体，13.液滴。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参见图1至图3，在一种实施例中，一种气动微液滴喷射点样装置，包括压力气源9、以及按由下到上的顺序设置的多孔板4、分样板3和进气盖板1，所述进气盖板1下表面和所述分样板3上表面之间形成一个密封气腔，所述进气盖板1上设置有进气孔、排气孔和连通所述密封气腔的连通孔，所述进气孔与所述压力气源9连接，所述排气孔与大气相通，所述进气孔、所述排气孔及所述连通孔通过所述进气盖板1内的导气管道连接，所述进气孔和所述排气孔设有控制阀，所述分样板3具有多个喷嘴，用于将液体分样为液滴，所述多孔板4用于承接液滴，其中，通过控制所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断，先使所述密封气腔内的压力升高至可将液体挤出到所述分样板3的喷嘴处,作为待点样液体12，随后使所述密封气腔内的压力降低，进而使喷嘴处的待点样液体12断裂而形成液滴13并喷出，承接于所述多孔板4中，多余的液体回抽至所述分样板3的喷嘴中。

在优选的实施例中，所述进气盖板1底面设置有多个压力传感器11，用以检测所述密封气腔内的压力分布，所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断至少根据所述压力传感器11的检测情况来控制。

在优选的实施例中，所述控制阀为电磁阀8。在一种具体的实施例中，所述电磁阀8的通断可以是由包括直流电源7、继电器6以及可编程微控制器10的控制电路进行控制。

在优选的实施例中，所所述连通孔为喇叭口。

在优选的实施例中，所述导气管道形成交错分布的网格结构，多个所述进气孔在所述网格结构的顶部形成阵列，多个所述连通孔在所述网格结构的底部形成阵列，多个所述排气孔排列在所述网格结构的侧部。

在优选的实施例中，所述分样板3具有多孔阵列，每个孔对应设置一个喷嘴。

在优选的实施例中，所述进气盖板1的下表面和所述分样板3的上表面之间设置有密封圈2以实现密封

在一种具体实施例中，一种气动微液滴喷射点样装置，包括：提供喷射压力的压力气源9；控制气流通断的电磁阀8；控制电磁阀8工作的直流电源7和继电器6；检测管路和内腔压力的压力传感器11；读取压力传感器11信号及控制继电器6通断的可编程微控制器10；引导气体进入内腔的进气盖板1；用于液体分配的分样板3；保证喷射内腔气密性的密封圈2；承接液滴的多孔板4；机加工底座5。通过继电器6控制电磁阀8的通断，在喷射内腔产生一定的压力，保持一段时间后通过电磁阀8泄压，分样板3上承载的液体在压力作用下从喷嘴喷出，形成微小液滴，落入下方多孔板4的孔内。

在一种具体实施例中，采用一种同时具备进气、排气功能的进气盖板1，可以实现内腔压力的快速精确调控，从而控制点样的均匀性和精确性。进气盖板1的上表面和侧面开有进气孔和排气孔，内部设有纵横交错的导气管道，将进气孔、排气孔连通，用电磁阀8控制进气孔和排气孔的开闭。进气盖板1底部开有喇叭口，与导气管道连通，将管路气压分散且均匀地施加给液体。进气盖板1底部同时分布5-10个压力传感器11，用以检测内腔压力分布。进气盖板1下表面、密封圈2内侧和分样板3上表面形成一个内腔，当分样板3注入液体时，内腔密闭，此时控制电磁阀8打开进气孔，内腔压力迅速升高，液体在压力作用下挤出；控制电磁阀8打开排气孔，内腔压力降低，液体回复。据此，通过可编程微控制器10和继电器6控制电磁阀8，首先将管路压力调至预设值，打开进气阀，内腔压力升高至可将液体挤出的值，保持一定时间后，打开排气阀，使高压气体从排气口排出，内腔压力迅速降低，喷嘴处的液体断裂，形成液滴并向下喷出，承接于多孔板4中，多余液体回抽至分样板3喷嘴中，为下次点样做准备。

在一种具体实施例中，一种气动微液滴喷射点样装置，由底座5、多孔板4、分样板、密封圈、进气盖板、电磁阀8、直流电源7、可编程微控制器10、继电器6和压力传感器11组成，多孔板4、分样板3、密封圈2、进气盖板1按由下到上的顺序固定在底座5上，进气盖板下表面、密封圈内侧和分样板上表面形成一个气腔，进气盖板上安装电磁阀8，电磁阀气口通过软管与压力气源9连接，电磁阀之间并联，并以串联方式与直流电源7、继电器6形成控制电路，继电器6和压力传感器11与可编程微控制器10相连。

在一种具体实施例中，进气盖板1底面均布5-10个压力传感器11，用以检测压力分布，顶面和侧面开有进气和出气孔，内部有纵横交错的管道，连接进气孔和出气孔，底面开有18-72个喇叭口，将压力均匀且分散地施加于气腔。

在一种具体实施例中，用电磁阀8控制进气盖板上1进气和出气孔的开闭，出气孔关闭，进气孔打开时，腔内升压，液体从喷口挤出；进气孔关闭，出气孔打开时，腔内降压，液体断裂形成液滴并喷出。

在一种具体实施例中，用可编程微控制器10检测并控制喷射过程，通过压力传感器11检测管路压力和腔内压力分布，控制继电器6通断以打开和关闭电磁阀8，控制过程为：首先调节管路压力和压力保持时间为设定值，进气阀打开，腔内增压，压力达到设定值并保持一段时间后关闭进气阀，打开排气阀，腔内减压。

如图1所示的实施例，底座5和进气盖板1由不锈钢或铝合金机加工制成，分样板3为聚合物通过微纳加工方式制成，密封圈2为橡胶材质。安装时，按由下到上的顺序将分样板3、密封圈2和进气盖板1装在底座5上，并用螺钉锁紧，使内腔封闭。电磁阀8固定在进气盖板1的进气孔和排气孔处，其中进气孔电磁阀并联，排气孔电磁阀并联，用两个继电器6分别控制两组电磁阀。进气孔电磁阀另一端与压力气源9相连，排气孔电磁阀另一端与大气相通。电磁阀8、继电器6、直流电源7串联形成闭合回路，继电器6的控制端接在可编程微控制器10的I/O端口上，压力传感器11接在可编程微控制器10的AD端口上。点样时，先在分样板3的储液池中加入待分样液体12，由于喷嘴很小，在表面张力作用下，液体不会漏出，此时气腔的下部是封闭的，按顺序安装密封圈2和进气盖板1，用螺钉锁紧，内腔封闭。打开可编程微控制器10，打开压力气源9开关，调整管路气压，然后启动喷射程序，进气阀打开，内腔压力升高，液体12在压力作用下挤出，此时进气阀关闭，排气阀打开，内腔压力迅速降低，液体12断裂，形成微小液滴13飞出，承接到下方的多孔板4中。

图2所示具体实施例是384孔喷射点样装置的分解图。为降低加工难度，底座5可采用分体加工。将多孔板4装入底座5，有限位装置保证多孔板4的孔与分样板3的喷嘴对准。将分样板3装入底座5中，向分样板上的储液池中加入液体，然后装上密封圈2和进气盖板1，内腔封闭。384孔喷射点样仪的进气盖板1上表面有12个进气孔，安装12个电磁阀8控制进气孔开闭，4个侧表面上有24个排气孔，安装24个电磁阀8控制排气孔开闭。

图3所示具体实施例是384孔喷射点样仪的进气盖板1内部结构图。进气盖板内部用机加工方式制成导气通道，水平方向的12个通道将4个侧面的24个排气孔连通，竖直方向的通道将上表面的12个进气孔与水平方向的通道连通，底部的72个喇叭孔与水平方向通道连通，起到均匀分配气流的作用。每个进气孔可对临近的6个喇叭孔提供气压。底部的环形槽用于安装密封圈2。

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气动微液滴喷射点样装置，其特征是，包括压力气源、以及按由下到上的顺序设置的多孔板、分样板和进气盖板，所述进气盖板下表面和所述分样板上表面之间形成一个密封气腔，所述进气盖板上设置有进气孔、排气孔和连通所述密封气腔的连通孔，所述进气孔与所述压力气源连接，所述排气孔与大气相通，所述进气孔、所述排气孔及所述连通孔通过所述进气盖板内的导气管道连接，所述进气孔和所述排气孔设有控制阀，所述分样板具有多个喷嘴，用于将液体分样为液滴，所述多孔板用于承接液滴，其中，通过控制所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断，先使所述密封气腔内的压力升高至可将液体挤出到所述分样板的喷嘴处，随后使所述密封气腔内的压力降低，进而使喷嘴处的液体断裂而形成液滴并喷出，承接于所述多孔板中，多余的液体回抽至所述分样板的喷嘴中。

2.如权利要求1所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述进气盖板底面设置有多个压力传感器，用以检测所述密封气腔内的压力分布，所述进气孔和所述排气孔的控制阀的通断至少根据所述压力传感器的检测情况来控制。

3.如权利要求1或2所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述控制阀为电磁阀。

4.如权利要求1或2所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述电磁阀的通断是由包括直流电源、继电器以及可编程微控制器的控制电路进行控制。

5.如权利要求1至4任一项所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述连通孔为喇叭口。

6.如权利要求1至5任一项所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述导气管道形成交错分布的网格结构，多个所述进气孔在所述网格结构的顶部形成阵列，多个所述连通孔在所述网格结构的底部形成阵列，多个所述排气孔排列在所述网格结构的侧部。

7.如权利要求1至6任一项所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述分样板具有多孔阵列，每个孔对应设置一个喷嘴。

8.如权利要求1至7任一项所述的气动微液滴喷射点样装置，其特征是，所述进气盖板的下表面和所述分样板的上表面之间设置有密封圈以实现密封。