CN106540761B - 微型浓度梯度发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型浓度梯度发生装置及方法。所述微型浓度梯度发生装置包括串联和/或并联设置的多个稀释槽，这些稀释槽与稀释剂供给设备连接，且每一稀释槽内还设有至少一存储槽，所述存储槽上设有开口部，所述开口部与弹性膜配合，所述弹性膜与第一驱动沟道配合，所述第一驱动沟道用以驱使弹性膜接触直至封堵所述存储槽的开口部或者使弹性膜远离所述存储槽的开口部，从而控制所述存储槽内腔与所述稀释槽内腔的隔离或连通。本发明提供的浓度梯度发生装置结构简单，使用方便，无需配套复杂外界设备，仅需简单操作即可实现不同的浓度梯度，通用性好，成本低廉，适于在化学、领域广泛应用。

Description

微型浓度梯度发生装置及方法

技术领域

本发明具体涉及一种微型浓度梯度发生装置及方法。

背景技术

在化学、生物领域，实现特定物质的可控浓度梯度具有重要的实用价值。为获得浓度梯度，传统的方式是将等量的特定物质置入不同容器中，再以不同数量的稀释剂稀释，从而形成一系列不同浓度的该特定物质的溶液，即实现浓度梯度。然而此种方式操作繁琐，耗时耗力，成本高，且会导致大量物料的浪费。

近年来，研究人员也发展出了多种类型的浓度梯度发生设备，其主要有扩散型和对流型两类。扩散型是利用分子的自由扩散而产生浓度梯度。对流型是基于流体的多次分离与混合而产生浓度梯度。然而，现有的浓度梯度发生器通常结构复杂，且需配以精密、昂贵的外部设备，使用时成本高，操作复杂。并且一般单个的此类浓度梯度发生器仅能用于产生一种浓度梯度，设备的通用性差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微型浓度梯度发生装置及方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种微型浓度梯度发生装置，其包括串联和/或并联设置的复数个稀释槽，该复数个稀释槽与稀释剂供给设备连接，所述稀释槽用以容置稀释剂，且每一稀释槽内还设有至少一存储槽，所述存储槽用以容置待稀释的选定物质，所述存储槽上设有开口部，所述开口部与弹性膜配合，所述弹性膜与第一驱动沟道配合，所述第一驱动沟道用以驱使弹性膜接触直至封堵所述存储槽的开口部或者使弹性膜远离所述存储槽的开口部，从而控制所述存储槽内腔与所述稀释槽内腔的隔离或连通。

在一些实施方案中，所述存储槽上端设有开口部，并且所述存储槽的上端面低于所述稀释槽的上端面，所述弹性膜设于所述存储槽上方，所述第一驱动沟道设于所述弹性膜上方。

在一些实施方案中，在用以将所述稀释槽与稀释剂供给设备连通的稀释剂流通管路上和/或在用以将任意两个稀释槽连通的稀释剂流通管路上还分布有第一控制阀。

在一些实施方案中，所述稀释槽还与储液腔连通，所述储液腔用以容置辅助试剂，并且在用以将所述稀释槽与储液腔连通的辅助试剂流通管路上还分布有第二控制阀，所述控制阀包括弹性膜和与弹性膜配合的第三驱动沟道，所述第三驱动沟道用以控制辅助试剂流通管路的导通或截止。

本发明实施例还提供了一种浓度梯度发生方法，其包括：

提供前述的任一种微型浓度梯度发生装置；

在各稀释槽中的存储槽内置入不同数量的选定物质，并以第一驱动沟道驱使弹性膜封堵存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔的隔离；

在各稀释槽内注入稀释剂；

之后，以第一驱动沟道使弹性膜远离存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔连通，并使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散，从而在该复数个稀释槽内形成不同浓度的选定物质的溶液，即获得浓度梯度。

与现有技术相比，本发明提供的浓度梯度发生装置结构简单，使用方便，无需配套复杂外界设备，仅需简单操作即可实现不同的浓度梯度，通用性好，成本低廉，适于在化学、领域广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一典型实施例中一种微型浓度梯度发生装置的结构示意图；

图2是本发明一典型实施例中一种微阀的工作原理图；

图3是本发明一典型实施例中一种微型浓度梯度发生装置的工作状态示意图之一；

图4是本发明一典型实施例中一种微型浓度梯度发生装置的工作状态示意图之二；

图5是本发明一优选实施例中一种微型浓度梯度发生装置的结构示意图；

附图标记说明：稀释槽1、储存槽2、控制阀3、稀释剂流通管路4、第一驱动沟道5、弹性膜6、稀释剂7、选定物质8、储液腔9、第三驱动沟道10、辅助试剂流通管路11。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种微型浓度梯度发生装置包括串联和/或并联设置的复数个稀释槽，该复数个稀释槽与稀释剂供给设备连接，所述稀释槽用以容置稀释剂，且每一稀释槽内还设有至少一存储槽，所述存储槽用以容置待稀释的选定物质，所述存储槽上设有开口部，所述开口部与弹性膜配合，所述弹性膜与第一驱动沟道配合，所述第一驱动沟道用以驱使弹性膜接触直至封堵所述存储槽的开口部或者使弹性膜远离所述存储槽的开口部，从而控制所述存储槽内腔与所述稀释槽内腔的隔离或连通。

前述的“串联和/或并联设置”包括如下情形：该复数个稀释槽中的第一个稀释槽与稀释剂供给设备直接连接，而第二个稀释槽至最后一个稀释槽与第一个稀释槽通过稀释剂流通管路依次串联；或者，该复数个稀释槽均通过稀释剂流通管路与稀释剂供给设备连通，即该复数个稀释槽并联；或者，该复数个稀释槽中的若干稀释槽通过稀释剂流通管路串联后，再与其它稀释槽并联。

在一些实施方案中，所述存储槽上端设有开口部，并且所述存储槽的上端面低于所述稀释槽的上端面(保证注入稀释槽的稀释剂的液面足以淹没存储槽的开口部，利于稀释剂进入存储槽)，所述弹性膜设于所述存储槽上方，所述第一驱动沟道设于所述弹性膜上方。

在一些实施方案中，所述存储槽由凸设于所述稀释槽内腔底端面上的环形突出部形成。

进一步的，所述存储槽优选为浅而宽的，尤其优选的，所述存储槽的高度与开口部的直径的比值为1:10～1:1，以使存储槽内的选定物质能更为顺利、均匀的向稀释槽内扩散。

进一步的，各稀释槽中存储槽的容积和/或各稀释槽中存储槽的数量不相同，以容置不同数量的选定物质。

例如，若每一稀释槽内仅有一个存储槽，则其中至少一稀释槽中存储槽的容积大于其余稀释槽中存储槽的容积。或者，若每一稀释槽内有多个容积相同的存储槽，则其中至少一稀释槽中存储槽的数量大于其余稀释槽中存储槽的数量。

当然，也可以事先在各稀释槽中的存储槽内置入预定数量的选定物质。

藉由前述的设计，就可以通过简单操作，以一个所述的微型浓度梯度发生装置实现不同的浓度梯度，包括线性或非线性的浓度梯度。

在一些实施方案中，在用以将所述稀释槽与稀释剂供给设备连通的稀释剂流通管路上和/或在用以将任意两个稀释槽连通的稀释剂流通管路上还分布有第一控制阀。

在一些较佳实施方案中，所述稀释槽还与储液腔连通，所述储液腔用以容置辅助试剂，并且在用以将所述稀释槽与储液腔连通的辅助试剂流通管路上还分布有第二控制阀。

前述第一、第二控制阀可以采用业界习知的各类机械阀、电磁阀或微阀等。

较为优选的，所述第一控制阀包括弹性膜和与弹性膜配合的第二驱动沟道，所述第二驱动沟道用以控制稀释剂流通管路的导通或截止。

较为优选的，所述第二控制阀包括弹性膜和与弹性膜配合的第三驱动沟道，所述第三驱动沟道用以控制辅助试剂流通管路的导通或截止。

前述第一、第二、第三驱动沟道的两端可与外界相连，当向这些驱动沟道中注入流体(例如高压气体、液体等)时，驱动沟道下的弹性膜会向下发生弯曲，阻塞弹性膜下方的存储槽开口部、稀释剂流通管路或辅助试剂流通管路等，当撤去流体时，弹性膜恢复，下方的存储槽开口部、稀释剂流通管路或辅助试剂流通管路连通。前述驱动沟道与弹性膜配合形成的结构，亦可认为是一类微阀。

尤其是对于第一驱动沟道来说，通过向第一驱动沟道内按特定时序通入一定压力的液体或气体，可以使弹性膜按特定时序发生形变，从而可驱使稀释槽内的稀释剂和进入存储槽的稀释剂被扰动，即实现类似微泵的功能，进而促使存储槽内的选定物质更为快捷、均匀的向稀释槽内扩散。

前述弹性膜可以由弹性高分子聚合物材料形成，例如可以由聚二甲基硅氧烷等制成。

前述驱动沟道可以分布于叠设在设于弹性膜上方的驱动层内，驱动层可以由高分子聚合物、水凝胶、硅片、石英、玻璃和金属材料中的任意一种或多种的组合形成，例如可优选由聚二甲基硅氧烷制成。

前述第一、第二、第三驱动沟道可以形成于同一驱动层内。或者也可以形成于不同的驱动层内。

前述弹性膜可以是同一弹性膜，也可以是不同弹性膜。

前述稀释槽、存储槽等也可以由高分子聚合物、水凝胶、硅片、石英、玻璃和金属材料中的任意一种或多种的组合形成。其中，存储槽可以与稀释槽一体制备，亦可是分别制备后通过粘接等方式组装形成。

前述的选定物质，可以是化学、生物领域中的任一种化学试剂、生物材料(如细胞、细菌、病毒等)等。

前述的稀释剂，可以是水、水溶液、有机溶剂等。

显然，所述的选定物质、稀释剂或其混合物(溶液、悬浮液等)应不会与构成稀释槽、隔离槽、弹性膜等的材料发生化学、生物反应等。

本发明实施例提供的一种浓度梯度发生方法包括：

提供前述的微型浓度梯度发生装置；

在各稀释槽中的存储槽内置入不同数量的选定物质，并以第一驱动沟道驱使弹性膜封堵存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔的隔离；

在各稀释槽内注入稀释剂；

之后，以第一驱动沟道使弹性膜远离存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔连通，并使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散，从而在该复数个稀释槽内形成不同浓度的选定物质的溶液，即获得浓度梯度。

在一些实施方案中，可以通过设于用以将两个稀释槽连通的稀释剂流通管路上的第一控制阀而使该两个稀释槽彼此隔离，以杜绝出现不同稀释槽中的溶液出现彼此污染等问题。

在一些实施方案中，所述的浓度梯度发生方法还可包括：在向各稀释槽内注入稀释剂之后，以第一驱动沟道驱使弹性膜反复接近或远离存储槽的开口部，从而使稀释槽内的稀释剂和进入存储槽的稀释剂被扰动，促使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散。

在一些实施方案中，所述的浓度梯度发生方法还可包括：在向各稀释槽内注入稀释剂之前或之后，通过储液腔向至少一稀释槽内输入辅助试剂。

所述的辅助试剂可以与前述的选定物质相同或不相同。特别是在辅助试剂与选定物质相同的情况下，在向各稀释槽内注入稀释剂之后，再通过储液腔向稀释槽内输入辅助试剂，可以便捷的调控稀释槽内溶液的浓度范围。而在辅助试剂与选定物质不同的情况下，还可以实现在稀释槽内实现化学、生物多重测试。例如，若选定物质是细胞，则辅助试剂可以是细胞毒性物质、染色剂等等，如此还可以在形成不同浓度梯度的细胞悬液的情况下，实现多种测试。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2所示，在本发明的一典型实施例中，一种微型浓度梯度发生装置包括依次串联的多个稀释槽1，这些稀释槽与稀释剂供给设备连接(图中未示出)，且每一稀释槽内还设有一个存储槽2，所述存储槽2由凸设于稀释槽1内腔底端面上的环形突出部形成，其上端设有开口部，所述开口部与弹性膜6配合，所述弹性膜6与第一驱动沟道5配合，所述第一驱动沟道用以驱使弹性膜接触直至封堵所述存储槽的开口部或者使弹性膜远离所述存储槽的开口部，从而控制所述存储槽内腔与所述稀释槽内腔的隔离或连通。

进一步的，前述各稀释槽1内的存储槽2的容积渐次减小，因此可以容置不同数量的待稀释的选定物质。

进一步的，前述存储槽的高度与开口部的直径的比值为1:10～1:1。

进一步的，在用以将所述稀释槽与稀释剂供给设备连通的稀释剂流通管路上和用以将各稀释槽连通的稀释剂流通管路上还分布有控制阀3(可称之为第一控制阀)。

优选的，所述第一控制阀可以包括弹性膜和与弹性膜配合的第二驱动沟道，所述第二驱动沟道用以控制稀释剂流通管路的导通或截止。

参阅图1、图3及图4，藉由前述微型浓度梯度发生装置实现浓度梯度的方法包括：

在前述微型浓度梯度发生装置内的各稀释槽中的存储槽内置入不同数量的选定液体8，并以第一驱动沟道驱使弹性膜封堵存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔的隔离；

在各稀释槽内注入稀释剂7(图1中的空心箭头示出了稀释剂的流动方向)；

之后，以第一驱动沟道使弹性膜远离存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔连通，并使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散，从而在该多个稀释槽内形成不同浓度的选定物质的溶液，即获得浓度梯度。

其中，可以通过设于用以将两个稀释槽连通的稀释剂流通管路上的第一控制阀而使该两个稀释槽彼此隔离，以杜绝出现不同稀释槽中的溶液出现彼此污染等问题。

其中，可以在向各稀释槽内注入稀释剂之后，以第一驱动沟道驱使弹性膜反复接近或远离存储槽的开口部，从而使稀释槽内的稀释剂和进入存储槽的稀释剂被扰动，促使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散。

又及，请参阅图5所示，在本发明的一优选实施例中，一种微型浓度梯度发生装置的结构可以与前述实施例相似。

但其中至少一稀释槽1还与储液腔9连通，并且在用以将所述稀释槽与储液腔连通的辅助试剂流通管路上还分布有第二控制阀。

优选的，所述第二控制阀包括弹性膜(图中未示出)和与弹性膜配合的第三驱动沟道10，该第三驱动沟道用以控制辅助试剂流通管路11的导通或截止。

在该实施例中，可以在向各稀释槽内注入稀释剂之前或之后，通过储液腔向至少一稀释槽内输入辅助试剂。

该辅助试剂可以与前述的选定物质相同或不相同。例如，在辅助试剂与选定物质相同的情况下，在向各稀释槽内注入稀释剂之后，再通过储液腔向稀释槽内输入辅助试剂，可以便捷的调控稀释槽内溶液的浓度范围。又例如，在辅助试剂与选定物质不同的情况下，还可以实现在稀释槽内实现化学、生物多重测试。

在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种浓度梯度发生方法，其特征在于包括：

提供微型浓度梯度发生装置，所述微型浓度梯度发生装置包括串联和/或并联设置的复数个稀释槽，该复数个稀释槽与稀释剂供给设备连接，所述稀释槽用以容置稀释剂，且每一稀释槽内还设有至少一存储槽，所述存储槽用以容置待稀释的选定物质，所述存储槽上端设有开口部，所述开口部与弹性膜配合，所述存储槽的高度与开口部的直径的比值为1:10～1:1，所述存储槽的上端面低于所述稀释槽的上端面，所述弹性膜设于所述存储槽上方，所述弹性膜与第一驱动沟道配合，所述第一驱动沟道设于所述弹性膜上方并用以驱使弹性膜接触直至封堵所述存储槽的开口部或者使弹性膜远离所述存储槽的开口部，从而控制所述存储槽内腔与所述稀释槽内腔的隔离或连通；

在各稀释槽中的存储槽内置入不同数量的选定物质，并以第一驱动沟道驱使弹性膜封堵存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔隔离；

在各稀释槽内注入稀释剂；

之后，以第一驱动沟道驱使弹性膜反复接近或远离存储槽的开口部，从而使存储槽内腔与稀释槽内腔连通，并使稀释槽内的稀释剂和进入存储槽的稀释剂被扰动，促使存储槽内的选定物质向稀释槽内扩散，从而在该复数个稀释槽内形成不同浓度的选定物质的溶液，即获得浓度梯度。

2.根据权利要求1所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：所述存储槽由凸设于所述稀释槽内腔底端面上的环形突出部形成。

3.根据权利要求1所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：各稀释槽中存储槽的容积和/或各稀释槽中存储槽的数量不相同。

4.根据权利要求1所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：在用以将所述稀释槽与稀释剂供给设备连通的稀释剂流通管路上和/或在用以将任意两个稀释槽连通的稀释剂流通管路上还分布有第一控制阀。

5.根据权利要求4所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：所述第一控制阀包括弹性膜和与弹性膜配合的第二驱动沟道，所述第二驱动沟道用以控制稀释剂流通管路的导通或截止。

6.根据权利要求1所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：所述稀释槽还与储液腔连通，所述储液腔用以容置辅助试剂，并且在用以将所述稀释槽与储液腔连通的辅助试剂流通管路上还分布有第二控制阀。

7.根据权利要求6所述的浓度梯度发生方法，其特征在于：所述第二控制阀包括弹性膜和与弹性膜配合的第三驱动沟道，所述第三驱动沟道用以控制辅助试剂流通管路的导通或截止。