CN107674819B - 一种样本液滴颗粒形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种样本液滴颗粒形成装置，旨在解决体体外分子诊断样品取样液滴颗粒形成不便，形成的液滴稳定性和均一性不佳，容易受到外界的污染，从而影响检测的精准度的不足。该发明包括机架、流体驱动器，机架下端连接底板，底板上安装有样本支架、枪头架、承载包装芯片，机架上可横向移动安装有滑座，滑座下端可升降安装有升降座，升降座上连接可振动的液滴形成机头部件，液滴形成机头部件上设有和取液枪头适配的枪头座，承载包装芯片包括芯片本体，芯片本体上设有集油槽、斜滑道、液滴储存池、排油流道、液面控制油槽、储油槽，集油槽上连接弹性密封盖，芯片本体上设有和储油槽连通的排气孔。

Description

一种样本液滴颗粒形成装置

技术领域

本发明涉及体外分子诊断和生物基因研究领域，更具体地说，它涉及一种样本液滴颗粒形成装置。

背景技术

目前荧光定量PCR（Fluorescence Quantitative Polymerase Chain Reaction，qPCR）已发展成为体外分子诊断领域一项关键的常规技术，极大地推动了生命科学在卫生医疗领域的发展。但是，荧光定量PCR定量只是相对定量，其准确度和重现性依然不能够满足目前体外分子诊断系统和生物基因学领域研究的要求。另外，由于PCR扩增产物对酶催化反应的抑制作用，基于目前qPCR技术的基因变异检测方法对体细胞中低丰度的基因变异常常无能为力的。

所以，数字PCR（Digital PCR，dPCR）是一种基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量方法，是一种绝对定量的方法。当前主要采用微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。与传统定量PCR不同，数字PCR通过直接计数的方法，可以实现起始DNA模板的绝对定量。另外，数字PCR还是一种可以在大量的野生型DNA背景中鉴定出微量突变体的方法。由于数字PCR技术可以将模板DNA分子事先分隔开来单独进行扩增，这就避免了高丰度等位基因核酸对变异核酸的扩增抑制，因此提高了微量变异核酸的检出效率。乳滴数字PCR技术能够检测低至0.001%的突变片段，而测序及常规实时荧光定量PCR法对少于1%的突变是无能为力的，因此微滴式数字PCR技术可将突变检测灵敏度提高1000倍。样品扩增检测之前需要形成微米级的液滴颗粒，现在常用的方法液滴颗粒形成不便，形成的液滴稳定性和均一性不佳，容易受到外界的污染，从而影响检测的精准度。

发明内容

本发明克服了体外分子诊断样品取样液滴颗粒形成不便，形成的液滴稳定性和均一性不佳，容易受到外界的污染，从而影响检测的精准度的不足，提供了一种样本液滴颗粒形成装置，它形成液滴颗粒方便，形成的液滴稳定性和均一性好，不易受到外界的污染，确保了检测的精准度，避免了假阳性的出现。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种样本液滴颗粒形成装置，包括机架、流体驱动器，机架下端连接底板，底板上安装有样本支架、枪头架、承载包装芯片，样本支架上安装有若干样本容器，枪头架上安装有若干取液枪头， 取液枪头下端设有若干毛细管，机架上可横向移动安装有滑座，滑座下端可升降安装有升降座，升降座上连接可振动的液滴形成机头部件，液滴形成机头部件上设有和取液枪头适配的枪头座，枪头座上设有连通孔，连通孔与流体驱动器连通；承载包装芯片包括高透光率的芯片本体，芯片本体两端分别设有集油槽和液面控制油槽，集油槽上连接有用于插装毛细管的弹性密封盖，芯片本体内设有微米级的依次连通的斜滑道、液滴储存池、排油流道，斜滑道与集油槽下端连通，斜滑道从与集油槽连通端向另一端由上往下倾斜设置，排油流道孔径小于液滴储存池高度且排油流道设置在液滴储存池顶端边缘位置，排油流道与液面控制油槽连通，芯片本体内设有储油槽，芯片本体上设有和储油槽连通的排气孔，芯片本体上液面控制油槽和储油槽之间设有引流槽，引流槽下端贯通到储油槽。

样本液滴颗粒形成装置运行时，首先，在芯片本体的内腔灌满油相流体，且确保油相的液面以保持不外溢流入储油槽为准，并用弹性密封盖将芯片集油槽端口密闭，使油相流体在密闭的空间内保持稳定，不外溢。其次，滑座横向移动使液滴形成机头部件到达枪头架上方指定的位置，然后升降座向下移动使液滴形成机头部件上的枪头座插入枪头架上的取液枪头，枪头座和取液枪头插装完成紧密配合后，升降座上行，然后滑座横向移动到样本支架上方，升降座下行，取液枪头上的毛细管插入样本容器中，流体驱动器工作使取液枪头内形成负压，进行抽取样本的动作。取液枪头完成取液动作后，升降座上行，滑座横向移动，使液滴形成机头部件到达承载包装芯片的上方。然后升降座下行，使毛细管刺破弹性密封盖，毛细管下端口完全浸入在油相中，毛细管与油相完全接触，形成一个密闭的腔体，使样本完全处在与外界隔绝的密闭腔体内不受污染。在流体驱动器的作用下，毛细管下端形成液滴，液滴形成机头部件振动，使毛细管摆动，这时再次启动流体驱动器，使取液枪头内的样本流体在取液枪头上毛细管喷嘴处聚集，由于样本流体的自身粘度和表面张力的作用，就在毛细管喷嘴处形成一个球体，当这个样本球体的体积增大到一定的体积时，由于毛细管在油相中做左右摇摆运动，这时样本球体在油相中也做左右摇摆运动，当其体积在运动的过程中所受到的油相介质的阻力大于样本自身的粘力时，样本球体就会脱离毛细管喷嘴而散落在油相中形成独立的样本液滴颗粒。由于，液滴颗粒的比重大于油相的比重，所以，液滴颗粒由于自身的重力作用，顺着斜滑道流向液滴储存池；液滴颗粒不断形成而进入液滴储存池内，液滴储存池内的油相就要被排挤出液滴储存池，这样才能保证液滴储存池内的液滴颗粒，所受的压力与外界环境的气压一致，保持相对液滴颗粒的稳定性，而集油槽的上端口，是由弹性密封盖密闭的，因此，需要排出的油相，只能通过排油流道流出，并通过液面控制油槽进入储油槽内。当液滴颗粒形成后，升降座上行，取液枪头拔出，弹性密封盖由于自身的弹性又将芯片接口密闭。液面控制油槽可以用来衡量集油槽内油相液面的高度，同时，也确保集油槽内油相液面的高度恒定，使整个排油流道都被油相流体所占满而密闭，确保形成的液滴颗粒完全处在油相流体的包被中而不会受到任何污染。当液滴颗粒形成完成后，取下取液枪头，将整个芯片拿去进行加温扩增，此时，由于油相和水相样本的液滴颗粒在升温时都会膨胀，由于芯片集油槽的上端口处被弹性密封盖密闭，所以，当液滴储存池内的流体体积增大时，多余的体积就会通过液面控制油槽的引流槽溢出，流入储油槽，使液滴储存池内的压力与外界气压保持一致，确保液滴颗粒不会受到压力的影响而融合；由于芯片的材料是高透光率的材料，确保在提取液滴颗粒的荧光信号时不受到损耗。芯片本体具有较好的导热效果，也具有很好的热稳定性，同时具有很好的分子结构稳定性，与多种流体不会发生反应。样本液滴颗粒在扩增后仍保持较好的稳定性和信号的重现性，确保在提取液滴颗粒的荧光信号时不受到损耗，得到的数据结果更加接近真实值。这种样本液滴颗粒形成装置，它形成液滴颗粒方便，形成的液滴稳定性和均一性好，不易受到外界的污染，确保了检测的精准度，避免了假阳性的出现。

作为优选，芯片本体包括上片和下片，斜滑道、液滴储存池、排油流道、储油槽设置在上片和下片之间，集油槽、液面控制油槽、排气孔均设置在上片上。由上片和下片连接在一起构成的芯片本体制造方便，成本低。

作为优选，芯片本体上和集油槽、液面控制油槽均对应设有腰圆凸起，集油槽、液面控制油槽分别设置在两腰圆凸起上，集油槽、液面控制油槽均呈腰圆形。这种结构设置的集油槽和液面控制油槽便于控制油液高度，确保液滴颗粒完全被油相抱住，而不会受到外界污染。

作为优选，液滴储存池高度仅供单层液滴平铺通过。液滴颗粒单层流过液滴储存池，防止液滴颗粒堆叠而损坏液滴颗粒，同时便于检测，有利于提高检测精准度。

作为优选，排油流道沿着液面控制油槽底部边缘设有一排。设置一排排油流道有利于油相从液滴储存池中快速排出。

作为优选，样本容器、毛细管、斜滑道、液滴储存池、排油流道内表面均经过疏水处理。经过疏水处理以确保液滴颗粒在流动的过程中所受阻力最小。

作为优选，集油槽宽度从上往下逐渐减小，集油槽内壁呈弧形结构。集油槽有利于液滴向下流动。

作为优选，液滴形成机头部件包括振荡架、振荡器、缓冲体，缓冲体安装在振荡架和升降座之间，枪头座连接在振荡架上，枪头座和振荡架之间连接缓冲硅胶，振荡器安装在振荡架和缓冲硅胶之间。当液滴形成时，安装在液滴形成机头部件中的振荡器开始工作，使液滴形成机头部件中的取液枪头上毛细管做左右摇摆运动。缓冲硅胶起到了很好的缓冲作用。当枪头座完全插入到取液枪头底部时，升降座继续下行，这时液滴形成机头部件中的缓冲体就会发生形变，致使液滴形成机头部件中的枪头座完全模拟人工安装取液枪头的动作，使取液枪头上方的塑料发生细微的形变，和枪头座配合更加密闭。

作为优选，机架上安装有横向设置的传动带，滑座与传动带紧固连接，机架上设有和传动带平行设置的导轨，滑座可滑动连接在导轨上。通过传动带实现滑座的横向运动，安全可靠。导轨的设置使滑座的滑动更加平稳。

作为优选，枪头座靠近下端外壁上套装有密封圈。在枪头座完全插入到取液枪头时，取液枪头上方的塑料壁使密封圈发生形变，最后吻合密闭更彻底，确保整个管路的密闭性，这样抽取和排出的精度就可保证。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：样本液滴颗粒形成装置，它形成液滴颗粒方便，形成的液滴稳定性和均一性好，不易受到外界的污染，确保了检测的精准度，避免了假阳性的出现。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的局部放大示意图；

图3是本发明的承载包装芯片的结构示意图；

图4是本发明的承载包装芯片的俯视图；

图中：1、机架，2、流体驱动器，3、底板，4、样本支架，5、枪头架，6、承载包装芯片，7、样本容器，8、取液枪头，9、毛细管，10、滑座，11、升降座，12、液滴形成机头部件，13、枪头座，14、连通孔，15、集油槽，16、液面控制油槽，17、弹性密封盖，18、斜滑道，19、液滴储存池，20、排油流道，21、储油槽，22、排气孔，23、引流槽，24、上片，25、下片，26、腰圆凸起，27、振荡架，28、振荡器，29、缓冲体，30、缓冲硅胶，31、传动带，32、导轨，33、密封圈，34、油相，35、样本，36、液滴颗粒，37、芯片承载台。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：一种样本液滴颗粒形成装置（参见附图1至4），包括机架1、流体驱动器2，流体驱动器为恒压恒流泵，机架下端连接底板3，底板上安装有样本支架4、枪头架5、承载包装芯片6，底板上安装有芯片承载台37，承载包装芯片安装在芯片承载台上。样本支架上安装有若干样本容器7，枪头架上安装有若干取液枪头8， 取液枪头下端设有若干毛细管9，机架上可横向移动安装有滑座10，滑座下端可升降安装有升降座11。机架上安装有横向设置的传动带31，传动带两端连接带轮，带轮由电机驱动，滑座与传动带紧固连接，机架上设有和传动带平行设置的导轨32，传动带上下两侧均设置一根导轨，滑座可滑动连接在导轨上。滑座上安装有电缸，电缸上设有伸缩杆，伸缩杆与升降座连接。升降座上连接可振动的液滴形成机头部件12，液滴形成机头部件上设有和取液枪头适配的枪头座13，枪头座靠近下端外壁上套装有密封圈33，枪头座上设有连通孔14，连通孔与流体驱动器连通；液滴形成机头部件包括振荡架27、振荡器28、缓冲体29，缓冲体安装在振荡架和升降座之间，枪头座连接在振荡架上，枪头座和振荡架之间连接缓冲硅胶30，振荡器安装在振荡架和缓冲硅胶之间。缓冲体为缓冲弹簧。承载包装芯片包括高透光率的芯片本体，芯片本体两端分别设有集油槽15和液面控制油槽16，集油槽上连接有用于插装毛细管的弹性密封盖17，芯片本体内设有微米级的依次连通的斜滑道18、液滴储存池19、排油流道20，斜滑道与集油槽下端连通，斜滑道从与集油槽连通端向另一端由上往下倾斜设置，排油流道孔径小于液滴储存池高度且排油流道设置在液滴储存池顶端边缘位置，排油流道与液面控制油槽连通，芯片本体内设有储油槽21，芯片本体上设有和储油槽连通的排气孔22，芯片本体上液面控制油槽和储油槽之间设有引流槽23，引流槽下端贯通到储油槽。芯片本体包括上片24和下片25，斜滑道、液滴储存池、排油流道、储油槽设置在上片和下片之间，集油槽、液面控制油槽、排气孔均设置在上片上。芯片本体上和集油槽、液面控制油槽均对应设有腰圆凸起26，集油槽、液面控制油槽分别设置在两腰圆凸起上，集油槽、液面控制油槽均呈腰圆形。液滴储存池高度略大于液滴颗粒直径，液滴储存池高度仅供单层液滴平铺通过。排油流道沿着液面控制油槽底部边缘设有一排。样本容器、毛细管、斜滑道、液滴储存池、排油流道内表面均经过疏水处理。集油槽宽度从上往下逐渐减小，集油槽内壁呈弧形结构。

样本液滴颗粒形成装置运行时，首先，在芯片本体的内腔灌满油相34流体，且确保油相的液面以保持不外溢流入储油槽为准，并用弹性密封盖将芯片集油槽端口密闭，使油相流体在密闭的空间内保持稳定，不外溢。其次，滑座横向移动使液滴形成机头部件到达枪头架上方指定的位置，然后升降座向下移动使液滴形成机头部件上的枪头座插入枪头架上的取液枪头，枪头座和取液枪头插装完成紧密配合后，升降座上行，然后滑座横向移动到样本支架上方，升降座下行，取液枪头上的毛细管插入样本容器中，流体驱动器工作使取液枪头内形成负压，进行抽取样本35的动作。取液枪头完成取液动作后，升降座上行，滑座横向移动，使液滴形成机头部件到达承载包装芯片的上方。然后升降座下行，使毛细管刺破弹性密封盖，毛细管下端口完全浸入在油相中，毛细管与油相完全接触，形成一个密闭的腔体，使样本完全处在与外界隔绝的密闭腔体内不受污染。在流体驱动器的作用下，毛细管下端形成液滴，液滴形成机头部件振动，使毛细管摆动，这时再次启动流体驱动器，使取液枪头内的样本流体在取液枪头上毛细管喷嘴处聚集，由于样本流体的自身粘度和表面张力的作用，就在毛细管喷嘴处形成一个球体，当这个样本球体的体积增大到一定的体积时，由于毛细管在油相中做左右摇摆运动，这时样本球体在油相中也做左右摇摆运动，当其体积在运动的过程中所受到的油相介质的阻力大于样本自身的粘力时，样本球体就会脱离毛细管喷嘴而散落在油相中形成独立的样本液滴颗粒36。由于，液滴颗粒的比重大于油相的比重，所以，液滴颗粒由于自身的重力作用，顺着斜滑道流向液滴储存池；液滴颗粒不断形成而进入液滴储存池内，液滴储存池内的油相就要被排挤出液滴储存池，这样才能保证液滴储存池内的液滴颗粒，所受的压力与外界环境的气压一致，保持相对液滴颗粒的稳定性，而集油槽的上端口，是由弹性密封盖密闭的，因此，需要排出的油相，只能通过排油流道流出，并通过液面控制油槽进入储油槽内。当液滴颗粒形成后，升降座上行，取液枪头拔出，弹性密封盖由于自身的弹性又将芯片接口密闭。液面控制油槽可以用来衡量集油槽内油相液面的高度，同时，也确保集油槽内油相液面的高度恒定，使整个排油流道都被油相流体所占满而密闭，确保形成的液滴颗粒完全处在油相流体的包被中而不会受到任何污染。当液滴颗粒形成完成后，取下取液枪头，将整个芯片拿去进行加温扩增，此时，由于油相和水相样本的液滴颗粒在升温时都会膨胀，由于芯片集油槽的上端口处被弹性密封盖密闭，所以，当液滴储存池内的流体体积增大时，多余的体积就会通过液面控制油槽的引流槽溢出，流入储油槽，使液滴储存池内的压力与外界气压保持一致，确保液滴颗粒不会受到压力的影响而融合；由于芯片的材料是高透光率的材料，确保在提取液滴颗粒的荧光信号时不受到损耗。芯片本体具有较好的导热效果，也具有很好的热稳定性，同时具有很好的分子结构稳定性，与多种流体不会发生反应。样本液滴颗粒在扩增后仍保持较好的稳定性和信号的重现性，确保在提取液滴颗粒的荧光信号时不受到损耗，得到的数据结果更加接近真实值。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，包括机架和流体驱动器，机架下端连接底板，底板上安装有样本支架、枪头架和承载包装芯片，样本支架上安装有若干样本容器，枪头架上安装有若干取液枪头， 取液枪头下端设有若干毛细管，机架上可横向移动安装有滑座，滑座下端可升降安装有升降座，升降座上连接可振动的液滴形成机头部件，液滴形成机头部件上设有和取液枪头适配的枪头座，枪头座上设有连通孔，连通孔与流体驱动器连通；承载包装芯片包括高透光率的芯片本体，芯片本体两端分别设有集油槽和液面控制油槽，集油槽上连接有用于插装毛细管的弹性密封盖，芯片本体内设有微米级的依次连通的斜滑道、液滴储存池和排油流道，斜滑道与集油槽下端连通，斜滑道从与集油槽连通端向另一端由上往下倾斜设置，排油流道孔径小于液滴储存池高度且排油流道设置在液滴储存池顶端边缘位置，排油流道与液面控制油槽连通，芯片本体内设有储油槽，芯片本体上设有和储油槽连通的排气孔，芯片本体上液面控制油槽和储油槽之间设有引流槽，引流槽下端贯通到储油槽；芯片本体包括上片和下片，斜滑道、液滴储存池、排油流道和储油槽设置在上片和下片之间，集油槽、液面控制油槽和排气孔均设置在上片上。

2.根据权利要求1所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，芯片本体上和集油槽、液面控制油槽均对应设有腰圆凸起，集油槽、液面控制油槽分别设置在两腰圆凸起上，集油槽、液面控制油槽均呈腰圆形。

3.根据权利要求1所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，液滴储存池高度仅供单层液滴平铺通过。

4.根据权利要求1所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，排油流道沿着液面控制油槽底部边缘设有一排。

5.根据权利要求1所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，样本容器、毛细管、斜滑道、液滴储存池、排油流道内表面均经过疏水处理。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，集油槽宽度从上往下逐渐减小，集油槽内壁呈弧形结构。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，液滴形成机头部件包括振荡架、振荡器和缓冲体，缓冲体安装在振荡架和升降座之间，枪头座连接在振荡架上，枪头座和振荡架之间连接缓冲硅胶，振荡器安装在振荡架和缓冲硅胶之间。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，机架上安装有横向设置的传动带，滑座与传动带紧固连接，机架上设有和传动带平行设置的导轨，滑座可滑动连接在导轨上。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的一种样本液滴颗粒形成装置，其特征是，枪头座靠近下端外壁上套装有密封圈。

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