CN107983423A - 一种高通量且快速制备微液滴的装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高通量且快速制备微液滴的装置及其应用。该装置包含阵列芯片组、温控模块、压控模块、位移模块、振动模块和控制电路；控制电路分别与振动模块、压控模块、温控模块和位移模块连接；位移模块分别和温控模块和压控模块连接；阵列芯片组包含微管阵列芯片和微池阵列芯片，压控模块中的气密盖和温控模块中的金属孔座分别设置于微管阵列芯片的顶部和底部，振动模块的音圈电机的活动部件和微池阵列模块连接。该装置具有如下优点：无复杂泵阀管路，结构简单；小巧紧凑、自动化程度高；可以满足包含多种不同内涵物的微液滴的并行生成，使用灵活、适用范围广。因此，该装置能够用于高通量、快速的微液滴制备。

Description

一种高通量且快速制备微液滴的装置及其应用
技术领域
本发明属于微流控芯片分析领域，特别涉及一种高通量且快速制备微液滴的装置及其应用。
背景技术
微液滴技术是近年来发展起来的一种全新的操控微小体积液体的微流控技术。相比于传统的连续流，离散化的液滴可以作为相对独立的微反应器或储存器，具有试剂消耗量极小利于降低成本和实现高通量、液滴样品间无扩散可避免样品间的交叉污染、反应条件稳定、便于操控、比表面积大可以加快热/质交换等优点，因此是药物合成、单细胞分析、分子生物学、材料合成等领域的理想工具。
微液滴的制备是液滴分析的前提和基础。其中，液滴的生成主要是施以足够大的作用力以扰动连续相与分散相之间存在的界面张力使之达到失稳，当待分散相某处施加的力大于其界面张力时，该处微量液体会突破界面张力进入连续相中形成液滴。目前，已发展液滴生成的方式主要有水动力法(包括正交结构T-junction、流动聚焦Flow-focusing和共流Co-flowing)、气动法、光控法和电动力法(电润湿和介电泳)。相比较而言，水动力法是目前研究界普遍采用的一种微液滴生成方法。其他液滴生成方法包括气动法、光控法和电动力法也能够有效形成液滴，但在液滴生成通量及后续操作上与水动力法相比仍有差距。比如：气体在常用微流控芯片基底材料(如PDMS)中快速耗散；电动力法需要较高的电压，不利于在生物学中的应用；光学作用可能造成液滴内涵物发生变化(如光漂白)等。更重要地是，包括水动力法在内的这些已发展方法在制备批量异质样品时仍然存在一些不足：(1)液滴发生控制系统过于庞大复杂；(2)生成的异质液滴需要后续繁琐的分选操作；(3)并行通量或生成速度有限。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高通量且快速制备微液滴的装置。
本发明的另一目的在于提供所述的高通量且快速制备微液滴的装置的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高通量且快速制备微液滴的装置，包含阵列芯片组、温控模块、压控模块、位移模块、振动模块和控制电路；控制电路分别与振动模块、压控模块、温控模块和位移模块连接；位移模块分别和温控模块和压控模块连接；
阵列芯片组包含微管阵列芯片和微池阵列芯片；
振动模块包括音圈电机和振动托架，音圈电机的活动部件与振动托架连接，微池阵列芯片设置于振动托架的上方；
温控模块包含加热模组，加热膜组包含金属孔座、加热丝和温度传感器，加热丝和温度传感器设置在金属孔座上，金属孔座设置有孔槽，与微管阵列芯片的侧面和底面相匹配；
压控模块包括气压泵、气体传感器、气密盖和导管，气压泵和气密盖通过导管连接，气压传感器设置在导管上，气密盖位于微管阵列芯片的上方；气体传感器为气压传感器和气体流量传感器中的一种或两种；
位移模块包括用于控制压控模块的运动机构和用于控制温控模块的运动机构；用于控制压控模块的运动机构包含用于控制丝杆运动的电机、用于带动滑移压臂运动的丝杆、对滑移压臂平移导向的导向件、滑移压臂、用于气密盖的初始位置归零的上限位传感器和用于气密盖与微管阵列芯片咬合密闭的信号触发的下限位传感器，丝杆分别和电机与滑移压臂连接，导向件和滑移压臂连接；用于控制温控模块的运动机构包含用于控制丝杆运动的电机、用于带动滑动托臂运动的丝杆、对滑动托臂平移导向的导向件，丝杆分别和电机与滑动托臂连接，导向件和滑动托臂连接；压控模块中的气密盖与滑移压臂连接；温控模块中的金属孔座与滑动托臂连接；优选的，导向件可为滑杆或导轨，两套导向件可为相同的滑杆(或导轨)、部分相同的滑杆(或导轨)或为不同的滑杆(或导轨)。
具体地：
所述的微管阵列芯片用于承载分散相液体，微管阵列芯片含有若干顶部开口的盛液腔，盛液腔底部为锥形，锥形底部中央连接一段向外延长的微管；微管的内径为数微米至数百微米；微管的内表面是疏水表面或疏油表面，当分散相为水性液体时，微管为疏水内壁；当分散相为油性液体时，微管为疏油内壁。
所述的微管阵列芯片还含有气密圈，气密圈设置于微管阵列芯片顶部的四周；气密圈与压控模块的气密盖为匹配结构。
所述微池阵列芯片用于承载连续相液体，微池阵列芯片含有若干微池，微池优选为底部为尖锥形的微池；微池阵列芯片的微池数目、中心位置与微管阵列芯片中的微管、中心位置一一对应。
所述的音圈电机驱动并控制微池阵列芯片的位置微调、振幅和振动频率。
所述的振动模块还包含音圈电机固定部件、驱动信号放大电路和限位孔；音圈电机与音圈电机固定部件连接；音圈电机的活动部件穿过限位孔，音圈电机与驱动信号放大电路连接。
所述的温控模块还含有若干通道的温度控制器，温度控制器与加热模组连接。
所述的加热模组可为若干组，加热模组之间可为相互独立关系。
所述的金属孔座用于微管阵列芯片内液体温度的控制。所述的金属孔座的顶层与微管阵列芯片的侧面和底面相匹配，从而金属孔座的绝大部分位于微管阵列芯片的底部，由于金属孔座设置孔槽，从而微管阵列芯片的微管可穿过金属孔座。
所述的温度传感器为热电偶。
所述的压控模块中的气密盖与所述的微管阵列芯片上的气密圈相互匹配，当二者咬合密封时，气压泵与气体传感器配合为微管阵列芯片中承载的液体批量操作提供所需的稳定气流量。
所述的位移模块用于气密盖和加热模组的移位操作。
用于控制压控模块的运动机构的电机为减速电机或步进电机。
用于控制温控模块的运动机构的电机为减速电机或步进电机。
用于控制压控模块的运动机构的导向件为滑杆或导轨，数量优选为两根。
用于控制温控模块的运动机构的导向件为滑杆或导轨，数量优选为两根。
所述的控制电路用于控制温控模块、压控模块、位移模块、振动模块的运行；其主要包含单片机、比例积分微分控制模块A、比例积分微分控制模块B和信号发生模块；单片机分别与比例积分微分控制模块A、比例积分微分控制模块B和信号发生模块连接；比例积分微分控制模块A用于采集温度传感器采集的温度信号并控制输出给加热丝的电流，以实现对微管阵列芯片温度的调节；比例积分微分控制模块B用于采集气体流量传感器的信号并控制输出给气压泵的电压占空比，以实现对微管阵列芯片上排液流量的调节；信号发生模块根据液滴生成需要产生相应的波形信号，该波形信号经过功率放大器形成音圈电机的功率输出；单片机综合协调位移模块中的电机的控制信号并管理，并管理与上位机的通讯交互。
所述的高通量且快速制备微液滴的装置在微液滴制备中的应用，优选包含如下具体步骤：
(1)分别向微管阵列芯片和微池阵列芯片加入待分散相和连续相液体，将微管阵列芯片安置在金属孔座上，将微池阵列芯片安置在振动托架上；
(2)确认设定参数后启动该装置，金属孔座升温至预设温度；当温度维持时间达到预定时间后，用于控制温控模块的运动机构的电机驱动金属孔座下降，从而微管阵列芯片到达贴近微池阵列芯片的预定位置，此时使微管下端靠近微池芯片中承载的连续相液面；用于控制压控模块的运动机构的电机驱动气密盖贴近微管阵列芯片，直至触发下限位传感器；启动音圈电机至预定工作状态后，向音圈电机施加一定的正向偏置直流电压，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者共面，同时启动气压泵使微管芯片达到预定工作状态，此时即达到稳定生成液滴的条件，所形成的微液滴即被收集在各微池中备用；
(3)在微液滴生成过程中，随着连续相中液滴数目的增加，连续相液面也会逐渐上升，施加音圈电机上的正向偏置直流电压也随之变化，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者始终尽可能共面，以维持适合的液滴生成条件；当微液滴生成数目达到预计值后，迅速撤销音圈电机的偏置电压使连续相液面脱离微管下端面，并施加阻尼振动信号使微池阵列芯片及时停止振动，同时电机驱动气密盖脱离与微管阵列芯片的接触，微管阵列芯片中的液体恢复常压从而停止排出，液滴生成停止；
(4)用于控制压控模块的运动机构的电机驱动气密盖上升，直至触发上限位传感器，用于控制温控模块的运动机构的电机驱动金属孔座上升至初始位置，以便微管阵列芯片和微池阵列芯片的回收。
本发明的技术原理为：当微管阵列芯片承载的分散相为水性液体时，微管为疏水内壁，由于微管的疏水作用，在常压下该水性液体承载于分散相阵列微池中不发生下漏，当所承载的液体上表面受到一定正压力时，承载的液体可克服毛细管的疏水作用力而从微管尖端泄出。类似地，当分散相为油性液体时，微管为疏油内壁，由于微管的表面张力作用，在常压下该油性液体承载于分散相阵列微池中不发生下漏，当所承载的液体上表面受到一定压力时，承载的液体可克服毛细管的表面张力作用而从微管尖端泄出。另外，当微管阵列芯片微池内为负压(-P)时，外部液体可以突破毛细管张力进入微池，从而实现吸液操作。
当微管阵列芯片的毛细管尖端浸入连续相液体中，对微管阵列芯片施加一定的正向气流量,微管阵列芯片中承载的液体则以一定的流量(V)从毛细管底端排出，此时音圈电机带动微池阵列芯片迅速远离微管使微管尖端脱离连续相液面，连续相表面张力使已浸入连续相的分散相液体断开，从而离散成微液滴；此后，音圈电机驱动微池阵列芯片靠近微管使微管尖端排出的液体浸入连续相，为下一个微液滴的形成做准备。通过音圈电机带动微池阵列芯片做反复做接近远离的振荡动作，连续相液面则可反复剪切微管尖端不断排出的分散相液体，从而批量形成离散的微液滴，微液滴的生成频率近似等于连续相液面的剪切速度。因此，通过控制音圈电机的振动频率可以调节液滴的生成频率，而液滴的大小则可以通过气体流量进行调节。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供的高通量且快速制备微液滴的装置，可以满足包含多种不同内涵物的微液滴的并行生成，使用灵活、适用范围广；
(2)本发明提供的高通量且快速制备微液滴的装置无复杂泵阀管路，结构简单；
(3)本发明提供的高通量且快速制备微液滴的装置具有小巧紧凑、自动化程度高。
附图说明
图1是一种高通量且快速制备微液滴的装置的示意图。
图2.1为阵列芯片组的结构示意图，A为分散相液体，B为连续相液体。
图2.2为微管阵列芯片的局部放大图。
图3是振动模块的结构示意图。
图4.1为压控模块的结构示意图。
图4.2为气密盖的结构示意图。
图5是温控模块的结构示意图。
图6是位移模块的结构示意图。
图7是控制电路模块的原理图。
图8是实施例2提供一种应用于高通量快速微液滴制备的96单元芯片功能分区示意图。
其中，1为阵列芯片组、2为振动模块、3为压控模块、4为温控模块、5为位移模块、6为控制电路模块；1-1为微管阵列芯片、1-2为微池阵列芯片、1-1-1为样品入口、1-1-2为盛液腔、1-1-3为微管、1-1-4为气压密封圈；2-1为音圈电机的活动部件、2-2为音圈电机固定部件、2-3为音圈电机驱动信号放大电路、2-4为振动托架、2-5为限位孔；3-1为气压泵、3-2为气体流量传感器、3-3为导气管、3-4为气密盖、3-4-1为盖体、3-4-2为进气口、3-4-3为橡胶密封圈；4-1为金属孔座、4-2为加热丝、4-3为热电偶；5-1为步进电机、5-2为丝杆、5-3滑移压臂、5-4为滑动托臂、5-5为步进电机、5-6为滑杆、5-7为丝杆、5-8为上限位传感器、5-9为下限位传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种高通量且快速制备微液滴的装置，包含阵列芯片组1、振动模块2、压控模块3、温控模块4、位移模块5及控制电路6；控制电路6分别与振动模块2、压控模块3、温控模块4和位移模块5连接；位移模块分别和温控模块和压控模块连接。
如图2.1和2.2所示，阵列芯片组1包括上下依次排列的微管阵列芯片1-1和微池阵列芯片1-2，分别用于承载分散相液体A和连续相液体B。其中，微管阵列芯片1-1包含96组液腔1-1-2和微管1-1-3，芯片的平面尺寸为128×86mm2。每组盛液腔1-1-2的顶部设有样品入口1-1-1，盛液腔1-1-2的底部呈尖锥状，底部中央连接有一段微管1-1-3。微管1-1-3的长度和内径分别为30mm和0.06mm。在微管阵列芯片1-1的周围设置气压密封圈1-1-4。微池阵列芯片1-2包含96组圆底微池，外部尺寸为128×86mm2，聚丙烯材质，单个微池的总容积为360μL或58μL。微管阵列芯片1-1和微池阵列芯片1-2相互靠近时，一段微管1-1-3正对一个微池。
如图3所示，振动模块2包括音圈电机、音圈电机固定部件2-2、驱动信号放大电路2-3、振动托架2-4、位于限位板上的限位孔2-5。音圈电机的活动部件2-1穿过限位孔2-5，音圈电机的活动部件2-1的顶端与振动托架2-4连接固定，微池阵列芯片1-2固定在振动托架2-4上。音圈电机通过音圈电机固定部件2-2进行固定，音圈电机与驱动信号放大电路2-3连接。
如图4.1和4.2所示，压控模块3主要包括气压泵3-1、气体流量传感器3-2、导气管3-3、气密盖3-4，导气管3-3的一端与气压泵3-1连接，另一端与气密盖3-4连接，气体流量传感器3-2设置在导气管3-3上。为便于操作，压控模块3的气密盖3-4还配备自动移位模块，该位移模块包括步进电机5-1、丝杆5-2、滑移压臂5-3，步进电机5-1与丝杆5-2同轴，滑移压臂5-3设置于丝杆5-2上。气密盖3-4固定在滑移臂5-3下，该气密盖包括盖体3-4-1、进气口3-4-2和橡胶密封圈3-4-3。在步进电机5-1的驱动下，气密盖3-4可与微管阵列芯片1-1的气压密封圈1-1-4咬合形成闭合腔，也可与微管阵列芯片1-1分离以便微管阵列芯片的放置和取回。
如图5所示，温控模块4主要包括金属孔座4-1、加热丝4-2和热电偶4-3。其中，金属孔座4-1具有一系列孔槽，孔槽数目与微管阵列芯片1-1的微管单元数目相同，孔槽形状与微管阵列芯片1-1的外底面相同，从而确保微管阵列芯片1-1的可靠固定和良好热接触。金属孔座4-1具有两层结构，分别命名为顶层和底层，加热丝4-2和热电偶4-3包埋在底层设置的沟槽中并夹在金属孔座4-1的两层结构之间。金属孔座4-1安装在滑动托臂5-4上，滑动托臂5-4限制在平行的两根滑杆5-6中。在步进电机5-5驱动的丝杆5-7的带动下，滑动托臂5-4可相对固定在振动托架2-4的微池阵列做接近或远离的移位操作，以便微池阵列芯片的安置/取回，并调整微管阵列芯片1-1与微池阵列芯片1-2的间距以满足微液滴生成的条件。
如图6所示，位移模块5包括两套步进电机5-1和5-5、两套丝杆5-2和5-7、一对共用滑杆5-6、滑移压臂5-3、滑动托臂5-4、上限位传感器5-8和下限位传感器5-9；滑移压臂5-3和滑动托臂5-4分别限制在平行的两根滑杆5-6中，步进电机5-1与丝杆5-2同轴，滑移压臂5-3设置于丝杆5-2上，步进电机5-5和丝杆5-7同轴，滑动托臂5-4设置于丝杆5-7上。其中，步进电机5-1、丝杆5-2、滑移压臂5-3和滑杆5-6构成压控模块3中气密盖的动作机构。步进电机5-5、丝杆5-7、滑杆5-6、滑动托臂5-4构成温控模块4的运动机构，用于调整微管阵列芯片1-1与微池阵列芯片1-2的间距，以便上述芯片的安置/回收和微液滴的生成。上限位传感器5-8用于气密盖3-4的初始位置归零，下限位传感器5-9用于气密盖3-4与微管阵列芯片1-1的气压密封圈1-1-4的咬合密闭的信号触发。
如图7虚线框所示，控制电路6以单片机为核心，主要集成有两组比例/积分/微分(PID)控制模块和一组信号发生模块。其中一组PID控制模块采集热电偶采集的温度信号并控制输出给电热丝的电流，以实现对微管阵列芯片温度的调节。另一组PID控制模块采集气体流量传感器的信号并控制输出给气压泵的电压占空比(PWM)，以实现对微管阵列芯片上排液流量的调节。信号发生模块根据液滴生成需要产生相应的波形信号(包括频率、幅值、偏置值等)，该信号经过功率放大器形成音圈电机的功率输出。此外，控制电路的单片机还综合协调步进电机的控制信号并管理与上位机的通讯交互。
该装置的一般工作流程如下：首先，分别向微管阵列芯片和微池阵列芯片加入待分散相和连续相液体，并将其分别安置在金属孔座和振动托架上；然后确认设定参数后启动该装置，金属孔座升温至预设温度；当温度维持时间达到预定时间后，步进电机5-5驱动微管阵列芯片到达贴近微池阵列芯片的预定位置，此时使微管下端靠近微池芯片中承载的连续相液面；步进电机5-1驱动气密盖贴近微管阵列芯片，直至触发下限位传感器5-9；启动音圈电机待其达到预定振动状态后，继续施加一定的偏置电压，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者共面，继而启动气压泵对微管阵列芯片内的分散相加压以维持恒定的分散相排液流量，此时即可形成发生液滴的稳定条件，所形成的微液滴即被收集在阵列微池芯片的各微池中备用；在微液滴生成过程中，随着连续相中液滴数目的增加，连续相液面也会逐渐上升，施加音圈电机上的正向偏置直流电压也随之变化，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者始终尽可能共面，以维持适合的液滴生成条件；当微液滴生成数目达到预计值后，停止气压泵并迅速撤销音圈电机的偏置电压使连续相液面脱离微管下端面，随即给音圈电机施加阻尼振动信号使微池阵列芯片及时停止振动，同时步进电机5-1驱动气密盖脱离与微管阵列芯片的接触，微管阵列芯片中的液体恢复常压从而停止排出，液滴生成停止；步进电机5-1驱动气密盖上升，直至触发上限位传感器5-8，步进电机5-5驱动金属孔座上升至初始位置，以便微管阵列芯片和微池阵列芯片的回收。
实施例2
利用液滴数字化方法进行4种泌尿系统感染病原菌的6种抗生素敏感性测试(antimicrobial susceptibility testing,AST)的同时液滴样品制备
(1)芯片功能分区：如图8所示，具有96单元的阵列芯片组用于行4种泌尿系统感染病原菌的6种抗生素敏感性测试的功能分区如下：虚线框I、II、III、IV区分别用于大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和克雷伯肺炎杆菌；1-6列和7-12列中从左至右分别测试的抗生素药物分别为红霉素、克林霉素、氨苄青霉素、万古霉素、庆大霉素、左氧氟沙星；D和H行均为对应的不加任何抗生物药物的对照组样品；A-C和E-G行对应的抗生素浓度为参照最小抑菌浓度MIC标准确定的低中高浓度；
(2)样品准备：准备两块96单元的微池阵列芯片(简称微池芯片)和一块96单元微管阵列芯片(简称微管芯片)，向其中一块微池芯片的各微池中分别加注20μL矿物油(含0.25％Span 80表面活性剂)，向另一片微池芯片的各微池中加注相应的抗生素药物20μL，其中对照组微池中加注同等体积无菌生理盐水。向微管阵列芯片的各盛液腔加注相应的待测细菌样品20μL(含1％SYTO-9荧光染料)；
(3)抗生素暴露处理：将盛有抗生素药物的微池芯片安放在振动托架上，并将加载有细菌样品的微管芯片安放在金属孔座上；降低金属孔座使微管下端面插入盛有抗生素的微池底部，降低气密盖直至触发下限位传感器，启动气压泵使之处于抽低负压的工作状态，此时微池芯片中的抗生素药物沿微管进入成有细菌样品的盛液腔；然后反复切换气压泵工作状态，使细菌样品与抗生素药物充分混合，混合充分后将混合液全部吸入微管芯片盛液腔；再将气密盖和金属孔座同步升起20cm，启动温控模块维持微管芯片温度37℃30分钟，并将位于振动托架微池芯片替换为盛有矿物油的微池芯片。
(4)微液滴生成：同步降下气密盖和金属孔座16cm，启动音圈电机，待音圈电机振动频率稳定在50Hz且振幅为3mm状态时，启动气压泵使输出气体流量稳定在0.69mL/min；然后给音圈电机施加400mA正向偏置电压，使振动托架升高1.6mm，从而使矿物油液面、微管下端面和振动平衡面三者共面，即可以50Hz的频率在96个微池单元中产生体积约为24pL的微液滴；此过程持续3.5min，每个微池中则大约形成1万个液滴。此时，撤销音圈电机的偏置电压使连续相液面脱离微管下端面，并施加阻尼振动信号使微池阵列芯片及时停止振动，同时驱动气密盖脱离与微管阵列芯片的接触，微管阵列芯片中的液体恢复常压从而停止排出，液滴生成停止；进一步驱动气密盖上升，直至触发上限位传感器，同时驱动金属孔座上升至初始位置，以便取出微管阵列芯片和微池阵列芯片。
(5)液滴荧光流式计数：将微池阵列芯片中的微液滴如下顺序逐一抽送至液滴荧光检测器进行同步的液滴计数和荧光信号计数：总体上，按细菌样品种类逐次测试；对于同一种细菌样品，按抗生素药物种类的不同逐次进行测试；对于同一种抗生素药物，依次检测从高浓度、中浓度、低浓度和对照组的液滴及荧光信号。比较细菌在不同浓度抗生素中的增值情况和无抗生素的对照组增值情况，也及对应的阳性信号比例的差异，确定该细菌样品对相应抗生素的敏感耐药程度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：包含阵列芯片组、温控模块、压控模块、位移模块、振动模块和控制电路；控制电路分别与振动模块、压控模块、温控模块和位移模块连接；位移模块分别和温控模块和压控模块连接；
阵列芯片组包含微管阵列芯片和微池阵列芯片；
振动模块包括音圈电机和振动托架，音圈电机的活动部件与振动托架连接，微池阵列芯片设置于振动托架的上方；
温控模块包含若干加热模组，加热模组包含金属孔座、加热器和温度传感器，加热器和温度传感器设置在金属孔座上，金属孔座设置有孔槽，与微管阵列芯片的侧面和底面相匹配；
压控模块包括气压泵、气体传感器、气密盖和导管，气压泵和气密盖通过导管连接，气压传感器设置在导管上，气密盖位于微管阵列芯片的上方；气体传感器为气压传感器和气体流量传感器中的一种或两种；
位移模块包括用于控制压控模块的运动机构和用于控制温控模块的运动机构；
用于控制压控模块的运动机构包含用于控制丝杆运动的电机、用于带动滑移压臂运动的丝杆、对滑移压臂平移导向的导向件、滑移压臂、用于气密盖的初始位置归零的上限位传感器和用于气密盖与微管阵列芯片咬合密闭的信号触发的下限位传感器，丝杆分别和电机与滑移压臂连接，导向件和滑移压臂连接；
用于控制温控模块的运动机构包含用于控制丝杆运动的电机、用于带动滑动托臂运动的丝杆、对滑动托臂平移导向的导向件，丝杆分别和电机与滑动托臂连接，导向件和滑动托臂连接；压控模块中的气密盖与滑移压臂连接；温控模块中的金属孔座与滑动托臂连接。
2.根据权利要求1所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的微管阵列芯片含有若干顶部开口的盛液腔，盛液腔底部为锥形，锥形底部中央连接一段向外延长的微管；
所述微池阵列芯片含有若干微池；微池阵列芯片的微池数目、中心位置与微管阵列芯片中的微管、中心位置一一对应。
3.根据权利要求2所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的微管阵列芯片还含有气密圈，气密圈设置于微管阵列芯片顶部的四周；气密圈与压控模块的气密盖为匹配结构。
4.根据权利要求2所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的微管的内径为数微米至数百微米；
所述的微池是底部为尖锥形的微池。
5.根据权利要求1所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的振动模块还包含音圈电机固定部件、驱动信号放大电路和限位孔；音圈电机与音圈电机固定部件连接；音圈电机的活动部件穿过限位孔，音圈电机与驱动信号放大电路连接。
6.根据权利要求1所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的温控模块还含有若干通道的温度控制器，温度控制器与加热模组连接。
7.根据权利要求1所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的温度传感器为热电偶；
用于控制压控模块的运动机构的电机为减速电机或步进电机；
用于控制温控模块的运动机构的电机为减速电机或步进电机；
用于控制压控模块的运动机构的导向件为滑杆或导轨；
用于控制温控模块的运动机构的导向件为滑杆或导轨。
8.根据权利要求1所述的高通量且快速制备微液滴的装置，其特征在于：
所述的控制电路主要包含单片机、比例积分微分控制模块A、比例积分微分控制模块B和信号发生模块；单片机分别与比例积分微分控制模块A、比例积分微分控制模块B和信号发生模块连接；比例积分微分控制模块A用于采集温度传感器采集的温度信号并控制输出给加热丝的电流；比例积分微分控制模块B用于采集气体流量传感器的信号并控制输出给气压泵的电压占空比；信号发生模块根据液滴生成需要产生相应的波形信号，该波形信号经过功率放大器形成音圈电机的功率输出；单片机综合协调位移模块中的电机的控制信号并管理，并管理与上位机的通讯交互。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的高通量且快速制备微液滴的装置的应用，其特征在于：用于微液滴制备。
10.根据权利要求9所述的高通量且快速制备微液滴的装置的应用，其特征在于包含如下具体步骤：
(1)分别向微管阵列芯片和微池阵列芯片加入待分散相和连续相液体，将微管阵列芯片安置在金属孔座上，将微池阵列芯片安置在振动托架上；
(2)确认设定参数后启动该装置，金属孔座升温至预设温度；当温度维持时间达到预定时间后，用于控制温控模块的运动机构的电机驱动金属孔座下降，从而微管阵列芯片到达贴近微池阵列芯片的预定位置，此时使微管下端靠近微池芯片中承载的连续相液面；用于控制压控模块的运动机构的电机驱动气密盖贴近微管阵列芯片，直至触发下限位传感器；启动音圈电机至预定工作状态后，向音圈电机施加一定的正向偏置直流电压，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者共面，同时启动气压泵使微管芯片达到预定工作状态，此时即达到稳定生成液滴的条件，所形成的微液滴即被收集在各微池中备用；
(3)在微液滴生成过程中，随着连续相中液滴数目的增加，连续相液面也会逐渐上升，施加音圈电机上的偏置直流电压也随之变化，使连续相液面、微管下端面、周期振动的平衡面三者始终尽可能共面，以维持适合的液滴生成条件；当微液滴生成数目达到预计值后，迅速撤销音圈电机的偏置电压使连续相液面脱离微管下端面，并施加阻尼振动信号使微池阵列芯片及时停止振动，同时关闭气泵并使电机驱动气密盖脱离与微管阵列芯片的接触，微管阵列芯片中的液体恢复常压从而停止排出，液滴生成停止；
(4)用于控制压控模块的运动机构的电机驱动气密盖上升，直至触发上限位传感器，用于控制温控模块的运动机构的电机驱动金属孔座上升至初始位置，以便微管阵列芯片和微池阵列芯片的回收。
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