CN109825417B - 一种液滴引导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液滴引导装置，该液滴引导装置包括第一液滴引导孔、内凸台、外凸台、沟槽、引导面和第二液滴引导孔，所述第一液滴引导孔外壁一部分形成内凸台，所述内凸台和所述外凸台之间形成所述沟槽，所述内凸台一部分向下延伸成液滴引导面。使用该液滴引导装置，能够在整个液滴引导过程中，避免出现液滴的运动空间被压缩和大量液滴相互拥挤的情况，尽最大可能地保证液滴的稳定。

Description

一种液滴引导装置

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种液滴引导装置。

背景技术

液滴微流控技术是微流控技术领域的一个重要分支。液滴微流控技术使用微流控技术将两种互不相溶的流体高通量地制备成尺寸高度均一的液滴，其中液滴外的流体称为连续相，液滴内的流体称为分散相。这些高度均一的液滴在数字PCR等领域有着广泛而重要的应用。

通常情况下，用于数字PCR等领域的液滴，连续相多采用氟化物，如全氟碳或氢氟醚等，其连续相的密度大于分散相的密度，液滴在连续相中为上浮的状态，如何将液滴自动、稳定地转移到收集容器(比如Eppendorf管)中，成为了一种挑战。

第一种解决方法是将收集容器制作为液滴生成装置内的一个结构，比如：在液滴生成装置的出口连接一个大面积的液滴收集池。虽然这种方法能最大限度地保证液滴的稳定，但是这些特殊设计的液滴生成装置并不能很好地与传统的PCR仪兼容，从而增加了仪器设计的成本。

第二种解决方法是将液滴手工转移到收集容器中。虽然这种方法非常简单直接，但使用移液器抽吸液滴会造成较大的剪切力，引起液滴的融合与破碎，从而难以保证液滴的稳定性。

第三种解决方法是设计特定的液滴引导装置，将液滴生成装置出口流出的液滴引导到收集容器中。目前，主流的设计是使用一个较狭窄的凹槽，将上浮到液面顶层的液滴引导到收集容器中。由于凹槽的尺度较小，液滴在引导过程中处于不断被压缩的空间中，液滴之间的挤压和流体的运动都给液滴的稳定性提出了较高的要求。如何设计液滴的引导结构，使得液滴在被引导的过程中能够尽可能地保持稳定，是液滴引导装置设计中的一个尚未被详细研究却亟待解决的一个问题。

发明内容

为了解决上述关键问题，本发明公开一种液滴引导装置，所述液滴引导装置包括第一液滴引导孔、内凸台、外凸台、沟槽、引导面和第二液滴引导孔，所述第一液滴引导孔外壁一部分形成内凸台，所述内凸台和所述外凸台之间形成所述沟槽，所述内凸台一部分向下延伸成液滴引导面，和所述外凸台沿着引导面向所述第二液滴引导孔延伸，使得所述沟槽中的液滴沿着所述引导面进入所述液滴第二液滴引导孔。

在一种实施方式中，所述液滴第一液滴引导孔具有至少一个液滴入口和至少一个液滴出口，所述液滴第二液滴引导孔具有至少一个液滴入口和至少一个液滴出口；且每个液滴入口的截面积不大于相应的每个液滴出口的截面积。

在一种实施方式中，所述液滴第一液滴引导孔和/或所述液滴第二液滴引导孔中分别设置一个或多个间隔壁，所述间隔壁将相应的液滴引导孔分隔成多个液滴通道，间隔壁高度可以与相应引导孔的孔壁等高或者不等高。

在一种实施方式中，所述液滴第一液滴引导孔和/或所述第二液滴引导孔分别为圆柱孔、圆锥孔或弓形孔。

在一种实施方式中，所述沟槽的宽度和深度不小于所述液滴的直径。

在一种实施方式中，驱动液滴从所述第一液滴引导孔到第二液滴引导孔的方式为压力、重力、浮力、电渗力和表面张力中的一种或多种。

使用这种液滴引导装置，能够在整个液滴引导过程中，避免出现液滴的运动空间被压缩，出现大量液滴相互拥挤的情况，尽最大可能地保证液滴的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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说，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它的附图。

图1是本发明的第一种液滴引导装置的剖视轴测图；

图2是图1所示的液滴引导装置的俯视图；

图3是本发明的第二种液滴引导装置的剖视轴测图；和

图4是图3所示的液滴引导装置的俯视图。

具体实施方式

为了使本领域技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合下面结合实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：本发明的第一种液滴引导装置

图1和图2为第一种液滴引导装置的示意图，其作用是将一个液滴生成装置流出的液滴引导到一个液滴收集容器中，其中第一液滴引导孔10和第二液滴引导孔12为圆柱形通孔，均具有一个入口(分别为101和121)和一个出口(分别为102和122)，第一液滴引导孔10的入口101与液滴生成装置的出口密封连接，第二液滴引导孔12的出口122与液滴收集容器连接，引导面11为由第一液滴引导孔10向第二液滴引导孔12倾斜的平面，第一液滴引导孔10外壁一部分形成内凸台15，所述内凸台15和所述外凸台14之间形成所述沟槽13，所述内凸台15一部分向下延伸成液滴引导面11，外凸台14沿着引导面11向第二液滴引导孔12延伸，使得沟槽13中的液滴沿着引导面11进入液滴第二液滴引导孔12。本实施例中，液滴内液体(分散相)的密度小于液滴外液体(连续相)的密度。

首先，从液滴生成装置流出的液滴到达第一液滴引导孔10的入口101，在浮力的作用下，液滴竖直向上运动并聚集在液面上层，随着压力推动流体在第一液滴引导孔10内不断累积，液滴随液面上层到达第一液滴引导孔10的出口102。第一液滴引导孔10的入口101和出口102的截面均为直径相等的圆，由于不存在截面收窄和空间压缩的情况，在第一液滴引导孔10中，液滴的稳定性能得到最大的保证。

接着，一部分液滴越过内凸台15并进入内凸台15和外凸台14之间的沟槽13中，并顺着沟槽13到达引导面11；另一部分液滴通过内凸台外侧的斜面131向下延伸到达引导面11。对于第一部分液滴，液滴进入沟槽13后不再受到第一液滴引导孔10内的流体扰动的影响，对于第二部分液滴，液滴到达斜面131后也不再受到第一液滴引导孔10内的流体扰动的影响，从而最大限度地保证液滴的稳定性。

然后，由于引导面11向第二液滴引导孔12的入口121倾斜，因此液滴在重力的作用下，流向并最终到达第二液滴引导孔12的入口121。在该过程中，由于引导面11始终保持较大的宽度，因此液滴的运动不会出现在凹槽中的拥挤现象，能够较好地保证液滴的稳定性。

最后，液滴从入口121进入第二液滴引导孔12，并在重力的作用下，流向并最终到达出口122，进入收集容器中。在该过程中，液滴在重力作用下沿壁面自由下滑，稳定性能够得到较好的保证。

实施例二：本发明的第二种液滴引导装置

图3和图4为第二种液滴引导装置的示意图，其作用是将两个液滴生成装置流出的液滴引导到一个液滴收集容器中，其中第一液滴引导孔中设置一个与该第一液滴引导孔不等高的间隔壁36，将该第一液滴引导孔分割为弓形孔20、30和圆柱形通孔23，使得该第一液滴引导孔具有两个入口201和301，和一个出口302，第二液滴引导孔中设置一个与该第二液滴引导孔等高的间隔壁37，将该第二液滴引导孔分割为两个弓形通孔22和32，使得该第二液滴引导孔具有两个入口和两个出口，第一液滴引导孔的弓形孔20的入口201与一个液滴生成装置的出口密封连接，第一液滴引导孔的弓形孔30的入口301与另一个液滴生成装置的出口密封连接，第二液滴引导孔的弓形孔22的出口与一个液滴收集容器连接，第二液滴引导孔的弓形孔的出口32与另一个液滴收集容器连接，引导面31为由第一液滴引导孔向第二液滴引导孔倾斜的平面，第一液滴引导孔外壁一部分形成内凸台35，所述内凸台35和所述外凸台34之间形成所述沟槽33，所述内凸台35一部分向下延伸成液滴引导面31，外凸台34沿着引导面31向第二液滴引导孔延伸，使得沟槽33中的液滴沿着引导面31进入液滴第二液滴引导孔。本实施例中，液滴内液体(分散相)的密度小于液滴外液体(连续相)的密度。

首先，从一个液滴生成装置流出的液滴到达第一液滴引导孔的弓形孔20的入口201，另一个液滴生成装置流出的液滴到达第一液滴引导孔的弓形孔30的入口301，在浮力的作用下，液滴分别在间隔壁36的两侧竖直向上运动并聚集在液面上层，随着压力推动流体在第一液滴引导孔的弓形孔20和30内不断累积，液滴随液面上层到达第一液滴引导孔的圆柱形孔23中发生汇合，并随液面上层进一步到达第一液滴引导孔的出口302。第一液滴引导孔的入口201和301的截面积均小于相应的出口302的截面积，由于不存在截面收窄和空间压缩的情况，在第一液滴引导孔中，液滴的稳定性能得到最大的保证。

接着，一部分液滴越过内凸台35并进入内凸台35和外凸台34之间的沟槽33中，并顺着沟槽33到达引导面31；另一部分液滴通过内凸台外侧的斜面331向下延伸到达引导面31。液滴进入沟槽33后不再受到第一液滴引导孔内的流体扰动的影响，从而最大限度地保证液滴的稳定性。

然后，由于引导面31向第二液滴引导孔的入口倾斜，因此液滴在重力的作用下，流向并最终到达第二液滴引导孔的弓形通孔22和32的入口。在该过程中，由于引导面31始终保持较大的宽度，因此液滴的运动不会出现在凹槽中的拥挤现象，能够较好地保证液滴的稳定性。

最后，液滴进入第二液滴引导孔的弓形通孔22和32的入口，并在重力的作用下，分别沿间隔壁37的两侧进入两个不同的收集容器中。在该过程中，液滴在两个弓形通孔内分别在重力作用下沿壁面自由下滑，稳定性能够得到较好的保证。

应该理解到披露的本发明不仅仅限于描述的特定的方法、方案和物质，因为这些均可变化。还应理解这里所用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式方案的目的，而不是意欲限制本发明的范围，本发明的范围仅受限于所附的权利要求。

本领域的技术人员还将认识到，或者能够确认使用不超过常规实验，在本文中所述的本发明的具体的实施方案的许多等价物。这些等价物也包含在所附的权利要求中。

Claims (3)

1.一种液滴引导装置，其特征在于，所述液滴引导装置包括第一液滴引导孔、内凸台、外凸台、沟槽、引导面和第二液滴引导孔，所述第一液滴引导孔外壁一部分形成内凸台，所述内凸台和所述外凸台之间形成所述沟槽，所述内凸台一部分向下延伸成液滴引导面，和所述外凸台沿着引导面向所述第二液滴引导孔延伸，使得所述沟槽中的液滴沿着所述引导面进入所述液滴第二液滴引导孔；

所述第一液滴引导孔具有至少一个液滴入口和至少一个液滴出口，所述液滴第二液滴引导孔具有至少一个液滴入口和至少一个液滴出口；且每个液滴入口的截面积不大于相应的每个液滴出口的截面积；

所述沟槽的宽度和深度不小于所述液滴的直径；

驱动液滴从所述第一液滴引导孔到第二液滴引导孔的方式为压力、重力、浮力、电渗力和表面张力中的一种或多种；

所述第一液滴引导孔的入口与液滴生成装置的出口密封连接，所述第二液滴引导孔的出口与液滴收集容器连接，所述引导面为由第一液滴引导孔向第二液滴引导孔倾斜的平面。

2.根据权利要求1所述的液滴引导装置，其特征在于，所述液滴第一液滴引导孔和/或所述液滴第二液滴引导孔中分别设置一个或多个间隔壁，所述间隔壁将相应的液滴引导孔分隔成多个液滴通道，间隔壁高度可以与相应引导孔的孔壁等高或者不等高。

3.根据权利要求1所述的液滴引导装置，其特征在于，所述液滴第一液滴引导孔和/或所述第二液滴引导孔分别为圆柱孔、圆锥孔或弓形孔。