CN110694704B - 一种便携式快速微液滴发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式快速微液滴发生器，包括：取样筒、用于对取样筒进行抽真空的抽真空机构和安装在取样筒一端的进样针，其中：进样针的侧壁设有对称布置的微孔，进样针的内部且位于所述微孔远离取样筒的一端插装有毛细管，且该毛细管与进样针同轴。本发明结构简单，液滴产生速度快，产生液滴的大小可控，且便于转移。

Description

一种便携式快速微液滴发生器
技术领域
本发明涉及微流体技术控制领域，尤其涉及一种便携式快速微液滴发生器。
背景技术
液滴微流体技术具有微流控芯片技术和液滴的微尺度反应室的优点，有利于高通量生物和化学反应。液滴技术的基础是液滴的生成，通过几秒钟产生数千个微流体液滴，每一个液滴都相当于一个微反应器，可完成微纳粒子和细胞的载体进行包裹、传输，也可以作为微反应器，对大量的生物样品进行平行反应和分析，提高了生物反应效率和速度。由于液滴被油性物质所包裹在微流管道中运动时损耗极小，反应时不易受外界环境干扰，反应稳定、高效。但现有的微滴/微控技术的dPCR仪器，虽然短时间内实现单位体积为几毫升的数百万微滴的生产可行，但产生的微液滴在转移到至PCR仪、流式等液滴检测设备中较为不便，且大多数用于生产这种微滴的仪器是昂贵且操作复杂。
发明内容
基于上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种便携式快速微液滴发生器。
本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器，包括：取样筒、用于对取样筒进行抽真空的抽真空机构和安装在取样筒一端的进样针，其中：
进样针的侧壁设有对称布置的微孔，进样针的内部且位于所述微孔远离取样筒的一端插装有毛细管，且该毛细管与进样针同轴。
优选地，毛细管与微孔所在平面之间的间距可调。
优选地，毛细管远离微孔的一端延伸至进样针的外部并通过套管与进样针固定。
优选地，毛细管为等径管。
优选地，毛细管包括主管体和位于主管体一端并与主管体一体成形的尖端管，所述主管体为等径管，所述尖端管位于主管体靠近取样筒的一端，尖端管为变径管，且尖端管的内径由靠近主管体的一端向远离主管体的一端依次递减。
优选地，尖端管的最小内径为2-50μm。
优选地，进样针内部且位于微孔所在平面远离毛细管的一侧设有与毛细管同轴布置的辅助管。
优选地，辅助管包括第一管体和位于第一管体一端并与第一管体一体成形的第二管体，所述第一管体为等径管，所述第二管体位于第一管体靠近毛细管的一端，第二管体为变径管，且第二管体的内径由靠近第一管体的一端向远离第一管体的一端依次递减，第二管体的最小径大于尖端管的最小径；所述尖端管靠近第二管体的一端伸入第二管体内部。
优选地，微孔的孔径为50-150μm。
优选地，毛细管的内径为120-380μm。
优选地，抽真空机构为活塞杆，且其一端伸入取样筒内并与取样筒滑动密封。
优选地，抽真空机构包括真空泵，所述真空泵与取样筒连接。
本发明中，通过在进样针的侧壁设置对称布置的微孔，在进样针内部且位于微孔远离取样筒的一侧插装毛细管，以在进行微液滴成形时，使得进样针在插入装有分散相流体(即PCR试剂)与连续相流体(即矿物油)的容器内时，当取样筒内部产生真空负压时，毛细管远离微孔的一端可以进入分散相流体内以将分散相流体引入进样针内，微孔可以处于连续相流体内以将连续相流体引入进样针内并在引入的过程中对由毛细管引入的分散相流体进行包覆从而形成油包水的单分散液滴。该发生器结构简单，液滴产生速度快，且通过对取样筒内外的压差的控制，使得流速的大小出现变化，以通过流速大小的变化实现对微液滴的尺寸和生成液滴的快慢的调整，使得产生液滴的大小可控，且该发生器便于将成形的微液滴进行转移，省钱、省时、省力。
附图说明
图1为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器的结构示意图；
图2为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述进样针的结构示意图；
图3为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器的工作原理示意图；
图4为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述毛细管的结构示意图一；
图5为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述毛细管的结构示意图二；
图6为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述辅助管与毛细管；
图7为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器产生的微液滴图像；
图8为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器所成形的液滴大小与取样管内部负压之间是关系图；
图9为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器与现有液滴发生设备在产生100000个液滴所需时间的对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1-9所示，图1为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器的结构示意图；图2为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述进样针的结构示意图；图3为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器的工作原理示意图；图4为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述毛细管的结构示意图一；图5为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述毛细管的结构示意图二；图6为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器中所述辅助管与毛细管；图7为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器产生的微液滴图像；图8为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器所成形的液滴大小与取样管内部负压之间是关系图；图9为本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器与现有液滴发生设备在产生100000个液滴所需时间的对比图。
参照图1-3，本发明提出的一种便携式快速微液滴发生器，包括：取样筒1、用于对取样筒1进行抽真空的抽真空机构2和安装在取样筒1一端的进样针3，其中：进样针3的侧壁设有对称布置的微孔a；进样针3的内部且位于所述微孔a远离取样筒1的一端插装有毛细管4，且该毛细管4与进样针3同轴。
本发明工作方法如下：选定一个容器，并在容器中分别注入分散相流体(即PCR试剂)、连续相流体(即矿物油)，以使两种流体之间出现很明显的水油分界面。将进样针3插入容器内，并使毛细管4远离微孔a的一端没入分散相流体内，微孔a没入连续相流体内；然后通过抽真空机构2对取样筒1进行抽真空，在抽真空的过程中，两种液体分别从毛细管4和微孔a进入进样针3内并在微孔a处汇合以形成油包水的单分散液滴后进入到取样筒1内。且在抽真空的过程中，通过控制取样筒1内部负压的大小，可以改变进样针3的进液流速大小，进而实现对微液滴的尺寸和生成液滴的快慢的调节(即在抽真空过程中，若使取样筒1内负压逐渐减少时，则进液总流速也会逐渐减小，生成液滴的速率也会减小，而液滴的大小范围则会增大)。
此外，毛细管4远离微孔a的一端延伸至进样针3的外部并通过套管5与进样针3固定。毛细管4与微孔a所在平面之间的间距可调，使用中，可以根据需要调整毛细管4与微孔a所在平面之间的间距，以使成形的微液滴大小满足需要。
此外，本发明中，毛细管4的内径设置成120-380μm。由于不同内径的毛细管4可以产生液滴流动的空间位阻不同，会对两相混合的比例产生影响，且毛细管4的内径越小，产生液滴的时间也会有所减慢。将毛细管4的主管体内径由150μm更换为100μm，将其尖端管的内管由20μm更变为10μm。则该液滴发生器产生液滴尺寸可以控制的范围为由80μm减小到50μm左右，产生液滴的时间由13s增加到24s。因此，使用者可以根据直接选择相应内径的毛细管4。
本发明中，微孔a的孔径为50-150μm，由于不同孔径的微孔a进液量不同，会对两相混合的比例产生影响，例如：当将微孔a的内径由100μm更变为50μm时，该液滴发生器产生液滴尺寸大小由100μm减小到50μm。因此，使用者可以根据直接选择相应内径的微孔a。
本实施例中，取样筒1的侧壁上设有沿其高度布置的容量刻度。使用过程中，工作人员可以根据取样筒1侧壁上的容量刻度判断获取的微液滴容量。
实施例1
参照图4，毛细管4为等径管。该结构适用于较大微液滴的成形需求。
实施例2
参照图5，毛细管4包括主管体和位于主管体一端并与主管体一体成形的尖端管，所述主管体为等径管，所述尖端管位于主管体靠近取样筒1的一端，尖端管为变径管，且尖端管的内径由靠近主管体的一端向远离主管体的一端依次递减，尖端管的最小内径为2-50μm。该结构适用于较小微液滴的成形需求。
实施例3
参照图6，进样针3内部且位于微孔a所在平面远离毛细管4的一侧设有与毛细管4同轴布置的辅助管6。辅助管6包括第一管体和位于第一管体一端并与第一管体一体成形的第二管体，所述第一管体为等径管，所述第二管体位于第一管体靠近毛细管4的一端，第二管体为变径管，且第二管体的内径由靠近第一管体的一端向远离第一管体的一端依次递减，第二管体的最小径大于尖端管的最小径；所述尖端管靠近第二管体的一端伸入第二管体内部。该结构适用于更小微液滴的成形需求。
实施例4
抽真空机构2为活塞杆，且其一端伸入取样筒1内并与取样筒1滑动密封。使用时，通过抽来活塞杆使取样筒1内部产生负压。
实施例5
抽真空机构2包括真空泵，所述真空泵与取样筒1连接，以利用真空泵对取样筒1进行抽真空。
参照图7-9，综上所述，本发明通过在进样针3的侧壁设置对称布置的微孔a，在进样针3内部且位于微孔a远离取样筒1的一侧插装毛细管4，以在进行微液滴成形时，使得进样针3在插入装有分散相流体(即PCR试剂)与连续相流体(即矿物油)的容器内时，当取样筒1内部产生真空负压时，毛细管4远离微孔a的一端可以进入分散相流体内以将分散相流体引入进样针3内，微孔a可以处于连续相流体内以将连续相流体引入进样针3内并在引入的过程中对由毛细管4引入的分散相流体进行包覆从而形成油包水的单分散液滴。该发生器结构简单，液滴产生速度快，且通过对取样筒1内外的压差的控制，使得流速的大小出现变化，以通过流速大小的变化实现对微液滴的尺寸和生成液滴的快慢的调整，使得产生液滴的大小可控。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式快速微液滴发生器，其特征在于，包括：取样筒（1）、用于对取样筒（1）进行抽真空的抽真空机构（2）和安装在取样筒（1）一端的进样针（3），其中：
进样针（3）的侧壁设有对称布置的微孔（a），进样针（3）的内部且位于所述微孔（a）远离取样筒（1）的一端插装有毛细管（4），且该毛细管（4）与进样针（3）同轴；
毛细管（4）与微孔（a）所在平面之间的间距可调；
毛细管（4）远离微孔（a）的一端延伸至进样针（3）的外部并通过套管（5）与进样针（3）固定；
毛细管（4）包括主管体和位于主管体一端并与主管体一体成形的尖端管，所述主管体为等径管，所述尖端管位于主管体靠近取样筒（1）的一端，尖端管为变径管，且尖端管的内径由靠近主管体的一端向远离主管体的一端依次递减；
进样针（3）内部且位于微孔（a）所在平面远离毛细管（4）的一侧设有与毛细管（4）同轴布置的辅助管（6）；
辅助管（6）包括第一管体和位于第一管体一端并与第一管体一体成形的第二管体，所述第一管体为等径管，所述第二管体位于第一管体靠近毛细管（4）的一端，第二管体为变径管，且第二管体的内径由靠近第一管体的一端向远离第一管体的一端依次递减，第二管体的最小径大于尖端管的最小径；所述尖端管靠近第二管体的一端伸入第二管体内部。
2.根据权利要求1所述的便携式快速微液滴发生器，其特征在于，毛细管（4）为等径管。
3.根据权利要求1所述的便携式快速微液滴发生器，其特征在于，尖端管的最小内径为2-50μm。
4.根据权利要求1所述的便携式快速微液滴发生器，其特征在于，微孔（a）的孔径为50-150μm；毛细管（4）的内径为120-380μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的便携式快速微液滴发生器，其特征在于，抽真空机构（2）为活塞杆，且其一端伸入取样筒（1）内并与取样筒（1）滑动密封。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的便携式快速微液滴发生器，其特征在于，抽真空机构（2）包括真空泵，所述真空泵与取样筒（1）连接。
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