CN110893354B - 一种多模块的乳液微滴生成控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模块的乳液微滴生成控制装置，包括：可更换式压力产生模块，其包括彼此独立设置的正压产生模块、负压产生模块和正负混合压产生模块；比例阀，与可更换式压力产生模块可拆卸地连接；固定板，固定有多个气体通道，各个所述通道的一端与比例阀连通，另一端具有电磁阀，所有电磁阀一起组成电磁阀阵列。本装置特点是多模块、多通道或单通道独立生成，在不污染压缩泵或真空泵的情况下实现乳液微滴的生成，微滴大小均匀可控，生成速率稳定；本装置可实现生成单个通道微滴、也可实现连续生成多个通道微滴，方便灵活，尺寸可控。

Description

一种多模块的乳液微滴生成控制装置

技术领域

本申请涉及一种多模块的乳液微滴生成控制装置，其用于控制微流控芯片的乳液微滴生成，属于生物检测技术领域。

背景技术

乳液微滴技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割成离散的纳升级及以下体积的乳液微滴的一种微纳技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵乳液微滴体积的技术。

乳液微滴形成的基本过程是：将两种互不相溶的液体，以其中一种作为连续相，另一种作为分散相，分散相以微小体积(10^-15-10^-9L)单元的形式分散与连续相中，形成微滴在通道内运动。

现有的乳液微滴生成装置多数都是在压力泵的作用下，利用单一正压或者负压，控制多通道乳液微滴生成池，推动连续相和分散相运动，在交叉处形成乳液微滴。利用这种注射泵(压力泵的正压或负压作用)控制多通道液体同时生成乳液微滴的方法，可能会由于同时控制多路通道同时生成乳液微滴，导致乳液微滴的大小的均匀性和一致性存在差异；并且只能生成单一大小的乳液微滴，无法生成多种不同种类的乳液微滴；且存在多通道不灵活的现象，只适合样本多的条件，少量样本同时生成易造成浪费。

现有的国际品牌Bio-Rad的数字PCR装置就是同时生成8通道的乳液微滴，不灵活，而且生成的乳液微滴大小只有一个尺寸。

本发明人多年来致力于生物芯片的研究，积极开发自主可控的新型生物芯片，本发明即是成果之一。其不仅可以替代相关的国际产品，而且能够实现更好的效果。

发明内容

由上可知，现有的乳液微滴生成装置多数都是在压力泵的作用下，利用单一正压或者负压，无法生成多种不同尺寸的乳液微滴；而且由于同时生成多通道的乳液微滴，气体在多通道内可能形成湍流、气旋和/或漩涡，致使各个通道之间的压力不均匀，以这种方式生成的乳液微滴的尺寸存在均匀性和一致性差异，生成速率也不稳定，从而使得在使用多个微流控芯片进行分析时的系统误差增加。另外，这种方式适合大样本量的情况，少样本量情况下存在浪费现象，不够灵活。

鉴于上述问题，为了克服现有技术中的不足，本发明提出了可以选择的一种多模块、多通道生成的乳液微滴生成控制装置，在保证不污染压缩泵(真空泵)的情况下，实现了乳液微滴的生成，能够同时控制1至7个通道的乳液微滴形成，并可以形成不同尺寸的乳液微滴。

另外，本发明通过特定的通道选择单元，能够在多通道乳液微滴生成装置中控制单通道独立地生成乳液微滴，或者依次连续生成多个通道乳液微滴，而且即使在多通道连续生成乳液微滴的情况下，所形成的乳液微滴也大小均匀可控，生成速率稳定，可配合多种生物芯片进行乳液微滴的制备；方便灵活，尺寸可控。而且由于可以自由选择所利用通道的数量而不必使用所有的通道生成乳液微滴，因此不仅适合样本多的条件，也同样适用于少量样本的条件。

本发明的目的通过下述的多模块的乳液微滴生成控制装置而实现。

具体而言，本发明提供一种多模块的乳液微滴生成控制装置，该装置包括：

可更换式压力产生模块，其包括彼此独立设置的正压产生模块、负压产生模块和正负混合压产生模块；

比例阀，其与所述可更换式压力产生模块可拆卸地连接；

固定板，所述固定板上固定有彼此独立设置的多个气体通道，各个所述通道的一端与比例阀连通，另一端具有电磁阀，所有电磁阀一起组成电磁阀阵列。

在一个实施方式中，所述通道的数量为1至7个，优选2至7个。

需要说明的是，压力产生模块中的正压产生模块、负压产生模块和正负混合压产生模块是单独设置的，它们各自可以单独工作，并设置为可更换式的。在实际情况下，压力产生模块可以拆下单独放置。在使用时，用户可根据实际制备需求，选择对应功能的压力产生模块，将其更换安装在比例阀上，从而能够选择通过正压生成乳液微滴、通过负压生成乳液微滴或者通过正负压混合生成乳液微滴。

比例阀可精确控制输出的压力大小，进而控制生成的乳液微滴大小。

组成电磁阀阵列的各个电磁阀，用于调整每个通路的通断。

通过上述实施方式，本发明通过压力产生模块的更换，能够生成多种不同尺寸的乳液微滴，特别是能够在1至7个通道，优选2至7个通道的控制下同时在相应数量的微流控芯片中生成乳液微滴。

在一个优选实施方式中，本发明的乳液微滴生成控制装置还包括通道选择单元，其横跨所述多个气体通道，将各个通道分为不连通的比例阀连接部分和含电磁阀部分，所述通道选择单元具有通孔(一个通孔)，所述通孔的尺寸与各个通道相匹配，使得当通道的比例阀连接部分、所述通孔和含电磁阀部分对准时，该通道导通。

在包括通道选择单元的实施方式中，所述通道的数量为2至12个，优选4至8个。

在一个实施方式中，所述正压产生模块包括压缩泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

所述负压产生模块包括真空泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

所述正负混合压产生模块包括真空泵、压缩泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

其中所述真空泵和/或压缩泵各自一端与各自的气瓶相连，另一端与各自的干燥筒相连，所述干燥筒含有干燥剂以确保气瓶附近管道干燥；

各个所述压力传感器与各自的气瓶相连，检测并反馈气瓶内的压力变化；

各个所述气瓶能够与所述比例阀一端可拆卸地相连。

其中，真空泵用于提供负压，压缩泵用于提供正压。

在一个实施方式中，在工作时，所述乳液微滴生成控制装置的电磁阀连接至微流控芯片，

当选择所述正压产生模块与所述比例阀连接时，通过正压完成乳液微滴的制备；

当选择所述负压产生模块与所述比例阀连接时，由负压完成乳液微滴的制备；

当选择所述正负混合压产生模块与所述比例阀连接时，由正压和负压完成乳液微滴的制备。

在一个实施方式中，所述通道选择单元包含通道选择腔体和直线电机，所述直线电机控制所述通道选择腔体沿着所述通道选择单元横跨所述多个气体通道的方向运动，

所述通孔位于所述通道选择腔体内部，当所述直线电机控制所述通道选择腔体运动使得某个通道的比例阀连接部分、所述通孔和含电磁阀部分对准时，该通道导通，并且保证气密性。

具体而言，只有当电机带动通道选择单元，使得通孔运动至某个通道的中断(缺口)部分，该通道的两个分离部分(比例阀连接部分、含电磁阀部分)以及通孔位置对准，整体上组成了一条完整的气体通道，此时通道才可导通，从而进行乳液微滴的制备。通孔需要与各个通道紧密配合，确保对准时的气密性。

在一个实施方式中，所述通道选择单元通过直线电机能够处于多个不同的位置上，连通所有通道，连通时，每次同时只允许同一通道导通，其余通道则因被遮挡而关闭。

在该实施方式中，在一个通道控制的乳液微滴生成结束后，直线电机可以带动通道选择单元使得通孔与另一个通道的两个分离部分(比例阀连接部分、含电磁阀部分)对准，进行该通道控制下的乳液微滴生成。以此方式连续地控制多个通道依次生成乳液微滴。

在这种情况下，与以同时生成8通道的乳液微滴的Bio-Rad的数字PCR装置为代表的现有技术装置相比，由于每次仅一个通道连通，因此消除了现有技术装置由于各个通道之间的压力不均匀，进而消除了乳液微滴大小不均匀和不一致的现象，所形成的乳液微滴大小均匀，生成速率稳定。

在一个实施方式中，所述电磁阀阵列能够连接至微流控芯片，其通过控制各个电磁阀的通断，打开/关闭相对应的通道接口，对乳液微滴进行制备。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提出的一种多模块、多通道或单通道独立生成的乳液微滴生成控制装置，根据乳液微滴制备的需求选择对应模块安装，灵活简便；在保证不污染压缩泵(真空泵)的情况下，实现了乳液微滴的生成，且形成的乳液微滴大小均匀可控，生成速率稳定，可配合多种生物芯片进行乳液微滴的制备；本装置可以实现生成单个通道乳液微滴、也可以实现连续生成多个通道乳液微滴，尺寸可控。不造成浪费，节省耗材。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(负压)的原理示意图；

图2显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(正压)的原理示意图；

图3显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(混合压力)的原理示意图；

图4显示本发明实施方式中通道选择单元的模型图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种多模块的乳液微滴生成控制装置，如图1-3所示，其包括：正压/负压/正负混合压产生模块，每个模块独立设置，可单独工作控制乳液微滴生成。正压/负压/正负混合压产生模块中的每个单独模块包括压缩泵(用于提供正压)和/或真空泵(用于提供负压)，气瓶，压力传感器，干燥筒。

具体而言，其包括一路正压产生模块、一路负压产生模块及一路正、负混合压力产生模块；压力传感器与气瓶相连，压缩泵(真空泵)一端与气瓶相连，另一端与干燥筒相连。气瓶与比例阀一端相连，比例阀则引出八条气管通道，与通道选择单元相连。电磁阀阵列包含八个电磁阀，用于调整通路的通断；通道选择单元：所述通道选择单元，包含通道选择腔体与直线电机，通道选择腔体内部有一与导管紧密配合的圆柱形通孔，确保两孔完全对接时的气密性良好，腔体左侧及右侧的八条管道固定在一块固定板上。

以下具体说明本发明的乳液微滴生成控制装置的工作形态。

图1显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(负压)的原理示意图。当意图通过负压生成乳液微滴时，在装置中选择安装负压产生模块。此时，如图1所示，乳液微滴生成控制装置(负压)包括负压生成模块；比例阀4；通道选择单元5；电磁阀阵列6。其中，负压产生模块包括真空泵101，气瓶102，压力传感器103，干燥筒104。压力传感器103与气瓶102相连，真空泵101一端与气瓶102相连，另一端与干燥筒104相连。气瓶102与比例阀4一端相连，比例阀4则引出八条气管，与通道选择单元5相连。电磁阀6阵列包含八个电磁阀601，用于调整通路的通断。

图2显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(正压)的原理示意图。当意图通过正压生成乳液微滴时，在装置中选择安装正压产生模块。此时，如图2所示，乳液微滴生成控制装置(正压)包括正压生成模块；比例阀4；通道选择单元5；电磁阀阵列6。其中，正压产生模块包括真空泵201，气瓶202，压力传感器203，干燥筒204。压力传感器203与气瓶202相连，真空泵201一端与气瓶202相连，另一端与干燥筒204相连。气瓶202与比例阀4一端相连，比例阀4则引出八条气管，与通道选择单元5相连。电磁阀6阵列包含八个电磁阀601，用于调整通路的通断。

图3显示本发明一个实施方式中乳液微滴生成控制装置(混合压力)的原理示意图。当意图通过正压和负压共同控制生成乳液微滴时，在装置中选择安装正负压产生模块。此时，如图3所示，乳液微滴生成控制装置(混合压力)包括正、负混合压产生模块；比例阀4；通道选择单元5；电磁阀阵列6。其中，正、负混合压产生模块包括真空泵301，压缩泵305，气瓶302，压力传感器303，干燥筒304。压力传感器303与气瓶102相连，真空泵301一端与气瓶302相连，另一端与干燥筒304相连。气瓶302与比例阀4一端相连，比例阀4则引出八条气管，与通道选择单元5相连。电磁阀6阵列包含八个电磁阀601，用于调整通路的通断。

为了更清楚地描述本发明通道选择单元的结构，以下给出其一种实施方式。如图4所述，通道选择单元5包含通道选择腔体501与直线电机502，通道选择腔体501内部有一与导管紧密配合的圆柱形通孔，通孔内有导向丝杆套503，确保两孔完全对接时的气密性良好，腔体左侧及右侧的多条管道固定在一块固定板上，只有当直线电机502带动通道选择单元5将左侧导管、通道选择腔体501内部圆柱形通孔、右侧对应导管三者位置对接时，此通道才可导通，进行乳液微滴的制备。通道选择单元5可处于多个不同的位置上，连通所有通道，值得注意的是，每次同时只允许同一通道导通，其余通道则因被遮挡而关闭。

在运行时，将乳液微滴生成控制装置中的多个通道在电磁阀端口处接入一个至多个微流控芯片。选择安装一个压力产生模块(例如正压产生模块)，将通孔与一个通道的左侧导管和右侧对应导管对接，该通道导通。打开压力产生模块，例如正压产生模块的电源，并打开已导通通道的电磁阀，此时压缩空气驱动气体通过该通道，进入与该通道连接的微流控芯片，从而在该微流控芯片中生成乳液微滴。

当在该通道控制的微流控芯片中生成乳液微滴结束时，关闭该通道的电磁阀，关闭压力产生模块的电源。然后移动通道选择单元，使得通孔与另一通道的左右导管对准。重复上述操作过程，从而进行另一通道控制下的微流控芯片中的乳液微滴生成。

以此方式，本装置能够可以实现通过单个通道控制乳液微滴生成、也可以实现连续控制多个通道依次生成乳液微滴。例如可以在2至12个，优选4至8个通道中依次生成乳液微滴。

在连续控制多个通道生成乳液微滴的情况下，与以同时生成8通道的乳液微滴的Bio-Rad的数字PCR装置为代表的现有技术装置相比，由于每次仅一个通道连通，因此消除了现有技术装置由于各个通道之间的压力不均匀，进而消除了乳液微滴大小不均匀和不一致的现象，所形成的乳液微滴大小均匀，生成速率稳定。而且由于可以自由选择所利用通道的数量，因此不仅适合样本多的条件，也同样适用于少量样本的情况。

作为备选实施方式，本发明的乳液微滴生成控制装置可以不包括通道选择单元5。此时，固定板上的多条管道是直接连通的。此时管道的数量为1至7个，优选2至7个。

在运行时，将乳液微滴生成控制装置中的多个通道在电磁阀端口处接入相应的多个微流控芯片。选择安装一个压力产生模块(例如正压产生模块)。打开压力产生模块，例如正压产生模块的电源，并打开已导通通道的电磁阀，此时压缩空气驱动气体通过所有通道，进入与各通道连接的微流控芯片，从而在各个微流控芯片中生成乳液微滴。在该实施方式中，本发明通过压力产生模块的更换，能够生成多种不同尺寸的乳液微滴，特别是能够在1至7个通道，优选2至7个通道的控制下同时在相应数量的微流控芯片中生成乳液微滴。与现有技术装置相比，更加方便灵活。

当然本发明尚有多种具体的实施方式，在此就不一一列举。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种多模块的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，该装置包括：

可更换式压力产生模块，其包括彼此独立设置的正压产生模块、负压产生模块和正负混合压产生模块；

比例阀，其与所述可更换式压力产生模块可拆卸地连接；

固定板，所述固定板上固定有彼此独立设置的多个气体通道，各个所述通道的一端与比例阀连通，另一端具有电磁阀，所有电磁阀一起组成电磁阀阵列，

所述装置还包括通道选择单元，其横跨所述多个气体通道，将各个通道分为相互不连通的比例阀连接部分和含电磁阀部分，所述通道选择单元具有一个通孔，所述通孔的尺寸与各个通道相匹配，使得当通道的比例阀连接部分、所述通孔和含电磁阀部分对准时，该通道导通，

所述通道选择单元包含通道选择腔体和直线电机，所述直线电机控制所述通道选择腔体沿着所述通道选择单元横跨所述多个气体通道的方向运动，

所述通孔位于所述通道选择腔体内部，当所述直线电机控制所述通道选择腔体运动使得某个通道的比例阀连接部分、所述通孔和含电磁阀部分对准时，该通道导通，并且保证气密性，

所述通道选择单元通过直线电机能够处于多个不同的位置上，连通所有通道，连通时，每次同时只允许同一通道导通，其余通道则因被遮挡而关闭，

所述通孔是圆柱形的。

2.如权利要求1所述的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，所述通道的数量为2至12个。

3.如权利要求2所述的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，所述通道的数量为4至8个。

4.如权利要求1所述的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，

所述正压产生模块包括压缩泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

所述负压产生模块包括真空泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

所述正负混合压产生模块包括真空泵、压缩泵、气瓶、压力传感器和干燥筒；

其中所述真空泵和/或压缩泵各自一端与各自的气瓶相连，另一端与各自的干燥筒相连，所述干燥筒含有干燥剂以确保气瓶附近管道干燥；

各个所述压力传感器与各自的气瓶相连，检测并反馈气瓶内的压力变化；

各个所述气瓶能够与所述比例阀一端可拆卸地相连。

5.如权利要求1所述的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，在工作时，所述乳液微滴生成控制装置的电磁阀连接至微流控芯片，

当选择所述正压产生模块与所述比例阀连接时，通过正压完成乳液微滴的制备；

当选择所述负压产生模块与所述比例阀连接时，由负压完成乳液微滴的制备；

当选择所述正负混合压产生模块与所述比例阀连接时，由正压和负压完成乳液微滴的制备。

6.根据权利要求1所述的乳液微滴生成控制装置，其特征在于，所述电磁阀阵列能够连接至微流控芯片，其通过控制各个电磁阀的通断，打开/关闭相对应的通道接口，对乳液微滴进行制备。

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