CN111569960B - 一种操纵微小液滴运动的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种操纵微小液滴运动的方法和系统，通过振动液态基底的方式将待操纵液滴悬浮在驻波场中，并控制所述驻波场中驻点的移动，从而实现对液滴的操纵。由于液体样本在操作的过程中不与操作工具表面进行接触，降低了对液体样本的污染风险，同时也避免液体样本附着在工具的表面造成液体样品的耗量增加。由于可以进行批量化操作，简化操作步骤，降低了工作量和液体样品消耗量，提高了工作效率和精度，对环境友好。

Description

一种操纵微小液滴运动的方法和系统
技术领域
本申请涉及超声悬浮技术领域，尤其涉及一种操纵微小液滴运动的方法和系统。
背景技术
现有技术在对液体样品进行分析检测时，需要的液体样本量过大。以检测血液中的重金属离子为例，传统的原子吸收法至少需要2毫升血，且操作复杂、成本高昂。
在对剧毒、挥发性液体样品的操纵时，由于液体样品与操纵工具接触，容易造成污染。
因此，如何实现对小体量液体样本进行无接触操纵是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种操纵微小液滴运动的方法和系统，旨在实现对小体量液体样本进行无接触操纵。
一种操纵微小液滴运动的方法，其中，包括：
将待操纵液滴悬浮在驻波场；
控制所述驻波场中驻点的移动，根据所述驻点的移动对所述待操纵液滴进行操纵。
所述的操纵微小液滴运动的方法，其中，所述在驻波场使待操纵液滴悬浮，具体包括：
使超声操纵装置中表面涂覆有液态基底的振动件产生振动，将待操纵液滴加入到所述液态基底上，使所述待操纵液滴发生悬浮；
控制所述超声装置产生驻波场。
所述的操纵微小液滴运动的方法，其中，所述控制所述驻波场中驻点的移动，根据所述驻点的移动对所述待操纵液滴进行操纵，具体包括：
调节所述超声波发生器的超声功率，改变所述驻波场对所述待操纵液滴的作用力大小；
调节所述超声波发生器所产生的超声波相位关系和/或超声波相位变化速率，操纵所述驻波场内驻波点移动，使待操纵液滴发生移动。
一种操纵微小液滴运动的系统，其中，包括：
超声操纵装置，用于产生驻波场及使待操纵液滴发生悬浮；及
智能终端，用于控制所述超声操纵装置；
所述智能终端与所述超声操纵装置通信连接。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述超声操纵装置包括：振动组件，设置在所述振动组件上用于承载待操纵液滴的振动件以及对称设置在所述振动件周围的超声波发生组件。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述超声波发生组件设置个数为偶数个。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述超声操纵装置还包括用于输送所述待操纵液滴的泵，所述泵与所述智能终端通信连接。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述超声波发生组件设置为四个。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述振动件为振动平板。
所述的操纵微小液滴运动的系统，其中，所述智能终端为电脑、IPAD或智能手机。
有益效果：本申请提供一种操纵微小液滴运动的方法和系统，通过使待操纵液滴悬浮在驻波场中，控制所述驻波场中驻点的移动，从而实现对液滴的操纵。由于液体样本在操作的过程中不与操作工具表面进行接触，降低了对液体样本的污染风险，同时也避免液体样本附着在工具的表面造成液体样品的耗量增加。
附图说明
图1为本申请实施例提供的超声操纵装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的超声操纵装置的爆炸图；
图3为本申请实施例提供的一种操纵微小液滴运动的系统示意图；
图4为本申请实施例提供的一种操纵微小液滴运动的方法流程示意图。
图5为本申请一具体应用实施例液滴排布示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
现有技术中在对微量样本的血液分析检测时，样本用量过大，还需要离心等方法去除血液样本中的大分子和细胞以降低干扰，耗时较久。对一些珍贵的体量极小的样本以及剧毒、易挥发的样本移取、融合等操纵极为不便，且由于需要人工使用移液器等工具操作面临被污染的风险。
基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
请参阅图1至图2，图1为本实施例中所提供的超声操纵装置结构示意图。如图所示，超声操纵装置10包括：振动组件100，设置在所述振动组件100上用于承载所述待操纵液滴的振动件110以及对称设置在所述振动件周围的超声波发生组件130。
在本实施例中所述振动组件可以是扬声器，(在下述实施方式中，振动组件均以扬声器作为举例)，所述扬声器的输出端设置在所述振动件110的一侧。在所述振动件110的下方设置有用于支撑所述振动件110的支撑件120。容易理解的，在所述扬声器的输出端上设置有支撑件120，所述支撑件120与所述扬声器的输出端接触设置，在所述支撑件120上设置所述振动件110。通过调节所述支撑件120可以使所述振动件保持水平。其中，所述振动件110为一圆形或者其他几何形状的平板。
结合图2，在本实施例中，所述支撑件120包括圆形底座121，固定设置在所述圆形底座121上的支撑臂122，所述支撑臂122包括第一支撑臂1221及第二支撑臂1222，所述第二支撑臂1222的一端枢接在所述第一支撑臂的一端，可以通过所述第二支撑臂1222与所述第一支撑臂1221的联动来调节振动件的水平。所述支撑臂的个数可以根据设备的尺寸进行设置，例如可以是3个、4个等。
在本实施例的一种实施方式中，所述超声波发生组件130固定设置在所述扬声器的周围，所述超声波发生组件130包括可调节支架131，所述可调节支架131的一端固定设置在所述扬声器外边缘上，另外一端设置有用于固定超声波发生器的接头部132。所述超声波发生组件130成对设置，比如设置为两个，四个，八个，十二个等，具体的设置个数可以根据超声操纵装置的尺寸进行设置，但是要实现微小液滴的二维操作则至少需要四个所述超声波发生组件(即2对对称设置)。
在本实施例的一种实施方式中，所述超声操纵装置100还包括用于输运待操纵液滴的泵，容易理解的，所述泵的型号可以根据实际的需要进行配置，对泵的开启、停止控制可以通过智能终端进行。
如图3所示，基于上述超声操纵装置，本申请还提供了一种操纵微小液滴运动的系统，所述系统包括，用于产生驻波场的超声操纵装置10及用于控制所述超声操纵装置10的智能终端20，所述智能终端20与所述超声操纵装置10通信连接。
在本实施例中，所述超声操纵装置的结构如上述实施方式所述，在此不在赘述，所述智能终端包括但不限于电脑、IPAD或智能手机等，容易理解的，为了实现对所述超声操纵装置进行控制，所述智能终端中装载有对超声操纵装置进行控制的软件程序。
如图4所示，基于上述操纵微小液滴运动的系统，本申请还提供的一种操纵微小液滴运动的方法，所述方法包括：
S100、将待操纵液滴悬浮在驻波场。
具体来说，通过智能终端对超声操纵装置进行控制，由扬声器的振动使其中表面涂覆有液态基底的振动件发生振动，将液体样品滴入振动平板上，由所述扬声器(振动组件)进行振动带动振动件上的液态基底(如硅油)一起发生振动，液体样品弹跳在液膜的上方形成液滴(所述待操纵液滴)悬浮，启动所述超声波发生器在所述振动平板上方形成驻波场，使待操纵液滴运动在驻波场中。利用弹跳液滴悬浮的方法，使得液体样本在操纵的过程中不与工具表面接触，降低了液体样本受污染的风险，也降低了样本对操作人员和环境的影响。
S200、控制所述驻波场中驻点的移动，根据所述驻点的移动对所述待操纵液滴进行操纵。
具体来说，利用智能终端中的程序，对所述超声波发生器所产生的超声功率进行调节，改变使液滴发生悬浮的力(捕获力)大小，同时调节超声波的相位，使驻波场内的驻点发生移动，由于所述液滴悬浮位置位于驻点处，因此，当驻点发生移动时，可以使液滴也跟着发生移动。还可以通过调节超声波的相位变化速率来控制驻点的移动速率。容易理解的，超声波相位的改变和所述超声波相位速率的改变可以同时进行，也可以分别单独实施。换句话说，就是可以通过控制驻点来实现对液滴进行控制。
其中，发生悬浮的原理为：振动器发生振动，使振动件上的液态基膜(通常用于形成液态基膜的液体粘度都比较大)一起发生振动，由于振动的频率较高，当液体样品与液态基膜接触时，由于发生碰撞，液体样品弹跳，在液体样品与所述基膜之间产生一层空气膜使待操纵液滴悬空(液体样品悬空即本发明中所述的悬浮)。利用振动的方式使待操纵液滴悬浮，相较于利用超声波压差产生的捕获力与重力抵消而实现的悬浮，在竖直方向所需要的能量更小，更有利于对液滴进行操纵。
在本申请一个具体的应用实施例中，可以实现对液滴进行混溶，例如调节超声波相位和频率，同时控制两个驻点进行移动，当两个驻点重合时，位于驻点上的液滴可以发生融合，此时通过控制程序使重合后的驻点发生震荡，以使得两个液滴混合均匀，然后将混合均匀的液滴移动到吸出点，通过泵吸出，从而实现液体样本在不接触外界物体进行混匀，避免了样品的污染，同时也避免液体样品附着在器物上造成样品的损耗，可以实现微量样品进行检测。
在本申请另一个具体的应用实施例中，可以实现批量化操作。如图5所示，将待处理液滴通过泵泵送滴入两个对称设置的超声波发生组件之间的振动板面上，可以分批次进行滴入，即可以滴入多滴，位于同一对超声波发生组件之间的液滴111滴入点位于同一条直线方向上。容易理解的，相邻两个液滴之间的距离为两个驻点之间的距离，通过调节超声波的频率和相位，可以实现多个液滴(批量)整齐排布，进行批量精确分析。极大地减少了工作量和样品的消耗量，提高工作效率和精度，对环境也更加友好。
综上所述，本申请提供一种操纵微小液滴运动的方法和系统，通过振动液态基底的方式将待操纵液滴悬浮在驻波场中，并控制所述驻波场中驻点的移动，从而实现对液滴的操纵。由于液体样本在操作的过程中不与操作工具表面进行接触，降低了对液体样本的污染风险，同时也避免液体样本附着在工具的表面造成液体样品的耗量增加。
进一步，由于可以进行批量化操作，简化操作步骤，降低了工作量和液体样品消耗量，提高了工作效率和精度，对环境友好。
应当理解的是，本申请的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种操纵微小液滴运动的方法，其特征在于，包括：
将待操纵液滴悬浮在驻波场；
控制所述驻波场中驻点的移动，根据所述驻点的移动对所述待操纵液滴进行操纵；
所述将待操纵液滴悬浮在驻波场，具体包括：
由扬声器的振动使超声操纵装置中表面涂覆有液态基底的振动件产生振动，将待操纵液滴加入到所述液态基底上，使待操纵液滴弹跳在液膜的上方形成液滴悬浮，控制所述超声装置产生驻波场。
2.如权利要求1所述的操纵微小液滴运动的方法，其特征在于，所述控制所述驻波场中驻点的移动，根据所述驻点的移动对所述待操纵液滴进行操纵，具体包括：
调节超声波发生器的超声功率，改变所述驻波场对所述待操纵液滴的作用力大小；
调节所述超声波发生器所产生的超声波相位关系和/或超声波相位变化速率，操纵所述驻波场内驻波点移动，使待操纵液滴发生移动。
3.一种操纵微小液滴运动的系统，其特征在于，包括：
超声操纵装置，用于产生驻波场及使待操纵液滴发生悬浮；及
智能终端，用于控制所述超声操纵装置；
所述智能终端与所述超声操纵装置通信连接；
所述超声操纵装置包括：振动组件，设置在所述振动组件上用于承载待操纵液滴的振动件以及对称设置在所述振动件周围的超声波发生组件；
所述振动件的下方设置有用于支撑所述振动件的支撑件，所述支撑件包括圆形底座以及设置在所述圆形底座上的支撑臂；所述圆形底座设置在所述振动组件上；所述振动件的表面涂覆有液态基底。
4.如权利要求3所述的操纵微小液滴运动的系统，其特征在于，所述超声波发生组件设置个数为偶数个。
5.如权利要求3所述的操纵微小液滴运动的系统，其特征在于，所述超声操纵装置还包括用于输送所述待操纵液滴的泵，所述泵与所述智能终端通信连接。
6.如权利要求3所述的操纵微小液滴运动的系统，其特征在于，所述振动件为振动平板。
7.如权利要求3-6任一所述的操纵微小液滴运动的系统，其特征在于，所述智能终端为电脑、IPAD或智能手机。
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