CN115138403A - 一种亚微升液滴加注装置及加注系统 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种亚微升液滴加注装置及加注系统。其中，该加注装置包括：包括流体接收模块、固定模块，其中：所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；所述固定模块与芯片的上基板通孔连接，用于将所述流体接收模块与所述芯片固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。本公开通过简易的结构，实现了流体自动定量的装载至微流体设备。

Description

一种亚微升液滴加注装置及加注系统
技术领域
本公开涉及芯片加工领域，具体而言，涉及一种亚微升液滴加注装置。
背景技术
微流体设备核心技术是基于介质上的电润湿效应(EWOD)实现微流体驱动的片上实验室(Lab on a Chip,LOC)技术。它可以在小尺度上对亚微升(sub-microlitre)体积的流体产生精确的操纵和控制，协同完成样品制备、生物与化学反应、分离检测等一系列复杂的生化分析工作。最终可以把生物和化学等领域中所涉及的所有功能模块集成在一块几平方厘米的芯片上，直接应用于生物化学检测、环境快速检测等。特别对于医疗诊断情况下,片上实验室技术的小尺寸特性能满足在临床样本快速测试时，使用比传统实验室测试小得多的样本体积。
一般地微流体设备具有至少一个维度小于1毫米(mm)的一个或多个通道(更一般地，间隙)。对于亚毫米尺度上操纵流体,现在绝大多数技术属于连续流操控技术,即采用复杂的外部管道和泵等系统控制流体定向移动。介质上电润湿技术是通过施加电场来操纵流体的离散液滴操控技术，相比于连续流，它具有更大的功能灵活性的优点，可以对微流体基本操作单元“液滴”进行如迁移、分割、混合和震荡等基础操控，同时适配于不同功能的系统。
由于该技术决定了设备内部使用疏水性表面修饰，使得内部液固(liquid-solid)界面处具有较低的表面张力。因此，对于水性流体(aqueous fluid)想要仅仅借助于毛细管作用从外部填充到这种设备中是比较困难的。此外,当在加注液体时，器件可能处于施加电压的致动状态，更加不利于溶液的加注。相反地，对于非极性流体(例如，油)的毛细管填充是可行的。但一般地会采取施加外部压力与毛细管填充共同作用的方法，防止流体回流。
现有技术的微流控设备液体加注时会面临如下难题：
如图1所示，设备内部表面修饰导致液体难以注入，技术原理决定了设备内部使用了如特氟龙、Cytop等疏水层材料做表面修饰，液固界面处表面张力较低，不利于微流体设备中使用的常见流体包括全血样本、细菌细胞悬浊液、蛋白质或抗体溶液和各种缓冲液加注。此时仅仅依靠传统的毛细力加注流体效率非常低，只能通过施加外力如气压，电压等辅助流体加注。
加注液体的体积难以测量和控制，通过施加外力辅助流体加注时，对于流体的亚微升体积精确控制就十分困难。通常是将流体加注在设备内部后，通过设备控制流体的迁移和分割等操作，得到理想体积的亚微升流体液滴，增加了操作步骤和风险。
因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种亚微升液滴加注装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种亚微升液滴加注装置，包括流体接收模块、固定模块，其中：
所述流体接收模块包括上流体通道、球形空腔、下流体通道，所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，所述流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；
所述固定模块包括第一腿部单元、第二腿部单元，所述固定模块与芯片的上基板通孔连接，所述固定模块用于将所述流体接收模块与所述芯片固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置还包括：
所述芯片的上基板与下基板之间有间隙，用于接收通过所述固定装置引导后从所述流体接收模块中流入芯片的流体。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置的流体接收模块的所述球形腔体直径为预设尺寸，以确保由所述流体注入设备流入所述流体接收模块中的流体的体积相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置的流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备与所述流体接收模块之间形成密封结构，并使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下通过上流体通道进入球形空腔。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置的固定模块中：
所述第一腿部单元与所述芯片的上基板连接；
所述第二腿部单元与所述芯片的上基板、下基板连接。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置的固定模块中：
所述第一腿部单元的厚度与所述芯片的上基板的厚度相同；
所述第二腿部单元的厚度与所述芯片的上基板的厚度及上基板与下基板之间的间隙厚度之和相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加注装置的固定模块的第二腿部单元的厚度还为：
所述芯片的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的一半厚度之和的厚度；或
所述芯片的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的四分之三厚度之和的厚度。
本公开的示例性实施例中的一种亚微升液滴加注装置，其中，该加注装置包括：包括流体接收模块、固定模块，其中：所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；所述固定模块与芯片的上基板通孔连接，用于将所述流体接收模块与所述芯片固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。本公开通过简易的结构，实现了流体自动定量的装载至微流体设备。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了微流体设备的结构示意图；
图2示出了根据本公开一示例性实施例的一种亚微升液滴加注装置的示意图；
图3示出了根据本公开一示例性实施例的一种亚微升液滴加注装置的示意框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本示例实施例中，首先提供了一种亚微升液滴加注装置；参考图2和图3中所示，该一种亚微升液滴加注装置包括流体接收模块、固定模块，其中：
所述流体接收模块包括上流体通道11、球形空腔12、下流体通道13，所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，所述流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；
所述固定模块包括第一腿部单元21、第二腿部单元22，所述固定模块与芯片3的上基板通孔连接，所述固定模块用于将所述流体接收模块与所述芯片3固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。
本公开的示例性实施例中的一种亚微升液滴加注装置，其中：所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；所述固定模块与芯片的上基板通孔连接，用于将所述流体接收模块与所述芯片固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。本公开通过简易的结构，实现了流体自动定量的装载至微流体设备。
下面，将对本示例实施例中的一种亚微升液滴加注装置进行进一步的说明。
亚微升液滴加注装置流体接收模块、固定模块，其中：
所述流体接收模块包括上流体通道11、球形空腔12、下流体通道13，所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，所述流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块。
在本示例的实施例中，所述加注装置还包括：
所述芯片3的上基板与下基板之间有间隙，用于接收通过所述固定装置引导后从所述流体接收模块中流入芯片3的流体。流体在注入微流体设备后可以向左流入至操作区域。
在本示例的实施例中，所述加注装置的流体接收模块的所述球形腔体直径为预设尺寸，以确保由所述流体注入设备流入所述流体接收模块中的流体的体积相同。如此可以精确控制每次加注流体的体积，为流体的亚微升体积精确控制提供可能。流体体积控制操作在加注同时就可以完成，无需将流体加注在设备内部后，通过设备控制流体的迁移和分割等操作来调控流体的体积，降低了操作步骤和风险。
在本示例的实施例中，所述加注装置的流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备与所述流体接收模块之间形成密封结构，并使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下通过上流体通道11进入球形空腔12并通过下流体通道13注入芯片内。
在本示例的实施例中，该微流体设备上基板和下基板的间隔用于接收流体，加注装置与上基板的通孔连接。流体加注器包括上半部分流体接受部分和下半部分装置固定部分。流体接受部分有上下两个流体通道和一个中间球形空腔12，装置固定部分包括两个长短不同的腿型支架。
在本示例的实施例中，球形空腔12的上方通道，可以在流体加注时与移液枪枪头或者注射器针头形成密闭系统，利用大气压和毛细管力可将流体顺利加注进入微流体设备间隔中。
在本示例的实施例中，球型空腔的直径是0.1mm-0.5mm，可以精确控制每次加注的流体体积相同，减少后续微流控设备分割操作。同时，球型空腔的设计可以减小锐角对流体的钉扎作用，方便流体的加注。
所述固定模块包括第一腿部单元21、第二腿部单元22，所述固定模块与芯片3的上基板通孔连接，所述固定模块用于将所述流体接收模块与所述芯片3固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。
在本示例的实施例中，所述加注装置的固定模块中：
所述第一腿部单元21和第二腿部单元22设置在下流体通道13出口处的两侧，所述第一腿部单元21与所述芯片3的上基板注液口的一侧端面卡接连接；
所述第二腿部单元22与所述芯片3的上基板注液口的另一侧端面卡接连接并延伸至与芯片的下基板连接。通过第一腿部单元21与第二腿部单元22卡接在上基板的注液口处可以将所述固定模块稳定的固定在芯片的注液口处，第一腿部单元21与第二腿部单元22之间的空间形成流体注入芯片的导流通道221，有助于流体能够精准的经由流体接收模块以及注液口注入至芯片内。
在本示例的实施例中，所述加注装置的固定模块中：
所述第一腿部单元21的厚度与所述芯片3的上基板的厚度相同；第一腿部单元21可以将注液口的端面完全遮挡，可以防止流体自下流体通道13下流至注液口处残留至端口处。
所述第二腿部单元22的厚度与所述芯片3的上基板的厚度及上基板与下基板之间的间隙厚度之和相同。第一腿部单元21和第二腿部单元22可以使流体接收模块中的流体直接沿腿部流入至芯片3下基板，可以避免流入芯片3的液滴与芯片3的上基板注液口端面接触而难以驱动至下基板的操控区域。此外，注入芯片3下基板的液滴在第二腿部单元22的抵挡下，可以避免加注的液滴向右方流至芯片3的非操控区，保证加注的液滴全部向左流至芯片3的功能操控区。
在本示例的实施例中，所述加注装置的固定模块的第二腿部单元22的厚度还为：
所述芯片3的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的一半厚度之和的厚度；或
所述芯片3的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的四分之三厚度之和的厚度。
在本示例的实施例中，装置下部包括至少第一腿部和第二腿部,第一腿部具有与第二腿部不同的长度。第一腿部的长度可以大体上等于上基板的厚度。该第二腿部的长度可以大体上等于(但不大于)上基板的厚度和上基板与下基板之间的单元(cell)间隙之和。此外,第二腿部的长度可以等于或大于上基板的厚度和上基板与下基板之间单元间隙的一半之和,或者可以等于或大于上基板的厚度和上基板与下基板之间单元间隙的四分之三之和。该设计可以引导流体优选地沿第一方向离开流体加注器。
综上，本发明的亚微升液滴加注装置通过流体接收模块和固定模块可以使流体在大气压或毛细管力的作用下很便捷地注入至微流控芯片中，无需外加气压、电压等辅助外力就可以快速地将液滴加入至微流控芯片，并且可以保证每次加注的流体容量可控，特别适用于微流控芯片的液滴定量注入。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了一种亚微升液滴加注装置的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (8)

1.一种亚微升液滴加注装置，其特征在于，所述加注装置包括流体接收模块、固定模块，其中：
所述流体接收模块包括上流体通道、球形空腔、下流体通道，所述流体接收模块底部与所述固定模块连接，所述流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下进入所述流体接收模块；
所述固定模块包括第一腿部单元、第二腿部单元，所述固定模块与芯片的上基板通孔连接，所述固定模块用于将所述流体接收模块与所述芯片固定连接，并引导所述流体注入设备中的流体沿预设方向流入所述流体接收模块。
2.如权利要求1所述的加注装置，其特征在于，所述加注装置还包括：
所述芯片的上基板与下基板之间有间隙，用于接收通过所述固定装置引导后从所述流体接收模块中流入芯片的流体。
3.如权利要求1所述的加注装置，其特征在于，所述加注装置的流体接收模块的所述球形腔体直径为预设尺寸，以确保由所述流体注入设备流入所述流体接收模块中的流体的体积相同。
4.如权利要求1所述的加注装置，其特征在于，所述加注装置的流体接收模块用于在流体加注时，通过顶部与流体注入设备连接，使所述流体注入设备与所述流体接收模块之间形成密封结构，并使所述流体注入设备中的流体在大气压或毛细管力的作用下通过上流体通道进入球形空腔。
5.如权利要求1所述的加注装置，其特征在于，所述第一腿部单元和第二腿部单元设置在所述下流体通道出口处的两侧，所述第一腿部单元与芯片的上基板注液口的一侧端面卡接连接；所述第二腿部单元与芯片的上基板注液口的另一侧端面卡接连接并延伸至与芯片的下基板连接；所述第一腿部单元和所述第二腿部单元之间的区域形成流体流入芯片的导流通道。
6.如权利要求1所述的加注装置，其特征在于，所述加注装置的固定模块中：
所述第一腿部单元的厚度与所述芯片的上基板的厚度相同；
所述第二腿部单元的厚度与所述芯片的上基板的厚度及上基板与下基板之间的间隙厚度之和相同。
7.如权利要求6所述的加注装置，其特征在于，所述加注装置的固定模块的第二腿部单元的厚度还为：
所述芯片的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的一半厚度之和的厚度；或
所述芯片的上基板的厚度与上基板与下基板之间的间隙的四分之三厚度之和的厚度。
8.一种微流控芯片的液滴加注系统，其特征在于，包括微流控芯片、移液枪和如权利要求1-7任一项所述的加注装置，所述移液枪与所述上流体通道对接，所述加注装置通过所述第一腿部单元和所述第二腿部单元定位在所述微流控芯片的注液口。
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