CN115722280A - 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法 - Google Patents

一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115722280A
CN115722280A CN202111563506.XA CN202111563506A CN115722280A CN 115722280 A CN115722280 A CN 115722280A CN 202111563506 A CN202111563506 A CN 202111563506A CN 115722280 A CN115722280 A CN 115722280A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
vibration
micro
needle
sample adding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111563506.XA
Other languages
English (en)
Inventor
马良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maccura Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Beijing Da Microbiology Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Da Microbiology Technology Co ltd filed Critical Beijing Da Microbiology Technology Co ltd
Priority to EP22860635.6A priority Critical patent/EP4393591A1/en
Priority to JP2024513082A priority patent/JP2024535713A/ja
Priority to CA3230120A priority patent/CA3230120A1/en
Priority to US18/686,866 priority patent/US20240351019A1/en
Priority to KR1020247006580A priority patent/KR20240047384A/ko
Priority to PCT/CN2022/115164 priority patent/WO2023025289A1/zh
Publication of CN115722280A publication Critical patent/CN115722280A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0268—Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025—Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/02—Drop detachment mechanisms of single droplets from nozzles or pins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/02—Drop detachment mechanisms of single droplets from nozzles or pins
    • B01L2400/021—Drop detachment mechanisms of single droplets from nozzles or pins non contact spotting by inertia, i.e. abrupt deceleration of the nozzle or pin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0622—Valves, specific forms thereof distribution valves, valves having multiple inlets and/or outlets, e.g. metering valves, multi-way valves

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Devices For Use In Laboratory Experiments (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于微液滴制备的控制装置，所述控制装置包括微液滴制备单元，其中，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构和第一动态定位组件，所述第一动态定位组件与所述不对称振动微液滴生成机构固定连接；所述第一动态定位组件被配置为精确定位所述不对称振动微液滴生成机构；所述不对称振动微液滴生成机构被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴。利用本发明所述的控制装置，仅通过调节液体样本的流速和加样针的振动频率，即可实现大小均一、体积可控的微液滴的制备。

Description

一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法
技术领域
本发明涉及微液滴制备技术领域，具体而言，涉及一种用于微液滴制备的控制装置及使用该控制装置制备微液滴的方法。
背景技术
微液滴在各领域应用广泛，基于微液滴的微流控技术在数字PCR、单细胞培养、单细胞基因组/转录组测序、单细胞功能分选、高通量反应筛选、蛋白质结晶等领域得到了快速的发展与应用。
微液滴的生成是利用互不相溶的两相生成乳化的微液滴，微液滴相被称为分散相，包裹微液滴的相被称为连续相。微液滴生成后可以对其进行分裂、融合、混合、稀释、收集和分选等操作。因此对于微液滴的形状、大小以及单分散性的控制十分重要。
现有技术中，微液滴生成技术主要分为三种。一种是利用微流控芯片生成微液滴，其原理是基于分散相和连续相在微通道中交汇时的界面失稳。发明人发现这种微流控芯片上的微液滴的生成需要满足特定的流速、油水界面张力以及通道构型和通道表面修饰等条件，微液滴体积调节的范围也受到以上因素的制约。另外，微液滴在微流控芯片通道内生成后，需要特定的步骤和装置将其转移到储存容器中，难以对单个微液滴的条件进行定制，微液滴的定位、提取和分析等操作较为不便。
第二种是利用特殊装置喷射微量液体形成微液滴，如采用压电陶瓷、热激膨胀、高压电喷等特殊的喷射或微液滴激发方式，发明人发现这种方式对微液滴体积的精确调控比较困难，且与之相匹配的流体控制系统较为复杂。
第三种是通过微管道在连续相中注射微量液体时，使微管道的出口在连续相的气液界面上下振动，利用相界面表面张力的切割作用生成大小均一的微液滴(基于微管道的液滴的生成方法，杜文斌等，中国专利号：ZL201410655191.5)。利用这种方法能够制备大小均一，体积可控的微液滴。发明人发现这种方法生成的微液滴样本需要储存在通过导管与微管道连接的微量进样器内，因而在制备多个样本的微液滴时需要更换微管道、导管以及微量进样器，增加了操作的复杂度；同时，此流体控制系统难以针对微量体积样本制备微液滴。此外，液滴生成时，微管道需要在第二液体的液面上精确定位，定位存在的固有误差和液滴生成过程中液面发生的动态变化，会导致微管道偏离或逐渐偏离最优定位高度而无法稳定连续地生成均一液滴。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种用于微液滴制备的控制装置，所述控制装置包括微液滴制备单元，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构和第一动态定位组件；所述第一动态定位组件与所述不对称振动微液滴生成机构固定连接，在第一动态定位组件的精确动态定位条件下，使不对称振动微液滴生成机构驱动加样针在第二液体液面下通过不对称往复运动方式生成微液滴，从而避免由于液面动态变化和加液误差导致微管道对油相的加剧扰动造成的液滴二次乳化破碎，有效保证液滴生成系统的稳定性和一致性。
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种在吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀(如电磁式两位三通阀或电机驱动的旋转三通阀等)、加样针适配器和加样针中充满载液的控制装置，相较于基于空气活塞原理的微量移液器，本发明提供的控制装置能够利用正向置换(positive displacement)原理精确吸取和排出纳升体积第一液体样本；同时，利用所述控制装置吸取的第一液体样本的体积小于加样针连接腔体的容积，从而在制备不同第一液体样本的微液滴时，只需要根据所述微液滴制备方法更换加样针，降低了实验操作的复杂度。
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种设置有盛有第二液体的第二开口容器的控制装置，利用其制备的微液滴沉降并平铺在第二开口容器内平底样本池的底部，纳升体积的微液滴由于受到第二液体的保护，避免了微液滴的蒸发；同时，简化了微液滴的移取和储存步骤，以及后续微液滴成像检测分析步骤。
本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种利用所述控制装置制备微液滴的方法，此方法仅通过调节第一液体样本的流速和加样针的振动频率，即可实现大小均一、体积可控的微液滴的制备。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
1.一种用于微液滴制备的控制装置，其中，所述控制装置包括微液滴制备单元；
其中，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构和第一动态定位组件，所述第一动态定位组件与所述不对称振动微液滴生成机构固定连接；
所述第一动态定位组件被配置为定位所述不对称振动微液滴生成机构；
所述不对称振动微液滴生成机构被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴。
2.根据项1所述的控制装置，其中，在所述不对称振动微液滴生成机构一个运动周期内生成一个微液滴。
3.根据项1所述的控制装置，其中，所述不对称振动微液滴生成机构包括振动组件、振动安装座、加样针以及驱动控制器，其中，
所述驱动控制器电性连接所述振动组件，并驱动所述振动安装座进行不对称往复振动或者不对称往复摆动，以便所述加样针生成微液滴。
4.根据项3所述的控制装置，其中，在所述振动安装座进行不对称往复振动或者不对称往复摆动的一个周期内，所述加样针生成一个微液滴。
5.根据项3所述的控制装置，其中，
所述振动组件包括壳体、振子和振动输出杆；
所述振动组件的振动输出杆为所述振动安装座提供动力；
所述振动安装座上具有连接接口、管接头和加样针适配器；
所述连接接口的一端通过管接头与供液导管连接，另一端通过加样针适配器与所述加样针连接；
所述加样针的中心轴线与所述振动输出杆的轴线垂直。
6.根据项5所述的控制装置，其中，所述不对称往复运动为所述振动安装座在沿所述振动输出杆的中心轴线方向上进行的不对称往复振动。
7.根据项5所述的控制装置，其中，所述不对称往复运动为所述振动安装座以所述振动输出杆的中心轴线为轴心的不对称摆动。
8.根据项3或5所述的控制装置，其中，所述振动组件的振动频率为10-1000Hz，优选为50-200Hz；
优选的，所述振动组件的振动幅度为0.1-5mm，优选为0.5-2mm。
9.根据项5所述的控制装置，其中，所述振动安装座的摆动频率为10-1000Hz，优选为50-200Hz；
优选的，所述加样针的吐液开口与振动输出杆轴线的距离为10-100mm，优选为30-80mm；所述振动安装座的摆动角度幅度为0.05-10°，优选为0.2-2°。
10.根据项5所述的控制装置，其中，所述振动安装座与所述振动输出杆通过联轴器连接。
11.根据项3或5所述的控制装置，其中，所述振动组件还包括位置传感器，所述驱动控制器通过采集所述位置传感器的实时位置反馈信号实现运动的闭环控制；
优选的，所述位置传感器为光栅尺传感器、电容式位置传感器、电阻式传感器、电流式传感器或差动变压器式传感器中的一种。
12.根据项5所述的控制装置，其中，所述不对称振动微液滴生成机构还包括支撑固定座，用于固定所述振动组件；
优选的，所述不对称振动微液滴生成机构还包括泵管夹座，用于夹持所述供液导管。
13.根据项3或5所述的控制装置，其中，所述连接接口为多个，多个所述连接接口等间距间隔设置于所述振动安装座内部；
优选的，所述连接接口为1-96个，优选为2个，4个，8个或12个。
14.根据项5所述的控制装置，其中，所述不对称振动微液滴生成机构还包括连接导向结构件，其中，
所述振动组件的振动输出杆通过连接导向结构件与所述振动安装座连接，为所述振动安装座提供动力。
15.根据项14所述的控制装置，其中，所述连接导向结构件为包括花键轴和花键套筒的滚珠花键，所述花键轴的两端分别与所述振动输出杆和所述振动安装座固定连接。
16.根据项14所述的控制装置，其中，所述连接导向结构件包括第一轴承和第二轴承，所述振动安装座的一端穿过所述第一轴承与所述振动输出杆连接，所述振动安装座的另一端与所述第二轴承连接，其中所述第一轴承是带轴向止定边的轴承。
17.根据项3或5所述的控制装置，其中，所述控制装置还包括：
加样针卸载机构，用于微液滴生成之后自动化卸载所述加样针。
18.根据项5所述的控制装置，其中，所述加样针为两端开口的锥管状结构，一端开口为供液开口，用于与所述加样针适配器紧密插接；另一端开口为吐液开口，用于微液滴生成，所述吐液开口的内径为20-300μm，外径为150-600μm；
优选的，所述加样针的储液体积范围为5-500μL，优选为20-60μL。
19.根据项3或5所述的控制装置，其中，在所述振动安装座进行所述不对称往复运动时，加样针的吐液部的运动被配置为具有一个平衡点和平衡点两端的两个反射点，运动位置对时间的曲线在任一反射点的两侧不对称；
优选的，加样针的吐液部周期性运动的不对称波形为正弦波、锯齿波、梯形波、三角波、方波中的至少一种的不对称组合。
20.根据项3或5所述的控制装置，其中，所述振动组件被配置为产生连续或间歇性运动的机构，所述振动组件选自电磁式振动设备、压电陶瓷式振动设备、偏心轮式振动设备、伺服电机、音圈电机和振镜电机中的一种。
21.根据项1所述的控制装置，其中，所述第一动态定位组件包括：
定位组件升降位移机构，用于控制所述不对称振动微液滴生成机构的升降；
优选的，所述第一动态定位组件还包括液面探测机构。
22.根据项1所述的控制装置，其中，所述控制装置还包括流体控制单元，
所述流体控制单元包括流体驱动装置和导管，所述导管的一端与所述流体驱动装置连接，所述导管的另一端与所述不对称振动微液滴生成机构连接；
优选的，所述流体驱动装置用于设定流速以使加样针吸液和排液。
23.根据项22所述的控制装置，其中，所述控制装置还包括第二定位组件，所述第二定位组件用于固定和移动第一开口容器和第二开口容器；
优选的，所述驱动控制器为所述流体驱动装置、第一动态定位组件和第二定位组件提供动力。
24.根据项23所述的控制装置，其中，所述第一开口容器为单个储液池、一维储液池阵列或二维储液池阵列，每个所述储液池的容积为10-1000μL，优选为20-200μL；
优选的，所述第一开口容器盛有第一液体；
优选的，所述第二开口容器为用于平铺生成微液滴的二维平底样本池阵列；优选的，所述第二开口容器包括24、32、96或384个容积相等的平底样本池；
优选的，所述第二开口容器盛有第二液体。
25.根据项22所述的控制装置，其中，所述流体驱动装置为无脉动驱动泵，优选为注射泵，进一步优选的，所述流体驱动装置为1个或多个。
26.根据项22所述的控制装置，其中，所述导管包括供液导管和吸液导管，所述吸液导管的一端通过电动两位三通换向阀的一个阀口与所述流体驱动装置连接，所述吸液导管的另一端插入储油装置中；所述供液导管的一端通过电动两位三通换向阀的一个阀口与所述流体驱动装置连接，所述供液导管的另一端与所述不对称振动微液滴生成机构连接。
27.根据项1所述的控制装置，其中，所述控制装置还包括准备单元，所述准备单元包括加样针架、除油机构和废物接收器，所述除油机构位于废物接收器的上方，加样针在所述废物接收器上方进行卸载。
28.一种使用项1-27中任一项所述的控制装置制备微液滴的方法，包括：
使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体；
将充满第一液体的加样针与第二液体接触，在流体驱动装置的驱动下，不对称振动微液滴生成机构驱动加样针适配器带动加样针在第二液体的液面下进行不对称往复运动，从而生成微液滴。
29.根据项28所述的方法，其中，使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体之前，所述方法还包括：
a)将所述加样针适配器移动至除油机构，所述流体驱动装置驱动吸液导管吸取载液，切换电动两位三通换向阀，所述流体驱动装置将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液且无气泡，同时由除油机构去除加样针适配器下端开口排出的多余载液；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接；
c)将加样针移动至除油机构，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由除油机构去除加样针开口排出的多余载液。
30.根据项29所述的方法，其中，使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体的步骤包括：
将步骤c)中加样针移动至盛有第一液体的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入第一液体，切换电动两位三通换向阀，使加样针内吸入第一液体使得加样针中充满第一液体。
31.根据项30所述的方法，其中，从所述加样针出液口吸入的第一液体的体积小于加样针连接腔体的容积。
32.根据项28所述的方法，其中，所述方法还包括：
在完成第一液体的微液滴制备后，卸载加样针，然后重新插装加样针进行另一个第一液体的微液滴制备。
33.根据项28所述的方法，其中，所述加样针在第二液体的液面下进行不对称往复振动或不对称摆动，流体驱动装置用于设定流速以从加样针排出第一液体，从而生成微液滴。
34.根据项28所述的方法，其中，所述加样针在第二液体的液面下进行不对称往复运动的一个周期内，仅生成一个微液滴。
35.根据项28所述的方法，其特征在于，所述第一动态定位组件驱动不对称振动微液滴生成机构，使加样针精确定位在第二液体液面下，加样针在不对称振动过程中，插入液面的平均深度动态维持在液面下0-2.0mm范围，优选为液面下0-1.5mm的范围内。
由上述技术方案可知，本发明提供的微液滴水平振动生成机构及微液滴生成方法的优点和积极效果在于：
1、相较于基于空气活塞原理的微量移液器，本发明提供的控制装置，其吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针中充满载液，能够利用正向置换(positive displacement)原理精确吸取和排出纳升体积液体样本；同时，利用所述控制装置吸取的液体样本的体积小于加样针连接腔体的容积，从而在制备不同样本的微液滴时，只需要根据所述微液滴制备方法更换加样针，降低了实验操作的复杂度。
2、本发明提供的控制装置设置有盛有第二液体的第二开孔容器的控制装置，利用其制备的微液滴沉降并平铺在第二开口容器内平底样本池的底部，纳升体积的微液滴由于受到油性第二液体的保护，避免了微液滴的蒸发；同时，简化了微液滴的移取和储存步骤，以及后续微液滴成像检测分析步骤。
3、本发明提供的控制装置，所述微液滴生成机构的振动组件带动振动安装座上的加样针的吐液开口在油相液面下两点之间或跨油相液面两点之间进行加速度变化的周期性往复运动，仅通过调节加样针内水相液体的流速和加样针的振动频率，实现大小均一、体积可控的微液滴的制备。
4、本发明提供的第一动态定位组件，与所述不对称振动微液滴生成机构固定连接，在第一动态定位组件的精确动态定位条件下，使不对称振动微液滴生成机构驱动加样针在第二液体液面下通过不对称往复运动方式生成微液滴，从而避免由于液面动态变化、加液误差、加样针长度误差、系统装配误差等导致微管道与第二液体的液面无法接触或插入液面深度过深带来剧烈油相扰动造成的液滴二次剪切破碎，有效保证液滴生成系统的稳定性、连续性和一致性。
5、本发明提供的控制装置，所述微液滴生成机构设置有抵抗扭矩作用力和径向作用力的连接导向结构件，避免了阵列化生成微液滴以及自动装载加样针过程中多个加样针以及振动安装座的惯性力和重力对振动输出杆施加的扭矩作用力和径向作用力，保证了不对称往复运动的精密性以及微液滴生成的稳定性和均一性。
6、本发明提供的控制装置，所述微液滴生成机构采用不对称振动方式，保证了在一个周期内有唯一的最大速度位置或最大切割力位置，加样针的不对称加工缺陷不会影响到液滴的生成，因而具有很强的耗材加工缺陷兼容性，保证了液滴制备的可靠性和均一性。
7、本发明提供的控制装置，所述驱动控制器通过预先设定的不对称振动控制程序，借助位置传感器的实时位置反馈信号实现闭环反馈控制，实现振动安装座精密的不对称往复运动，实现了高精密度均一纳升液滴生成。
8、利用本发明提供的微液滴制备方法，使用上述所述的控制装置，仅通过调节液体样本的流速和加样针的振动频率，即可实现大小均一、体积可控的微液滴的稳定连续制备。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1为本发明提供的用于制备微液滴的控制装置的结构示意图。
图2为本发明提供的做沿所述振动输出杆的中心轴线方向的不对称往复振动的微液滴生成机构的立体结构示意图，其是图1中的标号为1的放大图。
图3为本发明提供的做沿所述振动输出杆的中心轴线方向的不对称往复振动的微液滴生成机构的剖面结构示意图，其是图1中的标号为1的放大图。
图4为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构的立体结构示意图，其是图1中的标号为1的放大图。
图5为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构的正视图，其是图1中的标号为1的放大图。
图6为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构的剖面示意图，其是图1中的标号为1的放大图。
图7为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构的结构及控制逻辑图。
图8为本发明提供的微液滴生成机构适配的加样针的吐液部构型，(a)加样针的3D立体视图；(b)加样针的剖面视图；(c)加样针吐液部平整、壁厚均一的理想结构；(d)加样针吐液部平整，壁厚不均一，导致加样针呈现左右不对称的结构；(e)加样针吐液部吐液开口外侧处存在飞边加工缺陷；(f)加样针吐液部吐液开口内侧处存在飞边加工缺陷。
图9为本发明提供的一个具体实施例的微液滴生成机构采用的正弦波和锯齿波组合不对称振动的曲线。(a)振动位置-时间曲线；(b)振动速度-时间曲线。
图10为本发明提供的一个具体实施例的微液滴生成机构采用的不对称锯齿波组合不对称振动的曲线。(a)振动位置-时间曲线；(b)振动速度-时间曲线。
图11为本发明提供的一个具体实施例的微液滴生成机构采用的锯齿波和方波组合不对称振动的曲线。(a)振动位置-时间曲线；(b)振动速度-时间曲线。
图12为本发明对比实施例采用的对称振动位置-时间曲线。(a)正弦波；(b)方波。
图13为本发明一个实施例1中，微液滴生成机构生成微液滴的结果图。
图14为本发明一个实施例2中，微液滴生成机构生成微液滴的结果图。
图15为本发明一个对比例1中，微液滴生成机构采用对称振动波形生成微液滴的结果图。
图16为本发明一个对比例2中，微液滴生成机构采用对称振动波形生成微液滴的结果图。
图17为本发明提供的做不对称往复振动的微液滴生成机构振动位置示意图。
图18为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构摆动位置示意图。
图19为本发明提供的做不对称往复振动的微液滴生成机构振动位置示意图。
图20为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构振动位置示意图。
图21为本发明提供的用于制备微液滴的控制装置的结构示意图。
图22是实施例3生成液滴的示意图。
图23是实施例4生成液滴的示意图。
图24是实施例5生成液滴的示意图。
图25是实施例6生成液滴的示意图。
图26是实施例7-18中第一液体样本不同流速所生成的液滴在容器底部平铺的示意图。
图27是实施例19-28中生成的液滴体积和理论微滴体积关系的示意图。
图28是实施例29中不同人基因组样品浓度生成不同体积的液滴示意图。
图29是实施例29中使用PCR进行扩增后数字PCR定量值与核酸样本浓度关系的示意图。
其中，1-不对称振动微液滴生成机构，100-振动组件，101-壳体，102-振子，103-位置传感器，104-振动输入杆，105-连接导向结构件，1051-花键套筒，1052-花键轴，1053-第一轴承，1054-第二轴承，106-连接件，120-支撑固定座，200-第一动态定位组件，201-定位组件升降位移机构，202-液面探测机构，300-振动安装座，301-加样针适配器，302-管接头，303-泵管夹座，304-连接接口，400-加样针，401-加样针供液开口，402-加样针吐液部，403-加样针吐液开口，404-加样针储液部，500-流体驱动装置，501-供液导管，502-吸液导管，503-微量进样器，504-储油瓶，505-载液，600-驱动控制器，601-振动驱动电路，602-不对称振动控制程序，603-位置校正模块，604-位置信号采集模块，605-供电控制连接线，700-第二液体，701-第二开口容器，702-第二液体液面，703-第一液体微液滴，800-第一液体，801-第一开口容器，EP-振动的平衡位置，RP1与RP2-位于平衡位置两侧的反射位置，900-第二定位组件。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。
在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“上端部”、“下端部”、“之间”、“侧”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。
图1为本发明公开的用于微液滴制备的控制装置的结构示意图，图2-7为图1中不对称振动微液滴生成机构1的放大图。图1中，所述控制装置包括微液滴制备单元；其中，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构1和第一动态定位组件200，所述第一动态定位组件200与所述微液滴生成机构1固定连接；
所述第一动态定位组件200被配置为定位所述不对称振动微液滴生成机构1；
所述不对称振动微液滴生成机构1被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴；
所述控制装置还包括流体控制单元，所述流体控制单元包括流体驱动装置500和导管(图中未示出)，所述导管的一端与所述流体驱动装置500连接，所述导管的另一端与所述微液滴生成机构1连接；
所述流体驱动装置500用于设定流速以使加样针400吸液和排液。
所述导管包括供液导管501和吸液导管502，所述吸液导管502的一端通过电动两位三通换向阀(图中未示出)的一个阀口与所述流体驱动装置500连接，所述吸液导管502的另一端插入储油装置(如储油瓶504)中；所述供液导管501的一端通过电动两位三通换向阀的一个阀口与所述流体驱动装置500连接，所述供液导管501的另一端与所述微液滴生成机构1连接。
所述储油瓶504中装有载液505，通过流体驱动装置500使得吸液导管502、供液导管501、电动两位三通换向阀、加样针适配器以及加样针400充满载液505。
所述载液例如可以为液态烷烃、液态酯类和氟化烷烃中的一种或多种。
在一个实施方案中，在不对称振动微液滴生成机构一个运动周期内，仅生成一个微液滴。
在一个实施方案中，不对称振动微液滴生成机构的不对称往复运动方式可以包括不对称往复振动和不对称往复摆动。在振动安装座进行不对称往复振动或者不对称往复摆动的一个周期内，加样针仅生成一个微液滴。
如图2-图7所示，所述微液滴生成机构1包括振动组件100、连接导向结构件105、振动安装座300、加样针400以及驱动控制器600，其中，
所述振动组件100包括壳体101、振子102和振动输出杆104；
所述振动组件100的振动输出杆104通过连接导向结构件105与所述振动安装座300连接，为所述振动安装座300提供动力；
所述振动安装座300上具有连接接口304、管接头302和加样针适配器301；
所述连接接口304的一端通过管接头302与所述供液导管501连接，另一端通过加样针适配器301与所述加样针400连接；
所述加样针400的中心轴线与所述振动输出杆104的轴线垂直；
所述驱动控制器600电性连接所述振动组件100，并驱动所述振动安装座300按照不对称运动控制程序602进行不对称往复运动，以便所述加样针生产微液滴。
在一个实施方案中，所述驱动控制器600包括振动驱动电路601、不对称振动控制程序602、位置校正模块603、位置信号采集模块604和供电控制连接线缆605。驱动控制器600电性连接所述振动组件100，并驱动振动安装座300按照不对称往复运动控制程序602进行不对称往复运动。
在一个实施方案中，所述不对称往复运动为振动安装座300在沿所述振动输出杆104的中心轴线方向上进行的不对称往复振动。
在一个实施方案中，所述连接导向结构件105为包括花键轴1052和花键套筒1051的滚珠花键105，所述花键轴1052的两端分别与所述振动输出杆104和所述振动安装座300固定连接，所述花键轴1052与所述振动输出杆104的连接是通过连接件106完成的。在一个实施方案中，所述连接件106为螺钉。
在一个实施方案中，所述振动组件100为所述振动安装座300提供不对称往复运动的动力，为能够产生连续或间歇性振动的振动组件，其选自电磁式振动设备、压电陶瓷式振动设备、偏心轮式振动设备、伺服电机、音圈电机、振镜电机中的一种。在微液滴的制备中，具体使用的振动装置的振动频率和振动幅度可以根据实际需要选择。例如，所述振动组件100的振动频率为10-1000Hz，优选为50-200Hz，振动幅度为0.1-5mm，优选为0.5-2mm，
所述连接导向结构件105(滚珠花键)可以约束振动安装座300的运动，使得振动安装座300只能在滚珠花键105的中心轴线方向做往复运动，具体到本发明的的微液滴生成机构在实际应用时，所述振动输出杆104在承受其负载的振动安装座300和加样针400的重量所产生的垂直于其轴向的径向作用力以及振动安装座300两端不平衡的重量所产生的扭矩作用力时，不会产生所述振动输出杆104或滚珠花键105的中心轴线方向以外的振动，使得振动安装座300只能在滚珠花键105的中心轴线方向做往复运动，从而保证了微液滴生成的稳定性和均一性。
所述连接导向结构件105的另一端与所述振动安装座300连接，具体的，为花键轴1052的一端与所述振动安装座300连接。
在一个实施方案中，所述振动组件100还包括位置传感器103，所述驱动控制器600通过位置信号采集模块604，采集振动组件100的位置传感器103的实时位置反馈信号，通过与不对称往复运动控制程序实时比较反馈到位置校正模块603，调节振动驱动电路601的控制参数，实现不对称往复运动的闭环控制。
本发明的振动组件100做周期性不对称往复运动，具有一个平衡点EP(equilibrium point)及在平衡点两端的两个反射点(reflecting-point)：RP1和RP2。所谓的不对称往复运动，定义一个振动周期为从反射点RP1经过平衡点EP到达反射点RP2，然后由反射点RP2返回经过平衡点EP到达反射点RP1。图17为本发明提供的做不对称往复振动的微液滴生成机构振动位置示意图，其中EP位于RP1和RP2的中心位置，即EP与RP1和RP2的距离相等。图18为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构振动位置示意图，其中EP位于RP1和RP2的中心位置，即EP与RP1和RP2的距离相等。图19为本发明提供的做不对称往复振动的微液滴生成机构振动位置示意图，其中EP与RP1和RP2的距离不相等。图20为本发明提供的做不对称摆动的微液滴生成机构振动位置示意图，其中EP与RP1和RP2的距离不相等。
在一个实施方案中，本发明所述的不对称往复运动振动组件，EP位于RP1和RP2的中心位置，以平衡点EP处的位置为0做时间横轴、以振动的位置为纵轴做曲线，振动位置对时间的波形曲线在任意反射点(RP1或RP2)的两侧不对称(图9，图10和图11)。这种周期性不对称往复运动使加样针的吐液开口在运动的两个半周期内，仅有一个时间点或一个时间段达到最大运动速度，吐液开口处受到的油相作用的剪切力不相同，也即吐液开口在周期性运动过程中，吐液开口在一个周期内仅有一个最大剪切力受力点。在一个实施方案中，本发明所述的不对称往复运动振动组件，EP与RP1和RP2的距离不相等，周期性不对称往复运动使加样针的吐液开口在运动的两个半周期内，仅有一个时间点或一个时间段达到最大运动速度(图19，图20)也即吐液开口在周期性运动过程中，吐液开口在一个周期内仅有一个最大剪切力受力区间。与本发明的不对称往复运动相比，液面下左右对称往复振动也可生成液滴，但是振动组件在一个全周期有两个最大受力点，也即振动组件在两个半周期内均有可能生成液滴，即可能半周期生成一个小液滴或全周期生成一个两倍体积的大液滴，因而液滴的大小存在较大的不确定性，且通过注塑等加工的微管道的开口实际上无法做到完全对称(如图8d,图8e,图8f所示)，导致两个半周期生成液滴大小也存在差异。因此，本发明通过不对称往复振动解决了前述对称往复振动生成液滴不均一的问题，以及对吐液开口加工对称性、精度、及瑕疵的过高的要求，可以实现高度可控的均一液滴生成。
不对称往复运动可以采取多种形式，在一个实施方案中，所述不对称往复运动为沿所述振动输出杆的中心轴线方向的不对称往复振动，即振动组件100只能在沿所述振动输出杆104的中心轴线方向做往复振动。在一个实施方案中，所述不对称往复运动为以所述振动输出杆104的中心轴线为轴心的不对称摆动。图2和图3示出了沿所述振动输出杆的中心轴线方向做不对称往复振动的微液滴生成机构示意图。
在一个实施方案中，所述不对称往复运动为振动安装座以所述振动输出杆的中心轴线为轴心的不对称摆动，如图4-图7所示，其是以所述振动输出杆104的中心轴线为轴心的不对称摆动的微液滴生成机构示意图。振动组件100包括壳体101、振子102、位置传感器103和振动输出杆104。所述振动组件100的振动输出杆104通过，连接导向结构件105和连接件106与所述振动安装座300连接，为所述振动安装座300提供往复运动的动力。所述加样针400的中心轴线与所述振动输出杆104的轴线垂直。
连接导向结构件105可以约束振动安装座300的运动，使得固定在振动输出杆104上的振动安装座300只能以所述振动输出杆104的中心轴线为轴心做不对称摆动。所述连接导向结构件105包括第一轴承1053和第二轴承1054，所述振动安装座300的一端穿过所述第一轴承1053与所述连接导向结构件105连接，所述振动安装座300的另一端与所述第二轴承1054连接，其中所述第一轴承1053是带轴向止定边的轴承。在一个实施方案中，所述连接件106为联轴器。带轴向止定边的第一轴承1053使得振动安装座300不会在振动输出杆104的轴线方向上发生位移，而第一轴承1053与第二轴承1054的结合使用，保证了振动组件的结构稳定性和微液滴生成的稳定性和均一性。
其中所述振动组件100为所述振动安装座300提供不对称往复运动的动力，为能够产生连续或间歇性运动的机构，其选自电磁式振动设备、压电陶瓷式振动设备、偏心轮式振动设备、伺服电机、音圈电机、振镜电机中的一种。在微液滴的制备中，具体使用的振动装置的振动频率和振动幅度，或摆动幅度和摆动可以根据实际需要选择。在一个实施方案中，所述振动频率为10-1000Hz，优选为50-200Hz。在一个实施方案中，所述振动装置的振动幅度为0.1-5mm，优选为0.5-2mm。在一个实施方案中，所述摆动频率为10-1000Hz，优选为50-200Hz。在一个实施方案中，所述加样针的吐液开口与振动输出杆104轴线的距离为10-100mm，优选为30-80mm；所述振动安装座的摆动角度幅度为0.05-10°，优选为0.2-2°。
本发明的振动安装座300为加样针400的固定装置，并将振动组件100的驱动力传递到加样针400中加载的液体，从而实现微液滴的生成。其中，所述加样针400的中心轴线与所述振动输出杆104的轴线垂直。
具体的，所述振动安装座300上具有连接接口304，所述连接接口304的一端通过管接头302与供液导管501连接，另一端通过加样针适配器301与所述加样针400连接。
连接接口304为贯穿的槽，起到连接供液导管501和加样针400的作用。根据实际应用需要，所述连接接口304为1个或多个，例如1-96个。多个所述连接接口304等间距间隔设置于所述振动安装座300的内部。优选的，所述连接接口304为2个，4个，8个或12个。
如图8a和图8b所示，所述加样针400为两端开口的锥管状结构，一端开口为供液开口401，用于与所述加样针适配器301紧密插接，使得加样针400与所述加样针适配器301保持气密连接。另一端开口为加样针吐液部402，包括一个加样针吐液开口403，用于微液滴生成，所述加样针吐液开口403的内径为20-300μm，外径为150-600μm。加样针中间为储液腔体404，用于储存第一液体800，所述加样针400的储液腔体404体积范围为5-500μL，优选为20-60μL。图8c-f为本发明提供的用于微液滴生成的不对称往复运动机构适配的加样针400的吐液部402构型。其中，图8c为理想情况下，加工得到的没有飞边毛刺，左右对称的吐液部构型。利用本发明的微液滴生成机构的不对称往复振动，可以兼容加样针吐液部402构型的缺陷，包括左右不对称(图8d)，存在吐液开口外侧飞边(图8e)，存在吐液开口内侧飞边(图8f)。加工缺陷的尺寸在十微米至百微米量级，在现有的加工工艺条件下，无法完全避免，对液滴制备的均一性存在不利影响。
如图9-图11所示，所述加样针400的吐液开口的位置在振动中心位置左右摆动，吐液开口403位置随时间变化曲线可以呈现多种形式，如呈正弦波、锯齿波、梯形波、三角波、方波中的一种或上述多种波形的叠加组合。在一个实施方案中，所述加样针400的吐液开口的位置随时间变化曲线为正弦波和锯齿波的组合(如图9a所示)，其周期性速度-时间曲线如图9b所示；在一个实施方案中，所述加样针400的吐液开口的位置随时间变化曲线为短周期锯齿波和长周期锯齿波的组合，如图10a所示，其周期性速度-时间曲线如图10b所示；在一个实施方案中，所述加样针400的吐液开口的位置随时间变化曲线为方波和锯齿波的组合(如图11a所示)，其周期性速度-时间曲线如图11b所示。
上述波形的特点在于，所述加样针400的吐液开口在从左到右的半行程和从右到左的半行程的速度变化曲线不对称，且在一个振动循环中，存在一个大于平均速度的最大瞬时速度或最大速度区间。加样针400的吐液部在所述不对称往复运动作用下，在一个往复振动周期内生成一个液滴，该液滴的生成受往复振动循环周期内最大瞬时速度或最大速度区间的控制，因而具有极高的稳定性和可靠性。
在一个实施方案中，本发明的振动生成机构还包括支撑固定座120，用于固定所述振动组件100，实现自动化的加样针加载，移动，液滴制备等操作。
在一个实施方案中，本发明的所述振动生成机构还包括泵管夹座303(参见图3，图4，图5，图6、图7)，用于夹持所述供液导管501。具体的，在使用时泵管夹座303可以使得供液导管501保持竖直，从而保证供液稳定，使得生成的微液滴稳定均一。
在一个实施方案中，所述第一动态定位组件200包括定位组件升降位移机构201，所述定位组件升降位移机构201用于控制所述微液滴生成机构1的升降和精确定位。
所述第一动态定位组件200还包括液面探测机构202，以辅助第一动态定位组件200精确地将加样针的开口定位到位于第二开口容器701内的第二液体液面702以下固定深度，并在液面高度由于液滴的不断生成发生变化时或第二液体加液的体积误差带来的液面高度误差存在时，在控制装置的控制下做出动态的高度位置调整，以保证液滴生成的长时间稳定性和均一性。
所述液面探测机构202例如可以为高清CCD相机、反射式光电传感器、或电容式距离传感器。
在一个实施方案中，所述控制装置还包括第二定位组件900，所述第二定位组件900为精密两轴水平平移台，用于固定和移动第一开口容器和第二开口容器。
在一个实施方案中，所述驱动控制器600除了驱动控制所述不对称振动微液滴生成机构1外，同时驱动控制所述流体驱动装置500、第一动态定位组件200和第二定位组件900，与所述不对称振动微液滴生成机构1协同工作。
在一个实施方案中，所述第一开口容器801(图1，图21)中盛有第一液体800。
所述第一液体例如可以为PCR(Polymerase Chain Reaction)试剂、RT-PCR(Reverse Transcription PCR)试剂、微生物悬浮液或细胞悬浮液等。
所述第一开口容器为单个储液池、一维储液池阵列或二维储液池阵列，优选为八联排PCR管，更优选为标准96或384孔酶标板或PCR板，所述储液池的底部可以为平底、圆底或锥形底，其容积为10-1000μL，优选为20-200μL。
例如，每个第一开口容器的容积可以为10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1000μL等。
如图1和图21所示，在所述第二开口容器701内预先装载有第二液体700，所述第二液体的比重小于第一液体；所述第二开口容器为二维平底样本池阵列，用于平铺生成的微液滴；优选的，所述第二开口容器包括24、32、96或384个容积相等的平底样本池，所述平底样本池的形状为矩形或圆形。
所述第二液体为含有表面活性剂的液态烷烃或液态酯类中的一种或多种，所述表面活性剂为曲拉通系列表面活性剂、吐温系列表面活性剂、诺纳德系列表面活性剂、普朗尼克系列表面活性剂、司盘系列表面活性剂、Brij系列表面活性剂、IGEPAL系列表面活性剂和ABIL EM/WE系列表面活性剂中的一种或多种。
所述曲拉通系列表面活性剂例如可以为Triton X-100、Triton X-405、Triton X-114等。
所述吐温系列表面活性剂例如可以为吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85等。
诺纳德系列表面活性剂例如可以为P40。
普朗尼克系列表面活性剂例如可以为普朗尼克F-68。
司盘系列表面活性剂例如可以为司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、司盘85等。
Brij系列表面活性剂例如可以为Brij30、Brij35、Brij58、Brij97等。
IGEPAL系列表面活性剂例如可以为IGEPAL CO-630、IGEPAL CO-730、IGEPAL CO-520、IGEPAL CO-897等。
ABIL EM/WE系列表面活性剂例如可以为ABIL EM 97、ABIL WE 09等。
在一个实施方案中，所述加样针适配器为一端开口的锥管状结构，所述加样适配器用于插接所述加样针；
优选的，所述加样针适配器由上至下包括供液导管连接部、连接腔和出液口；
优选的，所述连接腔体的内径为0.5-1.5mm，优选为1mm；
所述连接腔体的外径为2-4mm，优选为2-3mm；
所述连接腔体的长度为10-50mm，优选为15-25mm。
在一个实施方案中，所述加样针适配器的数量为1-96个，优选为2个，4个，8个或12个。
在一个实施方案中，所述流体驱动装置为无脉动驱动泵，优选为注射泵。
所述流体驱动装置的数量为1个或多个。
在一个实施方案中，所述供液导管501、吸液导管502、电动两位三通换向三通阀和加样针适配器301充满载液505且无气泡。
在一个实施方案中，所述控制装置还包括准备单元(图中未示出)，所述准备单元包括加样针架、除油机构、加样针卸载机构和废物接收器，所述除油机构位于废物接收器的上方，加样针在所述废物接收器上方进行卸载。
对于加样针架、除油机构、加样针卸载机构和废物接收器，本发明不作任何限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择，例如，除油机构可以为海绵。
本发明提供一种使用上述所述的控制装置制备微液滴方法，可以包括以下步骤：
使用所述流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针充满第一液体；
将充满第一液体的加样针开口置于第二液体的液面以下与第二液体保持接触，在流体驱动装置的驱动下，微液滴生成机构驱动加样针适配器带动加样针在第二液体的液面下进行不对称往复运动，从而生成第一液体微液滴。
在一个实施方案中，加样针在第二液体的液面下进行不对称往复振动或不对称摆动，流体驱动装置用于设定流速以从加样针排出第一液体，从而生成微液滴。
在一个实施方案中，加样针在第二液体的液面下进行不对称往复运动的一个周期内，仅生成一个微液滴。
在一个实施方案中，在所述使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体之前，所述方法还可以包括以下步骤中的一个或多个：
a)将所述加样针适配器移动至除油机构，所述流体驱动装置驱动所述吸液导管吸取载液，切换所述电动两位三通换向阀，所述流体驱动装置将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液且无气泡，同时由除油机构去除加样针适配器下端开口排出的多余载液；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接；
c)将加样针移动至除油机构，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由除油机构去除加样针开口排出的多余载液。
在一个实施方案中，使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体的步骤可以包括：
将步骤c)中加样针移动至盛有第一液体的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入第一液体，切换电动两位三通换向阀，使加样针内吸入第一液体使得加样针中充满第一液体。
在一个实施方案中，所述方法可以包括：
a)将所述加样针适配器移动至除油机构，所述流体驱动装置驱动所述吸液导管吸取载液，切换所述电动两位三通换向阀，所述流体驱动装置将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液且无气泡，同时由除油机构去除加样针适配器下端开口排出的多余载液；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接；
c)将加样针移动至除油机构，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由除油机构去除加样针开口排出的多余载液；
d)将步骤c)中加样针移动至盛有样本的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入第一液体，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使加样针内吸入第一液体；
e)将步骤d)中加样针从第一开口容器移开，并移动至盛有第二液体的第二开口容器上方，向下运动，使加样针出液口接触并浸入第二液体；
f)加样针内的第一液体在流体驱动装置的驱动下从加样针出液口排出，同时微液滴生成机构驱动加样针适配器带动加样针在第二液体的液面下进行不对称振动或者不对称摆动，使排出的第一液体脱离加样针出液口，生成微液滴。
在一个实施方案中，从所述加样针出液口吸入的样本体积小于加样针连接腔体的容积，以防止吸入的第一液体污染供液插管。
在一个实施方案中，所述方法还包括：在完成第一液体的微液滴制备后，卸载加样针，然后按步骤b)-f)插装另一加样针，进行另一个第一液体的微液滴制备。
本发明通过使用上述的装置来制备微液滴，由于微液滴生产机构中振动组件带的动安装座上的加样针的吐液开口在油相液面下两点之间或跨油相液面两点之间进行加速度变化的周期性往复运动，仅通过调节加样针内水相液体的流速和加样针的振动频率，实现大小均一、体积可控的微液滴的制备。
实施例1
如图1所示，所述控制装置包括微液滴制备单元，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构1和第一动态定位组件200，所述第一动态定位组件200与所述微液滴生成机构1固定连接；所述第一动态定位组件200被配置为定位所述不对称振动微液滴生成机构1；
所述不对称振动微液滴生成机构1被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴；
所述控制装置还可以包括流体控制单元(图中未示出)，所述流体控制单元包括流体驱动装置500、供液导管501、吸液导管502和电动两位三通换向阀；所述电动两位三通换向阀的一个阀口与所述流体驱动装置500连接，第二个阀口与所述供液导管501的一端连接，第三个阀口与所述吸液导管502的一端连接，所述吸液导管502的另一端与储油瓶504连接，所述供液导管501的另一端与所述微液滴生成机构1连接。
所述第一动态定位组件200包括定位组件升降位移机构201，所述微液滴生成机构1与所述第一动态定位组件200的定位组件升降位移机构201固定连接。
所述第一动态定位组件200还可以包括液面探测机构202，以辅助第一动态定位组件精确的将加样针的开口定位到位于第二开口容器701内的第二液体液面702以下(图21)0.3mm深度。
所述控制装置还包括第二定位组件900，所述第二定位组件用于固定和移动第一开口容器801和第二开口容器701。
所述第一开口801为单个储液池，所述第一开口容器801中盛有第一液体；
所述第二开口容器701是用于平铺生成微液滴的二维平底样本池阵列；
所述控制装置还可以包括准备单元(图中未示出)，所述准备单元包括加样针架、除油机构(海绵)、加样针卸载机构和废物接收器，所述除油机构(海绵)位于废物接收器的上方，加样针在所述废物接收器上方进行卸载。
其中，所述微液滴生成机构如图7所示，其包括振动组件100、连接导向结构件105、振动安装座300、加样针400以及驱动控制器600。
如图2和图3所示，本实施例中的微液滴生成机构做沿所述振动输出杆的中心轴线方向的不对称往复振动。微液滴生成机构包括振动组件、连接导向结构件105、支撑固定座120、振动安装座300、加样针400、以及泵管夹座303。振动组件100包括壳体101、振子102、位置传感器103、振动输出杆104。所述振动输出杆104的一端与所述壳体101连接，另一端通过连接件106与所述连接导向结构件105的一端连接，所述连接导向结构件105的另一端与所述振动安装座300连接。所述加样针400的中心轴线与所述振动输出杆104的轴线垂直。支撑固定座120用于固定所述振动组件100。
其中，连接导向结构件105为包括花键轴1052和花键套筒1051的滚珠花键，所述花键轴1052的两端分别与所述振动输出杆104和所述振动安装座300固定连接。花键轴1052与所述振动输出杆104的连接是通过连接件106完成的。连接件106为螺钉。位置传感器103一部分与振子连接，随振子或振动输出杆运动，另外一部分固定在花键套筒1051上，可精密检测振动过程中的位移。
所述振动组件100为振动电机，所述振子102的振动频率为100-200Hz振动幅度范围为0.1-5mm，实际应用时，幅度范围在0.5-1.5mm。
所述振动安装座300上具有连接接口304，所述连接接口304的一端通过管接头302与供液导管501连接，另一端通过加样针适配器301与所述加样针400连接。所述连接接口304为8个，8个所述连接接口304等间距间隔设置于所述振动安装座300内部。泵管夹座303用于夹持所述供液导管501使得供液导管501保持竖直。
所述驱动控制器600包括振动驱动电路601，不对称振动控制程序602，位置校正模块603，位置信号采集模块604和供电控制连接线缆605。驱动控制器600电性连接所述振动组件100，并驱动振动安装座300按照不对称往复运动控制程序602进行不对称往复运动；所述驱动控制器600通过位置信号采集模块604，采集振动组件100的位置传感器103的实时位置反馈信号，通过与不对称往复运动控制程序实时比较反馈到位置校正模块603，调节振动驱动电路601的控制参数，实现不对称往复运动的闭环控制。
驱动控制器600还电性连接第一动态定位组件200、第二定位组件900和流体驱动装置500，以分别为其提供动力，在液面高度由于液滴的不断生成发生变化时或第二液体加液的体积误差带来的液面高度误差存在时，驱动控制器600控制第一动态定位组件200做出动态的高度位置调整，以保证液滴生成的长时间稳定性和均一性。
采用上述所述的控制装置制备微液滴的方法可以包括下述步骤：
a)将所述加样针适配器移动至海绵，所述注射泵驱动所述吸液导管吸取载液，切换所述电动两位三通换向阀，所述注射泵将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液且无气泡，同时由海绵去除加样针适配器下端开口排出的多余载液，上述载液为与样本液体不互溶的第二液体，所述载液体为碳氢化合物、硅或者碳氟化合物为主要成分的油，例如矿物油，十四烷，FC40等；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接，其中，加样针的储液体积为60μL，制备加样针400的材料为聚丙烯(PP，纯水溶液接触角为88°)，加样针400的吐液开口内径为120μm，外径为400μm；
c)将加样针移动至海绵，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由海绵去除加样针开口排出的多余载液；
d)将步骤c)中加样针移动至盛有第一液体的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入水溶液(第一液体)，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使加样针内吸入第一液体20μL；
e)将步骤d)中加样针从第一开口容器移开，并移动至盛有矿物油(第二液体)的第二开口容器上方，第一动态组件驱动不对称振动微液滴生成机构向下运动，使加样针出液口接触并浸入矿物油液面以下0.3mm；
f)加样针内的第一液体在注射泵的驱动下从加样针出液口排出，利用驱动控制器600实现加样针在第二液体液面下或跨液面进行不对称周期性往复运动的驱动控制，微液滴生成机构中的振动电机驱动加样针适配器带动加样针吐液开口做不对称往复运动，运动的位置-时间波形为正弦波和锯齿波的组合，如图9所示，振动幅度为1.2mm，振动频率为100Hz，微量进样器的流速100nL/s，注射体积20μL。采用上述参数条件，制备得到1nL的微液滴，微液滴显微成像如图13所示，液滴体积大小的CV为1.8％。
实施例2
如图1所示，所述控制装置包括微液滴制备单元，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构1和第一动态定位组件200，所述第一动态定位组件200与所述微液滴生成机构1固定连接；所述第一动态定位组件200被配置为定位所述不对称振动微液滴生成机构1；
所述不对称振动微液滴生成机构1被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴；
所述控制装置还包括流体控制单元(图中未示出)，所述流体控制单元包括流体驱动装置500、供液导管501、吸液导管502和电动两位三通换向阀；所述电动两位三通换向阀的一个阀口与所述流体驱动装置500连接，第二个阀口与所述供液导管501的一端连接，第三个阀口与所述吸液导管502的一端连接，所述吸液导管502的另一端与储油瓶504连接，所述供液导管501的另一端与所述微液滴生成机构1连接。
所述第一动态定位组件200包括定位逐渐升降位移机构201，所述微液滴生成机构1与所述第一动态定位组件200的定位组件升降位移机构201固定连接。
如图21所述第一动态定位组件200还包括液面探测机构202，以辅助第一动态定位组件精确的将加样针的开口定位到位于第二开口容器701内的第二液体液面702以下0.3mm，所述液面探测传感机构为高清CCD相机，对加样针插入液面的过程进行实时的成像，并通过图像分析，判断加样针与液面的距离及插入的状态。上述高清CCD相机辅助第一动态定位组件精确地将加样针的开口定位到位于第二开口容器内的第二液体液面以下固定深度，并在液面高度由于液滴的不断生成发生变化时或第二液体加液的体积误差带来的液面高度误差存在时，辅助第一动态定位组件在控制装置的控制下做出动态的高度位置调整，以保证液滴生成的长时间稳定性和均一性。
所述控制装置还包括第二定位组件900，所述第二定位组件用于固定和移动第一开口容器801和第二开口容器701。
所述第一开口容器801为单个储液池，所述第一开口容器801中盛有第一液体800；
所述第二开口容器701是用于平铺生成微液滴的二维平底样本池阵列；
所述控制装置还包括准备单元(图中未示出)，所述准备单元包括加样针架、除油机构(海绵)、加样针卸载机构和废物接收器，所述除油机构(海绵)位于废物接收器的上方，加样针在所述废物接收器上方进行卸载。
其中，所述微液滴生成机构如图7所示，其包括振动组件100、连接导向结构件105、振动安装座300，加样针400以及驱动控制器600。
如图4-图7所示，本实施例中的微液滴生成机构驱动振动安装座300以所述振动输出杆104的中心轴线为轴心的不对称摆动。微液滴生成机构包括振动组件100、连接导向结构件105、支撑固定座120、振动安装座300、加样针400、支撑固定座120、以及泵管夹座303。振动组件100包括壳体101、振子102、位置传感器103和振动输出杆104。所述振动输出杆104的一端与所述壳体101连接，另一端通过连接导向结构件105和连接件106与振动安装座300连接。所述加样针400的中心轴线与所述振动输出杆104的轴线垂直。
所述连接导向结构件105包括第一轴承1053和第二轴承1054，所述振动安装座300的一端穿过所述第一轴承1053与所述安装件103连接，所述振动安装座300的另一端与所述第二轴承1054连接，其中所述第一轴承1053是带轴向止定边的轴承。所述连接件106为联轴器。
所述振动组件101为振镜电机，所述振子102的振动频率为100-500Hz振动幅度范围为0.1-5mm，实际应用时，振动频率为100-200Hz，幅度范围在0.5-1.5mm。
所述振动安装座300上具有连接接口304，所述连接接口304的一端通过管接头302与供液导管501连接，另一端通过加样针适配器301与所述加样针400连接。所述连接接口304为4个，4个所述连接接口304等间距间隔设置于所述振动安装座300内部。泵管夹座303用于夹持所述供液导管501使得供液导管501保持竖直。
所述驱动控制器600包含振动驱动电路601，不对称振动控制程序602，位置校正模块603，位置信号采集模块604和供电控制连接线缆605。驱动控制器600电性连接所述振动组件100，并驱动振动安装座300按照不对称往复运动控制程序602进行不对称往复运动；所述驱动控制器600通过位置信号采集模块604，采集振动组件100的位置传感器103的实时位置反馈信号，通过与不对称往复运动控制程序实时比较反馈到位置校正模块603，调节振动驱动电路601的控制参数，实现不对称往复运动的闭环控制。
所述驱动控制器600还电性连接第一动态定位组件200、第二定位组件900以及流体驱动装置500，以分别为其提供动力。
采用上述所述的控制装置制备微液滴的方法包括下述步骤：
a)将所述加样针适配器移动至海绵，所述注射泵驱动所述吸液导管吸取载液，切换所述电动两位三通换向阀，所述注射泵将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液且无气泡，同时由海绵去除加样针适配器下端开口排出的多余载液，上述载液为与样本液体不互溶的第二液体，所述载液体为碳氢化合物、硅或者碳氟化合物为主要成分的油，例如矿物油，十四烷，FC40等；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接，其中，加样针的储液体积为60μL，制备加样针400的材料为聚丙烯(PP，纯水溶液接触角为88°)，加样针400的吐液开口内径为120μm，外径为400μm；
c)将加样针移动至海绵，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由海绵去除加样针开口排出的多余载液；
d)将步骤c)中加样针移动至盛有第一液体的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入水溶液(第一液体)，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使加样针内吸入第一液体20μL；
e)将步骤d)中加样针从第一开口容器移开，并移动至盛有矿物油(第二液体)的第二开口容器上方，向下运动，使加样针出液口接触并浸入第二液体，加样针浸入第二液体液面的深度为0.3mm；
f)加样针内的第一液体在注射泵的驱动下从加样针出液口排出，利用驱动控制器600作为加样针在第二液体液面下或跨液面进行不对称周期性往复运动的驱动信号发生器，微液滴生成机构中的振动电机驱动加样针适配器带动加样针吐液开口做不对称往复运动，运动的位置-时间波形为方波和锯齿波的组合，如图11所示，振动的频率为100Hz，振幅为1.2mm，注射泵的流速100nL/s，注射体积20μL。制备得到1nL的微液滴，微液滴显微成像如图14所示，液滴体积为1nL，体积的CV值为2.1％。
对比例1
对比例1与实施例1的不同在于微液滴生成机构做沿所述振动输出杆的中心轴线方向的对称往复振动，振动波形为正弦波(如图12a所示)，振动的幅度为1.2mm，振动的频率为100Hz，微量进样器的流速为100nL/s，注射体积20μL。其他的包括微液滴生成机构的结构和微液滴制备方法的条件与实施例1均相同。制备得到的微液滴如图15所示，液滴体积大小不均一，体积的CV值为35％。进一步的显微高速成像观察发现，由于振动的两个半周期均有液滴切割，且由于加样针的加工的毛刺等缺陷，部分情况下，一个周期加样针吐液开口处的液滴无法被油相剪切力切断，导致易生成1nL，1.5nL或2nL液滴。
对比例2
对比例2与实施例1的不同在于微液滴生成机构做沿所述振动输出杆的中心轴线方向的对称往复振动，振动波形为方波(如图12b所示)，振幅为1.2mm，振动的频率为200Hz，微量进样器的流速为200nL/s，注射体积20μL。其他的包括微液滴生成机构的结构和微液滴制备方法的条件与实施例1均相同。制备得到的微液滴如图16所示，液滴大大小的CV值为15％，通过进一步的显微高速成像观察发现，在一个振动周期内，加样针吐液开口在上半周期和下半周期均生成一个液滴，但是由于加样针加工的不同轴等缺陷，导致上半周期生成的液滴与下半周期生成的液滴的体积大小不一致，引入了较大的体积误差。
对比例3
对比例3与实施例1的不同在于微液滴生成机构不包括连接导向结构件105。即针对输出杆104直接通过连接件106与振动安装座300连接。其他的结构与实施例1相同。采用与实施例1相同的微液滴制备方法制备微液滴。该振动机构振动噪音大，谐振明显；制备得到的微液滴体积的CV值为7.5％，微液滴的体积较实施例1相比，均一性较差，引入了较大的体积误差。安装加样针时，由于缺乏连接导向结构件，振动组件无法抵抗抵抗扭矩作用力和径向作用力，在使用34次以后，振镜振动输出杆与振动电机连接处发生弯曲，无法实现正常的加样针插装。
对比例4
对比例4与实施例2的不同在于微液滴生成机构以所述振动输出杆104的中心轴线为轴心做对称摆动，其他的包括微液滴生成机构的结构和微液滴制备方法的条件与实施例2均相同。具体的对称往复运动的参数为振动波形为方波(图12b)，振动的幅度为1.2mm，振动的频率为100Hz，微量进样器的流速为100nL/s，注射体积20μL。制备得到的微液滴均一性较差，微液滴体积的CV值为8.5％，引入了较大的体积误差。
对比例5
对比例5与实施例2的不同在于微液滴生成机构不包括连接导向结构件105。即针对输出杆104直接通过连接件106与振动安装座300连接。其他的结构与实施例2相同。采用与实施例2相同的微液滴制备方法制备微液滴。制备得到的微液滴如图12a所示。具体的对称往复运动的参数为振动波形为正弦波，振动的幅度为1.2mm，振动的频率为100Hz，微量进样器的流速为100nL/s，注射体积20μL。制备得到的微液滴均一性较差，微液滴体积的CV值为7.4％，引入了较大的体积误差。该振动机构振动噪音大，谐振明显；安装加样针时，由于缺乏连接导向结构件，振动组件无法抵抗扭矩作用力和径向作用力，在使用25次以后，振镜振动输出杆发生弯曲，无法实现正常的加样针插装。
对比例6
对比例6与实施例2的不同在于微液滴生成机构不包括加样针适配器301。即供液导管501穿过振动安装座300与加样针401直接连接。其他的结构与实施例2相同。采用与实施例2相同的微液滴制备方法制备微液滴。制备得到的微液滴如图12a所示。具体的对称往复运动的参数为振动波形为正弦波，振动的幅度为1.2mm，振动的频率为100Hz，微量进样器的流速为100nL/s，注射体积20μL。制备得到的微液滴均一性较差，微液滴体积的CV值为30％，引入了较大的体积误差。安装加样针时，由于没有加样针适配器，密闭性不佳，容易因为泄漏导致液滴生成体积不精确。
其中，上述各实施例和对比例的振动组件参数与液滴生成结果如表1所示。
表1各实施例振动组件参数及液滴生成结果
Figure BDA0003421248830000291
Figure BDA0003421248830000301
上述实施例表明，采用本发明所提出的不对称往复运动，可有效避免因为加样针的加工缺陷及开口处注塑误差造成的不对称带来的液滴大小不均一。
实施例3-6
实施例3-6和实施例1的不同在于第一动态定位组件定位加样针深度在液面以下0.5mm、1.0mm、1.5mm和2.5nm。利用不对称振动微液滴生成机构生成液滴，在容器底部平铺后，用显微镜成像观察，结果如下。
实施例3：加样针定位在液面下0.5mm处，生成液滴如图22所示。生成的液滴均一，体积为1nL。
实施例4：加样针定位在液面下1.0mm处，生成液滴如图23所示。生成的液滴均一，体积为1nL。
实施例5：加样针定位在液面下1.5mm处，生成液滴如图24所示。生成的液滴均一，体积为1nL。
实施例6：加样针定位在液面下2.5mm处，生成液滴如图25所示。生成时液滴均一，但是液滴受到加油相的扰动而出现部分破碎。
实验发现，当加样针位于液面下0.0-1.5mm时，生成的液滴均一，体积准确，生成液滴过程中，液滴能够有序的沉降，不会受到加样针的扰动。
实施例3-6的实验结果表明，采用本发明所提出的微液滴制备的控制装置，需要不对称振动微液滴生成机构配合第一动态定位组件，以有效控制加样针插入液面的深度，保证液滴大小的均一和液滴生成系统的稳定性和可靠性。在液滴生成装置的实际使用过程中，往往采用阵列式加样针在阵列容器内生成液滴。多个加样针的加工误差、装配误差、容器内油相体积误差带来的液面误差都无法避免；此外，随着液滴生成的数量增加，第二液体的液面会逐渐上升，逐渐使加样针插入液面的深度逐渐偏离允许的深度范围。具有动态高度调节功能的第一动态定位组件可以保证上述误差及液滴生成过程的液面变化不会对系统的稳定性和可靠性造成影响。
实施例7-18
实施例7-18与实施例1的不同在于固定振动频率为120Hz，并分别设定第一液体样本流速为120nL/s、240nL/s、360nL/s、480nL/s、600nL/s、720nL/s、840nL/s、960nL/s、1080nL/s、1200nL/s、1320nL/s和1440nL/s改变。在上述条件下，不对称振动微液滴生成机构生成液滴，生成的液滴在容器底部平铺后，用显微镜成像观察，其结果如图26所示，结果发现，生成的液滴体积分别为1nL、2nL、3nL、4nL、5nL、6nL、7nL、8nL、9nL、10nL、11nL和12nL。液滴大小均一，液滴体积均等于流速除以振动频率。
实施例7-18验证了本发明提出的微液滴制备的控制装置在可控液滴生成方面的优势。
实施例19-28
实施例19-28与实施例1的不同在第一液体样本的流速和加样针的振动频率如表2所示。采用微液滴制备的控制装置通过不对称振动，生成的液滴的理论体积为流速除以振动频率。实施例19-28生成液滴体积与生成的液滴的实际体积和理论体积均吻合，生成的液滴体积和理论液滴体积值之间的线性相关性与理论计算线性吻合(R2＝0.9999，图27)体积分别为200pL、500pL、1nL、5nL、10nL、50nL、100nL、500nL、1μL和2μL。
实施例19-28进一步证明，采用本发明可以通过调节流速、振幅、频率，快速实现尺寸可调的液滴生成，生成条件灵活可控，可实现跨越五个数量级的(200pL至2μL)可调体积微液滴的可控生成，远远超过现有微流控芯片法液滴生成的可调控区间，且不需要改变所述加样针的结构。和现有微流控芯片法液滴生成技术相比，本发明提供的装置可以直接设定液滴大小，而不需要根据经验进行液滴的体积观测和参数优化以确定液滴大小，液滴的体积不受所述加样针内径变化的影响，具有非常良好的一致性。
表2通过调节流速、振幅、频率利用不对称振动微液滴生成机构生成液滴
Figure BDA0003421248830000311
Figure BDA0003421248830000321
实施例29
本实施例验证采用本发明提出的微液滴制备的控制装置，进行多重体积数字PCR检测的性能。传统数字PCR仪，如美国伯乐公司的QX200，美国赛默飞公司的QuantStudio3D，法国Stilla公司的Naica等系统，所产生的液滴或微反应的体积是固定的，液滴的体积在0.5-0.8nL之间。动态线性检测范围通常为105数量级。动态范围较窄，并且在灵敏度和量化限制之间进行权衡。本实施例利用微液滴制备的控制装置，按需生成多个预定体积的液滴阵列，进一步提供了数字PCR的精度和动态检测范围。依据经典数字PCR泊松分布模型对不同体积微滴的定量上限进行了估算。计算发现，随着液滴体积减小，液滴定量的检测上限会随之增加，主要是因为相同的反应体系下，微滴越小，可分割的单元数量越多，从而在同一浓度下，阳性液滴数量占总液滴数量的比率不同，所以检测限会有所提高。然后依据理论模型，对不同体积微滴的定量动态范围进行了理论计算，预测不同液滴体积条件下，数字PCR线性检测动态范围。0.2nL、0.5nL、1nL、2.5nL和5nL体积液滴的95％置信度定量区间如图29的不同格式的点划线所示。综合5种液滴体积的95％置信度定量区间如图29的实曲线所示。可以看到，通过不同体积方法，理论上可以将动态定量范围从105数量级拓展到106数量级(如表3所示)。
表3.多重体积数字PCR的定量上限、检测下限和检测误差
Figure BDA0003421248830000322
Figure BDA0003421248830000331
表注：[1]每个条件的定量上限是当阳性液滴的分数为0.95时观察到的浓度；[2]每种条件的检测下限是在一个反应中有5个阳性液滴。
实际实验步骤如下：
配置的数字PCR反应体系的体积为25μL，由12.5μL 2×dPCR Super Mix(北京达微生物有限公司)、6.9μL去离子水、0.6μL DNA聚合酶(北京达微生物有限公司)、2.5μL 10×PCR引物探针，以及2.5μL核酸模板组成。检测的靶标为人类基因组DNA(gDNA)中的EIF5B(真核翻译起始因子5B)基因(如表4所示)。
表4.数字PCR检测EIF5B基因引物和探针序列
Figure BDA0003421248830000332
将gDNA样本(TaqMan Control Genomic DNA，Applied Biosystems，美国)在TE缓冲液中连续稀释至100,000、10,000、1,000、100、10和1个拷贝/μL的浓度。采用纯水作为空白对照。与实施例1的其他实验条件相同，利用微液滴制备的控制装置在120Hz频率下，分别采用24nL/s、60nL/s、120nL/s、300nL/s和600nL/s流速，成功产生0.2nL、0.5nL、1nL、2.5nL和5nL的液滴，其结果如图28所示，生成的液滴在平底孔板(北京达微生物有限公司)中形成平面单层液滴阵列。平底孔板在平板PCR扩增仪(北京达微生物有限公司)上采用以下PCR程序进行扩增：95℃5分钟，94℃20秒和58℃1分钟的45个循环，最后保持在25℃。扩增后，平底孔板转移至荧光阅读仪进行液滴荧光图像采集，并采用数字PCR分析软件进行结果分析，获得不同浓度不同液滴体积的EIF5B基因绝对定量结果。
结果如图29所示。从图29可以看出，通过生成0.2nL、0.5nL、1nL、2.5nL、5nL等不同体积的微液滴，在1-105copies/μL人基因组gDNA模板浓度的范围下考察检测定量的动态范围。对每种体积液滴的定量结果做线性回归，0.2nL、0.5nL、1nL、2.5nL以及5nL微滴定量的R值结果分别为0.979，0.980，0.995，0.993，0.987；而对所有体积液滴进行联合定量的R值为0.996。
上述结果表明，通过综合统计不同体积液滴的定量结果，可以大大拓展数字PCR的定量检测动态范围，从而提升定量的准确性。目前主流的荧光定量PCR的线性范围为5-7个log10浓度范围，基于芯片发的进口数字PCR通常线性范围为4-5个log10浓度范围，线性动态范围较荧光定量PCR窄。本发明提出的用于液滴生成的控制装置不仅大大降低了数字PCR的耗材成本，实现了自动化的液滴阵列制备，且可以通过多重体积技术，进一步拓展数字PCR的线性动态范围，普及数字PCR在病毒载量的定量检测、稀有突变的高灵敏检测等应用，具有重要意义。
以上详细地描述和/或图示了本发明提出的用于微液滴生成的控制装置的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。
序列表
<110> 北京达微生物科技有限公司
<120> 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法
<130> TPE01695
<150> CN2021109855081
<151> 2021-08-26
<160> 3
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 人工序列说明：人工合成的序列
<400> 1
atgagatgcc aaacttcagc 20
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 人工序列说明：人工合成的序列
<400> 2
ggcaacattt cacactacag 20
<210> 3
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 人工序列说明：人工合成的序列
<400> 3
ctcttctcat gcagttgtca gaag 24

Claims (10)

1.一种用于微液滴制备的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括微液滴制备单元；
其中，所述微液滴制备单元包括不对称振动微液滴生成机构和第一动态定位组件，所述第一动态定位组件与所述不对称振动微液滴生成机构固定连接；
所述第一动态定位组件被配置为定位所述不对称振动微液滴生成机构；
所述不对称振动微液滴生成机构被配置为通过不对称往复运动方式生成微液滴。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在所述不对称振动微液滴生成机构一个运动周期内生成一个微液滴。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述不对称振动微液滴生成机构包括振动组件、振动安装座、加样针以及驱动控制器，其中，
所述驱动控制器电性连接所述振动组件，并驱动所述振动安装座进行不对称往复振动或者不对称往复摆动，以便所述加样针生成微液滴。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，在所述振动安装座进行不对称往复振动或者不对称往复摆动的一个周期内，所述加样针生成一个微液滴。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述振动组件包括壳体、振子和振动输出杆；
所述振动组件的振动输出杆为所述振动安装座提供动力；
所述振动安装座上具有连接接口、管接头和加样针适配器；
所述连接接口的一端通过管接头与供液导管连接，另一端通过加样针适配器与所述加样针连接；
所述加样针的中心轴线与所述振动输出杆的轴线垂直。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述不对称往复运动为所述振动安装座在沿所述振动输出杆的中心轴线方向上进行的不对称往复振动。
7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述不对称往复运动为所述振动安装座以所述振动输出杆的中心轴线为轴心的不对称摆动。
8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的控制装置制备微液滴的方法，包括：
使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体；
将充满第一液体的加样针与第二液体接触，在流体驱动装置的驱动下，不对称振动微液滴生成机构驱动加样针适配器带动加样针在第二液体的液面下进行不对称往复运动，从而生成微液滴。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体之前，所述方法还包括：
a)将所述加样针适配器移动至除油机构，所述流体驱动装置驱动吸液导管吸取载液，切换电动两位三通换向阀，所述流体驱动装置将载液从加样针适配器中排出，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀和加样针适配器内充满载液，同时由除油机构去除加样针适配器下端开口排出的多余载液；
b)将充满载液的加样针适配器插接加样针，使加样针与加样针适配器插接连接；
c)将加样针移动至除油机构，切换电动两位三通换向阀，重复步骤a)，使吸液导管、供液导管、电动两位三通换向阀、加样针适配器和加样针内充满载液且无气泡，同时，由除油机构去除加样针开口排出的多余载液。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用流体驱动装置驱动导管、加样针适配器以及加样针，使加样针内充满第一液体的步骤包括：
将步骤c)中加样针移动至盛有第一液体的第一开口容器的液面上方，并向下运动，使加样针的出液口接触并浸入第一液体，切换电动两位三通换向阀，使加样针内吸入第一液体使得加样针中充满第一液体。
CN202111563506.XA 2021-08-26 2021-12-20 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法 Pending CN115722280A (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22860635.6A EP4393591A1 (en) 2021-08-26 2022-08-26 Control device for micro-droplet preparation and micro-droplet preparation method
JP2024513082A JP2024535713A (ja) 2021-08-26 2022-08-26 マイクロ液滴作製用の制御装置及びマイクロ液滴の作製方法
CA3230120A CA3230120A1 (en) 2021-08-26 2022-08-26 Control device for micro-droplet preparation and micro-droplet preparation method
US18/686,866 US20240351019A1 (en) 2021-08-26 2022-08-26 Control device for micro-droplet preparation and micro-droplet preparation method
KR1020247006580A KR20240047384A (ko) 2021-08-26 2022-08-26 마이크로 액적 제조를 위한 제어장치 및 마이크로 액적의 제조방법
PCT/CN2022/115164 WO2023025289A1 (zh) 2021-08-26 2022-08-26 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110985508 2021-08-26
CN2021109855081 2021-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115722280A true CN115722280A (zh) 2023-03-03

Family

ID=84147392

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111563506.XA Pending CN115722280A (zh) 2021-08-26 2021-12-20 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法
CN202123214312.7U Active CN217910483U (zh) 2021-08-26 2021-12-20 一种用于微液滴制备的控制装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202123214312.7U Active CN217910483U (zh) 2021-08-26 2021-12-20 一种用于微液滴制备的控制装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240351019A1 (zh)
EP (1) EP4393591A1 (zh)
JP (1) JP2024535713A (zh)
KR (1) KR20240047384A (zh)
CN (2) CN115722280A (zh)
CA (1) CA3230120A1 (zh)
WO (1) WO2023025289A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115722280A (zh) * 2021-08-26 2023-03-03 北京达微生物科技有限公司 一种用于微液滴制备的控制装置及制备微液滴的方法
CN116196994B (zh) * 2023-05-04 2023-07-21 合肥机数量子科技有限公司 一种可自适应振荡破滴针头组件
CN116174073B (zh) * 2023-05-04 2023-08-11 合肥机数量子科技有限公司 一种自动化高精度液体进样系统及方法
CN118655332B (zh) * 2024-08-06 2024-10-18 北京航天星汉科技有限公司 一种用于高压系统的微流量滴液装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121452A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Olympus Optical Co Ltd 液体分注装置
WO2018054134A1 (zh) * 2016-09-23 2018-03-29 中国科学技术大学 电动微流控液滴分配器
CN108241068A (zh) * 2016-12-27 2018-07-03 中国科学院微生物研究所 一种自动化微体积移液与分配装置及其使用方法
CN110064452A (zh) * 2018-01-24 2019-07-30 思纳福(北京)医疗科技有限公司 微液滴生成方法
CN209210821U (zh) * 2018-10-17 2019-08-06 北京致雨生物科技有限公司 微滴式数字pcr系统
CN209669258U (zh) * 2019-01-28 2019-11-22 北京致雨生物科技有限公司 一种数字pcr微滴生成系统
US20200009571A1 (en) * 2014-11-17 2020-01-09 Institute Of Microbiology, Chinese Academy Of Sciences Droplet generating apparatus, system
CN112439470A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 北京达微生物科技有限公司 一种制备微液滴的加样针以及微液滴的制备方法
CN217910483U (zh) * 2021-08-26 2022-11-29 北京达微生物科技有限公司 一种用于微液滴制备的控制装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104450891B (zh) * 2014-11-17 2017-06-06 中国科学院微生物研究所 基于微液滴的数字核酸扩增定量分析方法及系统
WO2016078340A1 (zh) * 2014-11-17 2016-05-26 中国科学院微生物研究所 微量液体分配/混合装置、系统及方法
WO2019088224A1 (ja) * 2017-11-02 2019-05-09 国立大学法人大阪大学 細胞チップおよび三次元組織チップ、およびその製造方法
CN110064443B (zh) * 2018-01-24 2021-07-30 思纳福(北京)医疗科技有限公司 微液滴平铺方法
CN110075933B (zh) * 2018-01-25 2022-05-13 北京致雨生物科技有限公司 微液滴生成装置、系统及生成方法
CN110684650B (zh) * 2018-07-06 2024-10-22 北京致雨生物科技有限公司 用于数字pcr检测的液滴生成系统及数字pcr检测方法
CN214863650U (zh) * 2021-04-21 2021-11-26 晶准生物医学（深圳）有限公司 液滴生成装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003121452A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Olympus Optical Co Ltd 液体分注装置
US20200009571A1 (en) * 2014-11-17 2020-01-09 Institute Of Microbiology, Chinese Academy Of Sciences Droplet generating apparatus, system
WO2018054134A1 (zh) * 2016-09-23 2018-03-29 中国科学技术大学 电动微流控液滴分配器
CN108241068A (zh) * 2016-12-27 2018-07-03 中国科学院微生物研究所 一种自动化微体积移液与分配装置及其使用方法
CN110064452A (zh) * 2018-01-24 2019-07-30 思纳福(北京)医疗科技有限公司 微液滴生成方法
CN209210821U (zh) * 2018-10-17 2019-08-06 北京致雨生物科技有限公司 微滴式数字pcr系统
CN209669258U (zh) * 2019-01-28 2019-11-22 北京致雨生物科技有限公司 一种数字pcr微滴生成系统
CN112439470A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 北京达微生物科技有限公司 一种制备微液滴的加样针以及微液滴的制备方法
CN217910483U (zh) * 2021-08-26 2022-11-29 北京达微生物科技有限公司 一种用于微液滴制备的控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240047384A (ko) 2024-04-12
JP2024535713A (ja) 2024-10-02
US20240351019A1 (en) 2024-10-24
CN217910483U (zh) 2022-11-29
EP4393591A1 (en) 2024-07-03
WO2023025289A1 (zh) 2023-03-02
CA3230120A1 (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN217910483U (zh) 一种用于微液滴制备的控制装置
CN208711740U (zh) 一种用于微液滴生成的吸头装置
WO2016078339A1 (zh) 微液滴生成装置、系统、方法及单细胞/单分子分析装置
CN216224451U (zh) 一种不对称振动微液滴生成机构
US8741661B2 (en) Methods and devices for sampling flowable materials
CN109908986B (zh) 一种基于出口不对称毛细管的液滴生成系统及使用方法
CN110075933B (zh) 微液滴生成装置、系统及生成方法
CN110684650B (zh) 用于数字pcr检测的液滴生成系统及数字pcr检测方法
US8071049B2 (en) Pipette tip, pipetting device, pipette tip actuating device and method for pipetting in the NL range
US7883265B2 (en) Devices, systems, and methods for preparing emulsions
CN104450891A (zh) 基于微液滴的数字核酸扩增定量分析方法及系统
CN110872550B (zh) 生成大小均一的液滴的方法及数字pcr检测方法
JP7220366B2 (ja) 運動制御機構、液体吐出ピペットチップ、微小液滴生成装置及び生成方法、流体駆動機構及び流体駆動方法、微小液滴生成方法並びに液体吐出ピペットチップの表面処理方法
WO2021037218A1 (zh) 一种制备微液滴的加样针以及微液滴的制备方法
WO2020007098A1 (zh) 数字pcr芯片及包含它的液滴生成系统和检测系统
US20230149918A1 (en) Droplet generation method, system and application
CN110684828B (zh) 数字pcr芯片、数字pcr检测系统及检测方法
CN110064452B (zh) 微液滴生成方法
CN110066721B (zh) 微液滴生成方法
CN114011481B (zh) 一种压电式毛细管液滴制备装置及其使用方法
CN115106140A (zh) 一种不对称振动微液滴生成机构
CN110064453B (zh) 微液滴生成装置及生成方法
JPH11287811A (ja) 自動分注装置および分注方法
CN116004369A (zh) 一种微体积单细胞捕获装置及微体积单细胞捕获方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20230926

Address after: No. 8 Anhe Second Road, High tech Zone, Chengdu, Sichuan Province, 611730

Applicant after: MACCURA MEDICAL ELECTRONICS Co.,Ltd.

Address before: Room 101, 1st floor and Room 201, 2nd floor, Building 16, No. 79 Shuangying West Road, Science and Technology Park, Changping District, Beijing, 102299

Applicant before: Beijing Da Microbiology Technology Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20231206

Address after: 611731, 16 Chengdu, hi tech Zone, Sichuan, China

Applicant after: MACCURA BIOTECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 8 Anhe Second Road, High tech Zone, Chengdu, Sichuan Province, 611730

Applicant before: MACCURA MEDICAL ELECTRONICS Co.,Ltd.