CN117305098A - 一种新型液滴驱动管道装置及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种新型液滴驱动管道装置及应用，包括振动台，振动台的振动方向为上下方向，振动台上设有管道，管道的内直径为100μm～3mm，管道的内腔表面设有沿管道轴线依次布置的大量锯齿单元，锯齿单元的锯齿朝向与液滴的被驱动方向一致，锯齿的高度为1μm～100μm，锯齿表面设有疏水层。本技术方案用于核酸检测中的PCR扩增时，循环时间大大缩短，提高了核酸检测效率。
Description
技术领域
本发明属于液滴驱动技术领域，具体涉及一种新型液滴驱动管道装置及用途。
背景技术
在生物医学工程中，对样本进行前处理一般需要控制液滴的运动。现有技术中对于液滴运动的控制方式一般有泵驱动和微流控液滴驱动。泵驱动方式一般为将液滴置于细管内，采用泵驱动液滴在细管内移动。微流控液滴驱动方式一般为通过向电极片输入信号，进而控制液滴的运动。
在荧光PCR核酸检测过程中，需要将样品制备成PCR反应体系，然后使PCR扩增，待扩增循环一定次数之后，对样品中的荧光信号进行检测、记录荧光曲线、进行数据分析。
在PCR扩增阶段，现有技术一般将样品放置于试管内，然后移动试管依次进入变性温区（90℃～95℃）、退火温区（40℃～60℃）和延伸温区（70℃～75℃），并不断循环，完成一个循环大约需要2～4分钟，共需要经历2～3小时的循环，由于放置样品的试管本身传热效率较低，故而所需循环时间较长，导致核酸检测效率较低。
现有技术的液滴运动的控制方式不适用于荧光PCR核酸检测的PCR扩增，假如采用泵驱动方式驱动样本液滴循环，则样本会污染循环泵，故而不适用；微流控液滴驱动方式的驱动电极片数量多，线路复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种新型液滴驱动管道装置及用途。
要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种新型液滴驱动管道装置，包括振动台，振动台的振动方向为上下方向，振动台上设有管道，管道的内直径为100μm～3mm，管道的内腔表面设有沿管道轴线依次布置的大量锯齿单元，锯齿单元的锯齿朝向与液滴的被驱动方向一致，锯齿的高度为1μm～100μm，锯齿表面设有疏水层。
进一步地，所述疏水层为纳米硅疏水涂料或纳米二氧化硅疏水涂料。
进一步地，所述锯齿单元为锯齿环。
进一步地，所述锯齿单元为沿管道圆周布置的多个锯齿段。
进一步地，所述管道为环形管道，管道上设有加液口。
进一步地，所述述管道的材质为透明材质，所述振动台上设有n个温度控制块，n≥2，温度控制块上设有管道放置槽，管道放置槽即为温度控制块的温区，n个温度控制块上的管道放置槽共同构成一个完整的环形槽；环形槽内用于放置管道。
进一步地，所述管道的材质为透明塑料或透明玻璃。
一种如上所述的新型液滴驱动管道装置的应用，用于核酸检测中的PCR扩增，温度控制块的数量n=2，2个温度控制块分别为第一温度控制块和第二温度控制块，且第一温度控制块和第二温度控制块按照液滴的被驱动方向依次排列，第一温度控制块用于将其内管道放置槽的温度控制在90℃～95℃，第二温度控制块用于将其内管道放置槽的温度控制在40℃～60℃。
一种如上所述的新型液滴驱动管道装置的应用，用于核酸检测中的PCR扩增，温度控制块的数量n=3，3个温度控制块分别为第一温度控制块、第二温度控制块和第三温度控制块，且第一温度控制块、第二温度控制块和第三温度控制块按照液滴的被驱动方向依次排列，第一温度控制块用于将其内管道放置槽的温度控制在90℃～95℃，第二温度控制块用于将其内管道放置槽的温度控制在40℃～60℃，第三温度控制块用于将其内管道放置槽的温度控制在70℃～75℃。
本发明可以达到的有益效果为：
（1）提供了一种新型的液滴驱动装置，使用时将液滴置于振动台上的管道中，管道内径小，管道内壁上的锯齿高度为微米级，通过振动台的上下振动为液滴施加驱动力，在锯齿与输水层的共同作用下，液滴被朝着锯齿朝向的方向输送；
（2）可以通过调整振动台的振动频率和/或振动幅度来调整液滴的输送速度；
（3）进一步地，驱动液滴在环形管道内部循环过程中，经过不用的温区时，仅改变液滴温度，液滴温度变化速度快；
（4）进一步地，用于核酸检测中的PCR扩增时，循环时间大大缩短，提高了核酸检测效率。
附图说明
图1是本发明实施例1和2的立体图。
图2是本发明实施例1和2的俯视图。
图3是本发明实施例1和2的前视图。
图4是本发明实施例1和2中环形管道示意图。
图5是本发明实施例1中环形管道的剖视示意图。
图6是图5的B-B剖视图。
图7是图5中A部分的放大视图。
图8是本发明实施例2中环形管道的剖视示意图。
图9是图8的D-D剖视图。
图10是图8中C部分的放大视图。
图11是本发明实施例1和2中温度控制块的示意图。
图中：1-振动台，2-管道，201-加液口，202-锯齿环，203-疏水层，204-锯齿段，3-第一温度控制块，301-管道放置槽，4-第二温度控制块，5-第三温度控制块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种新型液滴驱动管道装置，如图1-图3所示，包括振动台1、第一温度控制块3、第二温度控制块4、第三温度控制块5和环形管道2。
振动台1的振动方向为上下方向。
第一温度控制块3、第二温度控制块4和第三温度控制块5均设置在振动台1上，第一温度控制块3、第二温度控制块4和第三温度控制块5上均设有管道放置槽301（如图11所示），管道放置槽301即为温度控制块的温区，以上3个温度控制块上的管道放置槽301共同构成一个完整的环形槽；环形槽内用于放置管道2。
管道2为环形管道，其内直径为100μm～3mm，如图4-图7所示，环形管道2上设有加液口201，管道2的内腔表面设有沿管道2轴线依次布置设置的大量锯齿环202，锯齿环202上锯齿的朝向与液滴的被驱动方向F一致；锯齿环202的锯齿高度为5微米（锯齿的高度为微米级，一般为1μm～100μm，对于不同的液滴而言，锯齿的高度与被驱动液滴的表面张力正相关，液滴的表面张力越大，锯齿的高度就越高，对于水滴来说，锯齿的高度为5微米较为适宜）。锯齿环202可以采用刻蚀工艺制作而成，也可以采用压模工艺制作而成，此两种工艺均为现有技术，故在此不再赘述。
为了便于检测荧光信号，管道2的材质为透明材质，可以是透明塑料（也可以是透明亚克力或透明玻璃）。
锯齿表面设有疏水层203，疏水层203为纳米硅疏水涂料（也可以是纳米二氧化硅疏水涂料）。
本实施例可以用于核酸检测中的PCR扩增，第一温度控制块3、第二温度控制块4和第三温度控制块5按照液滴的被驱动方向F依次排列，第一温度控制块3用于将其内管道放置槽301的温度控制在90℃～95℃，第二温度控制块4用于将其内管道放置槽301的温度控制在40℃～60℃，第三温度控制块5用于将其内管道放置槽301的温度控制在70℃～75℃，形成PCR扩增所需的3个温区。
使用时，将样品制备成PCR反应体系，将PCR反应体系以液滴形式注入环形管道2中，使振动台1振动，则该液滴则朝着方向F依次经过90℃～95℃（变性温度）、40℃～60℃（退火温度）、70℃～75℃（延伸温度），经过一定次数的循环后，非特异性产物的量倍增至可被检测。
当然，在本实施例的指导下，实际用于核酸检测中的PCR扩增时，也可省略第三温度控制块5，使第一温度控制块3和第二温度控制块4上的管道放置槽301共同构成一个完整的环形槽用于放置管道2，使液滴经过90℃～95℃（变性温度）、40℃～60℃（退火温度）的数次循环，使非特异性产物的量倍增至可被检测。
本实施例用于核酸检测中的PCR扩增，循环过程中仅需改变液滴温度，无需考虑传统试管的导热系数，可以达到2分钟40个循环，与现有技术相比，循环时间大大缩短，效率得到提高。
实施例2
一种新型液滴驱动管道装置，除管道2的内腔表面之外，其余均与实施例1相同。
本实施例管道2的内腔表面设有沿管道2轴线依次布置的大量锯齿单元，锯齿单元具体为沿管道2圆周布置的多个锯齿段204，锯齿段204的锯齿的高度为5微米。
Claims (9)
1.一种新型液滴驱动管道装置，其特征是：包括振动台（1），振动台（1）的振动方向为上下方向，振动台（1）上设有管道（2），管道（2）的内直径为100μm～3mm，管道（2）的内腔表面设有沿管道（2）轴线依次布置的大量锯齿单元，锯齿单元的锯齿朝向与液滴的被驱动方向一致，锯齿的高度为1μm～100μm，锯齿表面设有疏水层（203）。
2.根据权利要求1所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述疏水层（203）为纳米硅疏水涂料或纳米二氧化硅疏水涂料。
3.根据权利要求1所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述锯齿单元为锯齿环（202）。
4.根据权利要求1所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述锯齿单元为沿管道（2）圆周布置的多个锯齿段（204）。
5.根据权利要求1所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述管道（2）为环形管道，管道（2）上设有加液口（201）。
6.根据权利要求5所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述述管道（2）的材质为透明材质，所述振动台（1）上设有n个温度控制块，n≥2，温度控制块上设有管道放置槽（301），管道放置槽（301）即为温度控制块的温区，n个温度控制块上的管道放置槽（301）共同构成一个完整的环形槽；环形槽内用于放置管道（2）。
7.根据权利要求6所述的新型液滴驱动管道装置，其特征是：所述管道（2）的材质为透明塑料或透明玻璃。
8.一种如权利要求6或7所述的新型液滴驱动管道装置的应用，其特征是：用于核酸检测中的PCR扩增，温度控制块的数量n=2，2个温度控制块分别为第一温度控制块（3）和第二温度控制块（4），且第一温度控制块（3）和第二温度控制块（4）按照液滴的被驱动方向依次排列，第一温度控制块（3）用于将其内管道放置槽（301）的温度控制在90℃～95℃，第二温度控制块（4）用于将其内管道放置槽（301）的温度控制在40℃～60℃。
9.一种如权利要求6或7所述的新型液滴驱动管道装置的应用，其特征是：用于核酸检测中的PCR扩增，温度控制块的数量n=3，3个温度控制块分别为第一温度控制块（3）、第二温度控制块（4）和第三温度控制块（5），且第一温度控制块（3）、第二温度控制块（4）和第三温度控制块（5）按照液滴的被驱动方向依次排列，第一温度控制块（3）用于将其内管道放置槽（301）的温度控制在90℃～95℃，第二温度控制块（4）用于将其内管道放置槽（301）的温度控制在40℃～60℃，第三温度控制块（5）用于将其内管道放置槽（301）的温度控制在70℃～75℃。
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