CN1986229A - 基因芯片点样喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基因芯片点样喷头，它包括微喷嘴、夹持固定装置、压电陶瓷驱动器、驱动电源、控制阀以及控制计算机，其中微喷嘴通过夹持固定装置直接和压电陶瓷驱动器一端相连接，压电陶瓷驱动器的另一端与仪器本体相连。其结构简单，易于制造，能够可控地获得体积为10－15～10－12升量级的微小液滴，用于制作高密度基因芯片微阵列。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种基因芯片的点样装置，它包括微喷嘴、夹持固定装置、压电陶瓷驱动器、驱动电源、控制阀以及控制计算机。
背景技术
目前的现有技术中，用于基因芯片点样的喷头主要有两种形式，一种是采用喷墨打印原理的喷头；另一种为压电驱动的微泵，典型的有德国GeSiM公司的微流体压电移液装置，2003年第3卷第1期《Lab on a Chip》杂志在“Profile.The development of integrated microfluidicsystems at GeSiM”一文中报道了该装置的结构原理，该装置在硅片的一面粘贴压电晶体，另一面通过蚀刻技术加工出泵腔和微喷嘴并用通过阳极键合的玻璃作为封盖，当对压电晶体施加电压脉冲时，压电晶体收缩导致硅片弯曲，从而压缩泵腔，微液滴从微喷嘴中射出，该装置用一个注射泵供液。上述两种形式的点样喷头都是采用微加工手段制造，工艺复杂，制造成本高；存在被气泡、微粒堵塞的可能；清洗、干燥、样品加载较困难；液滴体积一般为0.1～0.4×10-9升，对应的液滴直径通常为60～90μm。
发明内容
本发明的目的是提供一种基因芯片点样喷头，它结构简单，采用常规的宏观加工手段制造，不易堵塞、清洗及干燥方便，能够可控地获得体积为10-15～10-12升量级的微小液滴，用于制作高密度基因芯片微阵列。
为此本发明提供了一种基因芯片点样喷头，包括微喷嘴、夹持固定装置、压电陶瓷驱动器、驱动电源、控制阀以及控制计算机。所述的微喷嘴通过夹持固定装置直接和压电陶瓷驱动器一端相连接，压电陶瓷驱动器的另一端与仪器的机架相连。
所述的微喷嘴用玻璃毛细管制成；所述的微喷嘴出口端内径根据液滴大小的需要在1～200μm范围内选择。所述的微喷嘴从缩口处到出口端的长度与出口端内径之比在100以上；所述的夹持固定装置内的流体通道一端与微喷嘴相连，另一端直接与控制阀相连；所述的控制阀至少具有三个工作位置，由计算机程序控制；所述的压电陶瓷驱动器为柱状的叠层结构。
由于采用上述技术方案，本发明提供的基因芯片点样喷头与现有技术相比具有如下有益效果：
1.微流体在微喷嘴内壁的制约下形成细长液柱，处于一种不稳定状态，易于破碎成为液滴。最小液滴体积可达10-15升，能够进行10000点/cm2以上高密度基因芯片点样。
2.微喷嘴及夹持固定装置内的流体通道易于清洗与干燥。
3.压电陶瓷驱动器产生的低频微振动能够消除微粒堵塞的影响。
4.结构简单，制造容易，成本低。
附图说明
图1是基因芯片点样喷头结构及组成示意图。
图2是图1中所示微喷嘴工作状态示意图。
图3是图1所示实施方式液滴体积与驱动频率关系实验曲线。
图4是图1所示实施方式液滴体积与微喷嘴出口端内径关系实验曲线。
图5是图1所示装置点样效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1中，基因芯片点样喷头主要由微喷嘴7、夹持固定装置、压电陶瓷驱动器2、驱动电源14、控制阀11以及控制计算机13组成。其中固定体3、密封件9、旋盖6构成夹持固定装置。微喷嘴7的大端与密封件9配合，放置在旋盖6的凹腔中，旋盖6通过内螺纹与固定体3一端的外螺纹相连接，通过密封件9的弹性变形，把微喷嘴7紧密固定在点样喷头的纵向轴线上。固定体3的另一端通过内螺纹与压电陶瓷驱动器2一端的外螺纹刚性连接，压电陶瓷驱动器2的另一端通过内螺纹与仪器的机架1刚性连接。固定体3内部由一个与微喷嘴7同轴的中心孔5和一个与中心孔5相垂直并连通的侧孔4构成流体通道，该通道直接与控制阀11相连。控制阀11至少有三个工作位置，按照控制计算机13的控制程序，分别让清洗液或点样液10及用于干燥的压缩气体12通过。压电陶瓷驱动器2为柱状的叠层结构，由驱动电源14提供电压脉冲，电压脉冲波形和电压脉冲的发出由控制计算机13控制。
图2是图1中所示微喷嘴工作状态示意图。微喷嘴7用玻璃毛细管拉制。点样样品液通过毛细作用从微喷嘴7的出口端吸入或通过控制阀11加入微喷嘴7，并始终用压缩气体12通过控制阀11对加入的样品液施加0.2×105帕以下的压力，使微喷嘴内部的样品液柱处于临界喷射状态，液柱自由界面16保持在固定位置。微喷嘴7出口端内径根据液滴大小的需要在1～200μm范围内选择，微喷嘴7从缩口处到出口端的长度与出口端内径之比在100以上，其中的微流体在内壁的制约下被拉长，处于一种不稳定状态。控制计算机13控制驱动电源14按照预先设定的波形发出1～1000Hz的低频电压脉冲，导致压电陶瓷驱动器2产生低频机械振动，并传递给微喷嘴7，使其中处于不稳定状态的微流体液柱断裂，形成微小液滴15，并产生喷射，在芯片基材8的表面上形成点样样点17。低频机械振动同时可以消除微小颗粒对微喷嘴7可能造成的堵塞。更换样品液前，通过控制阀11向微喷嘴7加入清洗液10进行清洗，清洗后把压缩气体12通过控制阀11吹入微喷嘴7进行干燥。
本发明所述的基因芯片点样喷头所喷射的单个液滴的体积可以通过驱动电压脉冲的频率和微喷嘴7的内径进行控制。图3是图1所示实施方式液滴体积与驱动频率关系实验曲线，实验采用内径为14μm的微喷嘴，驱动电压为80V，获得的最大液滴体积可以达到8.2×10-12升，最小可达0.5×10-15升，取决于频率大小，可以看到频率对液滴体积有显著的影响。图4是图1所示实施方式液滴体积与微喷嘴出口端内径关系实验曲线，实验采用驱动频率为10Hz，驱动电压为80V，可以看到当微喷嘴内径大于10μm后，随着内径的增加，液滴体积迅速增加。
图5是图1所示装置点样效果示意图。样点17与驱动电压脉冲之间具有一一对应关系，驱动电源14发出一个脉冲电压，微喷嘴7喷射出一个液滴。即：本发明所述的基因芯片点样喷头具有数字可控的特征。用40μm内径的微喷嘴，在驱动频率10Hz，驱动电压为30V条件下，在硅烷化处理的载玻片上实际点样，获得的样点直径A约为70μm，控制样点间距B和C为90μm，样点密度可达12346点/cm2。
Claims (6)
1.一种基因芯片点样喷头，包括微喷嘴(7)、夹持固定装置(3、6、9)、压电陶瓷驱动器(2)、驱动电源(14)、控制阀(11)以及控制计算机(13)。其特征在于：所述的微喷嘴(7)通过夹持固定装置直接和压电陶瓷驱动器(2)一端相连接，压电陶瓷驱动器(2)的另一端与仪器的机架(1)相连。
2.根据权利要求1所述的基因芯片点样喷头，其特征在于：微喷嘴(7)用玻璃毛细管制成。
3.根据权利要求1所述的基因芯片点样喷头，其特征在于：微喷嘴(7)出口端内径根据液滴大小的需要在1～200μm范围内选择，微喷嘴(7)从缩口处到出口端的长度与出口端内径之比在100以上。
4.根据权利要求1所述的基因芯片点样喷头，其特征在于：夹持固定装置(3、6、9)内的流体通道(4、5)一端与微喷嘴(7)相连，另一端直接与控制阀(11)相连。
5.根据权利要求1所述的基因芯片点样喷头，其特征在于：控制阀(11)至少具有三个工作位置，由计算机程序控制。
6.根据权利要求1所述的基因芯片点样喷头，其特征在于：压电陶瓷驱动器(2)为柱状的叠层结构。
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