CN209254790U - 一种全自动微液滴乳浊液生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全自动微液滴乳浊液生成装置，包括底座和支板，底座上设有滑轨，滑轨上通过芯片夹具架设有微液滴生成芯片，芯片夹具的一侧与驱动电机连接，驱动电机运动带动芯片夹具在滑轨上进行运动；支板的一侧设有导轨，导轨上设有气压控制模组，导轨上方还设置有一气缸，气缸的气缸轴与所述连接板连接，气缸运动，带动气压控制模组在所述导轨上进行运动。本实用新型通过自动化配置可调节液滴生成反应条件，从而产生不同大小的微液滴，满足不同应用场合需求，通过密封盖隔绝了样品污染，保护微液滴生成芯片在运行过程中不被压板损坏。八通道隔绝系统实现了两通道或其倍数的通道的液滴制备，相比于现有设备更加便利，节省了试剂使用量。

Description

一种全自动微液滴乳浊液生成装置

技术领域

本实用新型属于微流控技术领域，尤其涉及一种全自动微液滴乳浊液生成装置及其生成方法。

背景技术

油水相生成的微液滴乳液已经应用于高通量的分析系统，其应用范围有不断扩大的趋势。比如将乳液形成用于与聚合酶链式反应（PCR）结合，在液滴里进行核酸靶分子的单拷贝的放大，从而实现对单分子靶的存在和其基因序列的检测。美国公司10X Genomics应用乳液PCR的方法并结合GemCode技术来生成长链DNA，从而实现长链DNA序列测序，或单细胞测序，已经被业界公认是进行长链DNA测序和单细胞测序的最好技术之一。能够把油水两相按设计的比例混合生成大小可控，均一，稳定的微乳液滴的乳液生成仪器是实现上述应用的关键设备。目前市场上的微液滴乳浊液生成仪系统功能单一，或有的操作复杂，容易产生样品污染。

随着技术要求的提高，尤其是生化检测领域，这些设备很难满足其需求。比如伯乐Biorad的乳液形成系统，液滴生成是通过加载在液滴收集的孔的负压提供动力，油相和样品在负压下分别从装油和装样品的孔进入微流控流道流向液滴收集的孔。这样的系统直接受到了微流控流道阻力的限制，油相试剂和样品的使用比例基本固定，生成液滴的大小也基本固定。同时，伯乐BioRad的乳液生成微流控芯片有8个通道（可以同时进行8个样品的乳液制备），但他们的系统必须同时做8个通道，如果用户在有小于8个样品的情况下，用户必须将油或缓冲液填充好剩余的通道，造成了通道使用上的浪费。如果8个孔中有一个孔的加样体积错误，会造成8个孔的液滴生成同时停止，造成样本的损失。此外该仪器使用过程中对于液滴产生失败情况，用户无法知道具体原因，只能丢弃液滴产生芯片跟使用的试剂，重新运行。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种全自动微液滴乳浊液生成装置及其生成方法。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种全自动微液滴乳浊液生成装置，包括底座，垂直设置于底座的支板，所述底座上设置有一滑轨，所述滑轨上架设有微液滴生成芯片，所述微液滴生成芯片通过芯片夹具设置于所述滑轨上，所述芯片夹具的一侧与驱动电机连接，所述驱动电机运动带动所述芯片夹具在所述滑轨上进行水平向的运动；所述支板的一侧设置有导轨，所述导轨上通过连接板设置有气压控制模组，所述导轨上方还设置有一气缸，所述气缸的气缸轴与所述连接板连接，所述气缸运动，带动所述气压控制模组在所述导轨上进行上、下运动。

优选地，所述微液滴生成芯片包括有8组微液滴生成组，每组微液滴生成组由与第一压力源连接的油孔，与第二压力源连接的样品孔及与大气联通的液滴收集孔组成，油孔、样品孔与液滴收集孔通过流道联通，且每两组微液滴生成组通过同一控制阀进行控制。

优选地，每两组微液滴生成组中的两个油孔共享同一气阀控制，每两组微液滴生成组中的两个样品孔共享同一压力阀控制。

优选地，所述气阀及压力阀与所述气压控制模组电信连接。

优选地，所述微液滴生成芯片上还设置有密封盖，所述芯片夹具通过托盘与驱动电机连接。

优选地，所述导轨通过连板与所述支板连接。

优选地，所述驱动电机通过连杆与所述芯片夹具连接，所述驱动电机的一端设置于所述支板上。

优选地，所述装置还包括一外壳，所述外壳上设置有触控屏，所述外壳上开设有加载窗，所述托盘在所述加载窗内进行往复收缩，所述触控屏与工控电脑电性连接，所述气压控制模组与所述工控电脑电性连接。

优选地，以上任意所述的一种全自动微液滴乳浊液生成方法，包括如下步骤，

S1、样品及液滴生成油相试剂加载；

S11、在微液滴生成芯片的油孔和样品孔中分别加载油相样品和水相样品；

S12、将芯片密封盖置于微液滴生成芯片上安装到位，保证微液滴生成芯片上的各个孔位都被密封包裹；

S2、芯片加载；

S21、将准备完毕的微液滴生成芯片固定于芯片夹具上；

S22、驱动电机运动，带动芯片夹具在滑轨上运动到所需位置；

S3、微液滴的生成：

S31、气缸驱动气压控制模组向芯片夹具方向移动，直至紧压芯片密封盖；

S32、气压控制模组开始启动工作，气压控制模组产生的高精度气压作用到微液滴产生芯片样品孔及油孔，水相样品及油相试剂通过微流道进入芯片内部产生稳定均一的微液滴乳浊液；

S33、产生的微液滴乳浊液通过微流道流入芯片的液滴收集孔；

S34、液滴产生完成后，气压模块停止工作，微液滴产生芯片入口气压卸载到与大气压相同；

S4、微液滴收集转移：

S41、微液滴生成完毕后，气缸驱动气压控制模组向上运动，驱动电机驱动托盘向外伸出，取出微液滴生成芯片及夹具，驱动电机将托盘收回完成整个工序。

优选地，所述S34中当油相试剂比重比液滴高时，通过在芯片油相试剂入口加载负压力，将液滴收集孔底部的油相试剂吸入部分至油相试剂入口。

本实用新型的有益效果体现在：通过自动化配置可调节液滴生成反应条件，从而产生不同大小的微液滴，满足多种不同应用场合需求，实现了两通道或其倍数的通道的液滴制备，相比于现有技术中一次只能同时8通道液滴生成仪器更加便利，同时节省试剂使用量，通过密封盖设计隔绝样品污染，保护微液滴生成芯片在运行过程中不被压板损坏。

附图说明

图1：本实用新型的立体结构示意图。

图2：图1的主视图，此时隐去了连板。

图3：微液滴生成芯片结构示意图。

图4：微液滴生成芯片的原理结构图。

图5：本实用新型的系统控制模块连接示意图。

具体实施方式

以下结合实施例具体阐述本实用新型的技术方案，本实用新型揭示了一种全自动微液滴乳浊液生成装置及其生成方法。结合图1-图4所示，本装置包括底座2，垂直设置于底座的支板3，所述底座2上设置有一滑轨6，所述滑轨6上架设有微液滴生成芯片。具体的，所述滑轨6上设置有托盘8，所述微液滴生成芯片83通过芯片夹具81设置于所述托盘8上，所述托盘8的一侧与驱动电机82连接。所述驱动电机82运动带动所述微液滴生成芯片83在所述滑轨6上进行水平向的运动。所述驱动电机82通过连杆与所述芯片夹具连接，所述驱动电机82的一端设置于所述支板3上。当然，所述驱动电机82也可以固定于底座2上，对于实现其工作意义不影响的位置均不作限制。

所述支板3的一侧设置有导轨，所述导轨上通过连接板设置有气压控制模组5，所述导轨上方还设置有一气缸4，所述气缸4的气缸轴与所述连接板连接，所述气缸运动，带动所述气压控制模组5在所述导轨上进行上、下运动。所述导轨通过连板7与所述支板3连接。所述气压控制模组底部设置有一气压压板，工作时，所述气压压板将与芯片密封盖进行压紧接触。

本装置的底座上还设置有一外壳（图中未示意），为更好的配合一体化系统的实施，本实用新型所述外壳上设置有触控屏，所述触控屏与工控电脑电性连接，所述气压控制模组与所述工控电脑电性连接。为了更好的进行监控，所述装置还设置有与工控电脑连接的报警组件。如果运行过程中仪器检测到错误，用户软件实时显示错误警报，停止仪器运行。可以减少或避免样品的损失。所述外壳上开设有加载窗，所述驱动电机82带动所述托盘在所述加载窗内、外进行往复运动。所述托盘的往复通过与工控电脑连接的移动滑台控制模块进行控制，所述外壳的内侧1与所述支板3之间设置有用于散热的风扇。本实用新型所述的移动滑台控制模块还控制所述气压控制模组的运动。

所述微液滴生成芯片包括有8组微液滴生成组，每组微液滴生成组与由第一压力源连接的油孔，与第二压力源连接的样品孔及与大气联通的液滴收集孔组成，油孔、样品孔与液滴收集孔通过流道联通，且每两组微液滴生成组通过同一控制阀进行控制。具体的，结合图4所示，相邻的两组微液滴生成组中的油孔通过气阀连接，相邻两组微液滴生成组中的样品孔通过同一压力阀连接，同时，气阀与压力阀均和相应的压力源进行连接。所述气阀及压力阀与所述气压控制模组电信连接。通过以上结构，采用不同的气压组合，施加不同的压力来调节油相和样品在微流孔管道中的流速从而调节液滴生成反应条件，不仅可以控制在液滴收集孔里的油和液滴的体积比率，而且可以产生不同大小的微液滴，满足多种不同应用场合需求。

本实用新型将8个通道归为4组，每组由气阀和压力阀分别控制油相和样品的压力，这些阀可以单独控制其开关。当用户有小于8个样品的时候，用户只需打开需要的阀门来产生液滴，不会对不用的通道产生浪费。比如，用户有两个样品，用户只在微流控芯片上加载两个通道（通道1和2）的样品和油，在产生液滴的操作中，打开阀A和阀B。微流控芯片的通道3-8以后还可以使用。装置在具体实现时，也可以对每个样品通路单独实现控制，这样能进一步提高试剂使用效率。

为了保证微液滴生成不受到外界污染，同时还为有效的增加气动结构的密封性，所述微液滴生成芯片上还设置有密封盖87，密封盖87上开设有与微液滴生成芯片油孔、样品孔及液滴收集孔相对应的油孔密封盖84、样品孔密封盖85及液滴收集孔密封盖86。

本实用新型还揭示了一种通过全自动微液滴乳浊液生产装置进行微液滴生成的方法，包括如下步骤，

S1、样品及液滴生成油相试剂加载；

S11、在微液滴生成芯片的油孔和样品孔中分别通过移液器加载油相样品和水相样品；

S12、将芯片密封盖置于微液滴生成芯片上安装到位，保证微液滴生成芯片上的各个孔位都被密封包裹；

S2、芯片加载；

S21、将准备完毕的微液滴生成芯片固定于芯片夹具上；

S22、驱动电机运动，带动芯片夹具在滑轨上运动到所需位置；

S3、微液滴的生成：

S31、气缸驱动气压控制模组向芯片夹具方向移动，直至紧压芯片密封盖；

S32、气压控制模组开始启动工作，气压控制模组产生的高精度气压作用到微液滴产生芯片样品孔及油孔，水相样品及油相试剂通过微流道进入芯片内部产生稳定均一的微液滴乳浊液；

S33、产生的微液滴乳浊液通过微流道流入芯片的液滴收集孔；

S34、液滴产生完成后，气压模块停止工作，微液滴产生芯片入口气压卸载到与大气压相同；当油相试剂比重比液滴高时，通过在芯片油相试剂入口加载负压力，将液滴收集孔底部的油相试剂吸入部分至油相试剂入口。

S4、微液滴收集转移：

S41、微液滴生成完毕后，气缸驱动气压控制模组向上运动，驱动电机驱动托盘向外伸出，取出微液滴生成芯片及夹具，驱动电机将托盘收回完成整个工序。

本实用新型的有益效果体现在：通过自动化配置可调节液滴生成反应条件，从而产生不同大小的微液滴，满足多种不同应用场合需求，实现了两通道或其倍数的通道的液滴制备，相比于现有技术中一次只能同时8通道液滴生成仪器更加便利，同时节省试剂使用量，通过密封盖设计隔绝样品污染，保护微液滴生成芯片在运行过程中不被压板损坏。

当然本实用新型尚有多种具体的实施方式，在此就不一一列举。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：包括底座，垂直设置于底座的支板，所述底座上设置有一滑轨，所述滑轨上架设有微液滴生成芯片，所述微液滴生成芯片通过芯片夹具设置于所述滑轨上，所述芯片夹具的一侧与驱动电机连接，所述驱动电机运动带动所述芯片夹具在所述滑轨上进行水平向的运动；所述支板的一侧设置有导轨，所述导轨上通过连接板设置有气压控制模组，所述导轨上方还设置有一气缸，所述气缸的气缸轴与所述连接板连接，所述气缸运动，带动所述气压控制模组在所述导轨上进行上、下运动。

2.如权利要求1所述一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述微液滴生成芯片包括有8组微液滴生成组，每组微液滴生成组由与第一压力源连接的油孔，与第二压力源连接的样品孔及与大气联通的液滴收集孔组成，油孔、样品孔与液滴收集孔通过流道联通，且每两组微液滴生成组通过同一控制阀进行控制。

3.如权利要求2所述一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：每两组微液滴生成组中的两个油孔共享同一气阀控制，每两组微液滴生成组中的两个样品孔共享同一压力阀控制。

4.如权利要求3所述一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述气阀及压力阀与所述气压控制模组电性连接。

5.如权利要求3所述的一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述微液滴生成芯片上还设置有密封盖，所述芯片夹具通过托盘与驱动电机连接。

6.如权利要求1所述的一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述导轨通过连板与所述支板连接。

7.如权利要求1所述的一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述驱动电机通过连杆与所述芯片夹具连接，所述驱动电机的一端设置于所述支板上。

8.如权利要求5所述一种全自动微液滴乳浊液生成装置，其特征在于：所述装置还包括一外壳，所述外壳上设置有触控屏，所述外壳上开设有加载窗，所述托盘在所述加载窗内进行往复收缩，所述触控屏与工控电脑电性连接，所述气压控制模组与所述工控电脑电性连接。