CN212595791U - 微液滴生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微液滴生成装置，包括基板，基板上固定连接控制部件、供气部件以及气压调节部件，供气部件包括气瓶，气瓶上连接气泵、泄气阀以及第一压力传感器，气压调节部件包括具有多个独立气腔的储气瓶，气瓶与气腔通过气腔连通电磁阀实现可选择性连通，每个气腔的腔壁上连接第二压力传感器以及相互管路并联的油相电磁阀、水相电磁阀，控制部件被配置成能够依据第一压力传感器及第二压力传感器实时监测的压力值，并在压力值超出压力预设阈值范围时，控制泄气阀或者油相电磁阀、水相电磁阀产生泄气动作。本实用新型的微液滴生成装置，能够对气路中的气体压力实现二次监测与稳压调控，防止气体压力波动过大，进而保证微液滴生成的稳定性。

Description

微液滴生成装置

技术领域

本实用新型属于微流控芯片技术领域，具体涉及一种微液滴生成装置。

背景技术

微液滴微流控(droplet-based microfluidics)是近年来在微流控芯片上发展起来的一种操控微小体积液体的技术。微液滴技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳米级及以下体积的液滴的一种微纳技术。

迄今为止，微液滴类型主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。气-液相液滴由于容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液滴根据连续相和分散相的不同又分为水包油(O/W)、油包水(W/O)、油包水包油 (O/W/O)以及水包油包水(W/O/W)等，其可以克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的侧重所在。其中，油包水(W/O)微液滴生成原理为：将两种互不相溶的液体，例如一种为油相、另一种为水相，油相和水相同时进入微通道后，在微通道的作用下，水相以微小体积(10^-15～10^-9L)部件的形式分布于油相中，形成一系列离散的微液滴。每个液滴作为一个微反应器，完成一组化学或生物反应。微液滴用于筛选具有如下优点：

1)样品消耗极微，大大降低筛选成本；

2)生成的微液滴尺寸范围较广、大小可控、单分散性较好，且对壁面材料润湿性要求不高而受到广泛的关注以及应用；

3)液滴被油包裹，与外界无物质交换，液滴内的反应条件稳定，结果可靠。

因此在药物筛选、微纳米材料合成、酶反应分析等方面具有重要及广泛的应用前景。

对于微流控芯片而言，其生成的微液滴的数目、尺寸以及均一性是衡量该微流控芯片性能指标的重要参数。现有的微流控芯片多采用的是微注射泵的控制方式，由于现有的微注射泵的气压控制精度有限，生成的微液滴合格率相对较低，因此，只通过控制微注射泵生成的微液滴已不能满足日益高标准的实验需求，基于现有技术的前述不足提出本实用新型。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种微液滴生成装置，其供气部件以及气腔皆设有压力传感器，能够对气路中的气体压力实现二次实时监测与稳压调控，防止气体压力波动过大，进而保证微液滴生成的稳定性。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种微液滴生成装置，包括基板，所述基板上固定连接有控制部件、供气部件以及气压调节部件，所述供气部件包括与所述基板固定连接的气瓶，所述气瓶上固定连接有气泵、泄气阀以及能够实时监测所述气瓶内的气体压力的第一压力传感器，所述气压调节部件包括具有多个独立气腔的储气瓶，所述气瓶与所述气腔通过气腔连通电磁阀实现可选择性连通，每个所述气腔的腔壁上固定连接有用于实时检测对应的气腔内气体压力的第二压力传感器以及相互管路并联的油相电磁阀、水相电磁阀，所述控制部件被配置成能够依据所述第一压力传感器及第二压力传感器实时监测的压力值，并在所述压力值超出压力预设阈值范围时，控制所述泄气阀或者油相电磁阀、水相电磁阀产生泄气动作。

优选地，所述控制部件还被配置成在所述压力值低于压力预设阈值范围时，控制所述气泵运转，或者控制所述油相电磁阀、水相电磁阀连通所述气腔与处于其气路下游的芯片部件；或者，所述气瓶上还设有空气过滤器、单向阀，其中，所述空气过滤器用于对所述气泵的进气进行过滤，所述单向阀用于防止所述气泵与所述气瓶之间气体的逆向流动。

优选地，所述微液滴生成装置还包括芯片部件以及芯片移动部件，所述芯片移动部件包括直线位移驱动部件、从动板，所述芯片部件放置于所述从动板上，所述直线位移驱动部件能够带动所述从动板产生直线往复运动。

优选地，所述基板上还设置有两个位移导向立柱，两个所述位移导向立柱分别处于所述芯片移动部件平行于其移动方向的两侧，所述从动板与所述两个位移导向立柱分别对应的两个侧面上设有滑槽，所述位移导向立柱与所述滑槽对应的设有滑块，所述滑块滑动插装于与其相应的滑槽中。

优选地，所述滑槽包括相互平行的第一水平导向段、第二水平导向段以及处于所述第一水平导向段、第二水平导向段之间的过渡段，所述第一水平导向段的高度低于所述第二水平导向段，当所述滑块处于所述第一水平导向段中时，所述芯片部件处于微液滴非生成位置，当所述滑块处于所述第二水平导向段中时，所述芯片部件处于微液滴生成位置。

优选地，所述芯片部件包括多个并列设置的芯片本体，所述芯片本体上构造有储液部、微液滴生成部、收集部，其中所述储液部包括油相储液槽以及水相储液槽，所述油相储液槽以及水相储液槽分别通过所述油相电磁阀、水相电磁阀与所述气腔选择性连通，在所述气腔中的压力气体的作用下，所述油相储液槽中的油相与所述水相储液槽中的水相在所述微液滴生成部处生成微液滴并被输送至所述收集部中。

优选地，所述芯片本体上具有密封盖，所述密封盖对应环绕设置于所述油相储液槽以及水相储液槽的槽口周围，以使每个所述油相储液槽、水相储液槽彼此相互密封独立。

优选地，所述微液滴生成部包括十字端口，所述十字端口包括对应于所述油相储液槽的两个油相端口、对应于所述水相储液槽的水相端口、对应于所述收集部的输出端口，所述输出端口通过沟道与所述收集部连通。

优选地，所述基板上还设置有两个支撑立柱，两个所述支撑立柱分别处于所述芯片移动部件平行于其移动方向的两侧，所述供气部件架设于两个所述支撑立柱上形成门架结构，当所述芯片部件处于微液滴生成位置时，所述供气部件的出气口能够与所述油相储液槽以及水相储液槽分别具有的加压口连通。

优选地，所述直线位移驱动部件包括滑轨、电机固定转接座、丝杆固定板、丝杆电机、光电传感器，其中所述丝杆固定板与所述基板固定连接，所述丝杆电机中的丝杆与所述丝杆固定板固定连接，所述丝杆电机中的电机外壳通过所述电机固定转接座与所述滑轨固定连接，所述滑轨与所述从动板连接，所述光电传感器用于检测并反馈所述丝杆电机的实时位置。

本实用新型提供的一种微液滴生成装置，通过所述第一压力传感器以及第二压力传感器分别对所述气瓶、气腔中的压力气体的压力实现实时监测，并在对应部位处的气体压力超出相应的预设阈值范围时，控制所述泄气阀及时泄气或者控制所述油相电磁阀、水相电磁阀泄气也即产生泄气动作，进而保证所述微液滴生成装置中的压力气体的压力不超出预设阈值范围，通过两侧的压力实时监测与调整防止压力气体压力波动过大，进而精准的控制试剂在微液滴生成部的进样速率，保证微液滴生成的稳定性、实现高精度的自动化操作，保证了生成的各组待检微液滴均呈相互离散的状态，节约了试剂的使用量。

附图说明

图1为本实用新型实施例的微液滴生成装置的系统结构示意图；

图2为图1中供气部件的连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例的微液滴生成装置的立体结构示意图

图4为图3中的气路部件结构示意图；

图5为图3中的芯片本体的俯视结构示意图；

图6为图3中的芯片本体的立体分解结构示意图；

图7为本实用新型实施例中的芯片本体的微液滴生成过程示意图；

图8为图3中的从动板具有的滑槽的结构示意图，并示意性的给出了直线位移驱动部件带动从动板从动的位移方向。

图9为图3中直线位移驱动部件示意图。

附图标记表示为：

1、控制部件；11、指令输出部件；12、气路控制部件；13、传动控制部件；2、气路部件；21、供气部件；211、空气过滤器；212、气泵；213、单向阀；214、气瓶；215、泄气阀；216、第一压力传感器；22、气压调节部件； 221、第二压力传感器；222、气腔；223、气腔连通电磁阀；224、油相电磁阀； 225、水相电磁阀；3、芯片移动部件；31、直线位移驱动部件；311、滑轨；312、电机固定转接座；313、丝杆固定板；314、丝杆电机；315、光电传感器； 32、从动板；4、芯片部件；41、芯片本体；411、储液部；4111、油相储液槽； 4112、水相储液槽；412、微液滴生成部；4121、十字端口；413、收集部；414、密封盖；100、基板；101、位移导向立柱；102、滑槽；1021、第一水平导向段；1022、第二水平导向段；1023、过渡段；103、支撑立柱。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本实用新型的实施例，提供一种微液滴生成装置，包括基板100，所述基板100上固定连接有控制部件1、供气部件21 以及气压调节部件22(两者构成气路部件2)，所述供气部件21包括与所述基板100固定连接的气瓶214，所述气瓶214上固定连接有气泵212、泄气阀 215以及能够实时监测所述气瓶214内的气体压力的第一压力传感器216，所述气压调节部件22包括具有多个独立气腔222的储气瓶，所述气瓶214与所述气腔222通过气腔连通电磁阀223实现可选择性连通，每个所述气腔222的腔壁上固定连接有用于实时检测对应的气腔222内气体压力的第二压力传感器 221以及相互管路并联的油相电磁阀224、水相电磁阀225，所述控制部件1 被配置成能够依据所述第一压力传感器216及第二压力传感器221实时监测的压力值，并在所述压力值超出压力预设阈值范围时，控制所述泄气阀215或者油相电磁阀224、水相电磁阀225产生泄气动作。该技术方案中，通过所述第一压力传感器216以及第二压力传感器221分别对所述气瓶214、气腔222中的压力气体的压力实现实时监测，并在对应部位处的气体压力超出相应的预设阈值范围时，控制所述泄气阀215及时泄气或者控制所述油相电磁阀224、水相电磁阀225泄气也即产生泄气动作，进而保证所述微液滴生成装置中的压力气体的压力不超出预设阈值范围，通过两侧的压力实时监测与调整防止压力气体压力波动过大，进而精准的控制试剂在微液滴生成部的进样速率，保证微液滴生成的稳定性、实现高精度的自动化操作，保证了生成的各组待检微液滴均呈相互离散的状态，节约了试剂的使用量。所述气腔连通电磁阀223处于所述气瓶214的出气管与所述气腔222之间的管路上，以实现所述控制部件1对所述气瓶214与所述气腔222的连通控制，而在每个所述气压调节部件22中分别对应设置相应的气腔连通电磁阀223则能够保证对各个气压调节部件22的单独控制。

优选地，所述控制部件1还被配置成在所述压力值低于压力预设阈值范围时，控制所述气泵212运转，或者控制所述油相电磁阀224、水相电磁阀225 连通所述气腔222与处于其气路下游的芯片部件4，该技术方案中，通过所述第一压力传感器216及第二压力传感器221实时监测所述气瓶214及气腔222 中的压力气体的压力值并在其低于所述预设阈值范围时控制所述气泵212运转或者控制所述油相电磁阀224、水相电磁阀225连通所述气腔222与处于其气路下游的芯片部件4以保证相应部位的压力值能够满足要求，这能够进一步保证压力气体的压力稳定性、防止压力波动过大，也即保证压力气体始终处于所述预设阈值范围内，进而进一步保证微液滴生成的稳定性，进而保证生成的微液滴大小更加均一且不易破碎。所述气瓶214上还设有空气过滤器211、单向阀213，其中，所述空气过滤器211用于对所述气泵212的进气进行过滤，所述单向阀213用于防止所述气泵212与所述气瓶214之间气体的逆向流动。

具体的，如图1所示，所述控制部件1包括指令输出部件11、气路控制部件12以及传动控制部件13，其所述指令输出部件11输出相应控制指令进而通过所述气路控制部件12以及传动控制部件13实现对所述微液滴生成装置中的各个电磁阀进行通断控制以及芯片移动部件3等实现位置的控制。

在一些实施例中，所述微液滴生成装置还包括芯片部件4以及芯片移动部件3，所述芯片移动部件3包括直线位移驱动部件31、从动板32，所述芯片部件4放置于所述从动板32上，所述直线位移驱动部件31能够带动所述从动板 32产生直线往复运动。

进一步的，所述基板100上还设置有两个位移导向立柱101，两个所述位移导向立柱101分别处于所述芯片移动部件3平行于其移动方向的两侧，所述从动板32与所述两个位移导向立柱101分别对应的两个侧面上设有滑槽102，所述位移导向立柱101与所述滑槽102对应的设有滑块(图中未示出)，所述滑块滑动插装于与其相应的滑槽102中，从而能够保证所述从动板32的直线位移的平稳性。最好的，所述滑槽102包括相互平行的第一水平导向段1021、第二水平导向段1022以及处于所述第一水平导向段1021、第二水平导向段1022 之间的过渡段1023，所述第一水平导向段1021的高度低于所述第二水平导向段1022，当所述滑块处于所述第一水平导向段1021中时，所述芯片部件4处于微液滴非生成位置，当所述滑块处于所述第二水平导向段1022中时，所述芯片部件4处于微液滴生成位置，该技术方案中，通过对所述从动板32在进行直线位移时还能够在高度方向上产生一个位移差，而这个位移差的存在则有利于在所述芯片部件4处于微液滴生成位置时，将所述供气部件21的出气口与所述油相储液槽4111以及水相储液槽4112分别具有的加压口连通，从而仅通过一套直线位移驱动部件31即可实现从动板32在水平方向以及高度方向 (垂直方向)两个方向上的工作运动需求，极大的简化了装置结构、降低了制造成本。

另外，所述直线位移驱动部件31在所述控制部件1的控制下带动所述从动板32产生对应运动，例如，控制部件1根据芯片部件4下一步的反馈，控制直线位移驱动部件31的电机进行运动，同时从动板32从动运动到相应位置，此过程中可以控制储液部411和油相电磁阀224、水相电磁阀225的闭合和断开，运动过程中精度高、调节适应性强，可以快速集成多个，满足不同需求场景。

在一些实施例中，所述芯片部件4包括多个并列设置的芯片本体41，所述芯片本体41上构造有储液部411、微液滴生成部412、收集部413，其中所述储液部411包括油相储液槽4111以及水相储液槽4112，所述油相储液槽4111 以及水相储液槽4112分别通过所述油相电磁阀224、水相电磁阀225与所述气腔222选择性连通，在所述气腔222中的压力气体的作用下，所述油相储液槽 4111中的油相与所述水相储液槽4112中的水相在所述微液滴生成部412处生成微液滴并被输送至所述收集部413中。将所述油相储液槽4111以及水相储液槽4112同时设置于所述芯片本体上，并通过对应的与所述油相电磁阀224、水相电磁阀225连通，进而实现了微液滴生成过程的全自动化操作。

在一些实施例中，所述芯片本体41上具有密封盖414，所述密封盖414对应环绕设置于所述油相储液槽4111以及水相储液槽4112的槽口周围，以使每个所述油相储液槽4111、水相储液槽4112彼此相互密封独立。优选地，所述微液滴生成部412包括十字端口4121，所述十字端口4121包括对应于所述油相储液槽4111的两个油相端口、对应于所述水相储液槽4112的水相端口、对应于所述收集部413的输出端口，所述输出端口通过沟道(处于所述芯片本体 41的内部，其可以通过胶粘合形成，因此也具备密封性)与所述收集部413连通。如此，保证了所述微液滴的生成过程处于一个相对密闭的空间内，样本试剂从储液部411到微液滴生成部412生成液滴，再到收集部413均是密闭环境下工作，有效的避免发生液滴易挥发、交叉污染等问题。

进一步的，所述基板100上还设置有两个支撑立柱103，两个所述支撑立柱 103分别处于所述芯片移动部件3平行于其移动方向的两侧，所述供气部件21 架设于两个所述支撑立柱103上形成门架结构，当所述芯片部件4处于微液滴生成位置时，所述供气部件21的出气口能够与所述油相储液槽4111以及水相储液槽4112分别具有的加压口连通。

优选地，所述直线位移驱动部件31包括滑轨311、电机固定转接座312、丝杆固定板313、丝杆电机314、光电传感器315，其中所述丝杆固定板313 与所述基板100固定连接，所述丝杆电机314中的丝杆与所述丝杆固定板313 固定连接，所述丝杆电机314中的电机外壳通过所述电机固定转接座312与所述滑轨311固定连接，所述滑轨311与所述从动板32连接，所述光电传感器 315用于检测并反馈(给所述控制部件1)所述丝杆电机314的实时位置。当所述丝杆电机314收到工作信号时，此时丝杆不动，电机进行水平直线的运动，相应的电机固定转接座312带动滑轨311上的滑块也做水平直线的运动，运动过程中滑轨311保证了运动的直线度和平稳。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种微液滴生成装置，其特征在于，包括基板(100)，所述基板(100)上固定连接有控制部件(1)、供气部件(21)以及气压调节部件(22)，所述供气部件(21)包括与所述基板(100)固定连接的气瓶(214)，所述气瓶(214)上固定连接有气泵(212)、泄气阀(215)以及能够实时监测所述气瓶(214)内的气体压力的第一压力传感器(216)，所述气压调节部件(22)包括具有多个独立气腔(222)的储气瓶，所述气瓶(214)与所述气腔(222)通过气腔连通电磁阀(223)实现可选择性连通，每个所述气腔(222)的腔壁上固定连接有用于实时检测对应的气腔(222)内气体压力的第二压力传感器(221)以及相互管路并联的油相电磁阀(224)、水相电磁阀(225)，所述控制部件(1)被配置成能够依据所述第一压力传感器(216)及第二压力传感器(221)实时监测的压力值，并在所述压力值超出压力预设阈值范围时，控制所述泄气阀(215)或者油相电磁阀(224)、水相电磁阀(225)产生泄气动作。

2.根据权利要求1所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述控制部件(1)还被配置成在所述压力值低于压力预设阈值范围时，控制所述气泵(212)运转，或者控制所述油相电磁阀(224)、水相电磁阀(225)连通所述气腔(222)与处于其气路下游的芯片部件(4)；或者，所述气瓶(214)上还设有空气过滤器(211)、单向阀(213)，其中，所述空气过滤器(211)用于对所述气泵(212)的进气进行过滤，所述单向阀(213)用于防止所述气泵(212)与所述气瓶(214)之间气体的逆向流动。

3.根据权利要求1所述的微液滴生成装置，其特征在于，还包括芯片部件(4)以及芯片移动部件(3)，所述芯片移动部件(3)包括直线位移驱动部件(31)、从动板(32)，所述芯片部件(4)放置于所述从动板(32)上，所述直线位移驱动部件(31)能够带动所述从动板(32)产生直线往复运动。

4.根据权利要求3所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述基板(100)上还设置有两个位移导向立柱(101)，两个所述位移导向立柱(101)分别处于所述芯片移动部件(3)平行于其移动方向的两侧，所述从动板(32)与所述两个位移导向立柱(101)分别对应的两个侧面上设有滑槽(102)，所述位移导向立柱(101)与所述滑槽(102)对应的设有滑块，所述滑块滑动插装于与其相应的滑槽(102)中。

5.根据权利要求4所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述滑槽(102)包括相互平行的第一水平导向段(1021)、第二水平导向段(1022)以及处于所述第一水平导向段(1021)、第二水平导向段(1022)之间的过渡段(1023)，所述第一水平导向段(1021)的高度低于所述第二水平导向段(1022)，当所述滑块处于所述第一水平导向段(1021)中时，所述芯片部件(4)处于微液滴非生成位置，当所述滑块处于所述第二水平导向段(1022)中时，所述芯片部件(4)处于微液滴生成位置。

6.根据权利要求5所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述芯片部件(4)包括多个并列设置的芯片本体(41)，所述芯片本体(41)上构造有储液部(411)、微液滴生成部(412)、收集部(413)，其中所述储液部(411)包括油相储液槽(4111)以及水相储液槽(4112)，所述油相储液槽(4111)以及水相储液槽(4112)分别通过所述油相电磁阀(224)、水相电磁阀(225)与所述气腔(222)选择性连通，在所述气腔(222)中的压力气体的作用下，所述油相储液槽(4111)中的油相与所述水相储液槽(4112)中的水相在所述微液滴生成部(412)处生成微液滴并被输送至所述收集部(413)中。

7.根据权利要求6所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述芯片本体(41)上具有密封盖(414)，所述密封盖(414)对应环绕设置于所述油相储液槽(4111)以及水相储液槽(4112)的槽口周围，以使每个所述油相储液槽(4111)、水相储液槽(4112)彼此相互密封独立。

8.根据权利要求6所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述微液滴生成部(412)包括十字端口(4121)，所述十字端口(4121)包括对应于所述油相储液槽(4111)的两个油相端口、对应于所述水相储液槽(4112)的水相端口、对应于所述收集部(413)的输出端口，所述输出端口通过沟道与所述收集部(413)连通。

9.根据权利要求6所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述基板(100)上还设置有两个支撑立柱(103)，两个所述支撑立柱(103)分别处于所述芯片移动部件(3)平行于其移动方向的两侧，所述供气部件(21)架设于两个所述支撑立柱(103)上形成门架结构，当所述芯片部件(4)处于微液滴生成位置时，所述供气部件(21)的出气口能够与所述油相储液槽(4111)以及水相储液槽(4112)分别具有的加压口连通。

10.根据权利要求3所述的微液滴生成装置，其特征在于，所述直线位移驱动部件(31)包括滑轨(311)、电机固定转接座(312)、丝杆固定板(313)、丝杆电机(314)、光电传感器(315)，其中所述丝杆固定板(313)与所述基板(100)固定连接，所述丝杆电机(314)中的丝杆与所述丝杆固定板(313)固定连接，所述丝杆电机(314)中的电机外壳通过所述电机固定转接座(312)与所述滑轨(311)固定连接，所述滑轨(311)与所述从动板(32)连接，所述光电传感器(315)用于检测并反馈所述丝杆电机(314)的实时位置。

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