电动微流控液滴分配器制造技术

技术编号:17528567 阅读:47 留言:0更新日期:2018-03-24 04:22
本公开提供了一种电动微流控液滴分配器,基于微流控冲击打印的原理,将微流控芯片中的液体打印成体积均匀的液滴,利用打印次数,即液滴数量来控制加样的体积。液体预先注入可更换的微流控芯片中,利用电控系统设置与控制打印液滴数量。本公开单个液滴体积更小,典型体积在0.1纳升至10纳升,单个液滴体积CV值小于3.4%。通过多次打印进行亚微升体积加样时,平均效应会进一步减小随机误差。微流控芯片采用高分子材料制作,成本低可更换。微流控芯片与致动器分离,无需清洗,没有交叉污染。液体剩余体积小于1微升,浪费少。采用单片机控制打印液滴数量,自动打印分液;不仅可以分配液体还可以抽取液体,功能多样。

Electric microfluidic drop distributor

This disclosure provides an electric microfluidic droplet dispenser. Based on the principle of microfluidic impact printing, the liquid in microfluidic chip is printed into a uniform volume of liquid droplets, and the volume of printing is controlled by printing times, that is, the number of drops. In a liquid pre - injected replaceable microfluidic chip, an electronic control system is used to set and control the number of printing drops. The volume of the single droplet in this public is smaller, the typical volume rises from 0.1 to 10 nanlitres, and the volume CV of a single liquid drop is less than 3.4%. The average effect will further reduce the random error when the sub - liter volume is added by multiple printing. The microfluidic chip is made of polymer materials, and the cost is low and can be replaced. The microfluidic chip is separated from the actuator without cleaning and no cross contamination. The residual volume of the liquid is less than 1 micro - Jack, and the waste is less. A single chip microcomputer is used to print the number of droplets and automatically print the liquid. Not only can the liquid be distributed but also the liquid can be extracted, and the function is varied.

【技术实现步骤摘要】
电动微流控液滴分配器
本公开属于实验器具
,特别涉及一种电动微流控液滴分配器,用于液体的定量化加样、分配和抽取。
技术介绍
分液器与移液器是生物、化学实验室常用的小量移取液体的可手持操作的仪器,其主要工作原理是通过活塞的抽吸与挤压完成对液体的转移:吸取与排出。这一种移液器又被称为“空气移位移液器(airdisplacementpipette),利用活塞中密封的空气垫的移位来将液体吸入与排出。其初始原理早在1957被HeinrichSchnitger提出并申请了专利。其后一系列专利技术造就了现代移液器的基本结构与形式,如美国专利《Pipettingsystem》(专利号:US3494201A,日期:1970年2月10日)。不同于活塞式操作连续液体,另一种方法——打印将液体/试剂分割成一个个离散的液滴,而单个液滴体积可以小至皮升量级。目前,这一技术已广泛应用于图文制备,如目前商用的压电与热电喷墨打印。欧洲专利《Dropletdepositionapparatus》(专利号:EP0277703A1,公开日:1988年8月10日)揭示了一种压电喷墨打印装置,包括压电致动器、喷口、与喷口相连的腔体,脉冲电信号驱动压电致动器进行按需打印(drop-on-demand)。这种打印方式驱动器与喷口(也称喷孔)一体化,喷口容易被堵塞,也不能轻易更换喷孔。在喷墨打印的基础上,美国专利《methodforrapiddispensingofminutequantitiesofviscousmaterial》(专利号:5320250,日期:1994年6月14)提出了利用电磁驱动器冲击弹性腔体,进行粘性材料打印的方法。为避免需要清洗堵塞的喷口,带有喷口的腔体可以更换,但并不能像一次性移液器吸头那样即插即换。打印时,需要通过一个外接气源从墨盒向腔体内注入粘性墨水,效率很低。采用即插即用可更换墨盒芯片进行液滴打印的原理研究近年来开始国际上出现报道:如2013年《Labonachip》(13卷,1902),2015年《Biomicrofluidics》(9卷,054101)报道了TingruiPan的研究组在此方面的探索,2016年AnasBsoul在《Labonachip》(16卷,3351)也提出类似方法,均指出这种采用冲击打印,可更换墨盒芯片方法在微量液体操作方面精度高,成本低,具有巨大应用前景。传统的滴定管、移液器等器具操作体积在微升及以上液体时,具有较高的精确度。但在实现1微升以下体积的加样时,误差较大。如Eppendorf公司的0.1μL-2.5μL量程的微移液器,加样0.25微升液体,随机误差(CV值,变异系数)达到6%,0.1微升时,随机误差达到12%。Rainin公司的0.1μL-2μL量程的微移液器在0.2μL时,随机误差为6%。对于超小体积液体的操作,一般通过气动式或打印方式实现。目前产品有:TTPLabtech公司的Mosquito系列,Tecan公司的D300e数字分液器等。但都是自动化操作平台,在手持器具或小型便携式台式设备领域尚未涉及。这是因为气动式一般需要后接气源与气路控制,移动受限。而打印方式目前流行的喷墨打印由于其打印头需要经常清洗或更换,使用成本太高,不利用手持型小型化。采用微流控冲击打印方式可以实现皮升到纳升分辨率液滴的打印;采用低成本可更换芯片可以实现即插即用,无交叉污染应用;其简单结构设计有望实现手持式高精度液体的分配。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有分配器/移液器在操作更小体积液体时误差过大的问题,实现微流控液滴分配器具有抽吸液体的功能,本公开提出一种基于微流控打印的电动微流控液滴分配器,实现了液体的抽吸与液体的分配,并可达到亚纳升级分辨率。(二)技术方案本公开提供了一种电动微流控液滴分配器,用于连续产生微量体积液滴,定量化获得所需体积液体,包括:位移致动器,用于给微流控芯片提供位移或者力冲击,其包括一刚性延长件;微流控芯片,与所述位移致动器分离并可更换,包括一腔体和喷口,所述腔体被所述位移致动器的刚性延长件敲击,使液体以液滴方式从喷口喷出。在本公开的一些实施例中,所述微流控芯片为即插即换式芯片。在本公开的一些实施例中,所述微流控芯片包括依次层叠的支撑层、弹性层和管道层;所述腔体形成于所述管道层;所述喷口形成于所述管道层或支撑层。在本公开的一些实施例中,所述微流控芯片还包括:形成于所述弹性层的注液口;以及形成于所述管道层、连通所述腔体和注液口的管道。在本公开的一些实施例中,所述微流控芯片还包括:形成于所述管道层的储液池和管道,所述管道连通所述腔体和储液池,所述储液池开有一连接孔。在本公开的一些实施例中,所述弹性层、管道层为高分子材料,所述支撑层为高分子材料或玻璃。在本公开的一些实施例中,还包括:一取液装置,用于抽取液体。在本公开的一些实施例中,所述取液装置为一套活塞系统,所述活塞系统包括套筒和活塞;所述活塞底端带有弹簧,并形成有一活塞内孔,所述活塞内孔经通孔与空气阀连接;所述微流控芯片安装于套筒底端,其连接孔与活塞内孔连通,其腔体正对位移致动器的刚性延长件。在本公开的一些实施例中,微流控芯片的喷口所在的一端为尖端,所述微流控芯片的喷口端面具有微纳米沟槽结构,所述微纳米沟槽结构使喷口端面由疏水表面变为永久性超疏水表面。在本公开的一些实施例中,所述套筒设置有脱附机构,用于卸除微流控芯片。(三)有益效果从上述技术方案可以看出,本公开具有以下有益效果:(1)微流控芯片可以即插即换,使用方便快捷,微流控芯片与位移致动器分离,无需清洗,没有交叉污染;(2)不仅可以分配液体还可以抽取液体,功能多样。(3)产生的单个液滴体积更小,典型体积在0.1纳升至10纳升,单个液滴体积CV值小于3.4%,打印方向可以是任意方向,通过多次打印进行亚微升体积加样时,平均效应会进一步减小随机误差;(4)液滴打印频率高,液滴产生的频率可以达到在50Hz和500-1000Hz;微流控芯片的液体剩余体积小于1微升,浪费少;(5)采用单片机控制打印液滴数量,电动打印分液,自动化程度高;(6)微流控芯片采用高分子材料制作,成本低,装置简单、体积小、易设计为手持式或便携桌面台式仪器。附图说明图1是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的功能模块示意图。图2是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的结构示意图。图3是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的打印过程示意图。图4是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的微流控芯片结构示意图。图5是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的管道结构示意图。图6是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的控制模块示意图。图7是本公开一实施例电动微流控液滴分配器的控制模块电路原理图。图8为所打印液滴照片与液滴尺寸的分布示意图,其中,(a)为所打印液滴照片,(b)为液滴尺寸的分布示意图,(b)中横坐标是液滴体积,单位是纳升,纵坐标是液滴个数。图9是本公开另一实施例电动微流控液滴分配器的微流控芯片结构示意图。图10是本公开另一实施例电动微流控液滴分配器的液体产生示意图。图11是本公开另一实施例电动微流控液滴分配器的功能模块示意图。图12是本公开另一实施例电动微流控液滴分配器的结构示意图。图13本文档来自技高网
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电动微流控液滴分配器

【技术保护点】
一种电动微流控液滴分配器,用于连续产生微量体积液滴,定量化获得所需体积液体,包括:位移致动器,用于给微流控芯片提供位移或者力冲击,其包括一刚性延长件;微流控芯片,与所述位移致动器分离并可更换,包括一腔体和喷口,所述腔体被所述位移致动器的刚性延长件敲击,使液体以液滴方式从喷口喷出。

【技术特征摘要】
2016.09.23 CN 20161084643951.一种电动微流控液滴分配器,用于连续产生微量体积液滴,定量化获得所需体积液体,包括:位移致动器,用于给微流控芯片提供位移或者力冲击,其包括一刚性延长件;微流控芯片,与所述位移致动器分离并可更换,包括一腔体和喷口,所述腔体被所述位移致动器的刚性延长件敲击,使液体以液滴方式从喷口喷出。2.根据权利要求1所述电动微流控液滴分配器,其中:所述微流控芯片为即插即换式芯片。3.根据权利要求1或2所述电动微流控液滴分配器,所述微流控芯片包括依次层叠的支撑层、弹性层和管道层;所述腔体形成于所述管道层;所述喷口形成于所述管道层或支撑层。4.根据权利要求3所述电动微流控液滴分配器,所述微流控芯片还包括:形成于所述弹性层的注液口;以及形成于所述管道层、连通所述腔体和注液口的管道。5.根据权利要求3所述电动微流控液滴分配器,所述微流...

【专利技术属性】
技术研发人员:李保庆禇家如毛宇盺李璇
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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