一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，主要有两部分，首先是水相液滴生成，然后是在固定位置形成油包水液滴。其中的水相液滴生成部分包括锥形喷嘴的针管，与针管连接的注射器，以及施加在针管上的高压脉冲。所述的在固定位置形成油包水液滴部分包括盛放油相液滴的微孔板，微孔板上方的电极板。通过控制高频高压脉冲信号和电极板之间的电压，可以在微孔板上有序产生油包水液滴。最后对铺满油包水液滴的微孔板进行PCR扩增和检测，实现书数字微液滴PCR。本发明专利技术结构简单，耗材成本低，微液滴生成及控制条件简便，可大大降低数字PCR的实验复杂度和成本。

A digital microdrop PCR device based on high voltage electrostatic technology

The invention relates to a digital micro droplet PCR device based on high voltage electrostatic technology. There are mainly two parts. First, the droplet generation in aqueous phase, and then the formation of oil in water droplets at fixed positions. The water droplet generation part includes a needle tube with a cone nozzle, a syringe connected with a needle tube, and a high pressure pulse applied to the needle tube. The oil water droplets are formed in the fixed position, including the microporous plate which is filled with the oil phase droplet and the electrode plate above the microplate. By controlling the voltage between the high frequency and high voltage pulse signal and the electrode plate, the oil water droplets can be produced in an orderly way on the microplate. Finally, the PCR amplification and detection of the microporous plates filled with oil droplets were carried out to achieve the digital microdrop PCR. The invention has the advantages of simple structure, low cost of consumables, micro droplet generation and simple control conditions, which can greatly reduce the experimental complexity and cost of digital PCR.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置
本专利技术涉及一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，适用于低丰度核酸检测，可应用于自动化生物学、医学检测，分子诊断等领域。
技术介绍
微滴式数字PCR(DropletDigitalPCR)与实时荧光PCR的原理区别在于，前者在扩增前首先对样品进行微滴化处理，经PCR扩增后，对每个微液滴的荧光信号进行逐一检测分析，最后根据泊松分布原理及阳性微液滴的个数和比例，得出靶分子的起始拷贝数或浓度。微液滴因其形态稳定、便于操控以及不易污染等特点,使它成为微反应器的理想选择。因此，稳定快速地生成大量微液滴是数字PCR的前提，需要产生的微液滴的体积均一，保证结果重复性好，方差小。液体在静电力作用下会射流破碎成带电小液滴，荷电液滴在静电场作用下表面吸附能力和活度增加，致使表面张力下降，从而减小雾化阻力，改变了液滴的动能，也即改变了液滴的表面压力差。又因为带电液滴的运动轨迹理论上是由电场强度决定的，所以可以施加不同电压的静电场来控制液滴的运动轨迹，产生各种不同尺度的分散液滴。传统的数字PCR技术通常采用手工逐级稀释并分配样品至微孔板中，在进行后续的扩增和检测。这种方式操作繁琐，通量小，效率低，而且较少的微液滴分解数目也限制了其精度和可测的动态范围。本专利技术所涉及的一种微液滴打印装置，利用电场作用形成油包水的微液滴，可以对单个液滴进行操纵，结构简单，成本低价，易于操作推广。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，该装置主要通过高压静电场产生高速带电液滴，液滴进入油相池中形成油包水的液滴，主要应用于数字微滴PCR实验中。本专利技术的技术方案是：一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，主要包括绝缘固定底板，水相液滴生成组件，油包水液滴固定位置形成组件。所述的水相液滴生成组件包括针管，与针管连接导电管，与导电管连接的导流管，与导流管连接的注射器，以及可与针管和导电管形成电场的金属底板。所述的油包水液滴固定位置形成组件包括盛放油相液体的微孔板，微孔板上方的电极板。所述的针管和导电管均为金属，其中导电管上有引出的导线接通高压脉冲信号，针管和导电管固定在一十字型固定架中心；所述金属底板接信号的地端。所述的在固定位置形成油包水液滴组件的微孔板中盛放有具有表面活性的油相液体；所述的电极板分两对，形成方形分布在微孔板上方，其中各自相对的电极板形成一对。每对电极板上均有接入电压的导线，两对电极板分别通过导线接入不同的电压，每对电极板之间形成电场，两对电极板通电后在微孔板上方形成复加的平面电场，从所述针管中喷射出来的带电液滴滴落过程经过平面电场，受电场力作用路径改变，最终滴落在微孔板中的位置改变。水相液滴由于喷射速度较快，落在微孔板上快速射入油相液滴，形成油包水液滴。油相液滴的表面活性剂使得形成的液滴之间不会发生融合。所述水相液滴生成组件和油包水液滴固定位置形成组件在绝缘固定底板上固定。所述的注射器中预装有PCR的水相试剂，并固定在注射器固定块内。所述导流管可以是特氟龙软管。将所述注射器中预装的PCR的水相试剂以合适的速度注入所述针管中，在针管上施加的高压脉冲，与金属底板之间形成间断性高压静电场，使得针管口处的带电试剂受到电场力的牵引作用而喷射出、断裂产生微液滴。通过改变脉冲电压的大小和频率可控制产生液滴的粒径大小。水相液滴喷射出来后，又受微孔板上方的电极板产生的可变电场影响，通过两对电极板电场强度叠加作用控制水相液滴滴落在微孔板不同位置，并与微孔板油相液滴融合形成油包水微液滴。所述微孔板中油包水液滴铺满后，对其进行热循环操作，则在每个液滴中独立进行PCR扩增。本专利技术的有益效果：本专利技术可实现产生单个的微液滴，并可对微液滴的大小、滴落位置进行精确控制，与常规数字PCR方法相比，本专利技术的结构简单，耗材成本低，微液滴生成及控制条件简便，可大大降低数字PCR的实验复杂度和成本。附图说明图1本专利技术结构示意图。图2本专利技术结构俯视图。其中：1-针管，2-导电管，3-导流管，4-导电管导线，5-注射器，6-金属底板，7-电极板导线，8-微孔板，9-电极板一，10-电极板二，11-十字固定架，12-水相微液滴，13-绝缘固定底板，14-注射器固定块。具体实施方式下面结合实施例和附图1和2对本专利技术做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本专利技术，但并不用来限定本专利技术的实施范围。一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，如图1和2所示，包括绝缘固定底板13，水相液滴生成组件，油包水液滴固定位置形成组件。所述的水相液滴生成组件主要含有针管1，导电管2，导流管3，导电管导线4，注射器5，金属底板6；所述油包水液滴固定位置形成组件包括微孔板8，两队电极板一9和电极板二10，电极板导线7。水相微液滴12产生前，注射器5中预装有PCR的水相试剂，微孔板8中盛有油相液体，油相液体经过表面活性修饰，使得形成的油包水液滴之间不发生融合。所述针管1，导电管2，导流管3和注射器5依序连接，使得注射器5中的水相试剂可以通过管道流入针管1中。针管1被固定在十字固定架11的中心，注射器5固定在注射器固定块14内。金属底板6固定在绝缘固定底板上13上，微孔板8放置在金属底板6上，两对电极板围城方形放置在微孔板8上方。将注射器5中的PCR的试剂以合适的速度注入针管1中，导电管导线4接通高压脉冲，金属底板6的导线接地，如此针管1与金属底板6之间形成间断性高压静电场，使得针管1内处的带电试剂受到电场力的牵引作用而喷射出、断裂产生水相微液滴12。通过改变脉冲电压的大小和频率以及定制的针管1口径大小可控制产生液滴的粒径大小。电极板一9和电极板二10上的电极板导线7通电后，在每对电极板中产生电场。因此水相液滴12从针管1口喷射出来后，又受微孔板8上方的两对电极板产生的电场影响，改变下落的路径。通过控制每对电极板导线7上的通电电压，改变电极板中的电场强度。两对电极板电场强度叠加作用使得水相微液滴12可滴落在微孔板不同位置，并由于下落的速度非常快，冲击力较大，与微孔板8中的油相液体快速融合，形成油包水微液滴。当微孔板8中油包水液滴铺满后，对其进行热循环操作，则在每个液滴中独立进行PCR扩增。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，其特征在于：主要包括绝缘固定底板，水相液滴生成组件，油包水液滴固定位置形成组件；所述水相液滴生成组件包括针管，与针管连接导电管，与导电管连接的导流管，与导流管连接的注射器，以及可与针管和导电管形成电场的金属底板；所述油包水液滴固定位置形成组件包括微孔板，两对电极板。

【技术特征摘要】
1.一种基于高压静电技术的数字微液滴PCR装置，其特征在于：主要包括绝缘固定底板，水相液滴生成组件，油包水液滴固定位置形成组件；所述水相液滴生成组件包括针管，与针管连接导电管，与导电管连接的导流管，与导流管连接的注射器，以及可与针管和导电管形成电场的金属底板；所述油包水液滴固定位置形成组件包括微孔板，两对电极板。2.根据权利要求1所述的一种基于高压静电技术的数字微液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，邬燕琪，陈柱，何农跃，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43