本发明专利技术公开了一种非接触式超声移液装置，包括超声换能单元、源载液平台和目标载液平台，超声换能单元可在超声激励系统作用下产生聚焦声场，无需使用枪头耗材即可精确、快速地将液滴从源载液平台转移至目标载液平台。本发明专利技术还公开了一种移液方法，通过控制超声换能单元与源载液平台的相对位置及超声激励系统的工作状态和参数，可将聚焦声场的作用点精确地定位到移液液面，并精确调节单次移液液滴的体积。通过使用高频率的聚焦超声换能器，可以实现皮升级移液精度，再通过采用大尺寸的聚焦超声换能器，可进一步实现移液精度从皮升级到微升级范围的任意可调；借助超声换能单元和源载液平台之间的超声耦合单元可以实现能量的最大限度传播并实现散热。
【技术实现步骤摘要】
非接触式超声移液装置及方法
本专利技术涉及合成生物实验领域，尤其涉及一种非接触式超声移液装置及方法。
技术介绍
当今世界，人们面对的疾病、环境、能源等挑战日渐严峻，合成生物学被誉为是应对挑战的世界三大颠覆性技术之一。合成生物学的研究目标是采用工程化的理念，对生物体进行设计、改造乃至重新合成，创建非自然功能人工生命体。目前在合成生物学实验过程中，会基于大量的生物实验进行生命体验证实验，因此需要大量的微量移液操作进行实验的调配和处理，移液是合成生物实验室最为普遍的操作任务之一。选择正确的移液器是精准完成实验的关键一步。目前业内最广泛的方法是采用移液枪进行操作，其是一种通用生物学和化学的实验器材，可使液面上方容器形成局部真空，并通过选择性地调节真空体积来吸取或排出液体。通过设计多种移液枪可实现不同的准确与精密度，移液枪的种类包括从简单的一片玻璃制作的吸管到复杂可调的或电控的吸管，然而其测量的准确度因种类不同而差别巨大。同时，因为移液枪为接触式移液方法，在移液过程中，样品粘连在枪头上，导致发生转移的液体量不准确，容易产生假阴性结果。另外，由于移液枪的枪头是一次性耗材，为避免交叉感染，每一次使用后都需要特殊处理或者更换，因此会需要大量的耗材来支撑实验，大规模使用时费用较为昂贵。现有基于电磁控制的非接触式移液的技术虽然可以实现移液针与目标反应孔的非接触式移液，但是移液液体仍然与移液针接触，使得移液液体种类受到限制，从而使得该技术的实际应用受到限制。因此，非接触式的微量移液技术是生物学领域内特别重要的一项关键技术。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种非接触式超声移液装置及方法，采用聚焦声场实现非接触式移液，既避免了使用枪头耗材造成的实验费用昂贵和移液不准确的问题，不需要接触移液液体还可以不限制移液液体的种类，从而扩大了移液方式的应用范围。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种非接触式超声移液装置，包括超声移液模块，所述超声移液模块包括超声换能单元、源载液平台和目标载液平台；所述超声换能单元用于朝所述源载液平台发出超声波而产生聚焦声场，并相对于所述源载液平台移动而改变与所述源载液平台液面之间的距离，并在超声回波幅度达到特定值时，将目标体积的液滴从所述源载液平台转移至所述目标载液平台。作为其中一种实施方式，所述非接触式超声移液装置还包括移动模块和控制模块，所述移动模块用于调节所述超声换能单元与所述源载液平台的相对位置；所述控制模块用于在所述超声换能单元与所述源载液平台正对时，依据超声回波信号幅度改变所述超声换能单元与所述源载液平台液面之间的距离直至超声回波幅度达到特定值，再调节所述超声换能单元发出的超声波的超声信号参数以调节单次移液液滴的体积至所述目标体积。作为其中一种实施方式，所述超声换能单元为电子相控阵聚焦换能器，所述控制模块还通过调节所述电子相控阵聚焦换能器的参数，使电子相控阵聚焦换能器合成的聚焦波束快速在所述源载液平台上移动而调节聚焦焦点在液面上的位置。作为其中一种实施方式，所述超声换能单元为大尺寸高频聚焦超声换能器，这里，“大尺寸”是指所述超声换能单元的直径大于或等于5mm，“高频”是指所述超声换能单元的频率大于1MHZ，超声移液装置的移液精度高达皮升级，并且移液精度从皮升级至微升级范围内任意可调。作为其中一种实施方式，所述超声换能单元由一个或多个超声换能器组成，和/或，所述超声换能单元的工作频率为一种或多种。作为其中一种实施方式，所述超声换能单元是单阵元换能器、线阵换能器、面阵换能器或环阵换能器；和/或，所述超声换能单元包括多个子换能器时，其中的子换能器的排列形状为多边形、圆形或椭圆形。作为其中一种实施方式，所述超声移液模块还包括用于传播超声能量的超声耦合单元，所述超声耦合单元包括外壳和声波耦合剂，所述声波耦合剂填充在所述外壳与所述超声换能单元围成的空间内，用于与所述源载液平台接触。作为其中一种实施方式，所述外壳包括内筒体和外筒体，所述内筒体、所述外筒体的顶端正对所述源载液平台，所述超声换能单元固定在所述内筒体的顶端而将所述内筒体的顶端封闭；所述内筒体设于所述外筒体内并可相对于所述外筒体的轴向移动而选择性地靠近或远离所述源载液平台，所述声波耦合剂填充在所述外筒体与所述内筒体的顶端之间。作为其中一种实施方式，所述超声耦合单元还包括蠕动泵以及与所述外筒体的顶端连通的冷却腔，所述声波耦合剂还填充在所述冷却腔内，所述蠕动泵驱动所述声波耦合剂在所述外筒体的顶端和所述冷却腔内循环流动。本专利技术的另一目的在于提供一种非接触式超声移液方法，包括：测距模式，包括：超声换能单元朝源载液平台发出超声波而产生聚焦声场；依据超声回波信号幅度改变超声换能单元与源载液平台液面之间的距离，直至超声回波幅度达到特定值；移液模式，包括：当超声回波幅度达到特定值后，调节超声激励波形的参数，以调节移液液滴的体积；增大超声换能单元的功率，将液滴从所述源载液平台转移至所述目标载液平台。本专利技术的非接触式超声移液装置通过采用超声换能单元，能够无接触地实现液体移动，超声换能单元依据超声回波信号幅度改变与源载液平台液面之间的距离，并在超声回波幅度达到特定值时产生聚焦声场，无需使用枪头耗材即可精确、快速地将液滴从源载液平台转移至目标载液平台从而产生目标体积液体，加液方式不仅直接、精确且可重复性极佳。另外，通过控制超声换能单元与源载液平台的相对位置及超声激励系统的工作状态和参数，可将聚焦声场的作用点精确地定位到移液液面，并精确调节单次移液液滴的体积至目标体积。通过使用高频率的聚焦超声换能器，可以实现皮升级移液精度，在此基础上，通过采用大尺寸的聚焦超声换能器，可以进一步实现移液精度从皮升级到微升级范围的任意可调；借助超声换能单元和源载液平台之间的超声耦合单元可以实现能量的最大限度传播并实现散热。附图说明图1为本专利技术实施例的非接触式超声移液装置的结构框图；图2为本专利技术实施例的非接触式超声移液方法的框图；图3为本专利技术实施例的非接触式超声移液装置的工作流程示意图；图4为本专利技术实施例的超声换能单元的移液原理示意图；图5为本专利技术实施例的一种超声换能单元的层叠结构示意图；图6为本专利技术实施例的非接触式超声移液装置的部分结构示意图；图中标号说明如下：1-超声激励系统；100-超声移液模块；2-超声换能单元；21-背衬；22-压电层；23-匹配层；3-超声耦合单元；31-空间；32-冷却腔；4-源载液平台；5-目标载液平台；6-移动模块；61-装载液移动模块；62-换能器移动模块；7-控制模块；9-内筒体；10-外筒体；11-密封圈。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非接触式超声移液装置，其特征在于，包括超声移液模块(100)，所述超声移液模块(100)包括超声换能单元(2)、源载液平台(4)和目标载液平台(5)；所述超声换能单元(2)用于朝所述源载液平台(4)发出超声波而产生聚焦声场，并相对于所述源载液平台(4)移动而改变与所述源载液平台(4)液面之间的距离，并在超声回波幅度达到特定值时，将目标体积的液滴从所述源载液平台(4)转移至所述目标载液平台(5)。/n
【技术特征摘要】
1.一种非接触式超声移液装置，其特征在于，包括超声移液模块(100)，所述超声移液模块(100)包括超声换能单元(2)、源载液平台(4)和目标载液平台(5)；所述超声换能单元(2)用于朝所述源载液平台(4)发出超声波而产生聚焦声场，并相对于所述源载液平台(4)移动而改变与所述源载液平台(4)液面之间的距离，并在超声回波幅度达到特定值时，将目标体积的液滴从所述源载液平台(4)转移至所述目标载液平台(5)。
2.根据权利要求1所述的非接触式超声移液装置，其特征在于，还包括移动模块(6)和控制模块(7)，所述移动模块(6)用于调节所述超声换能单元(2)与所述源载液平台(4)的相对位置，所述控制模块(7)用于在所述超声换能单元(2)与所述源载液平台(4)正对时，依据超声回波信号幅度改变所述超声换能单元(2)与所述源载液平台(4)液面之间的距离直至超声回波幅度达到特定值，再调节所述超声换能单元(2)发出的超声波的超声信号参数以调节单次移液液滴的体积至所述目标体积。
3.根据权利要求2所述的非接触式超声移液装置，其特征在于，所述超声换能单元(2)为电子相控阵聚焦换能器，所述控制模块(7)还通过调节所述电子相控阵聚焦换能器的参数，使电子相控阵聚焦换能器合成的聚焦波束快速在所述源载液平台(4)上移动而调节聚焦焦点在液面上的位置。
4.根据权利要求2所述的非接触式超声移液装置，其特征在于，所述超声换能单元(2)为大尺寸高频聚焦超声换能器，所述超声换能单元(2)的直径大于或等于5mm，所述超声换能单元(2)的频率大于1MHZ；超声移液装置的移液精度高达皮升级，并且移液精度从皮升级至微升级范围内任意可调。
5.根据权利要求2所述的非接触式超声移液装置，其特征在于，所述超声换能单元(2)由一个或多个超声换能器组成，和/或，所述超声换能单元(2)的工作频率为一种或多种。
6.根据权利要求2所述的非接触式超声移液装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁素姿，张志强，苏敏，邱维宝，郑海荣，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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