一种微滴生成装置、生成方法及用途制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微滴生成装置、生成方法及用途，所述的微滴生成装置包括具有出口端的毛细管，所述毛细管内储存有液体，所述毛细管的部分管段外周紧贴有压电模块，所述压电模块外接供电装置，所述供电装置用于向压电模块提供周期性变化的输出电压，所述压电模块在输出电压的作用下发生周期性形变，使得所述毛细管的管径沿径向呈周期性的扩张和收缩，从而将所述毛细管内储存的液体由出口端喷出形成微滴。基于压电模块在不同电压驱动下发生的形变状态不同，通过调节供电装置的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制毛细管的周期性扩张和收缩，从而生成不同尺寸的均匀微滴，微滴的生成频率可控。频率可控。频率可控。

【技术实现步骤摘要】
一种微滴生成装置、生成方法及用途


[0001]本专利技术属于微滴生成
，涉及一种微滴生成装置、生成方法及用途。

技术介绍

[0002]微滴在生物、化学、材料科学、工程等领域的应用十分广泛，微滴的生成方法越来越高效可控。从传统的微滴方法，到基于微流控芯片的制备方法，再到近几年新出现的一些芯片外制备方法，微滴的制备技术在数十年间不断发展和完善。
[0003]如何将一定体积的液体均匀分解成大量体积均匀的微滴是微流控技术需要解决的关键问题之一，是诸多应用领域包括数字聚合酶链式反应(dPCR)、数字环介导等温扩增(dLAMP)、数字酶联免疫检测(dELISA)、单细胞组学等应用领域的关键环节。目前高通量生成纳升级液滴的技术手段主要包括微滴微流控技术和微孔微流控技术。利用微滴微流控技术生成液滴的代表包括Bio
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Rad以及10
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Genomics，该技术的特点是利用高精度微泵控制油相和水相溶液，利用十字形结构对样本溶液进行连续挤压从而生成大量皮升至纳升级别的、油包水小液滴。该技术依赖于高精度微泵对于压强的精确控制和基于MEMS的高精度芯片加工工艺，生成的所有微滴被统一保存在同一容器中，检测时每个液滴需逐一通过微流道进行检测，设备系统复杂，成本高昂。利用微孔微流控技术生成液滴的代表为Thermo Fisher，该技术的特点是利用机械臂将样本溶液涂布在微孔阵列上，使得样本被平均分配到每一个微孔中，形成皮升至纳升级别的小液滴。该技术通常需要借助机械力将试剂均匀的涂布至微孔阵列表面，再用惰性介质液体填充微井的上下两面，该方法的缺点是操作流程相对复杂，自动化程度低，实验通量较低，样本准备时间长。
[0004]CN109746061A公开了一种微液滴生成装置，所述微液滴生成装置包括水平方向布置的两个连续相管道和一个垂直方向布置的离散相管道，每个所述连续相管道依次包括均一连续相主管道、逐渐变窄的连续相缓冲管道和均一连续相微液滴生成管道，所述离散相管道依次包括均一离散相主管道、离散相缓冲管道和均一离散相液滴生成管道；所述连续相微液滴生成管道和所述离散相微滴生成管道形成十字交叉结构用于最终微滴的生成；所述连续相主管道宽度是连续相微滴生成管道宽度的至少1.5倍和所述离散相主管道宽度是所述离散相液滴生成管道的至少1.5倍。
[0005]CN207614860U公开了一种微液滴生成装置，所述微液滴生成装置包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；和所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集。
[0006]CN112588332A公开了一种微液滴生成系统，包括微流控芯片和电极驱动单元；微流控芯片包括顶盖和电极层，顶盖包括依次设置的上盖、导电层和第一疏水层，电极层包括依次设置的第二疏水层、介电层和电极阵列层，第一疏水层和第二疏水层相对设置，第一疏水层和第二疏水层之间形成液滴流道层。控制大液滴经过电极阵列层，通过操控电极使大液滴在其经过的路径上留下小液滴。或者对上盖进行阵列式的亲水修饰，当大液滴经过亲
水点时会因为亲水点的亲水作用，在亲水点处留下小液滴。
[0007]由于能够独立操控每一个微滴，数字微流控技术成为高通量生成微滴的另一种技术手段，但是该技术主要通过操控大液滴生成一个小液滴后再将该小液滴运送至相应位置，导致生成小液滴的速度较慢，样本准备时间较长。
[0008]CN106754341A公开了一种微滴式数字PCR生物芯片，包括由上片和下片贴合形成的芯片本体，所述芯片本体内部设有进样腔、微滴存储腔以及排油腔，芯片本体表面设有分别与进样腔和排油腔连通的进样孔和排油孔，所述进样腔和微滴存储腔之间、微滴存储腔与排油腔之间分别设有多个微滴生成孔道和排油孔道，所述微滴生成孔道和排油孔道的高度均小于微滴存储腔的高度。
[0009]对当前已知的现有技术进行综合分析发现，但无论采用何种方式，微滴生成的成本和效率，仍是制约微滴生成的关键。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种微滴生成装置、生成方法及用途，本专利技术基于压电模块在不同电压驱动下发生的形变状态不同，通过调节供电装置的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制毛细管的周期性挤压和扩张，从而形成不同尺寸的微滴，进一步地，还能控制微滴的生成频率，生成微滴的尺寸均匀可控。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供了一种微滴生成装置，所述的微滴生成装置包括具有出口端的毛细管，所述毛细管内储存有液体，所述毛细管的部分管段外周紧贴有压电模块，所述压电模块外接供电装置，所述供电装置用于向压电模块提供周期性变化的输出电压，所述压电模块在输出电压的作用下发生周期性形变，使得所述毛细管的管径沿径向呈周期性的扩张和收缩，从而将所述毛细管内储存的液体由出口端喷出形成微滴。
[0013]本专利技术基于压电模块在不同电压驱动下发生的形变状态不同，通过调节供电装置的驱动电压、驱动频率或驱动波形来控制毛细管的周期性挤压和扩张，从而形成不同尺寸的微滴，进一步地，还能控制微滴的生成频率，生成微滴的尺寸均匀可控。
[0014]需要说明的是，本专利技术采用的压电模块是指具有压电性的电介质，例如可以是压电陶瓷，本专利技术利用了压电模块具有的自发极化特性，在外电场的作用下自发极性发生转变，从而产生变形。当对压电模块加上与自发极化相同的外电场时，相当于增强了极化强度，极化强度的增大使压电模块沿极化方向伸长。相反，如果加上反向电场，则压电模块沿极化方向缩短。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述出口端的口径为30～90μm，例如可以是30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm或90μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述毛细管的材质包括玻璃、硅胶或塑料。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种微滴生成方法，采用第一方面所述的微滴生成装置生成微滴，所述的微滴生成方法包括：
[0018]供电装置向压电模块提供周期性变化的输出电压，压电模块在输出电压的作用下发生周期性的拉伸形变和压缩形变，从而带动毛细管的管径呈周期性的径向扩张和径向收
缩，在周期性的径向扩张和径向收缩过程中，毛细管内储存的液体由出口端喷出形成微滴。
[0019]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的微滴生成方法具体包括如下步骤：
[0020](Ⅰ)在初始状态下，供电装置不向压电模块提供电压，此时压电模块和毛细管均未发生形变，出口端处的液体界面与出口端平齐；
[0021](Ⅱ)供电装置向压电模块提供正电压时，压电模块由初始状态发生拉伸形变，带动压电模块对应的毛细管段的管径沿径向扩张本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微滴生成装置，其特征在于，所述的微滴生成装置包括具有出口端的毛细管，所述毛细管内储存有液体，所述毛细管的部分管段外周紧贴有压电模块，所述压电模块外接供电装置，所述供电装置用于向压电模块提供周期性变化的输出电压，所述压电模块在输出电压的作用下发生周期性形变，使得所述毛细管的管径沿径向呈周期性的扩张和收缩，从而将所述毛细管内储存的液体由出口端喷出形成微滴。2.根据权利要求1所述的微滴生成装置，其特征在于，所述出口端的口径为30～90μm。3.根据权利要求1或2所述的微滴生成装置，其特征在于，所述毛细管的材质包括玻璃、硅胶或塑料。4.一种微滴生成方法，其特征在于，采用权利要求1
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3任一项所述的微滴生成装置生成微滴，所述的微滴生成方法包括：供电装置向压电模块提供周期性变化的输出电压，压电模块在输出电压的作用下发生周期性的拉伸形变和压缩形变，从而带动毛细管的管径呈周期性的径向扩张和径向收缩，在周期性的径向扩张和径向收缩过程中，毛细管内储存的液体由出口端喷出形成微滴。5.根据权利要求1
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4任一项所述的生成方法，其特征在于，所述的微滴生成方法具体包括如下步骤：(Ⅰ)在初始状态下，供电装置不向压电模块提供电压，此时压电模块和毛细管均未发生形变，出口端处的液体界...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，缪志刚，孙海胜，巩燕，徐峰，
申请(专利权)人：苏州缔因安生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：