一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法，包括叉指换能器，叉指换能器上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统，聚焦式弧形电极与微流道系统配合，微流道系统装有第一注射试剂入口接头、第二注射试剂入口接头、连续相入口接头、分散相入口接头、收集出口接头。在本发明专利技术的基础上可以继续增加多种试剂的注射结构；采用声表面波进行微液滴试剂注射，可以在较小的电压输入参数下实现试剂注射，且声表面波具有非接触特点，对生物样本实验具有良好的生物兼容性。容性。容性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法


[0001]本专利技术属于微流控
，特别涉及一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法。

技术介绍

[0002]生化实验往往需要协同完成一系列复杂的生物分析过程，涉及从样品处理、生化反应到结果检测的多种复杂操作，特别是需要精确的多次添加试剂，依靠人工操作，费时费力，因此发展精准的试剂添加技术具有重要意义。由于自身相互独立、互不相容离散的性质，成千上万的微液滴在各自独立的微环境之中可以同时完成实验室试管中的复杂生化实验，液滴微流控技术为完成工序复杂的生化实验提供了简单有效的途径。
[0003]目前，关于微液滴试剂注射的研究主要有以下几类：1）依靠液滴融合进行试剂添加，首先微流控芯片中复杂流道结构，生成两种不同的微液滴，然后通过改变相邻液滴的运动速度，进行相邻液滴的融合，从而实现对目标液滴试剂的添加（详见Xize Niu, Shelly Gulati, Joshua B. Edel, et al. Pillar
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induced droplet merging in microfluidic circuits[J]. Lab Chip, 2008, 8, 1837
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1841. Sanghyun Lee, Hojin Kim, Dong
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Joon Won, et al. Pillar
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induced droplet merging in microfluidic circuits[J].Microfluid Nanofluid, 2016, 20:1.）。2）仅仅依靠微流道的自身结构直接进行试剂的注射添加，将高浓度聚合物溶液或胶凝剂直接添加到微液滴中（Yihe Wang, Ethan Tumarkin, Diego Velasco, et al. Exploring a direct injection method for microfluidic generation of polymer microgels[J]. Lab Chip, 2013, 13, 2547）。3）依靠外加电场打开微液滴的界面，将微流道结构中的流体驱动注射到微液滴内部（Adam R. Abate, Tony Hung, Pascaline Mary, et al. High
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throughput injection with microfluidics using picoinjectors[J]. PNAS, 2010, 45, 19163
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19166）。
[0004]但在以上微液滴的试剂注射添加方法中，依靠液滴融合的方式需要增加复杂的流道结构设计才能实现，而且对液滴控制精度要求较高；依靠流道结构直接进行试剂注射的方法，由于不同试剂间表面张力的差异性，仅适用于小范围的试剂体系，广泛适用性较差；依靠电场控制的方式具有广泛的适用性，且可以进行有效的参数控制，但是需要较高的电压，会对生物样本产生不可避免损伤，甚至使样本失活，不能广泛用于生物医学研究的需要。

技术实现思路

[0005]为了克服上述技术方法的不足，促进液滴微流控技术的发展，本专利技术的目的在于提供一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法，通过聚焦叉指换能器产生的聚焦声表面波对微通道中的微液滴进行试剂注射添加，可以柔性的控制试剂注射的体积；每个聚焦叉指换能器控制一种试剂的注射，在本专利技术的基础上可以继续增加多种试剂的注射结构；采用声表面波进行微液滴试剂注射，可以在较小的电压输入参数下实现试剂注射，且
声表面波具有非接触特点，对生物样本实验具有良好的生物兼容性。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，包括叉指换能器，叉指换能器上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统，聚焦式弧形电极与微流道系统配合，微流道系统装有第一注射试剂入口接头、第二注射试剂入口接头、连续相入口接头、分散相入口接头、收集出口接头。
[0007]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的微通道系统包括连续相通道、分散相通道、第一注射试剂通道、第二注射试剂通道，连续相通道的入口端为连续相入口，连续相通道依次与分散相通道、第一注射试剂通道、第二注射试剂通道连接贯通，连续相通道的出口端为蛇形通道的入口端；分散相通道的入口端为分散相入口，分散相通道的出口端与连续相通道连接贯通；第一注射试剂通道的入口端为第一注射试剂入口，第一注射试剂通道的出口端与连续相通道连接贯通；第二注射试剂通道的入口端为第二注射试剂入口，第二注射试剂通道的出口端与连续相通道连接贯通；蛇形通道的入口端为连续相通道的出口端，蛇形通道的出口端为收集出口；微通道系统有流道的下表面键合在聚焦式叉指换能器有叉指电极的上表面；第二注射试剂入口接头与第二注射试剂入口同轴配合并连接贯通；第一注射试剂入口接头与第一注射试剂入口同轴配合并连接贯通；连续相入口接头与连续相入口；分散相入口接头与分散相入口同轴配合并连接贯通；收集出口接头与收集出口同轴配合并连接贯通；在水平方向上，第一聚焦弧形叉指电极的聚焦中心位于连续相通道与第一注射试剂通道的贯通口的中点重合，第二聚焦弧形叉指电极的聚焦中心位于连续相通道与第二注射试剂通道的贯通口的中点重合。
[0008]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述叉指换能器为聚焦式叉指换能器。
[0009]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的聚焦式叉指换能器，包括压电基底，压电基底上制作有第一聚焦弧形叉指电极，第二聚焦弧形叉指电极，均包括若干对扇形叉指，且扇形叉指交错排列，具有相同的聚焦中心，扇形叉指的圆心角为30
°
；所述的第一聚焦弧形叉指电极、第二聚焦弧形叉指电极分别有两个信号输入端；所述第一聚焦弧形叉指电极的对称中心线和连续相通道与第一注射试剂通道的贯通口的对称中心线重合，第二聚焦弧形叉指电极的对称中心线和连续相通道与第二注射试剂通道贯通口的对称中心线重合。
[0010]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的压电基底的材质为双面抛光128
°
Y铌酸锂或石英单晶。
[0011]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的第一聚焦弧形叉指电极、第二聚焦弧形叉指电极采用40纳米底层的铬、纳米中间层的金、30纳米上层的二氧化硅的三层结构。
[0012]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的微通道系统的流道高度均为80微米，连续相入口、分散相入口、第一注射试剂入口、第二注射试剂入口、收集出口均为通孔。
[0013]上述基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，所述的微通道系统的材质为聚二甲基硅氧烷。
[0014]一种基于聚焦声表面调控的微液滴试剂注射方法，包括以下步骤：1）首先将聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置固定在安装有高速相机的显微镜载物台上，通过物镜观察确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，包括叉指换能器（300），其特征在于，叉指换能器（300）上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统（100），聚焦式弧形电极与微流道系统（100）配合，微流道系统（100）装有第一注射试剂入口接头（500）、第二注射试剂入口接头（400）、连续相入口接头（600）、分散相入口接头（700）、收集出口接头（200）。2.根据权利要求1所述的基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，其特征在于，所述的微通道系统（100）包括连续相通道（106）、分散相通道（108）、第一注射试剂通道（104）、第二注射试剂通道（102），连续相通道（106）的入口端为连续相入口（105），连续相通道（106）依次与分散相通道（108）、第一注射试剂通道（104）、第二注射试剂通道（102）连接贯通，连续相通道（106）的出口端为蛇形通道（109）的入口端；分散相通道（108）的入口端为分散相入口（107），分散相通道（108）的出口端与连续相通道（106）连接贯通；第一注射试剂通道（104）的入口端为第一注射试剂入口（103），第一注射试剂通道（104）的出口端与连续相通道（106）连接贯通；第二注射试剂通道（102）的入口端为第二注射试剂入口（101），第二注射试剂通道（102）的出口端与连续相通道（106）连接贯通；蛇形通道（109）的入口端为连续相通道（106）的出口端，蛇形通道（109）的出口端为收集出口（110）；微通道系统（100）有流道的下表面键合在聚焦式叉指换能器（300）有叉指电极的上表面；第二注射试剂入口接头（400）与第二注射试剂入口（101）同轴配合并连接贯通；第一注射试剂入口接头（500）与第一注射试剂入口（103）同轴配合并连接贯通；连续相入口接头（600）与连续相入口（105）；分散相入口接头（700）与分散相入口（107）同轴配合并连接贯通；收集出口接头（200）与收集出口（110）同轴配合并连接贯通；在水平方向上，第一聚焦弧形叉指电极（302）的聚焦中心位于连续相通道（106）与第一注射试剂通道（104）的贯通口的中点重合，第二聚焦弧形叉指电极（303）的聚焦中心位于连续相通道（106）与第二注射试剂通道（102）的贯通口的中点重合。3.根据权利要求1所述的基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，其特征在于，所述叉指换能器为聚焦式叉指换能器。4.根据权利要求3所述的基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，其特征在于，所述的聚焦式叉指换能器（300），包括压电基底（301），压电基底（301）上制作有第一聚焦弧形叉指电极（302），第二聚焦弧形叉指电极（303），均包括若干对扇形叉指，且扇形叉指交错排列，具有相同的聚焦中心，扇形叉指的圆心角为30
°
；所述的第一聚焦弧形叉指电极（302）、第二聚焦弧形叉指电极（303）分别有两个信号输入端；所述第一聚焦弧形叉指电极（302）的对称中心线和连续相通道（106）与第一注射试剂通道（104）的贯通口的对称中心线重合，第二聚焦弧形叉指电极（303）的对称中心线和连续相通道（106）与第二注射试剂通道（102）贯通口的对称中心线重合。5.根据权利要求4所述的基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置，其特征在于，所述的压电基底（301）的材质为双面抛光128
°
Y铌酸锂或石英单晶。6.根据权利要求4所述的基于聚焦声表面波的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金少搏，叶国永，曹娜，赵凤霞，刘旭玲，王通，代利国，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：