本实用新型属于微流控液滴数字聚合酶链式反应(PCR)技术领域，尤其涉及一种数字PCR微滴生成装置。
背景技术：
数字PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶链式反应)是一种核酸分子绝对定量技术，数字PCR系统为采用数字PCR技术检测的系统，进行液滴检测时，通过动力源将样品和稀释液通过管路输送至数字PCR检测芯片进行混合。
目前，数字PCR根据微滴的生成方式可分为两种，微孔板芯片数字PCR和液滴数字PCR。微孔板芯片数字PCR采用高密度微孔阵列芯片，将PCR反应体系分配至微孔中，扩增完成后，逐个成像检测各反应孔的荧光信号；液滴数字PCR采用基于微流控芯片的油包水液滴技术，将每份PCR反应体系分割成数万至数百万、大小均匀的皮升至纳升级微滴，每个微滴都作为一个独立的PCR反应单元，扩增完成后，逐个检测每个微滴的荧光信号。在临床实际使用过程中，我们发现目前的微孔板芯片数字PCR产品存在以下问题中的一条或多条：首先是分析样品的通量较低，不适用于临床高通量分析的要求；其次，微孔板芯片数字PCR系统价格昂贵，相关芯片比较复杂，芯片造价较高，使用成本较高，不利于其普及推广；第三，操作流程未能做到全封闭，不符合临床诊断分析的要求。
理论上数字PCR微流控芯片提供的微滴相对微孔板芯片提供的微滴数量更多，通量更高，成本更低，灵敏度和所得结果更准确，但目前的微滴生成装置所生成的微滴的体积均匀一致性还有待改善。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种数字PCR微滴生成装置，实现微滴生成，并且生成的微滴体积均匀一致。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了如下的技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种数字PCR微滴生成装置，包括气体加压组件，一端连接所述气体加压组件的管道，设置在所述管道上的阀门，与所述管道另一端连接的汇流板和与所述汇流板连接的芯片，所述芯片上设有油相池、水相池和微滴收集池，所述汇流板设有出口分别对应至所述油相池和所述水相池，所述油相池引出第一微通道，所述水相池引出第二微通道，所述第一微通道和所述第二微通道汇合形成第三微通道联通至所述微滴收集池。
其中，所述管道包括第一管道，所述阀门包括减压阀、第一比例阀、第二比例阀、第一电磁阀和第二电磁阀，所述汇流板包括第一入口和第二入口，所述减压阀设置于所述第一管道上，所述第一管道在所述减压阀后分为第二管道和第三管道，所述第二管道上依次设有所述第一比例阀和所述第一电磁阀，所述第三管道上依次设有所述第二比例阀和所述第二电磁阀，所述第二管道连接至所述第一入口，所述第三管道连接至第二入口。
其中，所述汇流板出口包括第一出口和第二出口，所述第一出口与所述油相池对应，所述第二出口与所述水相池对应，所述第一入口通过所述汇流板内的第一通道联通至所述第一出口，所述第二入口通过所述汇流板内的第二通道联通至所述第二出口。
其中，所述第一通道设有第一压力传感器，所述第二通道设有第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测和反馈施加给所述油相池的气压的大小，所述第二压力传感器用于检测和反馈施加给所述水相池的气压的大小。
其中，所述第一出口和所述第二出口设有密封圈，所述汇流板和所述芯片之间设有密封胶垫，所述密封圈与所述密封胶垫共同对所述汇流板和所述芯片连接位置进行密封。
其中，所述汇流板设有8组所述出口，所述芯片上设有8组所述油相池和所述水相池。
其中，还包括壳体，所述壳体上设有开口，所述壳体内设有可移动的基台，所述芯片设置于所述基台上，所述基台与第一运动模块连接，所述第一运动模块驱动所述基台伸出所述开口并缩回所述壳体内，所述汇流板与第二运动模块连接，所述第二运动模块驱动所述汇流板相对所述芯片上下运动。
其中，所述第一运动模块包括第一电机，与所述第一电机相连的第一执行机构；所述第二运动模块包括第二电机，与所述第二电机相连的第二执行机构，所述壳体内还设有机架，所述机架固定于壳体上，所述机架上还设置有滑轨，所述基台设置于所述滑轨上，所述第一电机安装于所述机架上，所述第一执行机构固定于所述滑轨上，所述第二电机安装于所述机架上，所述第二执行机构连接在所述第二电机输出轴上并连接至所述汇流板。
其中，所述第二电机为直线步进电机，所述第二执行机构包括与所述第二电机的输出轴连接的杆件，所述第二电机的输出轴可伸出并驱动所述杆件压紧所述汇流板。
其中，所述杆件与所述汇流板压紧一端还连接有一S型拉压力传感器，所述S型拉压力传感器用于检测所述杆件对所述汇流板施加的压力数值大小。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的数字PCR微滴生成装置通过设置气体加压组件以及连接的管道及阀门，将气压传输至汇流板，汇流板出口分别对应油相池和水相池，使气体压力作用于芯片，驱使油相池中的油液沿第一微通道流动，水相池中的样本液沿第二微通道流动，两种液体交汇生成油液包裹样本微滴并沿第三微通道流至微滴收集池，实现了微滴生成，并且生成的微滴体积均匀一致。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的数字PCR微滴生成装置的原理示意图。
图2是图1中的芯片的结构示意图。
图3a是图1中的汇流板的立体结构示意图。
图3b是图1中的汇流板的另一视角立体结构示意图。
图3c是图1中的汇流板的另一视角立体结构示意图。
图4a是本实用新型实施例提供的数字PCR微滴生成装置的结构示意图，其中省略了一侧的壳体侧板和壳体内的管道和电连接线。
图4b是图4a中的数字PCR微滴生成装置的外观结构示意图。
图5a是图4a中的数字PCR微滴生成装置的局部结构示意图。
图5b是图4a中的数字PCR微滴生成装置的局部结构爆炸示意图。
图5c是图5a中的数字PCR微滴生成装置的局部结构另一视角爆炸示意图。
图6a是图4a中的数字PCR微滴生成装置的另一局部结构示意图，图中省略了壳体以及管道、阀门等结构。
图6b是图6a中的数字PCR微滴生成装置的另一局部结构的另一视角示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图2，本实用新型一种较佳实施方式提供了一种数字PCR微滴生成装置，包括气体加压组件1，一端连接所述气体加压组件1的管道，设置在所述管道上的阀门，与所述管道另一端连接的汇流板200和与所述汇流板200连接的芯片100，所述芯片100上设有油相池110、水相池120和微滴收集池130，所述汇流板200设有出口分别对应至所述油相池110和所述水相池120，所述油相池110引出第一微通道111，所述水相池120引出第二微通道121，所述第一微通道111和所述第二微通道121汇合形成第三微通道141联通至所述微滴收集池130。
本实施方式中，通过设置气体加压组件1以及连接的管道及阀门，将气压传输至汇流板200，汇流板200出口分别对应油相池110和水相池120，使气体压力作用于芯片100，驱使油相池110中的油液沿第一微通道111流动，水相池120中的样本液沿第二微通道121流动，两种液体交汇生成油液包裹样本微滴并沿第三微通道141流至微滴收集池130，实现了微滴生成，并且生成的微滴体积均匀一致。
其中，气体加压组件1用于产生干净和干燥的压缩气体，例如氮气或空气等性质稳定的气体。
管道用于输送气体加压组件1产生的压缩气体至汇流板200，阀门用于调节或开闭压缩气体，使得进入汇流板200的压缩气体气压改变。
芯片100可采用注塑成型硬塑料制成，芯片100整体硬度值保持一致，以使芯片受压时各微通道不变形。芯片100的具体形状和结构不限于上下两层或上中下三层结构。
油相池110用于储存油液，水相池120用于储存样本液，芯片100在进入本实施方式的微滴生成装置前已在油相池110和水相池120中装入了油液和样本液，其操作过程可以为：将芯片100放置在平面上，使用移液器取样分别加油液到油相池110，加样本液到水相池120，移液器可以为试管结构。油相池110和水相池120可以突出于芯片100表面设置，也可以为在芯片100上开设凹槽的形式。油相池110的体积不小于水相池120的体积，由于油液包裹样板微滴，油液的需求量相比样本液的需求量应更大，因此，油相池110的体积可略大于水相池120的体积，以使油相池110中储存的油液相比水相池120中储存的样板液的量更多。
油液可使用氟化液，例如3M公司提供的HFE7500，油液的作用为分割样本液为样本微滴，使各个样本微滴隔离，以便于后续的样本检测。
第一微通道111可以包括2条，自油相池110引出后沿2条平行的通道延伸，延伸的方向可以为朝向水相池120的方向，2条平行的通道延伸一段距离后开始靠近并汇合至微滴生成区域140，2条平行的通道开始靠近的位置可以为接近水相池120的位置。
第二微通道121为1条，自水相池120引出后沿直线延伸至第一微通道111的2条通道汇合区域，即微滴生成区域140，油液和样本液在微滴生成区域进行汇合后形成油液包裹样本微滴的微滴结构。
第三微通道141为1条，自微滴生成区域140引出后沿直线延伸至微滴收集池130，油液包裹样本微滴的液体在微滴收集池130储存。
其中，油相池110、水相池120和微滴收集池130沿一条直线布置，使得第一微通道111、第二微通道121和第三微通道141的路径基本沿直线延伸，可以减小流动阻力，使作用于油相池110和水相池120的气体压力可降低，减小了能耗。第一微通道111、第二微通道121和第三微通道141的具体尺寸在此不限制，只需使得油液和样本液能形成微滴结构并顺利通过即可，一般而言，各个微通道从宏观上看应形成类似毛细管的结构。
进一步的，所述汇流板200设有8组所述出口，所述芯片上设有8组所述油相池110和所述水相池120。通过如此设置，可一次形成8个微滴结构，另外，在8组油相池110和水相池120中储存的油液和样本液可以不同，以得到不同的微滴结构。
一种实施方式中，请参考图1、图3a、图3b和图3c，所述管道包括第一管道11，所述阀门包括减压阀2、第一比例阀4、第二比例阀5、第一电磁阀6和第二电磁阀7，所述汇流板200包括第一入口201和第二入口203，所述减压阀2设置于所述第一管道11上，所述第一管道11在所述减压阀2后分为第二管道12和第三管道13，所述第二管道12上依次设有所述第一比例阀4和所述第一电磁阀6，所述第三管道13上依次设有所述第二比例阀5和所述第二电磁阀7，所述第二管道12连接至所述第一入口201，所述第三管道13连接至第二入口203。
其中，减压阀2用于调控第一管道11压力的大小，第一比例阀4用于调控第二管道12压力的大小，第二比例阀5用于调控第三管道13压力的大小，第一电磁阀6用于控制第二管道12的通断，第二电磁阀7用于控制第三管道13的通断。
通过上述设置，气体加压组件1输出的高压气体在经第一管道11时，由于减压阀2的作用，气体压力减小，减压阀2对压缩气体减压到气体压力稍大于油相池110和水相池120所需压强；再通过第一比例阀4对第二管道12调控压力值的大小，及第二比例阀5对第三管道13调控压力值的大小，使得第二管道12和第三管道13中的压力值可以不同，以使气体作用于油相池110和水相池120的压力值在各自的设定范围内，保证第一管道12和第二管道13的气体压力驱动油液和样本液保持相对均衡的流速，使生成的微滴均匀一致。
其中，第一电磁阀6和第二电磁阀7可开启或关闭第二管道12和第三管道13，以便于更换芯片100而进行新的微滴生成。
其中，第一管道11上在减压阀2后可设置压力表3，以用于检测减压阀2减压后的第一管道11中的气压大小；第二管道12上在第一比例阀4后及第三管道13上在第二比例阀5后也可设置压力表(图中未示出)，以分别检测第二管道12和第三管道13中的气压大小。
进一步的，请参考图3和图4，所述汇流板200出口包括第一出口230和第二出口240，所述第一出口230与所述油相池110对应，所述第二出口240与所述水相池120对应，所述第一入口201通过所述汇流板200内的第一通道(图中未示出)联通至所述第一出口230，所述第二入口203通过所述汇流板200内的第二通道(图中未示出)联通至所述第二出口240。
其中，汇流板200为整体成型的板状结构，汇流板200可以呈立方体的形状，其包括相对设置的上表面和下表面，以及相对设置的前侧面和后侧面、以及相对设置的左侧面和右侧面，其中第一入口201和第二入口203分别设于前侧面和后侧面，第一出口230和第二出口240设于下表面，第一通道和第二通道设于汇流板200内部，且第一通道和第二通道为独立的通道，彼此不连通和交叉；第一通道和第二通道的结构可以为在汇流板内挖出的管道，也可以为将管道埋设于汇流板内的形式。汇流板200上表面还设有第一安装孔210和第二安装孔220，第一安装孔210和第二安装孔220可以为螺孔结构，并且不连通至第一通道和第二通道，用以安装汇流板200。
进一步的，请参考图3a至图3c、图4a，图5a至图5c，所述第一通道设有第一压力传感器91，所述第二通道设有第二压力传感器92，所述第一压力传感器91用于检测和反馈施加给所述油相池110的气压的大小，所述第二压力传感器92用于检测和反馈施加给所述水相池120的气压的大小。
其中，汇流板200的第一入口201贯穿前后侧面并通过第一板孔204与外界联通而形成第一通道，即第一通道为第一入口201贯通至第一板孔204的通道，第二入口203贯穿前后侧面并从相对的前侧面第二板孔202与外界联通而形成第二通道，即第二通道为第二入口203贯通至第二板孔202的通道，第一压力传感器91从第一板孔204伸入第一通道，第二压力传感器92通过第二板孔202伸入第二通道。第一板孔204和第二板孔202可以为螺孔，第一压力传感器91和第二压力传感器92可以具有螺纹结构，第一压力传感器91与第一板孔204螺纹连接并封闭第一通道，第二压力传感器92与第二板孔202螺纹连接并封闭第二通道。
其中，第一入口201与第一管接头81连接，第二入口203与第二管接头82连接，第一管接头81和第二管接头82分别与第二管道12和第三管道13连接。
进一步的，请参考图3a至图3c，图5a至图5c，所述第一出口230和所述第二出口240设有密封圈300，所述汇流板200和所述芯片100之间设有密封胶垫400，所述密封圈300与所述密封胶垫400共同对所述汇流板200和所述芯片100连接位置进行密封。
其中，第一出口230可以设置凸出于汇流板200表面的第一凸台231，第一凸台231环绕第一出口230设置，密封圈300可以容置于第一凸台231内，第二出口240与第一出口230类似，也可以设置第二凸台241并将密封圈300套设于第二凸台241内。芯片100上的油相池110和水相池120对应设置有环绕油相池110和水相池120一圈的密封胶垫400，汇流板200压住芯片100时，密封圈300与密封胶垫400紧密贴合，使得汇流板200的第一出口230和第二出口240中通入的压缩气体不会泄露，而对油相池110和水相池120加压。在其他实施方式中，在第一出口110和第二出口120也可以为在汇流板200表面挖设凹槽(图未示)的形式以用于容置密封圈300。
进一步的，密封圈300可以包括2个且分别对应第一凸台231和第二凸台241，2个密封圈300可以具有不同的结构以分别容纳在第一凸台231和第二凸台241所环绕的空间内。
进一步的，密封胶垫400上具有与芯片100上的油相池110和水相池120位置对应的开口，使得汇流板200的第一出口230和第二出口240通过密封胶垫上对应的开口联通至油相池110和水相池120。
密封圈300和密封胶垫400的材质例如为橡胶，优选的密封圈300和密封胶垫400的材质相同，以使两者压紧时能紧密结合。
一种实施方式中，请参考图4a和图4b，其中图4a省略了管道和电连接线，还包括壳体20，所述壳体20上设有开口21，所述壳体20内设有可移动的基台40，所述芯片100设置于所述基台40上，所述基台40与第一运动模块(图中未标号)连接，所述第一运动模块驱动所述基台40伸出所述开口21并缩回所述壳体20内，所述汇流板200与第二运动模块(图中未标号)连接，所述第二运动模块驱动所述汇流板200相对所述芯片100上下运动。
请一并参考图4a、图4b、图6a和图6b，壳体20具有相对的上下、左右和前后板，具有可拆卸的结构，壳体20内还可设置有与壳体20连接的辅助加强板(例如与壳体相对的下板连接的加强板250)，辅助加强板可以类似电脑机箱中安装电脑主板的平板，本装置中的各个零部件可安装于辅助加强板上，可缓冲壳体20与各个零部件的冲击，也便于安排各个零部件的空间布局，使得各个零部件与壳体20之间具有一定间隙，便于空气流动而散热。应该理解，本实用新型中所述的安装于壳体20上也包括安装于辅助加强板上的情况。开口21可设置一常闭的门板(图中未示出)用于封闭壳体20，门板可通过弹簧结构保持与壳体20的封闭，在基台40移动时，基台40的边缘抵靠该门板，并驱使门板打开，当基台40缩回壳体20内时，在弹簧的作用下门板回弹继续保持封闭，可用于实现壳体的整体完整性，防尘防昆虫老鼠等。
进一步的，所述第一运动模块包括第一电机38，与所述第一电机38相连的第一执行机构(图中未标号)；所述第二运动模块包括第二电机37，与所述第二电机37相连的第二执行机构(图中未标号)，所述壳体20内还设有机架41，所述机架固定于壳体20上，所述机架41上还设置有滑轨391，所述基台40设置于所述滑轨391上，所述第一电机38安装于所述机架41上，所述第一执行机构固定于所述滑轨391上，所述第二电机37安装于所述机架41上，所述第二执行机构连接在所述第二电机37输出轴上并连接至所述汇流板200。
其中，机架41的形状为C型，即机架41包括相对的上端和下端，上端与下端通过支撑臂连接，下端安装在壳体20的底板上，也可以安装在可以底板的加强板250上，基台40设置于机架41的下端，第二电机37安装于机架41的上端，第一电机38安装于机架41的支撑臂上。本实施方式中，所述第一执行机构为齿轮齿条结构，所述齿条39安装于所述滑轨391上，滑轨391安装于所述壳体20上。其中，所述基台41安装在齿条39上。滑轨391也可以安装在机架41上。第一电机38可以为步进电机，此时第一执行机构与齿条39配合的齿轮381可以安装于第一电机38的输出轴上；第一电机38为普通电机时，可以在第一电机38的输出轴上设减速结构在与齿轮381连接。通过第一电机38驱动齿条39在滑轨391上滑动，带动与齿条39连接的基台40做直线移动。其中，滑轨391为直线型结构，并沿壳体20内朝开口21的方向延伸。在其他实施方式中，所述第一执行机构还可以是同步带传动、丝杠传动或绳索传动等形式，所述滑轨391可以为V型滑轨、燕尾槽滑轨或光轴导轨等。
请参考图5a至图5c，基台41上设置有与齿条39连接的连接孔42。芯片100的微滴收集池130可以通过相对的另一面设置微滴出口131的形式将收集到的微滴储存至专用容器，例如PCR八联管401中。
进一步的，所述第二电机37为直线步进电机，所述第二执行机构包括与所述第二电机37的输出轴连接的杆件371，所述第二电机37的输出轴可伸出并驱动所述杆件371压紧所述汇流板200，杆件371与汇流板200压紧一端还可连接有一S型拉压力传感器372，S型拉压力传感器372的作用检测杆件371对汇流板200施加的压力数值大小。在另一实施方式中，机架41的支撑臂上还设有可上下移动的压板411，第二电机37的输出轴伸出抵住压板411，压板411向下移动并压紧汇流板200，为使压板411的上下移动在规定的轨道上，在机架41的支撑臂上固定有一滑板412，滑板412上具有相对的上下延伸的槽型结构(图中未示出)，压板411具有与该槽型结构配合的结构，如此设置可使压板411的上下移动始终在滑板412的槽型结构限制下，保证压板412始终沿槽型结构做上下移动而不会偏斜，保证压板412对汇流板200的压力均匀。汇流板200可以预先与杆件371或压板411连接，则第二电机37输出轴向下伸出时，汇流板200跟随向下移动并与芯片100接触并压紧，更优选的，同时设置杆件371和压板411，汇流板200与压板411预先连接，杆件371驱动压板411在滑板412的槽型结构内做上下移动，如此设置可大大提高设备的精密程度，保证压板411压紧汇流板200。应当理解，不论是何种实施方式，其左右均为使汇流板200与芯片100紧密贴合，使汇流板200上的出口与芯片100的油相池110和水相池120对应，气体压力可作用于油相池110和水相池120。
进一步的，所述壳体20内还设有电源31、风机32、主控板35和电机驱动板36，所述壳体20上还设有显示屏22、气体加压口34，所述电机驱动板36用于控制所述第一电机38和所述第二电机37，所述气体加压组件1通过第一管道11与所述气体加压口34连接。
其中，壳体20上具有电源开关33，电源31可为直流电源，风机32设置安装于壳体20上，可加速壳体20内的空气流动，用于对壳体20内进行散热降温。
主控板35用于信息处理和发出指令，例如，第一压力传感器91和第二压力传感器92反馈的压力信息传递至主控板35，主控板35根据预设的程序对第一比例阀4、第二比例阀5、第一电磁阀6或第二电磁阀7发出指令，以改变输入汇流板200中的压力，需要指出的是，减压阀2的减压动作可通过手动进行调节，也可通过主控板35的指令进行调节。电机驱动板36发出指令，要求对第一电机38或第二电机37进行控制以改变汇流板200与芯片100的相对位置，或要求将基台40伸出壳体20或缩回壳体20等。也就是说，主控板35主要对气压进行控制，电机驱动板36主要对位置进行控制，当然，在另一种实施方式中，主控板35与电机驱动板36可以合并为一块控制板。
显示屏22可以为触摸屏，显示屏22上可显示第一管道11、第二管道12和第三管道13中气体的压力，还可显示第一压力传感器91、第二压力传感器92和S型拉压力传感器372的压力的数值大小，还可显示第一电机38和第二电机37的运行参数等，触摸屏上还可对以上压力或参数等进行调整。
下面介绍本装置的使用方法(请一并参考图1至图6b)
首先连接各个管道，即将气体加压组件1中引出的第一管道11连接至气体加压口34，壳体20内各个管道之前已事先连接好，即气体加压口34的第一管道连接至减压阀2，减压阀2分出第二管道12连接至第一比例阀4、第三管道13连接至第二比例阀5，第二管道12从第一比例阀4引出连接至第一电磁阀6，第三管道13从第二比例阀5引出连接至第二电磁阀7，第二管道12从第一电磁阀6引出连接至汇流板200上的第一入口201，第三管道13从第二电磁阀引出连接至汇流板200上的第二入口203；
打开电源开关33，控制第一电机38驱动基台40伸出壳体20上的出口21，将预先配好油液和样本液的芯片100平放于基台40上，第一电机38再次驱动基台40缩回壳体20内，并停止于预定位置，该位置为汇流板200上的第一出口230和第二出口240与芯片100上的油相池110和水相池120相对应的位置，驱动第二电机37使汇流板200与芯片100紧密贴合；
气体加压组件1的气体进入，调节减压阀2、第一比例阀4和第二比例阀5的压力值至预设压力值；
气压作用于芯片100上的油相池110和水相池120，油相池110中的油液通过第一微通道111流动，水相池120中的样本液通过第二微通道121流动，两者在微滴生成区域140汇合形成油包样本微滴结构并经第三微通道141流入微滴收集池130，完成了微滴的生成；
后续微滴收集池130中的微滴可以通过微滴收集池130的出口用PCR八联管401接收储存，芯片100完成了微滴生成后需处理，一般不可重复使用。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。