微液滴生成设备的制作方法

1.本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微液滴生成设备。


背景技术：

2.微液滴被广泛应用于医学分析、药物制备等领域。目前有多种微液滴生成技术，如膜乳化法、喷雾乳化法、微流控芯片法、吐液枪头注射法等。其中微流控芯片法是一种用于精确控制和操控微尺度流体的微流控技术。此方法产生的液滴分散性高，可控性强，与其他方法相比具有显著的优越性。
3.其中，在单细胞测序技术中，单细胞的制备是单细胞测序中一个关键的步骤。微流控技术则被广泛应用于单细胞微液滴的制备。微液滴生成设备是基于微流控技术而开发出来的，可用于完成单细胞微液滴的制备。目前用于制备单细胞微液滴的微液滴生成设备操作复杂，且其体积和重量较大，导致便携性差。


技术实现要素：

4.本发明提供一种微液滴生成设备，用以解决现有技术中的单细胞微液滴生成设备操作复杂且体积和重量大的问题。
5.本发明提供一种微液滴生成设备，包括：供气单元、气压控制单元、气压检测单元和微液滴生成装置；
6.所述气压检测单元包括气路板，所述气路板内设有气体分流通道和多个气压检测通道；所述供气单元与所述气体分流通道的入口端相连，所述气体分流通道的多个出口端与多个所述气压检测通道的入口端通过所述气压控制单元一一对应相连，所述气压控制单元用于检测所述气体分流通道输出的多路气体的气压，多个所述气压检测通道的出口端与所述微液滴生成装置的多个进气接口一一对应相连。
7.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，还包括外壳，所述供气单元、所述气压控制单元和所述气压检测单元均设于所述外壳的内侧；所述微液滴生成装置包括芯片夹具，所述芯片夹具包括底座和盖体，所述底座设于所述外壳，所述盖体位于所述外壳的外侧并盖设于所述底座。
8.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述微液滴生成装置包括芯片夹具和至少一个微液滴芯片，所述芯片夹具包括底座和盖体，所述盖体盖设于所述底座，所述微液滴芯片夹紧于所述底座和所述盖体之间，所述进气接口设于所述盖体并与所述微液滴芯片相连通。
9.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述芯片夹具还包括多个导向件，所述盖体通过多个所述导向件连接于所述底座，所述盖体可沿所述导向件移动以靠近或远离所述底座。
10.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述底座对应于所述微液滴芯片两端的位置分别设有插槽，所述微液滴芯片的两端分别对应插设于所述插槽内，至少一个所述插
槽内设有弹性复位件，所述弹性复位件压紧于所述微液滴芯片的端部和所述插槽之间。
11.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述盖体内设有多个第一气道，多个所述第一气道与多个所述进气接口一一对应相连通；每一所述微液滴芯片上设有至少一个槽组结构，所述槽组结构包括收集槽和多个物料槽，多个所述物料槽分别通过微流道与所述收集槽相连通；
12.每一所述物料槽与所述盖体密封连接以形成第一容置腔体，每一所述槽组结构对应的多个所述第一容置腔体与多个所述第一气道一一对应相连通。
13.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，还包括密封件，所述密封件夹紧于所述微液滴芯片和所述盖体之间；所述密封件上设有多个第一通孔，多个所述第一通孔分别用于连通所述第一气道和对应的多个所述物料槽。
14.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述气压控制单元包括多个气压控制器，所述气体分流通道的多个出口端与多个所述气压控制器的入口端一一对应管路连通，多个所述气压控制器的出口端与多个所述气压检测通道的入口端一一对应管路连通。
15.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，所述供气单元包括气泵，所述气泵的出口端与所述气体分流通道的进口端相连。
16.根据本发明提供的一种微液滴生成设备，还包括显示单元，所述显示单元设置于所述外壳的外侧，所述气压控制单元和所述气压检测单元分别与所述显示单元电连接。
17.本发明提供的微液滴生成设备，通过设置气路板，在气路板内设置气体分流通道和多个气压检测通道，并在气体分流通道的出口端和气压检测通道的入口端之间设置气压控制单元，使经气路板分流后的多路气体经气压控制单元进行气压调节和控制后，再回流到气路板内进行气压检测，使气路板集成了对气体的分流和检测的功能。该微液滴生成设备仅通过气路板和气压控制单元即可完成气体分流、压力控制和气压检测，简化了微液滴生成设备的结构，减小了微液滴生成设备的体积和重量，提高了其便携性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
19.图1是本发明提供的微液滴生成设备的结构示意图；
20.图2是图1中的微液滴生成设备在另一视角的结构示意图；
21.图3是本发明提供的微液滴生成设备中气压检测单元的结构示意图；
22.图4是本发明提供的微液滴生成设备中气压检测单元另一视角的结构示意图；
23.图5是本发明提供的微液滴生成设备中气压控制器的结构示意图；
24.图6是本发明提供的微液滴生成设备在盖体处于第一位置的结构示意图；
25.图7是本发明提供的微液滴生成设备在盖体处于第二位置的结构示意图；
26.图8是本发明提供的微液滴生成设备中芯片夹具的结构示意图；
27.图9是图8中的芯片夹具在另一视角的结构示意图；
28.图10是本发明提供的微液滴生成设备中微液滴芯片的结构示意图；
29.图11是图10中的微液滴芯片在另一视角的结构示意图；
30.附图标记：
31.1、外壳；11、安装座；12、安装架；2、供气单元；31、气压控制器；311、进气口；312、出气口；4、气压检测单元；41、气路板；411、分气入口；42、气压传感器；43、电路板；412a、第一分气出口；412b、第二分气出口；412c、第三分气出口；413a、第一检测气入口；413b、第二检测气入口；413c、第三检测气入口；414a、第一检测气出口；414b、第二检测气出口；414c、第三检测气出口；5、微液滴生成装置；51、芯片夹具；511、底座；5111、气管走线孔；5112、插槽；5113、定位凸起；512、盖体；5121、第一进气接口；513、导向件；52、微液滴芯片；521、收集槽；522a、第一物料槽；522b、第二物料槽；522c、第三物料槽；523、插头；6、密封件；61、第一通孔；62、第二通孔；63、定位孔；70、主流道；71、支流道；72、第二流道；73、第三流道；8、显示单元。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.下面结合图1-图11描述本发明的微液滴生成设备。
36.如图1和图2所示，本发明实施例提供的微液滴生成设备包括：供气单元2、气压控制单元、气压检测单元4和微液滴生成装置5。微液滴生成装置5设有多个进气接口。气压检测单元4包括气路板41，气路板41内设有气体分流通道和多个气压检测通道。供气单元2与气体分流通道的入口端相连，气体分流通道的多个出口端与多个气压检测通道的入口端通过气压控制单元一一对应相连。气压控制单元用于检测气体分流通道输出的多路气体的气压，多个气压检测通道的出口端与多个进气接口一一对应相连。
37.具体地，如图3和图4所示，气路板41上设有分气入口411、多个分气出口、多个检测气入口和多个检测气出口。供气单元2的出气口与分气入口411相连通。多个分气出口分别与分气入口411相连通，形成贯穿气路板41的气体分流通道。多个检测气入口和多个检测气出口一一对应相连通，形成多个气压检测通道。
38.其中，气压检测单元4还包括气压传感器42，用于检测多个气压检测通道内的气体压力。每一气压检测通道上均设有气压传感器42。可选地，气压检测单元还包括电路板43，电路板43设置于气路板41的一侧，气压传感器42位于电路板43和气路板41之间，且与电路板43电连接。气压控制单元设有多个进气口和多个出气口，其内设有压力控制器，多个进气
口和多个出气口一一对应的通过压力控制器连接，实现对多路气体压力的调节控制。
39.其中，多个分气出口与气压控制单元的多个进气口一一对应管路连通，气压控制单元的多个出气口与多个检测气入口一一对应管路连通，多个检测气出口与微液滴生成装置5上的多个进气接口一一对应管路连通。
40.在使用该微液滴生成设备进行微液滴制备时，供气单元2输出的气体从分气入口411进入气路板41，经气路板41内的气体分流通道后分流后形成多路气体分别从多个分气出口流出。从多个分气出口流出的多路气体分别流经气压控制单元后，从多个检测气入口回流到气路板41内，然后流经气路板41内的多个气压检测通道后从多个检测气出口流出。从多个检测气出口流出的多路气体分别从多个进气接口通入到微液滴生成装置5内，以形成微液滴。
41.本发明实施例提供的微液滴生成设备，通过设置气路板41，在气路板41内设置气体分流通道和多个气压检测通道，并在气体分流通道的出口端和气压检测通道的入口端之间设置气压控制单元，使经气路板41分流后的多路气体经气压控制单元进行气压调节和控制后，再回流到气路板41内进行气压检测，使气路板41集成了对气体的分流和检测的功能。该微液滴生成设备仅通过气路板41和气压控制单元即可完成气体分流、压力控制和气压检测，简化了微液滴生成设备的结构，减小了微液滴生成设备的体积和重量，提高了其便携性。
42.作为一具体实施例，气路板41上设有三个分气出口、三个检测气入口和三个检测气出口。分别为第一分气出口412a、第二分气出口412b、第三分气出口412c、第一检测气入口413a、第二检测气入口413b、第三检测气入口413c、第一检测气出口414a、第二检测气出口414b、第三检测气出口414c。从而形成三路气体，可对三路气体的气压进行独立调节控制。
43.如图8和图9所示，本发明一些实施例提供的微液滴生成设备还包括安装座11，供气单元2安装于安装座11上。微液滴生成装置5包括芯片夹具51，芯片夹具51通过安装架12安装于安装座11上。安装架12、芯片夹具51和安装座11之间围设形成容置空间，该容置空间可用于收容气路板41、气压控制单元和气压检测单元4，使整个设备结构紧凑，且方便芯片夹具51的装拆。
44.如图6和图7所示，本发明一些实施例提供的微液滴生成设备还包括外壳1，供气单元2、气压控制单元和气压检测单元4均设于外壳1的内侧。上述实施例中的安装座11可以为外壳1的底部。芯片夹具51包括底座511和盖体512。底座511设于外壳1，盖体512设于外壳1的外侧并盖设于底座511。
45.其中，芯片夹具51用于夹装微液滴芯片，微液滴芯片设置于底座511和盖体512之间。外壳1设有安装口，底座511设于该安装口，盖体512盖设于底座511朝向外壳1外侧的一侧。
46.供气单元2、气压控制单元和气压检测单元4均收容于外壳1内，提高了微液滴生成设备的整体性。盖体512具有第一位置和第二位置。如图6所示，盖体512位于第一位置状态时，盖体512盖设于底座511，实现对微液滴芯片的装夹。此时微液滴生成设备集成于外壳1，易于携带。如图7所示，盖体512位于第二位置时，盖体512与底座511分离，可供微液滴芯片的拿取。
47.本发明一些实施例中，微液滴生成装置5包括芯片夹具51和至少一个微液滴芯片52，芯片夹具51包括底座511和盖体512，盖体512盖设于底座511。微液滴芯片52夹紧于底座511和盖体512之间。微液滴生成装置5的进气接口设于盖体512并与微液滴芯片52相连通。
48.其中，盖体512通过连接件可活动连接于底座511，例如，盖体512通过转轴与底座511可转动连接。或者，盖体512与底座511为可分离的两个单独部件，盖体512可拆卸连接于底座511。
49.盖体512朝向底座511的一侧设有多个进气接口，底座511上设有多个气管走线孔5111，多个进气接口与多个气管走线孔5111一一对应设置。连接多个检测气出口和多个进气接口的气管分别穿设于对应的气管走线孔5111。
50.本发明一些实施例中，芯片夹具51还包括多个导向件513，盖体512通过多个导向件513连接于底座511，盖体512可沿导向件513移动以靠近或远离底座511。
51.具体地，底座511上设有多个导向孔，多个导向件513一一对应插设于多个导向孔内。可选地，导向件513的一端与盖体512固定连接，导向件513的另一端活动插设于导向孔内。当需要打开盖体512时，将盖体512沿导向件513向远离底座511的方向移动。可选地，对应于盖体512的两侧分别设有一个导向件513。
52.进一步地，盖体512上设有多个安装孔，底座511上设有多个螺纹孔，多个螺纹孔和多个安装孔一一对应设置。盖体512和底座511通过穿设于安装孔和螺纹孔的螺接件连接，实现盖体512和底座511的夹紧。
53.如图8所示，本发明一些实施例中，底座511上设有定位槽，微液滴芯片52定位于定位槽内。具体地，底座511对应于微液滴芯片52两端的位置分别设有插槽5112，微液滴芯片52的两端分别对应插设于插槽5112内，至少一个插槽5112内设有弹性复位件，弹性复位件压紧于微液滴芯片52的端部和插槽5112之间。
54.其中，微液滴芯片52的两端分别设有插头523。可选地，插槽5112设置为u型槽，相应的，插头523也设置为u型结构。插头523与插槽5112间隙配合，使微液滴芯片52在插槽5112的长度方向和宽度方向上实现限位。在插槽5112的深度方向上，微液滴芯片52通过弹性复位件实现限位。
55.可选地，对应于微液滴芯片52一端的插槽5112内设有弹性复位件，微液滴芯片52压紧于该弹性复位件和另一插槽5112之间。可选地，对应于微液滴芯片52两端的两个插槽5112内均设有弹性复位件，微液滴芯片52压紧于两个弹性复位件之间。
56.本发明一些实施例中，盖体512内设有多个第一气道，多个第一气道与多个进气接口一一对应相连通。每一微液滴芯片52上设有至少一个槽组结构。槽组结构包括收集槽521和多个物料槽，多个物料槽分别通过微流道与收集槽521相连通。每一物料槽与盖体512密封连接以形成第一容置腔体，每一槽组结构对应的多个第一容置腔体与多个第一气道一一对应相连通。
57.盖体512盖设于底座511的情况下，多个物料槽的槽口分别与盖体512密封连接以形成第一容置腔体，第一容置腔体用于收容液体。每一槽组结构的多个物料槽与盖体512之间形成的第一容置腔体分别用于收容不同的液体，且与多个第一气道一一对应相连通。盖体512上设有多个第一进气接口5121，多个第一气道与多个第一进气接口5121一一对应连接，每一第一进气接口5121连接气压检测单元4的一个检测气出口。
58.使用该微液滴生成设备时，多个检测气出口输出的气体对应通入多个第一气道，然后分别从多个第一气道的出气口进入对应的物料槽。可通过多个第一气道分别对多个物料槽内的液体施加不同的气压。多个物料槽内的液体在压力作用下分别经微液滴芯片52上的微流道汇流到收集槽521内，形成微液滴。
59.如图8和图10所示，本实施例中，微液滴芯片52的数量为四个，第一气道的数量为三个，每一微液滴芯片52设有两个槽组结构，每一槽组结构包括三个物料槽，分别为第一物料槽522a、第二物料槽522b和第三物料槽522c。其中一个第一气道用于同时向四个微液滴芯片52的第一物料槽522a通入压力气体；另一个第一气道用于同时向四个微液滴芯片52的第二物料槽522b通入压力气体；再一个第一气道用于同时向四个微液滴芯片52的第三物料槽522c通入压力气体。
60.其中，第一物料槽522a、第二物料槽522b、第三物料槽522c和收集槽521沿微液滴芯片52的长度方向排布。可选地，在微液滴芯片52上设有多个槽组结构的情况下，多个槽组结构沿微液滴芯片52的宽度方向排布。
61.本实施例通过将微液滴芯片52设置于盖体512和底座511之间，并在盖体512内设置多个第一气道，使每一槽组结构的多个物料槽与多个第一气道一一对应相连通，每一个第一气道可同时给多个微液滴芯片52上的一个物料槽施加压力。在装夹微液滴芯片52时，将多个微液滴芯片52放置于底座511和盖体512之间，并使微液滴芯片52上物料槽槽口与盖体512上对应的第一气道的出气口连通即可。可实现对多个微液滴芯片52的多个槽组结构的物料槽同时进行供气，实现批量制备多组微液滴且操作简单快捷。
62.如图11所示，所述微流道包括主流道70、第一流道、第二流道72和第三流道73。主流道70的一端连接收集槽521，另一端连接第二流道72和第三流道73的一端。第二流道72的另一端和第三流道73的另一端分别连接第二物料槽522b和第三物料槽522c。第一流道包括两条支流道71，两条支流道71分别连接第一物料槽522a和主流道70，且两条支流道71位于主流道70的两侧。
63.在单细胞微液滴生成过程中，第一物料槽522a用于收容第二相液体。第三物料槽522c内的细胞液在压力作用下流入第三流道73形成单细胞，第二物料槽522b内的第二相液体在压力作用下流入第二流道72，第二相液体和细胞液在主流道70内混合。第一物料槽522a内的第一相液体在压力作用下分流到两个支流道71，然后从主流道70的两侧进入主流道70，与主流道70内的混合液进行混合包裹，形成单细胞微液滴。
64.进一步地，盖体512还设有第二气道(图中未示出)和第二进气接口(图中未示出)。收集槽521与盖体512密封连接以形成第二容置腔体，第二容置腔体与第二气道对应相连通。第二气道与第二进气接口相连通，第二进气接口连接气压检测单元4的检测气出口。
65.其中，第一进气接口和第二进气接口的总数与气压检测单元4的检测气出口的总数相同，且一一对应管路连通。在盖体512盖设于底座511的情况下，收集槽521的槽口与盖体512密封连接以形成第二容置腔体，第二容置腔体用于收容从多个物料槽汇流而来的混合液体。
66.使用该微液滴生成装置时，一个检测气出口输出的气体通入第二气道，然后从第二气道的出气口进入收集槽521，对收集槽521内的液体施加压力。通过双向调节收集槽521和物料槽内的气压，可实现对物料槽内气压的精准控制。
67.本发明一些实施例提供的微液滴生成设备还包括密封件6，密封件6夹紧于微液滴芯片52和盖体512之间。密封件6上设有多个第一通孔61，多个第一通孔61分别用于连通第一气道和对应的多个物料槽。即每一槽组结构的多个物料槽与多个第一气道通过多个第一通孔61一一对应相连通。
68.进一步地，在盖体512还设有第二气道的情况下，密封件6还包括多个第二通孔62，多个第二通孔62分别用于连通第二气道和多个收集槽521。即每一个收集槽521与第二气道通过单独的一个第二通孔62相连通。
69.在上述具体实施例的基础上，密封件6上设有24个第一通孔61和8个第二通孔62。第一气道通过16个第一通孔61与四个微液滴芯片52上的共24个物料槽一一对应连通。第二气道通过8个第二通孔62与四个微液滴芯片52上的共8个收集槽521一一对应连通。
70.进一步地，底座511的侧边设有定位凸起5113，密封件6设有与定位凸起5113相适配的定位孔63。可选地，密封件6为密封垫片。安装该密封垫片时，通过定位孔63与定位凸起5113配合实现快速安装定位，使第一通孔61与对应的物料槽连通，第二通孔62与对应的收集槽521连通。
71.本发明一些实施例中，第一气道包括主气道和多个支气道，多个支气道并联连接于对应的主气道。第一气道的多个支气道与对应的多个物料槽一一对应相连通。
72.具体地，如图9所示，盖体512朝向微液滴芯片52的一侧设有多个气孔，每一支气道与一个气孔对应相连通。微液滴芯片52的数量为n，每一微液滴芯片52上的槽组结构数量为m，则每一第一气道的支气道数量为n与m的乘积。
73.例如，在上述具体实施例中，四个微液滴芯片52共有八个第一物料槽522a，则其中一个第一气道包括八个支气道。八个支气道的一端分别与主气道相连通，在盖体512盖设于底座511的情况下，八个支气道的另一端与这八个第一物料槽522a一一对应相连通。
74.可选地，第二气道的结构与第一气道的结构相同，也包括主气道和多个支气道，多个支气道并联连接于对应的主气道。第二气道的多个支气道与对应的多个收集槽521一一对应相连通。第二气道的支气道数量与第一气道的支气道数量相同。
75.本发明一些实施例中，气压控制单元包括多个气压控制器31，如图5所示，每一气压控制器31设有一个进气口311和一个出气口312。气路板41的气体分流通道的多个出口端与多个气压控制器31的进气口311一一对应管路连通。从气路板41的分气出口输出的气体从气压控制器31的进气口311进入，经其内部的压力控制器对气体压力进行调节后从出气口312输出，然后回流到气路板41内的气压检测通道内。多个气压控制器31的出气口312与多个气压检测通道的入口端一一对应管路连通。通过设置多个气压控制器31可灵活设置多个气压控制器31在外壳1内的安装位置，有利于该微液滴生成设备的小型化。
76.本发明一些实施例中，供气单元2包括气泵，气泵的出口端与气体分流通道的进口端相连。即气泵的出口与气路板41上的分气入口411相连通，气泵的入口端与供气装置或储气装置相连。
77.本发明一些实施例提供的微液滴生成设备还包括显示单元8，显示单元8设置于外壳1的外侧，气压控制单元和气压检测单元4分别与显示单元8电连接。显示单元8可用于显示当前的系统工作状态，如气压控制单元输出的多路气体压力大小以及气压检测单元4检测到的多路气体压力大小。可选地，显示单元8设有输入模块，可通过输入模块输入对气压
控制单元的气压控制参数。
78.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。