液滴生成枪头及液滴生成装置的制作方法

1.本技术属于生物医疗检测设备技术领域，尤其涉及一种液滴生成枪头及液滴生成装置。


背景技术：

2.数字pcr技术是继一代普通pcr、二代荧光定量pcr之后的第三代pcr技术。在2013年被《麻省理工大学科技评论》评为十大突破技术之一，在2017年入选《世界经济论坛》评出的全球十大新兴技术之一。数字pcr可实现万分之一稀有样本的绝对定量，可用于极微量核酸样本检测、复杂背景下的稀有突变检测、表达量微小差异鉴定、单细胞基因表达等方面。数字pcr在分子诊断领域将会发挥巨大的作用，数字pcr适用于肿瘤生物标志物研究、拷贝数变异分析、微生物检测、转基因生物检测、mrna和mirna检测、基因相对表达研究等，并对遗传病、癌症、产前诊断的研究提供了一种全新的技术思路与手段，具有广泛的、不可替代的应用前景。
3.经过不断改进和突破，数字pcr已在医疗筛查诊断、生命科学基础研究、食品卫生和环境检测等领域广泛应用，数字pcr技术的发展离不开微液滴生成技术的突破和深化。目前市场上常见的液滴生成方案主要由油包水的ddpcr和芯片微孔的ddpcr两种方式实现。当前市场上可见的液滴生成方案众多，包括t型通道法、流动聚焦法、喷墨法、阶梯乳化法、界面震动乳化法、振动注射法等，其中不免存在一些问题，诸如液滴通量低、有效液滴率低、液滴生成不稳定等，严重影响到pcr实验结果的可重现性，甚至影响数字pcr技术的可信度。
4.微液滴的生成，是pcr实验方案中十分重要的一项技术，其利用流体剪切力与液体表面张力之间的相互作用，将连续液体分割成离散的纳升级及以下体积的微液滴，其中最为关键的是如何施以足够大的作用力，以扰动连续相与分散相之间存在的界面张力，使之达到失衡、断裂。当对连续相某处施加的力大于分散相自身张力时，该处微量液体会从分散相中分离出来，进入连续相中形成微液滴。
5.现在市面上存在林林总总的枪头，但对于pcr技术来讲，却难以找到能够适配该项新技术的专用枪头。现有的用于pcr技术中的枪头，其内部开设的滴液通孔的横截面往往为圆孔，出液口也为圆形孔；由于液滴非常小，采用圆形孔，从微观角度做受力情况分析可知，圆滑过渡的圆形出液口形状对于液体断面的液相黏连受力存在较大的不确定性和不稳定性，进而导致每次操作试验，液滴的成型一致性性差，液滴不易成型，在液滴与出液口的断裂位置易产生较多细小的碎沫，从而影响液滴的成型效果、体积大小以及液滴含量等，对于高通量的精准分子生物试验来说，液滴成型的不确定性增加以及碎沫的产生，势必会导致试验的精准度降低，影响试验的准确性，严重影响到pcr实验结果的可重现性，甚至影响数字pcr技术的可信度。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种液滴生成枪头及液滴生成装置，旨在解决现有技术中
液滴脱离出液口时易产生碎沫、导致液滴成型效果差以及液滴生成不稳定的技术问题。
7.本技术的第一目的在于提供一种液滴生成枪头，包括枪头本体，所述枪头本体的内部开设有与所述枪头本体同向延伸的滴液通孔，所述滴液通孔的出液口的外轮廓呈预设图形，所述预设图形为呈环形的轴对称图形，且所述预设图形呈非圆形；所述预设图形包括多个首尾依次连接的连接段，所述连接段呈直线形、折线形或弧线形。
8.进一步地，所述预设图形包括n个首尾依次连接的呈直线形的连接段，以使得多个所述连接段围设形成正多边形，其中，n为大于等于3的正整数。
9.进一步地，所述预设图形包括多个首尾依次连接的且呈折线形的连接段，所述折线形包括一个顶线和两个腰线，所述顶线和所述腰线均为直线；两个所述腰线一端分别连接于所述顶线的两端，且两个所述腰线关于所述顶线的垂直中分线对称设置，各所述连接段中的所述顶线的垂直中分线过所述预设图形的中心；两所述腰线的自由端之间的距离大于两所述腰线的与所述顶线连接的连接端之间的距离。
10.进一步地，所述顶线连接于所述腰线的远离所述预设图形的中心的一端。
11.进一步地，所述预设图形包括多个首尾依次连接的且呈折线形的连接段，所述折线形包括两个依次连接的边线，两所述边线均为直线；两所述边线关于过两所述边线连接点的对称轴线对称设置，各所述连接段中的所述对称轴线分线过所述预设图形的中心；两所述边线的连接点远离所述预设图形的中心设置。
12.进一步地，所述预设图形包括五个所述连接段。
13.进一步地，所述预设图形包括m个首尾依次连接的且呈弧线形的连接段，所述连接段朝向靠近所述预设图形的中心的方向内凹设置，其中，m为大于等于3的正整数。
14.进一步地，所述预设图形包括p个首尾依次连接的且呈弧线形的连接段，所述连接段朝向远离所述预设图形的中心的方向外凸设置，其中，p为大于等于3的正整数。
15.进一步地，所述滴液通孔沿远离所述出液口的方向渐扩设置，所述滴液通孔的横截面外轮廓图形为圆形，或所述滴液通孔的横截面外轮廓图形与所述出液口的外轮廓图形为相似图形。
16.本技术的第二目的在于提供一种液滴生成装置，包括安装单元和如上述任一项所述的液滴生成枪头，所述液滴生成枪头连接于所述安装单元。
17.本技术相对于现有技术的有益效果是：与现有技术相比，本液滴生成枪头及液滴生成枪头通过将出液口设计为包括多个连接段的非圆形的图形，使得出液口具有多个连接边，多个连接边的连接位置形成节点，从而改变了液体在出液口的受力，使得液滴在出液口更容易被切断，且不容易产生泡沫和飞溅，液滴的成形性更好，各液滴含量的精准度提高，有利于提高试验的精准度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例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，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，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是本技术实施例提供的一种液滴生成枪头的剖视图；
20.图2是图1的外部结构示意图；
21.图3是图1中出液口的端面结构示意图一；
22.图4是图1中出液口的端面结构示意图二；
23.图5是图1中出液口的端面结构示意图三；
24.图6是图1中出液口的端面结构示意图四；
25.图7是图1中出液口的端面结构示意图五；
26.图8是图7中折线形的形状示意图；
27.图9是图1中出液口的端面结构示意图六；
28.图10是图9中折线形的形状示意图；
29.图11是图1中出液口的端面结构示意图七；
30.图12是图1中出液口的端面结构示意图八；
31.图13是本技术另一实施例提供的一种液滴生成枪头的剖视图。
32.附图标记说明：1、枪头本体；11、直管段；12、锥管段；2、滴液通孔；3、出液口；31、连接段；311、顶线；312、腰线；313、垂直中分线；314、边线；315、对称轴线；32、预设图形中心。
具体实施方式
33.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
34.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上部”、“下部”、“朝上”、“竖直”、“水平”、“底”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
35.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。
38.实施例一
39.请参阅图1-6所示，本技术实施例目的是提供的一种液滴生成枪头，包括枪头本体1，枪头本体1的内部开设有与枪头本体1同向延伸的滴液通孔2，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈预设图形，预设图形为呈环形的轴对称图形，且预设图形呈非圆形；预设图形包括多
个首尾依次连接的连接段31，连接段31呈直线形、折线形或弧线形。
40.具体地，枪头本体1为具有一定长度或高度的结构件，枪头本体1可呈直线状延伸设置，也就是说，枪头本体1呈柱状，滴液通孔2开设于枪头本体1的内部，并沿枪头本体1的延伸方向设置，滴液通孔2为直线型通孔。枪头本体1的出液口端的外径为d，可控制d大于或等于0.3mm，出液口3的外接圆直径为d，可控制d的取值范围为：0.1mm≤d＜(d-0.1mm)，参照图1所示。
41.滴液通孔2具有出液口3，出液口3的外轮廓形成预设图形，此预设图形形成非圆形的环形形状，并且预设图形为轴对称图形；预设图形包括多个连接段31，多个连接段31首尾依次连接形成非圆形的环状图形，连接段31可为直线形连接段31或折线形连接段31或弧线形连接段31等，其中，当连接段31为弧线形连接段31时，多个弧线形的连接端首尾连接后形成的图形不是圆形。
42.滴液通孔2的内壁抛光处理，光滑程度可达到镜面的光滑级别，枪头本体1采用透明pp材质，可实现良好的疏水性能，对称性的设计让该枪头在加工生产过程中，同心度和锥度等参数能够在保证精度的同时，可以有效减小难度、缩短加工时间。该结构设计简单合理，适用于特定的pcr微液滴生成场合。
43.在本实施方式中，通过将出液口3设计为包括多个连接段31的非圆形的图形，使得出液口3具有多个连接边，多个连接边的连接位置形成节点，从而改变了液体在出液口3的受力；使用过程中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)给予的更加均匀同向剪切力的作用，使得液滴更容易与出液口3断裂分离，且不容易产生碎沫，液滴的大小更加一致，液滴的成形性更好且更加稳定，各液滴含量的精准度提高，有利于提高试验的精准度。
44.在一个实施例中，参照图3-6所示，预设图形包括n个首尾依次连接的呈直线形的连接段31，以使得多个连接段31围设形成正多边形，其中，n为大于等于3的正整数。
45.具体地，参照图3所示，n等于3时，预设图形呈正三角形形状，也就是说，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈正三角形，滴液通孔2的出液口3为呈正三角形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为正三角形形状，正三角形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且直线形的棱边使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
46.同样地，参照图4所示，n等于4时，预设图形呈正四边形，也就是说，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈正四边形，滴液通孔2的出液口3为呈正四边形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为正四边形形状，正四边形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且直线形的棱边及相邻边之间形成的连接节点，使得液滴在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
47.同样地，参照图5所示，n等于5时，预设图形呈正五边形，也就是说，滴液通孔2的出
液口3的外轮廓呈正五边形，滴液通孔2的出液口3为呈正五边形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为正五边形形状，正五边形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且直线形的棱边及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
48.同样地，参照图6所示，n等于6时，预设图形呈正六边形，也就是说，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈正六边形，滴液通孔2的出液口3为呈正六边形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为正六边形形状，正六边形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且直线形的棱边及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
49.在一个实施例中，参照图1所示，滴液通孔2为直线形的通孔，滴液通孔2沿远离出液口3的方向渐扩设置，滴液通孔2的横截面外轮廓图形为圆形，或滴液通孔2的横截面外轮廓图形与出液口3的外轮廓图形为相似图形。
50.其中，滴液通孔2沿远离出液口3的方向渐扩设置指的是滴液通孔2在长度方向上为锥形通孔，出液口3端为渐缩的收口端。
51.进一步地，参照图13所示，滴液通孔2可包括锥管段12和直管段11，锥管段12的滴液通孔2内壁沿远离出液口3的方向渐扩设置，形成锥形孔，锥管段12的滴液通孔2的横截面外轮廓形状呈圆形；直管段11的滴液通孔2的直径相同，形成柱形孔，直管段11的长度小于锥管段的长度，直管段11位于靠近出液口3的位置，直管段11的长度为0.5mm-5mm之间，直管段11的滴液通孔2的横截面外轮廓形状与出液口3的外轮廓形状相同且尺寸一致。
52.本技术的第二目的在于提供一种液滴生成装置，包括安装单元和上述的液滴生成枪头，液滴生成枪头通过可拆卸连接的方式或压紧式连接的方式连接于安装单元上，可拆卸连接的方式可包括螺纹连接。
53.安装单元包括与液滴生成枪头连接的液滴生成驱动机构，液滴生成驱动机构能够带动液体生成枪头振动或往复摆动，以使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，液滴在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
54.在本实施方式中，本液滴生成装置中的枪头通过将出液口3设计为包括多个连接段31的非圆形的图形，使得出液口3具有多个连接边，多个连接边的连接位置形成节点，使得液滴在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
55.实施例二
56.与实施例一不同的是，参照图7和图8所示，预设图形包括多个首尾依次连接的且
呈折线形的连接段31，折线形包括一个顶线311和两个腰线312，顶线311和腰线312均为直线；两个腰线312一端分别连接于顶线311的两端，且两个腰线312关于顶线311的垂直中分线313对称设置，各连接段31中的顶线311的垂直中分线313过预设图形的中心(也就是预设图形中心32)；两个腰线312的自由端之间的距离大于两腰线312的与顶线311连接的连接端之间的距离。
57.其中，腰线312的自由端指腰线312的远离顶线311的一端，或指腰线312的不与顶线311连接的一端。
58.具体地，参照图7和图8所示，上述折线形形成没有底边的等腰梯形的形状，也就是说，一个顶线311和两个腰线312围设形成没有底边的等腰梯形，相邻两个折线形中的腰线312的自由端连接，多个连接段31依次首尾连接形成圆形形状，并且各连接段31中的顶线311的垂直中分线313经过圆形的圆心。
59.进一步地，参照图7所示，顶线311连接于腰线312的远离预设图形中心32的一端，也就是说，折线形的顶线311向圆外凸出设置，预设图形形成齿轮形。
60.在本实施方式中，预设图形呈齿轮形，也就是说，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈齿轮形，滴液通孔2的出液口3为呈齿轮形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为齿轮形，齿轮形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且齿形连接段31及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
61.实施例三
62.与实施例一和实施例二不同的是，参照图9和图10所示，预设图形包括多个首尾依次连接的且呈折线形的连接段31，折线形包括两个依次连接的边线314，两边线314均为直线；两边线314关于过两边线314连接点的对称轴线315对称设置，各连接段31中的对称轴线315分别过预设图形中心32；两边线314的连接点远离预设图形中心32设置。
63.具体地，参照图9和图10所示，上述折线形形成没有底边的等腰三角形的形状，也就是说，两个边线314围设形成没有底边的等腰三角形，相邻两个折线形中的边线314的自由端连接，多个连接段31依次首尾连接形成圆形形状，并且各连接段31中的对称轴线315经过圆形的圆心。
64.进一步地，参照图9所示，预设图形包括五个连接段31，使得预设图形形成五角星形，也就是说，出液口3的外轮廓呈五角星形。
65.在本实施方式中，预设图形呈五角星形，也就是说，滴液通孔2的出液口3的外轮廓呈五角星形，滴液通孔2的出液口3为呈五角星形的出液口3。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为五角星形，五角星形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且每个单独的三角形状的连接段31及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
66.同样地，预设图形还可以包括三个连接段31、四个连接段31或六个连接段31等等，以形成三角星形、四角星形或六角星形等图形。
67.在一个实施例中，参照图11所示，预设图形包括m个首尾依次连接的且呈弧线形的连接段31，连接段31朝向靠近预设图形中心32的方向内凹设置，以形成内凹曲边多边形，其中，m为大于等于3的正整数。
68.具体地，参照图11所示，m等于4，预设图形包括四个首尾依次连接的弧线形的连接段31，四个连接段31的弧度和长度均相同，四个连接段31围设形成环状的出液口3。
69.在本实施方式中，预设图形呈内凹状，形成内凹曲边多边形，连接段31朝向靠近预设图形中心32的方向内凹设置。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为凹曲边多边形，凹曲边多边形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且每个单独的弧线形的连接段31及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
70.在一个实施例中，参照图12所示，预设图形包括p个首尾依次连接的且呈弧线形的连接段31，连接段31朝向远离预设图形中心32的方向外凸设置，以形成外凸曲边多边形，其中，p为大于等于3的正整数。
71.具体地，参照图12所示，p等于3，预设图形包括三个首尾依次连接的弧线形的连接段31，三个连接段31的弧度和长度均相同，三个连接段31围设形成环状的出液口3。
72.在本实施方式中，预设图形呈外凸状，形成外凸曲边多边形，形状类似花瓣状，连接段31朝向远离预设图形中心32的方向外凸设置。使用过程中，将枪头本体1的出液口3一端浸入油中，枪头本体1高速往复摆动(或称振动)，使得悬挂于出液口3的液滴在油体中往复摆动，液滴受到外部油体(油相)均匀同向剪切力的作用时，液滴在出液口3的位置发生断裂分离，由于出液口3为外凸曲边多边形，外凸曲边多边形结构对称，使得油体对液滴的剪切力更加均匀，且每个单独的弧线形的连接段31及相邻边之间形成的连接节点，使得液体在出液口3处更容易断裂，且不容易产生碎沫，液滴的成形性更好，有利于提升液滴的稳定性，提高实验数据的精准性。
73.综上所述，本液滴生成枪头的设计就是对于非常微小的受力环境做出区分和选择。常规枪头用于pcr技术总会出现一些不良情况，这会给实验的精确度和准确性造成严峻挑战。针对上述问题，数字pcr检测技术的配套专用枪头的设计就显示十分迫切。在数字pcr检测技术中，配套的专用枪头发挥着非常重要且不可替代的关键作用，本液滴生成枪头不但可以稳定实验效果，而且可以在整个实验进程乃至整个pcr技术领域中，将其切断性能和稳定性能展现得淋漓尽致。
74.因为液滴非常小，从微观角度做受力情况分析，不同的出口形状对于液体断面的液相黏连受力也是不一样的，本移液枪头的设计就是对于这种非常微小的受力环境做出区分和选择，本移液枪头的出液口3的不同形状设计，可根据具体应用场合进行选择适用，根据场合选择合适的形状，更有利于断裂面的受力均匀，受力均匀则更容易切断液滴。
75.以上仅为本技术的较佳实施例而已，仅具体描述了本技术的技术原理，这些描述
只是为了解释本技术的原理，不能以任何方式解释为对本技术保护范围的限制。基于此处解释，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本技术的其他具体实施方式，均应包含在本技术的保护范围之内。