一种液滴分装设备的制作方法

本发明涉及微流控制领域，具体而言，涉及一种液滴分装设备。

背景技术：

0、技术背景

1、液滴是一种球形的液体微粒，其形成是因为一种流体与另一种载体流体不混溶，发生的本质是乳化现象。根据液滴发生过程中两种不混溶流体所处的角色不同，分别称之为连续相和分散相(不连续相)：连续相是充当液滴载体的流体，分散相就是被分散为液滴的流体。根据单层乳化分散相属的不同，液滴可分为o/w型(水包油型)液滴和w/o型(油包水型)液滴，其中，o/w型液滴指的是油相为分散相而水相为连续相的油滴，w/o型液滴则相反。

2、在生物领域中，液滴可以包裹细胞并作为生物反应器，如封装细胞，继而使细胞培养成为组织或类器官；也可用于细胞分选，如分选精子和受精卵等细胞；液滴因体积小、扩散低、无交叉污染、反应速度快等特点，常用于用于高通量分析，即每个液滴都可作为一个独立的微反应器。

3、目前，很多科研实验都需要将阳性液滴分发至孔板内(如96孔板、384孔板)，且孔板的一个孔位里面只装有一颗阳性液滴，并且能留下(单孔单液滴的)证据，这样利于后续的扩培、观察、挑选等操作。然而，大多数经分选后的阳性液滴只能随着油相自发流出，而且不能保证孔板的一个孔位里只有一个液滴；又因为液滴比较小(直径数十微米)，且液滴和油相存在密度差，从而会导致分选出来的液滴容易残留在液滴通道中，难以顺利滴出(如图1所示)，这种残留迟滞现象也容易造成液滴流出的时间不固定，难以做到精确分配到孔板中，也容易造成分选出的液滴和孔板孔失去对应关系；即使没有出现残留迟滞现象，液滴自发流出的时间也很长(2分钟以上)，进而导致装满整个孔板的时间很长，增加了生产的时间成本；由于液滴流出的时间不固定，流出时间有长有短，导致无法预判液滴滴出的准确时间。

4、市场上现有产品cytomine采用在集成式芯片上先将分选出的阳性液滴储存在储存腔中，然后通过微阀切换输出通道，将这些阳性液滴依次导出到96孔板之中。这种方案需要在芯片上集成微阀，增加了芯片及系统控制的难度。

5、因此，上述问题依然很难得到解决，故急需找到一种能防止液滴残留迟滞、帮助单个液滴快速准确分发至其对应的孔板位置里的液滴输出系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种液滴分装设备，属于微流控制领域。所述液滴分装设备利用空气气泡推动液滴在打印针中流动，这不但可以减少液滴在针内的滞留时间，降低了生产的时间成本，而且单个液滴通过打印针的时间相对固定，继而通过移动孔板，使单个液滴精确地滴入对应的孔位，即每一个孔位只含有一个液滴

2、本发明提供了一种液滴分装设备，所述液滴分装设备包含提供液滴的芯片以及液滴打印模块，所述液滴打印模块用于将液滴分装到不同孔位，且每一个孔位只含有一个液滴。

3、进一步地，所述液滴打印模块包含液滴分选芯片，所述液滴制备芯片内设有液滴输送通道，所述液滴输送通道为分选后的阳性液滴的输出通道，同时，并在液滴输送通道出口设有空气注入口，用于向液滴输送通道注入空气，所述空气进入液滴输送通道后形成空气推进泡。

4、本发明的所述阳性液滴和阴性液滴，只是从制备液滴的目的来区别，符合制备目的的液滴称为阳性液滴(或目标液滴)，而剩余的都为阴性液滴(非目标液滴)。

5、同时，所述液滴输送通道外设有电极，所述电极产生的电压为400～2,000v。

6、电极产生的电场力影响着阳性液滴的运动轨迹，在一定程度上影响液滴通过液滴输送通道的时间t1，进而影响液滴分装效率。除此之外，当设定的电压过大，会导致液滴破碎，继而提高了生产成本。

7、进一步地，所述液滴打印模块还包括打印管、废液收集模块和液滴收集部件；所述打印管一端连接液滴输送通道，另一端将阳性液滴导入液滴收集部件。

8、进一步地，所述液滴分选芯片分选出两颗阳性液滴之间的间隔时间大于阳性液滴通过液滴输送通道和打印管的时间总和。

9、所述间隔时间是从第一滴液滴到达打印管末端、将要或正滴落到第二滴液滴到达相同位置的时间。在一些具体的实施例中，间隔时间大于或等于6s时，液滴分装效率高达99％，可能是因为每次收集液滴的时候，打印管里只有一滴液滴在移动，不存在因相邻液滴滴落；如果间隔时间较短，孔板来不及移动，便会导致一个孔位装了两滴液滴的现象；值得注意的是，当间隔时间大于6时，整个分选打印时间较长，影响液滴中微生物的活性，且实验效率低。故优选间隔时间等于6s。

10、进一步地，所述阳性液滴经历液滴输送通道的时间为10ms～1s。

11、可以理解的是，阳性液滴通过液滴输送通道的时间取决于多个因素，如上述的液滴输送通道的长度、液滴的流量等，在一些优选的实施例中，t1为1s。

12、进一步地，所述阳性液滴通过打印管的时间t2为1～20s。优选地，t2为5s。

13、进一步地，所述液滴输送通道的长度为0.1mm～5cm。

14、进一步地，所述液滴输送通道的宽度为50μm～1mm；深度为30μm～1mm。

15、进一步地，所述空气注入口的直径为30μm～0.3mm，且位于液滴输送通道50μm～2mm处。

16、进一步地，所述空气推进泡的半径与液滴输送通道的半径比为0.1～5。

17、进一步地，空气推进泡与通过液滴输送通道液滴的数目比为10～1000。

18、优选地，空气推进泡与通过液滴输送通道液滴的数目比为100。可以理解的是，空气推进泡的存在能有效缩短液滴分装时间，提高液滴流出速度的稳定性，降低出错率，但空气气泡过多时会影响液滴的滴落过程以及缩短注射泵的寿命。

19、进一步地，往液滴输送通道输送空气推进泡的流量为0.1ml/hr～20ml/hr。

20、进一步地，所述打印管包含一条长度为5～40cm、材质为特氟龙、硅胶、玻璃、不锈钢、聚乙烯、peek的任意一种或多种的毛细管。

21、进一步地，所述废液收集模块包括翻转模块与废液瓶，所述翻转模块包含翻转步进电机模组和漏勺；所述漏勺通过导管与废液瓶相连，用于承接废液。

22、其中，翻转步进电机模组带动漏勺翻转。可以理解的是，阳性液滴能否顺利进入孔板以及阴性液滴或废液的去除需要漏勺的翻转时间与t1和t2时间相匹配，所述漏勺翻转的作用是不将打印管流出的液体导入废液瓶。在一些具体的实施例中，如果漏勺翻转时间间隔约等于t1+t2时，即阳性液滴准备或刚要从打印管里滴落时，漏勺翻转，使阳性液滴顺利滴入孔板相应的位置。

23、进一步地，所述废液瓶设有抽真空部件，所述抽真空部件用于维持废液瓶内的真空环境。

24、进一步地，所述液滴收集部件包括承接液滴的孔板和移动部件，所述移动部件用于驱动孔板位移从而承接液滴，所述孔板中设有分装单个液滴的孔位。

25、所述移动部件上还包含废液池，所述废液池由移动部件带动，当孔板刚收集到一个液滴时，下一个阳性液滴在t1+t2 s后才能到达打印管末端，而期间流出的废液需所述废液池和漏勺来收集，所述废液池的作用是收集漏勺复位前从打印管流出的废液，待漏勺从翻转状态恢复到原位时，废液流经漏勺，进入废液瓶。综上，废液的收集与阳性液滴的分装需要翻转模块和移动模块的相互配合，且该两者的驱动时间需要与t1和t2相匹配，从而提高液滴分装效率。

26、进一步地，所述移动部件包含x轴模块、y轴模块和z轴模块；所述x轴模块、y轴模块和z轴模块分别执行x轴、y轴和z轴的精确运动。

27、进一步地，所述打印管末端与孔板的距离为0.5mm～20mm。

28、可以理解的是，打印管末端与孔板的距离较小时，空气推进泡从打印管中出来，还未来得及破碎，便随着液滴进入孔板；反之，液滴从高处滴落，容易溅到板孔上的其他孔位，继而污染后者承载着的液滴，同是也会增加设备的体积。

29、进一步地，所述孔板包含8联排、96孔板和384孔板的任意一种或多种。

30、另一方面，本发明提供了一种分装液滴的方法，所述方法采用上述的液滴分装设备分装液滴，所述液滴的粒径为20μm～0.2mm。

31、另一方面，本方面提供了一种空气气泡用于制备提高独立分装液滴效率，且使每一个孔位只含有一个液滴的液滴分装设备的用途。

32、采用空气来提高独立分装单个液滴的效率能降低设备的使用成本，从而提高生产利润，间接提高产品竞争力。

33、本发明的有益效果包括：

34、1.提供了一种利用空气将滞留在打印管的液滴排出的方法，该方法缩短了液滴流出的时间，降低了生产的时间成本；

35、2.本发明提供的设备能精确把控液滴流出的时间，继而能够准确地将液滴分配到孔板中，且分选出的液滴与孔板孔位的对应关系是明确的；

36、3.本发明提供的设备能保证一个孔位只有一滴液滴，若是所得液滴需用于后续实验，这有利于结合液滴的特性，分析实验结果，节省了实验试错的时间。