[发明专利]电动微流控液滴分配器

说明书

本公开提供了一种电动微流控液滴分配器，基于微流控冲击打印的原理，将微流控芯片中的液体打印成体积均匀的液滴，利用打印次数，即液滴数量来控制加样的体积。液体预先注入可更换的微流控芯片中，利用电控系统设置与控制打印液滴数量。本公开单个液滴体积更小，典型体积在0.1纳升至10纳升，单个液滴体积CV值小于3.4％。通过多次打印进行亚微升体积加样时，平均效应会进一步减小随机误差。微流控芯片采用高分子材料制作，成本低可更换。微流控芯片与致动器分离，无需清洗，没有交叉污染。液体剩余体积小于1微升，浪费少。采用单片机控制打印液滴数量，自动打印分液；不仅可以分配液体还可以抽取液体，功能多样。

技术领域

本公开属于实验器具技术领域，特别涉及一种电动微流控液滴分配器，用于液体的定量化加样、分配和抽取。

背景技术

分液器与移液器是生物、化学实验室常用的小量移取液体的可手持操作的仪器，其主要工作原理是通过活塞的抽吸与挤压完成对液体的转移：吸取与排出。这一种移液器又被称为“空气移位移液器(air displacement pipette)，利用活塞中密封的空气垫的移位来将液体吸入与排出。其初始原理早在1957被Heinrich Schnitger提出并申请了专利。其后一系列专利技术造就了现代移液器的基本结构与形式，如美国专利《Pipettingsystem》(专利号：US3494201 A，日期：1970年2月10日)。不同于活塞式操作连续液体，另一种方法——打印将液体/试剂分割成一个个离散的液滴，而单个液滴体积可以小至皮升量级。目前，这一技术已广泛应用于图文制备，如目前商用的压电与热电喷墨打印。欧洲专利《Droplet deposition apparatus》(专利号：EP0277703 A1，公开日：1988年8月10日)揭示了一种压电喷墨打印装置，包括压电致动器、喷口、与喷口相连的腔体，脉冲电信号驱动压电致动器进行按需打印(drop-on-demand)。这种打印方式驱动器与喷口(也称喷孔)一体化，喷口容易被堵塞，也不能轻易更换喷孔。在喷墨打印的基础上，美国专利《method forrapid dispensing of minute quantities of viscous material》(专利号：5320250，日期：1994年6月14)提出了利用电磁驱动器冲击弹性腔体，进行粘性材料打印的方法。为避免需要清洗堵塞的喷口，带有喷口的腔体可以更换，但并不能像一次性移液器吸头那样即插即换。打印时，需要通过一个外接气源从墨盒向腔体内注入粘性墨水，效率很低。采用即插即用可更换墨盒芯片进行液滴打印的原理研究近年来开始国际上出现报道：如2013年《Labon a chip》(13卷，1902)，2015年《Biomicrofluidics》(9卷，054101)报道了Tingrui Pan的研究组在此方面的探索，2016年Anas Bsoul在《Lab on a chip》(16卷，3351)也提出类似方法，均指出这种采用冲击打印，可更换墨盒芯片方法在微量液体操作方面精度高，成本低，具有巨大应用前景。

传统的滴定管、移液器等器具操作体积在微升及以上液体时，具有较高的精确度。但在实现1微升以下体积的加样时，误差较大。如Eppendorf公司的0.1μL-2.5μL量程的微移液器，加样0.25微升液体，随机误差(CV值，变异系数)达到6％，0.1微升时，随机误差达到12％。Rainin公司的0.1μL-2μL量程的微移液器在0.2μL时，随机误差为6％。对于超小体积液体的操作，一般通过气动式或打印方式实现。目前产品有：TTP Labtech公司的Mosquito系列，Tecan公司的D300e数字分液器等。但都是自动化操作平台，在手持器具或小型便携式台式设备领域尚未涉及。这是因为气动式一般需要后接气源与气路控制，移动受限。而打印方式目前流行的喷墨打印由于其打印头需要经常清洗或更换，使用成本太高，不利用手持型小型化。采用微流控冲击打印方式可以实现皮升到纳升分辨率液滴的打印；采用低成本可更换芯片可以实现即插即用，无交叉污染应用；其简单结构设计有望实现手持式高精度液体的分配。

发明内容

(一)要解决的技术问题