[发明专利]一种重力驱动的大规模微量液滴排布装置及方法

说明书

本发明提供了一种重力驱动的大规模微量液滴排布装置及方法，用于在样品上的特定位置高精度的排布微量液滴。该装置包括：一个具有特殊亲水/超疏水阵列结构的样品、液体供给系统、运动控制系统和机器视觉系统。该装置利用滴液重力和样品表面亲水/超疏水阵列结构双重作用，实现微量液滴的精确排布。其排布液滴的体积通过样品表面单个亲水区域的形状和大小确定。排布过程是线性的，并且可以同时排布多种不同的液体。同时，该液滴排布装置结构简单、排布效率高、扩展性强、无需注射针头精确定位到排布位置，可实现大规模的纳升级微量液滴排布。

技术领域

本发明涉及微量液滴排布领域，具体涉及一种重力驱动的大规模微量液滴排布装置及方法。

背景技术

精确的微量液滴排布是生物医学、化学、微流体、材料科学等多个领域迫切需求的，尤其是在细胞培养、生物微操作、化学反应、材料合成等领域，微量液滴排布具有重要应用价值。然而，现有的液滴排布方式无法同时满足高精度及高效率的要求，迫切需要可以实现大规模微量液滴排布的方法。

发明内容

本发明针对目前微量液滴排布中存在的排布效率低、定位精度差、排布液体单一等缺陷，提供了一种重力驱动的大规模微量液滴排布装置及方法，用于在具有润湿性差异的亲水/超疏水阵列结构表面排布微量液滴。

本发明提供了一种重力驱动的大规模微量液滴排布方法，同时还提供了一个液滴排布装置。该装置包括：一个具有特殊亲水/超疏水阵列结构的样品、液滴注射系统、运动控制系统、机器视觉系统和计算机控制系统。

该发明的样品经过特殊设计具有排布微量液滴的功能，其表面设有由亲水区域和超疏水区域。该样品利用待排布液体在亲水区域和超疏水区域的润湿性差异实现微量滴液排布。当待排布液体流经亲水区域时，特定体积的液体被保留在亲水区域，保留的液体基于液体表面张力作用自发在亲水区域形成液滴。当待排布液体流经超疏水区域时，没有液体保留在该区域。保留的液滴体积通过样品表面亲水区域的形状和大小确定。同时，亲水区域和超疏水区域排布成阵列结构，亲水区域被超疏水区域完全包围。利用该样品表面的这种特殊的亲水/超疏水阵列结构，实现把特定体积的微量液滴高精度的排布在样品表面的亲水区域。该样品为矩形，通过紫外光刻技术在超疏水基板上高精度的刻蚀出亲水区域。保证了亲水区域的形状和大小，进而保证了排布液滴的体积、获得具有亲水/超疏水阵列结构的样品。同时该样品形状、大小均可进一步扩展。

滴液注射系统包括：注射针头（1），其通过针头适配器（2）和出液导管（3）连接。出液导管（3）的另一端与三通切换阀（4）左端接口相连。三通切换阀（4）右端接口与进液导管（5）相连、下端接口和柱塞泵（6）相连。进液导管（5）末端连接一个液体杂质过滤器（7），用于过滤储液瓶（8）液体中的杂质。进液导管（5）通过储液瓶盖上的导管孔固定。同时，储液瓶盖还有一个空气过滤孔，孔中装有空气过滤塞（9）。

运动控制系统包括针头定位系统和样品倾斜系统两个部分。针头定位系统使用X轴电动平移台（10）、Y轴电动平移台（11）和Z轴电动平移台（12）三个电动平移台（10）（11）（12）实现针头的精确定位。其中，注射针头（1）与针头适配器（2）相连。针头适配器（2）通过手拧螺钉（13）固定在针头固定件（14）上。针头固定件（14）通过直角连接件（15）连接在Z轴电动平移台（12）上。YZ轴的两个电动平移台使用直角连接件（16）相连。XY轴的两个电动平移台使用连接板（17）相连。XYZ轴的三个电动平移台（10）（11）（12）用于控制注射针头的三维运动，使注射针头（1）精确运动到样品上的预设位置。

样品倾斜系统使用一个电动旋转台（18）控制样品（19）倾斜特定角度。其中，样品（19）放置在样品台（20）上。样品台（20）与电动旋转台（18）连接，电动旋转台（18）通过旋转台固定件（21）固定在减震台（22）上。电动旋转台（18）用于倾斜样品（19），样品（19）上盛放待排布液滴。利用液滴重力作用和样品（19）特殊亲水/超疏水阵列结构的双重作用，实现微量液滴的精确排布。初始阶段，样品（19）保持水平放置。