[發明專利]電動微流控液滴分配器

有效

• 申請號: 201710558804.7
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107824229B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 李保慶;禇家如;毛宇昕;李璇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種電動微流控液滴分配器，基于微流控沖擊打印的原理，將微流控芯片中的液體打印成體積均勻的液滴，利用打印次數，即液滴數量來控制加樣的體積。液體預先注入可更換的微流控芯片中，利用電控系統設置與控制打印液滴數量。本公開單個液滴體積更小，典型體積在0.1納升至10納升，單個液滴體積CV值小于3.4％。通過多次打印進行亞微升體積加樣時，平均效應會進一步減小隨機誤差。微流控芯片采用高分子材料制作，成本低可更換。微流控芯片與致動器分離，無需清洗，沒有交叉污染。液體剩余體積小于1微升，浪費少。采用單片機控制打印液滴數量，自動打印分液；不僅可以分配液體還可以抽取液體，功能多樣。

技術領域

本公開屬于實驗器具技術領域，特別涉及一種電動微流控液滴分配器，用于液體的定量化加樣、分配和抽取。

背景技術

分液器與移液器是生物、化學實驗室常用的小量移取液體的可手持操作的儀器，其主要工作原理是通過活塞的抽吸與擠壓完成對液體的轉移：吸取與排出。這一種移液器又被稱為“空氣移位移液器(air displacement pipette)，利用活塞中密封的空氣墊的移位來將液體吸入與排出。其初始原理早在1957被Heinrich Schnitger提出并申請了專利。其后一系列專利技術造就了現代移液器的基本結構與形式，如美國專利《Pipettingsystem》(專利號：US3494201 A，日期：1970年2月10日)。不同于活塞式操作連續液體，另一種方法——打印將液體/試劑分割成一個個離散的液滴，而單個液滴體積可以小至皮升量級。目前，這一技術已廣泛應用于圖文制備，如目前商用的壓電與熱電噴墨打印。歐洲專利《Droplet deposition apparatus》(專利號：EP0277703 A1，公開日：1988年8月10日)揭示了一種壓電噴墨打印裝置，包括壓電致動器、噴口、與噴口相連的腔體，脈沖電信號驅動壓電致動器進行按需打印(drop-on-demand)。這種打印方式驅動器與噴口(也稱噴孔)一體化，噴口容易被堵塞，也不能輕易更換噴孔。在噴墨打印的基礎上，美國專利《method forrapid dispensing of minute quantities of viscous material》(專利號：5320250，日期：1994年6月14)提出了利用電磁驅動器沖擊彈性腔體，進行粘性材料打印的方法。為避免需要清洗堵塞的噴口，帶有噴口的腔體可以更換，但并不能像一次性移液器吸頭那樣即插即換。打印時，需要通過一個外接氣源從墨盒向腔體內注入粘性墨水，效率很低。采用即插即用可更換墨盒芯片進行液滴打印的原理研究近年來開始國際上出現報道：如2013年《Labon a chip》(13卷，1902)，2015年《Biomicrofluidics》(9卷，054101)報道了Tingrui Pan的研究組在此方面的探索，2016年Anas Bsoul在《Lab on a chip》(16卷，3351)也提出類似方法，均指出這種采用沖擊打印，可更換墨盒芯片方法在微量液體操作方面精度高，成本低，具有巨大應用前景。

傳統的滴定管、移液器等器具操作體積在微升及以上液體時，具有較高的精確度。但在實現1微升以下體積的加樣時，誤差較大。如Eppendorf公司的0.1μL-2.5μL量程的微移液器，加樣0.25微升液體，隨機誤差(CV值，變異系數)達到6％，0.1微升時，隨機誤差達到12％。Rainin公司的0.1μL-2μL量程的微移液器在0.2μL時，隨機誤差為6％。對于超小體積液體的操作，一般通過氣動式或打印方式實現。目前產品有：TTP Labtech公司的Mosquito系列，Tecan公司的D300e數字分液器等。但都是自動化操作平臺，在手持器具或小型便攜式臺式設備領域尚未涉及。這是因為氣動式一般需要后接氣源與氣路控制，移動受限。而打印方式目前流行的噴墨打印由于其打印頭需要經常清洗或更換，使用成本太高，不利用手持型小型化。采用微流控沖擊打印方式可以實現皮升到納升分辨率液滴的打印；采用低成本可更換芯片可以實現即插即用，無交叉污染應用；其簡單結構設計有望實現手持式高精度液體的分配。

發明內容

(一)要解決的技術問題