一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)及其分選方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)及其分選方法，包括數(shù)字微流控芯片、綜合電路和熒光激發(fā)與采集模塊。所述數(shù)字微流控芯片與綜合電路連接，熒光激發(fā)與采集模塊分別與數(shù)字微流控芯片和綜合電路連接。本發(fā)明所述基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)在液滴的生成、運輸及分選過程中全部是依靠芯片上介電潤濕原理，因此不需添加第三方的實現(xiàn)機構(gòu)，更容易實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，且過程中是對單個液滴的操控與分析，結(jié)合生物化學(xué)染色、熒光蛋白標(biāo)記技術(shù)，可用于單個細胞、分泌蛋白或微生物的檢測與分選，用于早期疾病診斷與治療等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)及其分選方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)及其分選方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有的液滴分選方法，分選控制模塊會作用于液滴流經(jīng)的區(qū)域而非單個液滴本身，因此會出現(xiàn)分選不精準(zhǔn)，漏選或錯選的現(xiàn)象。
[0003]其次，較常用使用的熒光液滴分選系統(tǒng)使用的連續(xù)微流控技術(shù)，采用基于玻璃或塑料的微流道來實現(xiàn)的，適用于一些簡單的事先定義好的應(yīng)用，難以實現(xiàn)復(fù)雜的處理，并且一般只能工作于串行模式，工作效率低。由于工作參數(shù)(如壓強、流體阻力、電場強度等)在整個微流道系統(tǒng)中處處不同，微流體會受到整個微流道系統(tǒng)的影響，也易發(fā)生微粒阻塞流道的現(xiàn)象發(fā)生。
[0004]目前常用的液滴分選系統(tǒng)中，生成液滴時大多需借助外接栗、鞘液及特殊構(gòu)造的流道實現(xiàn)，這會造成系統(tǒng)的發(fā)雜度提升，不便于小型化的實現(xiàn)。(如專利CN201380039184.6)
另外，常用的基于微流控的熒光液滴分選裝置中，利用激發(fā)熒光信號檢測樣本微粒的方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如Zhenning Cao等人提出了Droplet sorting based on thenumber of encapsulated particles using a solenoid valve一文，但在檢測到樣本微粒后，已發(fā)展出的篩選機制如:光鑷子、機械開關(guān)、水流傳導(dǎo)力、介電泳等，存在技術(shù)手段昂貴、需微加工通道、需添加第三方分選模塊等短板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)及其分選方法，填補數(shù)字微流控技術(shù)應(yīng)用于熒光液滴分選領(lǐng)域，進行單個特異性細胞、蛋白質(zhì)等生物微粒檢測和分析的空白。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，包括數(shù)字微流控芯片、綜合電路和熒光激發(fā)與采集模塊;所述數(shù)字微流控芯片與綜合電路連接，熒光激發(fā)與采集模塊分別與數(shù)字微流控芯片和綜合電路連接。
[0007]所述數(shù)字微流控芯片為雙極板結(jié)構(gòu)，包括一個下極板、一個上極板和連接層，下極板和上極板平行設(shè)置，且上極板位于下極板上方，兩者之間形成間隙，連接層位于所述間隙中。
[0008]所述下極板從下到上依次包括下極板基底、電極層、介電層和下極板疏水層，電極層設(shè)置在下極板基底和介電層之間，下極板疏水層設(shè)置在介電層的上表面;所述上極板從下到上依次包括上極板疏水層、接地層和上極板基底。
[0009]所述電極層包括蓄液配發(fā)單元、檢測分選節(jié)點電極、兩個液滴收集電極和三組通道電極陣列，以檢測分選節(jié)點電極為中心，三組通道電極陣列一端分別與檢測分選節(jié)點電極連接，另一端與蓄液配發(fā)單元和兩個液滴收集電極分別連接。
[0010]所述蓄液配發(fā)單元包括依次設(shè)置的蓄液電極、第一傳輸電極和第二傳輸電極，第二傳輸電極與通道電極陣列連接，第二傳輸電極的面積不大于第一傳輸電極的面積。
[0011]所述綜合電路包括依次連接的模擬熒光信號調(diào)制電路、采樣控制電路、電極驅(qū)動電路和封裝接口；數(shù)字微流控芯片通過封裝接口固定在綜合電路的電路板上，封裝接口與數(shù)字微流控芯片的電極層連接。
[0012]所述模擬熒光信號調(diào)制電路包括依次連接的前置放大電路、差分電路和低通濾波電路。
[0013]所述采樣控制電路包括依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊和控制電路;A/D轉(zhuǎn)換模塊與低通濾波電路連接，控制電路與電極驅(qū)動電路連接。
[0014]液滴到達檢測分選節(jié)點電極后，經(jīng)熒光激發(fā)與采集模塊產(chǎn)生模擬熒光強度信號，模擬熒光強度信號經(jīng)前置放大電路放大后，進入差分電路去除偏置，再進入低通濾波電路濾波去除噪聲，之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片上，從而實現(xiàn)對液滴的分選操控。
[0015]所述封裝接口包括pogoP in連接器、電路板接插件和電路板;pogo pin連接器和電路板接插件均焊接在電路板上，pogo pin連接器與數(shù)字微流控芯片的電極層連接；電路板接插件與綜合電路連接。
[0016]所述熒光激發(fā)與采集模塊包括物鏡、二向色鏡、分光鏡、擴束鏡、激光器、光電倍增管、CCD、計算機和兩個濾光片。
[0017]物鏡對準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極，共光軸依次設(shè)置激光器、擴束鏡和二向色鏡，共光軸依次設(shè)置物鏡、二向色鏡、分光鏡、一個濾光片和CCD，上述部件所在光軸為第一光軸，且物鏡位于二向色鏡的反射光路上，其中二向色鏡和分光鏡均與第一光軸存在夾角，另一個濾光片和光電倍增管依次設(shè)置在分光鏡的反射光路上，CCD與計算機連接，光電倍增管與綜合電路的模擬熒光信號調(diào)制電路連接。
[0018]激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡擴束后射入二向色鏡，經(jīng)二向色鏡反射后通過物鏡聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡、二向色鏡后進入分光鏡，經(jīng)分光鏡分為反射熒光和透射熒光，反射熒光經(jīng)濾光片后進入光電倍增管被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路，透射熒光經(jīng)濾光片后進入CCD被拍攝并顯示在計算機上。
[0019]—種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)的分選方法，分選步驟如下:
步驟1、將帶有熒光顆粒與非熒光顆粒的液體置于數(shù)字微流控芯片的蓄液配發(fā)單元內(nèi)，轉(zhuǎn)入步驟2。
[0020]步驟2、綜合電路的控制電路控制電極驅(qū)動電路進行通斷電，從而從蓄液配發(fā)單元產(chǎn)生一顆液滴，并通過與其連接的通道電極陣列將液滴搬運至檢測分選節(jié)點電極，轉(zhuǎn)入步驟3。
[0021]步驟3、激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡擴束后射入二向色鏡，經(jīng)二向色鏡反射后通過物鏡聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡、二向色鏡后進入分光鏡，經(jīng)分光鏡分為反射熒光和透射熒光，反射熒光經(jīng)濾光片后進入光電倍增管被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路，透射熒光經(jīng)濾光片后進入CCD被拍攝并顯示在計算機上，轉(zhuǎn)入步驟4。
[0022]步驟4、產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片上，從而實現(xiàn)對液滴的分選操控，轉(zhuǎn)入步驟5。
[0023]步驟5、返回步驟2，如此循環(huán)，直至蓄液配發(fā)單元內(nèi)的液體被分選完。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于:
(I)不借助栗及流道，憑借芯片自身產(chǎn)生離散液滴，將待分選的生物微粒包裹于液滴中，依托對液滴操作實現(xiàn)對生物微粒的操作，實現(xiàn)對單個液滴的分析檢測，基本不會存在漏選的現(xiàn)象，是高精度、絕對定量化的檢測。
[0025](2)基于開放式或半開放式芯片，液滴沿電極運動，所以避免了微流通道的加工過程及微粒阻塞流道的現(xiàn)象，芯片結(jié)構(gòu)簡單。
[0026](3)因為該篩選機制依據(jù)電潤濕原理及芯片結(jié)構(gòu)本身來驅(qū)動液滴，省去了第三方用于篩分的模塊，降低了控制難度，便于系統(tǒng)小型化、減少了成本。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明基于數(shù)字微流控的液滴分選芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；其中(a)為其剖面結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為其平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明的綜合電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0030]圖4為本發(fā)明在圖2的數(shù)字微流控芯片上實現(xiàn)液滴分選的原理圖，A待分選大液滴、B生成小液滴、C正在被分選小液滴、D已分選非熒光小液滴、E已分選熒光小液滴、F為已收集非熒光液滴和G為已收集熒光液滴。
【具體實施方式】
[0031]
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0032]結(jié)合圖1，一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，包括數(shù)字微流控芯片1、綜合電路2、熒光激發(fā)與采集模塊3。所述數(shù)字微流控芯片I與綜合電路2連接，熒光激發(fā)與采集模塊3分別與數(shù)字微流控芯片I和綜合電路2連接。
[0033]所述數(shù)字微流控芯片I為雙極板結(jié)構(gòu)，包括一個下極板11、一個上極板12和連接層13，下極板11和上極板12平行設(shè)置，且上極板12位于下極板11上方，兩者之間形成間隙，連接層13位于所述間隙中。
[0034]所述下極板11從下到上依次包括下極板基底111、電極層112、介電層113和下極板疏水層114，電極層112設(shè)置在下極板基底111和介電層113之間，下極板疏水層114設(shè)置在介電層113的上表面;所述上極板從下到上依次包括上極板疏水層121、接地層122和上極板基底123。
[0035]所述電極層112包括蓄液配發(fā)單元1121、檢測分選節(jié)點電極1123、兩個液滴收集電極1124和三組通道電極陣列1122，以檢測分選節(jié)點電極1123為中心，三組通道電極陣列1122—端分別與檢測分選節(jié)點電極1123連接，另一端與蓄液配發(fā)單元1121和兩個液滴收集電極1124分別連接。
[0036]微流控器件的驅(qū)動電壓施加在電極層112和接地層122之間，依靠其上排布相關(guān)電極陣列，液滴可在極板間間隙進行配發(fā)、運輸和分選等操作。
[0037]結(jié)合圖2(a)，所述數(shù)字微流控芯片I實施的步驟如下:
下極板11:
1)下極板基底111的選擇
下極板基底111可以為任意絕緣透明材料，如玻璃；
2)電極層112的制備
電極層112可以為金屬、導(dǎo)電氧化物等，采用蒸鍍或濺射形成。電極圖形顯現(xiàn)可以先淀積金屬層，再光刻顯影后濕法或干法刻蝕，也可以先光刻顯影后，再淀積金屬后有機溶液超聲玻璃；
3)介電層113的制備
介電層113的材料為各種高介電常數(shù)的介質(zhì)材料。采用化學(xué)或物理氣相沉積的方式；
4)下極板疏水層114的制作
下極板疏水層114的疏水材料可以為Teflon，采用旋涂或提拉鍍膜結(jié)合退火工藝制作。
[0038]上極板12:1)上極板基底123的選擇上極板基底123可以為任意絕緣透明材料，如玻璃。
[0039]2)接地層122的制備
接地層122的材料為透明導(dǎo)電材料，如ΙΤ0。采用濺射或蒸鍍工藝。
[0040]3)上極板疏水層121的制備
上極板疏水層121的疏水材料可以為Teflon，采用旋涂或提拉鍍膜結(jié)合退火工藝制作。
[0041]連接層13只要求材料具有一定厚度且可保證與兩個極板的粘接性，可以為雙面膠帶。在下極板11和上極板12制作完成后，先將其黏在下極板11適當(dāng)位置，在滴加待分選溶液后，再將上極板11粘附在連接層13上。
[0042]結(jié)合圖2(b)，所述電極層112包括依次設(shè)置的蓄液電極1121-1、第一傳輸電極1121-2和第二傳輸電極1121-3，第二傳輸電極1121-3與通道電極陣列1122連接，第二傳輸電極1121-3的面積不大于第一傳輸電極1121-2的面積，第一傳輸電極1121_2和第二傳輸電極1121-3形狀不局限于圖中所示，可為矩形、方形、月牙形等。蓄液電極1121-1形狀不局限于圖中所示，但要保證具有與第一傳輸電極1121-2嵌套的“凹”口。
[0043]其中通道電極陣列1122由一系列小電極構(gòu)成，小電極的形狀可為方形或任意形狀，根據(jù)運輸方向與距離的不同，小電極的數(shù)量及排布方式可調(diào)。
[0044]其中檢測分選節(jié)點電極1123位于通道電極陣列1122的交叉位置，其中部被摳除，該摳除區(qū)域要保證透光性，且該摳除區(qū)域可為任意形狀(如圓形、方形)。
[0045]其中液滴收集電極1124為尺寸較大電極，其形狀不限，可以為方形、圓形。
[0046]結(jié)合圖1和圖3，本發(fā)明所述綜合電路2為包含多種功能模塊的PCB電路板，本實施例中，為方便熒光穿過，其形狀為“凹”字形，但其可以為任意形狀，綜合電路2包括模擬熒光信號調(diào)制電路21、采樣控制電路22、電極驅(qū)動電路23和封裝接口 24。數(shù)字微流控芯片I通過封裝接口 24固定在綜合電路2的電路板上，封裝接口 24與數(shù)字微流控芯片I的電極層112連接。
[0047]其中，模擬熒光信號調(diào)制電路21包括依次連接的前置放大電路211、差分電路212、低通濾波電路213。根據(jù)輸入信號的大小范圍，差分電路212模塊也可以去除。所述采樣控制電路22包括A/D轉(zhuǎn)換模塊221和控制電路222;A/D轉(zhuǎn)換模塊221與低通濾波電路213連接，控制電路222與電極驅(qū)動電路23連接。根據(jù)控制電路222的功能不同，A/D轉(zhuǎn)換模塊221也可以集成到控制電路222中，作為其功能的一部分。
[0048]液滴14到達檢測分選節(jié)點電極1123后，經(jīng)熒光激發(fā)與采集模塊3產(chǎn)生模擬熒光強度信號，模擬熒光強度信號經(jīng)前置放大電路211放大后，進入差分電路212去除偏置，再進入低通濾波電路213濾波去除噪聲，之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊221變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路222與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路222會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路23輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口 24傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片I上，從而實現(xiàn)對液滴14的分選操控。
[0049]電極驅(qū)動電路23核心器件為多個光繼電器，其實現(xiàn)方式可參考(TOSHIBA公司，TLP240J數(shù)據(jù)手冊)給出的轉(zhuǎn)換時間測試電路。
[°°50] 封裝接口24包括pogo pin連接器241、電路板接插件242和電路板。其中，pogo pin連接器241和電路板接插件242均焊接在電路板上;pogo pin連接器241與數(shù)字微流控芯片I的電極層112連接;電路板接插件242與綜合電路2連接。
[0051 ]結(jié)合圖1，熒光激發(fā)與采集模塊3包括物鏡31、二向色鏡32、分光鏡33、擴束鏡34、激光器35、濾光片36、光電倍增管37、(XD38和計算機39。
[0052]物鏡31對準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極1123，共光軸依次設(shè)置激光器35、擴束鏡34和二向色鏡32，共光軸依次設(shè)置物鏡31、二向色鏡32、分光鏡33、一個濾光片36和(XD38，上述部件所在光軸為第一光軸，且物鏡31位于二向色鏡32的反射光路上，其中二向色鏡32和分光鏡33均與第一光軸存在夾角，另一個濾光片36和光電倍增管37依次設(shè)置在分光鏡33的反射光路上，CCD38與計算機39連接，光電倍增管37與綜合電路2的模擬熒光信號調(diào)制電路21連接。
[0053]激光器35產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡34擴束后射入二向色鏡32，經(jīng)二向色鏡32反射后通過物鏡31聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極1123上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡31、二向色鏡32后進入分光鏡33，經(jīng)分光鏡33分為反射熒光和透射熒光，反射熒光經(jīng)濾光片36后進入光電倍增管37被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路21，透射熒光經(jīng)濾光片36后進入CCD38被拍攝并顯示在計算機39上。
[0054]其中，根據(jù)具體需要，可以添加或去除CCD38圖像采集部分;根據(jù)微粒熒光物質(zhì)特性，激光器35可選多種波段激光器;且本模塊所述各部件均為可購得商品。
[0055]—種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)的分選方法，分選步驟如下:
步驟1、將帶有熒光顆粒與非熒光顆粒的液體置于數(shù)字微流控芯片I的蓄液配發(fā)單元1121 內(nèi)。
[0056]步驟2、綜合電路2的控制電路222控制電極驅(qū)動電路23進行通斷電，從而從蓄液配發(fā)單元1121產(chǎn)生包含一種微粒的液滴，并通過與其連接的通道電極陣列1122將液滴搬運至檢測分選節(jié)點電極1123。
[0057]步驟3、激光器35產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡34擴束后射入二向色鏡32，經(jīng)二向色鏡32反射后通過物鏡31聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極1123上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡31、二向色鏡32后進入分光鏡33，經(jīng)分光鏡33分為反射熒光和透射熒光，反射熒光經(jīng)濾光片36后進入光電倍增管37被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路21，透射熒光經(jīng)濾光片36后進入(XD38被拍攝并顯示在計算機39上。
[0058]步驟4、產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路21后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊221變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路222與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路222會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路23輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口 24傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片I上，從而實現(xiàn)對液滴14的分選操控。
[0059]步驟5、返回步驟2，如此循環(huán)，直至蓄液配發(fā)單元1121內(nèi)的液體被分選完。
[0060]本發(fā)明所述基于數(shù)字微流控的液滴分選系統(tǒng)，在本實施例中，其工作過程為: 分選前將待分選的含有混合微粒的大液滴A置于數(shù)字微流控芯片I的蓄液配發(fā)單元
1121，通過控制電路222控制電極驅(qū)動電路23，實現(xiàn)數(shù)字微流控芯片I上各電極的通斷電配合。如圖4，首先，對蓄液配發(fā)單元1121的三個電極進行通電，可實現(xiàn)大液滴沿第一傳輸電極1121-2和第二傳輸電極1121-3形成“液體手指”，然后第一傳輸電極1121_2斷電，“液體手指”從第一傳輸電極1121-2處斷開，在第二傳輸電極1121-3處產(chǎn)生包含單個生物微粒的小液滴，并通過控制與蓄液配發(fā)單元1121連接的通道電極陣列1122的電極依次通斷電，將液滴搬運至檢測分選節(jié)點電極1123，如液滴B為剛生成的正在被運輸?shù)囊旱巍?br>[0061]液滴C到達檢測分選節(jié)點電極1123后，含有熒光物質(zhì)的微粒會被激發(fā)產(chǎn)生熒光信號，熒光信號經(jīng)過光路一部分會被CCD38采集，并在計算機39上形成相應(yīng)照片以供參考，熒光信號的另一部分經(jīng)過光路會被光電倍增管37采集并轉(zhuǎn)化為模擬熒光強度信號。
[0062]模擬熒光強度電信號在經(jīng)過前置放大電路211、差分電路212和低通濾波電路213后，會經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊221轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并被送入控制電路222。
[0063]控制電路222會將數(shù)字熒光強度信號與設(shè)定閾值進行對比，判斷熒光強度是否達到預(yù)設(shè)，從而判斷出該液滴是否為包含熒光微粒的液滴。
[0064]根據(jù)判斷結(jié)果，控制電路222會操控相應(yīng)電極驅(qū)動電路23，實現(xiàn)數(shù)字微流控芯片I上的相關(guān)通道電極陣列1122通斷電，使不同類型液滴被運輸至不同區(qū)域(如已分選非熒光液滴D和已分選熒光液滴E)，實現(xiàn)分選。這里液滴C為非熒光液滴，會被運往已收集非熒光液滴F處。而熒光液滴，會被運往已收集熒光液滴G處。
【主權(quán)項】
1.一種基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)字微流控芯片(I)、綜合電路(2)和熒光激發(fā)與采集模塊(3);所述數(shù)字微流控芯片(I)與綜合電路(2)連接，熒光激發(fā)與采集模塊(3)分別與數(shù)字微流控芯片(I)和綜合電路(2)連接； 所述數(shù)字微流控芯片(I)為雙極板結(jié)構(gòu)，包括一個下極板(11)、一個上極板(12)和連接層(13)，下極板(11)和上極板(12)平行設(shè)置，且上極板(12)位于下極板(11)上方，兩者之間形成間隙，連接層(13)位于所述間隙中； 所述下極板(11)從下到上依次包括下極板基底(111)、電極層(112)、介電層(113)和下極板疏水層(114)，電極層(112)設(shè)置在下極板基底(111)和介電層(113)之間，下極板疏水層(114)設(shè)置在介電層(113)的上表面；所述上極板從下到上依次包括上極板疏水層(121)、接地層(122)和上極板基底(123); 所述電極層(112)包括蓄液配發(fā)單元(1121)、檢測分選節(jié)點電極(1123)、兩個液滴收集電極(1124)和三組通道電極陣列(1122)，以檢測分選節(jié)點電極(1123)為中心，三組通道電極陣列(1122)—端分別與檢測分選節(jié)點電極(1123)連接，另一端與蓄液配發(fā)單元(1121)和兩個液滴收集電極(1124)分別連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于:所述蓄液配發(fā)單元(1121)包括依次設(shè)置的蓄液電極(1121-1)、第一傳輸電極(1121-2)和第二傳輸電極(1121-3)，第二傳輸電極(1121-3)與通道電極陣列(1122)連接，第二傳輸電極(1121-3)的面積不大于第一傳輸電極(1121-2)的面積。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于: 所述綜合電路(2 )包括依次連接的模擬熒光信號調(diào)制電路(21)、采樣控制電路(22 )、電極驅(qū)動電路(23)和封裝接口(24);數(shù)字微流控芯片(I)通過封裝接口( 24)固定在綜合電路(2 )的電路板上，封裝接口( 24)與數(shù)字微流控芯片(I)的電極層(112 )連接； 所述模擬熒光信號調(diào)制電路(21)包括依次連接的前置放大電路(211)、差分電路(212)和低通濾波電路(213); 所述采樣控制電路(22)包括依次連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊(221)和控制電路(222) ;A/D轉(zhuǎn)換模塊(221)與低通濾波電路(213)連接，控制電路(222)與電極驅(qū)動電路(23)連接； 液滴到達檢測分選節(jié)點電極(1123 )后，經(jīng)熒光激發(fā)與采集模塊(3)產(chǎn)生模擬熒光強度信號，模擬熒光強度信號經(jīng)前置放大電路(211)放大后，進入差分電路(212)去除偏置，再進入低通濾波電路(213)濾波去除噪聲，之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊(221)變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路(222)與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路(222)會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路(23)輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口(24)傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片(I)上，從而實現(xiàn)對液滴(14)的分選操控。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于:所述封裝接口(24)包括pogo pin連接器(241)、電路板接插件(242)和電路板;pogo pin連接器(241)和電路板接插件(242)均焊接在電路板上，pogo pin連接器(241)與數(shù)字微流控芯片(I)的電極層(112 )連接;電路板接插件(242 )與綜合電路(2 )連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于:所述熒光激發(fā)與采集模塊(3 )包括物鏡(31)、二向色鏡(32 )、分光鏡(33 )、擴束鏡(34)、激光器(35 )、光電倍增管(37)、CCD(38)、計算機(39)和兩個濾光片(36); 物鏡(31)對準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極(1123 )，共光軸依次設(shè)置激光器(35)、擴束鏡(34)和二向色鏡(32)，共光軸依次設(shè)置物鏡(31)、二向色鏡(32)、分光鏡(33)、一個濾光片(36)和(XD( 38)，上述部件所在光軸為第一光軸，且物鏡(31)位于二向色鏡(32)的反射光路上，其中二向色鏡(32)和分光鏡(33)均與第一光軸存在夾角，另一個濾光片(36)和光電倍增管(37)依次設(shè)置在分光鏡(33)的反射光路上，(XD(38)與計算機(39)連接，光電倍增管(37)與綜合電路(2 )的模擬熒光信號調(diào)制電路(21)連接； 激光器(35)產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡(34)擴束后射入二向色鏡(32)，經(jīng)二向色鏡(32)反射后通過物鏡(31)聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極(1123)上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡(31)、二向色鏡(32 )后進入分光鏡(33)，經(jīng)分光鏡(33)分為反射焚光和透射焚光，反射焚光經(jīng)濾光片(36)后進入光電倍增管(37)被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路(21)，透射熒光經(jīng)濾光片(36)后進入(XD(38)被拍攝并顯示在計算機(39)上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)，其特征在于:所述接地層(122)為驅(qū)動電壓負極連接層，采用透明狀導(dǎo)電膜。7.基于權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微流控的熒光液滴分選系統(tǒng)的分選方法，其特征在于，分選步驟如下: 步驟1、將帶有熒光顆粒與非熒光顆粒的液體置于數(shù)字微流控芯片(I)的蓄液配發(fā)單元(1121)內(nèi)，轉(zhuǎn)入步驟2; 步驟2、綜合電路(2)的控制電路(222)控制電極驅(qū)動電路(23)進行通斷電，從而從蓄液配發(fā)單元(1121)產(chǎn)生一顆液滴，并通過與其連接的通道電極陣列(1122)將液滴搬運至檢測分選節(jié)點電極(1123)，轉(zhuǎn)入步驟3 ； 步驟3、激光器(35)產(chǎn)生的激光經(jīng)擴束鏡(34)擴束后射入二向色鏡(32)，經(jīng)二向色鏡(32)反射后通過物鏡(31)聚焦到準(zhǔn)檢測分選節(jié)點電極(1123)上，當(dāng)包含熒光微粒的液滴經(jīng)過時，液滴里的熒光微粒在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光又依次通過物鏡(31)、二向色鏡(32)后進入分光鏡(33)，經(jīng)分光鏡(33)分為反射焚光和透射焚光，反射焚光經(jīng)濾光片(36)后進入光電倍增管(37)被檢測，產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路(21)，透射熒光經(jīng)濾光片(36)后進入(XD(38)被拍攝并顯示在計算機(39)上，轉(zhuǎn)入步驟4; 步驟4、產(chǎn)生模擬熒光強度信號送入模擬熒光信號調(diào)制電路(21)后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊(221)變?yōu)閿?shù)字信號，進入控制電路(222)與所設(shè)定的強度閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制電路(222 )會輸出對應(yīng)的控制指令，控制指令控制電極驅(qū)動電路(23 )輸出相應(yīng)變化規(guī)律的電壓，并通過封裝接口(24)傳輸?shù)綌?shù)字微流控芯片(I)上，從而實現(xiàn)對液滴的分選操控，轉(zhuǎn)入步驟5; 步驟5、返回步驟2，如此循環(huán)，直至蓄液配發(fā)單元(1121)內(nèi)的液體被分選完。
【文檔編號】G01N15/14GK106092865SQ201610662779
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610662779.2, CN 106092865 A, CN 106092865A, CN 201610662779, CN-A-106092865, CN106092865 A, CN106092865A, CN201610662779, CN201610662779.2
【發(fā)明人】王偉強, 曹康, 萬瑩, 蘇巖
【申請人】南京理工大學(xué)