一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置

1.本实用新型涉及微流控芯片颗粒生成的技术领域，特别涉及一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置。


背景技术：

2.目前纳米颗粒应用广泛，力学性能方面，纳米颗粒具有大的比表面积，活性大并具有高的扩散速率，因而用纳米粉体进行烧结，致密化速度快、可降低烧结温度并提高力学性能。敏感性能方面，纳米颗粒表面积巨大，表面活性高，对周围环境(温度、气氛、光、湿度等)敏感，因此可用来制作敏感度高的超小型、低能耗、多功能传感器。生物医学方面，纳米颗粒尺寸一般比生物体细胞要小得多，在生物学中可利用纳米颗粒进行细胞分离、细胞染色及利用纳米颗粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向；光学性能方面，纳米颗粒可表现出与同质的大块物体不同的光学特性，例如宽频带强吸收、蓝移现象及新的发光现象，从而可用于光反射材料、光通讯、光存储、光开关、光过滤材料、光导体发光材料、光折变材料、光学非线性元件、吸波隐身材料和红外传感器等领域，而使得大量研究致力于纳米颗粒的合成。
3.目前纳米颗粒的制备有沉淀法、真空沉积法、溶胶-凝胶法、液相沉积法，上述纳米颗粒的合成方法中，利用沉积法制备虽然取得了较好的效果，但仍然存在由于前驱物的颗粒尺寸细小，在随后的硒化退火过程中会出现晶粒长大尺寸受限的情况，同时薄膜内还会出现气孔等现象，即较难形成致密的微米级晶粒；气相沉积法制备微球一般需要借助高压设备，工艺复杂，且原料昂贵，产量较低；微乳液法需要使用大量的有机试剂，难以回收，容易对环境造成污染；化学沉淀法得到的微球粒径分布较宽，杂质多，团聚现象严重；模板聚合物法必须选择合适的模板，软模板结构的稳定性较差，合成效率不高，而硬模板结构较单一，形貌多样性受到一定限制；即上述方法中，沉淀法的缺点是容易引人杂质，真空沉积法、溶胶-凝胶法及液相沉积法等方法一般需要较为贵重的设备，且工艺复杂，不利于纳米颗粒的大批量生产；并且上述纳米颗粒的合成方法没能对合成的纳米颗粒进行检测，存在容易遗漏空包细胞的问题，譬如，利用海藻酸钠溶液包裹药剂以产生纳米颗粒时，海藻酸钠溶液内没包裹有药剂的纳米颗粒即为空包细胞，空包细胞中没有药剂的存在，导致无法发挥药剂应具备的功能，进而影响该纳米颗粒的研究和应用。
4.为此，提供一种能够解决上述问题的技术方案已成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，以解决现有微流控芯片颗粒生成的装置中容易遗漏空包细胞的问题。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，包括试管槽、输液机构、微流控芯片、激光发生器和光学检测机构；多个所述试管槽与所述输液机构接通，所述输液机构用于将所述试管槽内装载的物料输送至所述微流控芯片；所述激光发生器射出的激光对准所述微流控芯片的侧面；所述光学检测机构的检测部位对
准所述微流控芯片的工作面，所述光学检测机构用于检测经激光射出后所述微流控芯片散发出的光。
7.在其中一个实施例中，所述光学检测机构包括光电探测器和滤光部件；所述光电探测器的探测接收面对准所述微流控芯片的工作面，所述光电探测器的探测接收表面覆盖有所述滤光部件。
8.在其中一个实施例中，所述滤光部件包括狭缝片和滤光片，所述狭缝片和所述滤光片依次沿所述光电探测器的进光方向叠置。
9.在其中一个实施例中，所述输液机构包括压力泵、输液管路和输气管路；所述输液管路连接接通多个所述试管槽和所述微流控芯片，所述输气管路连接接通所述压力泵和多个所述试管槽。
10.在其中一个实施例中，所述输液管路包括多个第一液管；多个所述第一液管并联接通多个所述试管槽，多个所述第一液管均连接接通所述微流控芯片。
11.在其中一个实施例中，多个所述第一液管均为可拆卸管体结构。
12.在其中一个实施例中，所述输气管路包括第一气管和第二气管；所述第一气管并联接通多个所述试管槽，所述第一气管连接接通所述第二气管，所述第二气管连接接通所述压力泵。
13.在其中一个实施例中，所述第一气管和所述第二气管均为可拆卸管体结构。
14.在其中一个实施例中，所述微流控芯片、所述试管槽、所述输液机构、所述激光发生器和所述光学检测机构的外部设有翻盖机箱。
15.在其中一个实施例中，所述翻盖机箱外设有芯片插入槽和显示屏；所述芯片插入槽用于插装所述微流控芯片至所述机箱内，所述显示屏用于显示所述光学检测机构的检测信息。
16.本实用新型的有益效果如下：
17.由于多个所述试管槽与所述输液机构接通，所述输液机构用于将所述试管槽内装载的物料输送至所述微流控芯片，所以在进行应用时，试管槽中的试管剂物料能通过输液机构直接输送至所述微流控芯片中，然后试管剂物料可在所述微流控芯片中生成纳米颗粒，避免了沉淀法、真空沉积法、溶胶-凝胶法和液相沉积法的缺陷，可大批量直接生产纳米颗粒。
18.由于所述激光发生器射出的激光对准所述微流控芯片的侧面，所述光学检测机构的检测部位对准所述微流控芯片的工作面，所以在进行应用时，所述微流控芯片中产生得纳米颗粒在流经所述激光发生器射出的激光区域时，纳米颗粒会被激光激发出不同的荧光，然后荧光会进入到所述光学检测机构中进行检测以判断纳米颗粒中是否存在空泡细胞，再利用已检测出的空泡细胞，以保证纳米颗粒的质量。
19.综上所述，所述微流控芯片配合所述试管槽可实现纳米颗粒的生成制备，并且所述微流芯片配合所述激光发生器和所述光学检测机构可检测生成的纳米颗粒是否存在空泡细胞，再利用已检测出的空泡细胞，彻底解决了现有微流控芯片颗粒生成的装置中容易遗漏空包细胞的问题。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本实用新型优选实施方式提供的内部结构示意图；
22.图2是本实用新型优选实施方式提供的内部结构侧视图；
23.图3是本实用新型优选实施方式提供的内部结构俯视图；
24.图4是本实用新型优选实施方式提供的外观结构示意图；
25.图5是本实用新型优选实施方式提供的外观结构俯视图；
26.图6是本实用新型优选实施方式提供的光学检测机构的示意图；
27.图7是本实用新型优选实施方式提供的检测原理示意图；
28.图8是本实用新型优选实施方式提供的电路原理示意图。
29.附图标记如下：
30.1、试管槽；2、输液机构；20、压力泵；21、输液管路；210、第一液管；22、输气管路；220、第一气管；221、第二气管；3、微流控芯片；4、激光发生器；5、光学检测机构；50、光电探测器；51、滤光部件；510、狭缝片；511、滤光片；6、翻盖机箱；60、芯片插入槽；61、显示屏；7、总电路板；70、信号采集与处理模块；71、arm控制模块；72、电源模块。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
32.现有制备纳米颗粒的技术中较为常见的方法包括沉淀法和溶胶-凝胶法。沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(含氢氧根或碳酸根的沉淀剂)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子除去，经干燥或煅烧即得到所需的化合物粉料，利用该方法生成的颗粒纯度低，颗粒半径大；溶胶-凝胶法是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料，但利用该种方法原材料较贵，颗粒间烧结性差，干燥时收缩性大，易出现团聚问题。即两种常见的制备纳米颗粒的方法均存在制备复杂和制备效果不佳的问题，并且此两种纳米颗粒的合成方法均没能对合成的纳米颗粒进行检测，存在容易遗漏空包细胞的问题，导致无法发挥纳米颗粒中药剂应具备的功能，进而影响该纳米颗粒的研究和应用。
33.为了解决上述问题，本实用新型设置两大技术特征，一是设置试管槽配合微流控芯片，可简单有效地制备大量纳米颗粒；二是设置所述激光发生器和所述光学检测机构配合微流控芯片，可检测生成的纳米颗粒是否有空泡细胞的存在。
34.具体的，本实用新型提供了一种适用于微流控芯片3颗粒生成的装置，请参照图1至图8，包括试管槽1、输液机构2、微流控芯片3、激光发生器4和光学检测机构5；多个试管槽1与输液机构2接通，输液机构2用于将试管槽1内装载的物料输送至微流控芯片3；激光发生器4射出的激光对准微流控芯片3的侧面；光学检测机构5的检测部位对准微流控芯片3的工
作面，光学检测机构5用于检测经激光射出后微流控芯片3散发出的光。
35.其中，激光对准微流控芯片3侧面的目的在于使激光在微流控芯片3上生成激光区域，使流经该激光区域的纳米颗粒均可受到激发以生成不同的荧光。
36.需要指出的是，试管槽1的顶部设有试管盖，试管盖与试管槽间采用磁吸密封条的连接密封方式，试管盖为使用人员更换试剂提供基础，试管槽1的数量包括但不限于两个及两个以上，本实施例优选采用三个试管槽1，以制备不同的纳米颗粒，本领域技术人员可根据自身实际需求进行选择。
37.在进行应用时，使用人员可将制备的所需液体装入试管槽1中，根据所需控制输液机构2的电流和压力以将液体输送至微流控芯片3中，液体在微流控芯片3中生成纳米颗粒，生成的纳米颗粒流经激光发生器4射出的激光区域时，纳米颗粒会被激发出不同的荧光，然后荧光会进入到光学检测机构5中进行空泡检测和分析，以判断生成的纳米颗粒是否存在空泡细胞，若有则对其进行再利用，若无则完成制备，解决了现有微流控芯片3颗粒生成的装置中容易遗漏空包细胞的问题。
38.进一步的，为了实现输液机构2将试管槽1内装载的物料输送至微流控芯片3的功能，请参照图1和图3，输液机构2包括压力泵20、输液管路21和输气管路22；输液管路21通过橡胶密封连接接通多个试管槽1和微流控芯片3，输气管路22通过橡胶密封连接接通压力泵20和多个试管槽1。
39.对于输液管路21而言，请参照图3，输液管路包括多个第一液管210；多个第一液管210并联接通多个试管槽1，多个第一液管210均连接接通微流控芯片3，通过这样的设置避免了试管槽1内试剂之间在通入微流控芯片3前混合在一起或可能发生化学反应影响后续生成的颗粒作用。
40.其中，如图3左侧的第一液管210接通图3中间的试管槽210，如图3中间的第一液管210接通图3上方的试管槽210，如图3右侧的第一液管210接通图3下方的试管槽210，每个试管槽210都有一个通入微流控芯片3的第一液管210，每个试剂流经的第一液管210不同，不涉及试剂混合的问题，实现上中下三个试管槽1内液体在实验前互不干扰，并联接通至微流控芯片3内再进行反应或后续作用。
41.需要指出的是，试管槽1并联接通的方式可使得生成的纳米颗粒有更好的包裹状态，譬如，如图1所示当左侧试管槽1为药剂时，中间试管槽1为中间试剂，右侧试管槽1为包裹试剂时，适量控制左中右侧试管槽1内试剂量，通过压力泵20同时将试剂吸出试管，但通过对不同试剂吸出速率的控制，去控制进入微流控芯片3进样口的不同顺序，然后试剂进入微流控芯片3后通过不同的流道以及对其速率的控制，由于剪切力即可生成多层包裹的纳米颗粒。
42.对于输气管路22而言，请参照图3，输气管路22包括第一气管220和第二气管221；第一气管220并联接通多个试管槽1，第一气管220连接接通第二气管221，第二气管221连接接通压力泵20，通过这样的设置，压力泵20能通过第二气管221供气给并联的第一气管220，将气传输至试管槽1内。
43.其中，第一气管220包括第一气管220ⅰ、第一气管220ⅱ和第三气管ⅲ，第一气管220ⅰ两端分别接通图1中左侧试管槽1和第二气管221，第一气管220ⅱ两端分别接通图1中中间试管槽1和第二气管221，第一气管220ⅲ两端分别接通图1中右侧试管槽1和第二气管
221，实现图1中左中右侧三个试管槽1进气气体的并联接通。
44.需要指出的是，试管槽1与压力泵20间连接的并联连通的方式，压力泵20可选择性控制试管槽1中试剂的压出。
45.特别说明的是，多个第一液管210均为可拆卸管体结构，管体间亦采用橡胶密封的连接方式，多个第一液管210间的连接方式可以根据使用者的使用需求进行连接，譬如改成并联或串并联的连接方式，类似的，第一气管220和第二气管221均为可拆卸管体结构，管体间亦采用橡胶密封的连接方式，第一气管220和第二气管221间的连接方式可以根据使用者的使用需求进行连接。
46.上述输液机构2在进行应用时，使用人员开启压力泵20，压力泵20输出的压力通过输气管路22传输至试管槽1内，试管槽1内的物料因气压差会被压入输液管路21中，并将物料传输至微流控芯片3中，实现了重复制备大量纳米颗粒的基础。
47.进一步的，为了实现光学检测机构5空泡检测的功能，请参照图2、图6、图7和图8，光学检测机构5包括光电探测器50和滤光部件51；光电探测器50的探测接收面对准微流控芯片3的工作面，光电探测器50的探测接收表面覆盖有滤光部件51。
48.其中，如图8所示，光电探测器50接收到激发的荧光信号，将荧光信号转换为电信号输送至总电路板7，再通过信号采集与处理模块70中的滤波放大电路滤除背景噪声以及放大微弱信号，提高信噪比，让信号在噪声中更为突出，然后通过模数转换芯片ad7707将模拟信号转为数字信号，通过arm控制模块71对处理过的信号进行显示、处理和存储，最终信号通过数据显示模块进行信号的显示，电源模块72用于控制总电路板7的启动。
49.在进行应用时，激发出的荧光首先通过滤光部件51对荧光进行过滤，主要对荧光中的背景噪声和杂散光进行过滤，保留少量的荧光进入光电探测器50内，光电探测器50可进行空泡检测，避免了现有技术中缺少空泡检测的问题，具体的说，若缺少空泡检测，则生成的纳米颗粒可能仅为包裹物而没有具备功能的药剂，譬如，利用海藻酸钠溶液包裹药剂以产生纳米颗粒时，海藻酸钠溶液内没包裹有药剂的纳米颗粒即为空包细胞，出现空泡细胞而没有及时检测到使其再利用时，会导致纳米颗粒无法产生应有作用，降低纳米颗粒的生成质量，进而影响该纳米颗粒的研究和应用。
50.进一步的，为了实现荧光过滤的功能，请参照图5和图6，滤光部件51包括狭缝片510和滤光片511，狭缝片510和滤光片511依次沿光电探测器50的进光方向叠置。
51.在进行应用时，激发出的荧光首先经过狭缝片510，在狭缝片510中减小背景噪声，然后荧光进入预设的滤光片511中去除不同的散光，剩余少量的荧光进入光电探测器50中，光电探测器50通过少量荧光判断是否有空泡细胞的出现，通过这样的设置，避免了大量杂光的影响，保留有用信息的荧光进行处理，实现荧光过滤后有效提高判断的准确性。
52.进一步的，为了实现对上述结构的保护功能，请参照图4和图5，微流控芯片3、试管槽1、输液机构2、激光发生器4和光学检测机构5的外部设有翻盖机箱6。
53.其中，翻盖机箱6外设有把手、芯片插入槽60和显示屏61。把手的设置便于使用人员翻折打开机箱翻盖，并调整试管槽1的试剂以及输液管路21和输气管路22的连接结构；芯片插入槽60设有反弹器，方便芯片插入槽60的打开，使用者可插装微流控芯片3至翻盖机箱6内，当使用人员需更换不同的微流控芯片3时，可通过芯片插入槽60将微流控芯片3移出至翻盖机箱6外而后再插装入内，以实现更换；显示屏61用于显示光学检测机构5传输而来的
的检测信息。
54.需要指出的是，翻盖机箱6的盒体结构为梯形盒体，翻盖机箱6可翻折打开的位置为腰侧面和上表面，通过上表面连接固定的把手使其进行周向的翻盖打开。
55.从上文可知本技术的基本结构和原理，下文将以具体的操作过程进行描述，使用者插上电源打开开关后，拉动把手打开翻盖机箱，拧开试管槽1的试管盖，将纳米颗粒所需的液体装入试管槽1中；然后将微流控芯片3装入芯片插入槽60后将芯片推入，开始工作；压力泵会为试管槽1提供压力，将试管槽1内的液体压去微流控芯片3中；流经微流控芯片3的纳米颗粒被激光发生器4激发出荧光；荧光被光学检测机构5进行检测；随后将结果反馈给显示屏61。
56.综上所述，本装置利用微流控技术把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一起，完成自动分析全过程，液滴微流控技术是近年来发展起来的一种全新的操控微小体积液体的方法。芯片液滴体积小，环境封闭，易于实现高通量，已被视为极为重要的微反应器并开始用于样品的预处理，化学反应、颗粒合成和高通量分析等诸多方面，也在很大程度上弥补了收集经毛细管液相色谱分离后的样品再进行分析和表征所显示的局限性。微流控器件可以高度重复和高通量的方式制备纳米颗粒。微流控芯片可以操控微米尺度通道中的流体，被广泛应用于纳米技术领域。多篇发表文献已经表明，使用微流控装置可大幅度提高反应得率，并改善粒径和形状分布。用微流控系统也可以合成各种形状的非球形颗粒。
57.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，包括试管槽、输液机构、微流控芯片、激光发生器和光学检测机构；多个所述试管槽与所述输液机构接通，所述输液机构用于将所述试管槽内装载的物料输送至所述微流控芯片；所述激光发生器射出的激光对准所述微流控芯片的侧面；所述光学检测机构的检测部位对准所述微流控芯片的工作面，所述光学检测机构用于检测经激光射出后所述微流控芯片散发出的光。2.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述光学检测机构包括光电探测器和滤光部件；所述光电探测器的探测接收面对准所述微流控芯片的工作面，所述光电探测器的探测接收表面覆盖有所述滤光部件。3.根据权利要求2所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述滤光部件包括狭缝片和滤光片，所述狭缝片和所述滤光片依次沿所述光电探测器的进光方向叠置。4.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述输液机构包括压力泵、输液管路和输气管路；所述输液管路连接接通多个所述试管槽和所述微流控芯片，所述输气管路连接接通所述压力泵和多个所述试管槽。5.根据权利要求4所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述输液管路包括多个第一液管；多个所述第一液管并联接通多个所述试管槽，多个所述第一液管均连接接通所述微流控芯片。6.根据权利要求5所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，多个所述第一液管均为可拆卸管体结构。7.根据权利要求4所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述输气管路包括第一气管和第二气管；所述第一气管并联接通多个所述试管槽，所述第一气管连接接通所述第二气管，所述第二气管连接接通所述压力泵。8.根据权利要求7所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述第一气管和所述第二气管均为可拆卸管体结构。9.根据权利要求1所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述微流控芯片、所述试管槽、所述输液机构、所述激光发生器和所述光学检测机构的外部设有翻盖机箱。10.根据权利要求9所述的一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，其特征在于，所述翻盖机箱外设有芯片插入槽和显示屏；所述芯片插入槽用于插装所述微流控芯片至所述翻盖机箱内，所述显示屏用于显示所述光学检测机构的检测信息。

技术总结
本实用新型涉及微流控芯片颗粒生成的技术领域，特别公开了一种适用于微流控芯片颗粒生成的装置，包括试管槽、输液机构、微流控芯片、激光发生器和光学检测机构；多个试管槽与输液机构接通，输液机构用于将试管槽内装载的物料输送至微流控芯片；激光发生器射出的激光对准微流控芯片的侧面；光学检测机构的检测部位对准微流控芯片的工作面，光学检测机构用于检测经激光射出后微流控芯片散发出的光。微流控芯片配合试管槽可实现纳米颗粒的生成制备，并且微流芯片配合激光发生器和光学检测机构可检测生成的纳米颗粒是否存在空泡细胞，再利用已检测出的空泡细胞，彻底解决了现有微流控芯片颗粒生成的装置中容易遗漏空包细胞的问题。题。题。


技术研发人员：宋佳 张子榕 朱芳缘 杨驰 邓宇
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/8/26