数字微流控液滴精确补充技术与设备
2025-01-17 14:36
No.1329821749122179072
技术概要
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本技术涉及一种数字微流控液滴的精确补充技术与设备。该技术通过实时监测样品液滴和溶剂液滴的面积,并计算样品液滴的当前占比,当样品液滴占比低于设定阈值时,自动进行补充,确保样品液滴的稳定性和精确性。
背景技术
蒸发是自然界中普遍存在的现象,与最基本的热力学原理密切相关。蒸发会导致液滴体积减小、浓缩溶质、改变液滴形状,并最终可能导致液滴完全消失。这种现象对于广泛的液滴应用来说是一个严重的问题,包括微流体学、化学工程、生物医学等。微液滴是微纳米尺度下的极小液滴,由于表面积与体积之比相对较大,在此类应用中蒸发问题更加严重。 数字微流控(DMF)是一种离散液滴自动化操纵技术。通过依次对电极阵列通电,可实现微升到纳升级别液滴的生成、运输、合并和分裂等操作。DMF正成为生物和生化应用中越来越受欢迎的工具。DMF装置通常由两个极板组成,液滴夹在极板之间。液滴在极板间的蒸发对DMF来说是一个重大挑战,因为试剂损失、浓度变化会直接导致反应结果偏移和检测结果失真,蒸发严重时,还会导致液滴驱动故障。因此,有效抑制微液滴蒸发对于确保实验结果的可靠性至关重要。 现有技术中,已有很多减轻DMF中的蒸发的方法。第一种常见的策略是阻断任何开放的气液界面,不混溶的硅油通常用于封盖暴露的反应溶液。该种方法存在如下缺陷:1)使用密封结构来容纳油,增加了复杂性;2)不需要的液-液萃取,导致反应物进入油中,会与油溶性液体(如有机溶剂,如醇类)不兼容;3)不必要的散热破坏局部液滴的温度控制;4)蒸发促进溶质缩和分离的操作被限制。第二种常用的方法是将空气矩阵DMF设备放置在封闭的加湿室中,但这种方法缺点是依赖操作者的经验。第三种方法是使用单位液滴补液(单个驱动电极上的液滴体积),该方法的缺点是:对反应体积恒定维持精度有限(极限补液精度=单位液滴体积/(2*反应体系总体积)),且反应体积越小误差越大;同时,没有考虑环境因素对蒸发的影响,驱动的最小体积溶剂液滴补充反应体积容易造成驱动失败,特别是溶剂液滴也会蒸发的高温状态。 因此,如何设计一种高效的、简单的能抑制液滴蒸发的数字微流控液滴操作方法,是待解决的技术问题。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
张帅龙  李凤刚  柴凤丽  刘皓冰  郭宗良  符荣鑫  李航  周天启  杜诗祺
技术所属: 北京理工大学
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