用于将流体样本自动化处理成微流体液滴以用于体外诊断的系统技术方案

一种组装件，包括硬件和软件，用于处理流体样本以形成乳状液。该组装件可以包括机器人液体处理器，以操纵从样本管到套筒的流体，并从套筒到小瓶收集乳状液。该组装件可以施加压力以操纵组装件主体内的流体和乳状液。在一些实施例中，当达到预定义条件时，组装件可以停止向流体施加压力。该改变可以指示达到了流体操纵的终点。操纵的终点。操纵的终点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将流体样本自动化处理成微流体液滴以用于体外诊断的系统


[0001]公开了一种自动化进行流体样本处理以用于微流体液滴生成的组装件及其相关联的方法。

技术介绍

[0002]随着社会进步，对生化和生物测定的需求在增加。例如，在体外诊断（IVD）行业筛选巨大量的患者样本。因此，IVD在自动化和高吞吐量能力方面的技术进步可能有助于消化该需求。最近出现的液滴微流体技术可以准确地生成和操纵微小体积的液滴。该技术可以通过精确控制几平方厘米大小的微流体设备上的流体来帮助生物和化学实验室中的操作。基本上，每分钟可以在设备中生成数千个大小均匀的液滴。这些液滴用作测定的微反应器，并可以有助于替换传统上体外诊断行业中的大容量小瓶和微量滴定板。这为未来的生化分析显示了重要的方向，因为这可能潜在地导致突破传统的基于机器人的自动生化分析的瓶颈，该瓶颈受到机械的移动速度限制。
[0003]通常，诊所和医院中需要处理的临床样本数量是巨大的。临床样本通常存在于诸如试管、离心管和多孔板（multi
‑
well plate）之类的容器中。为了将临床样本转移到微流体设备，该过程主要是手动完成的，并且不是消耗劳动成本的有效方法。用户可能还需要具有足够的技能和知识来操作微流体设备。在没有这些容器和微流体设备的组装件的情况下，它可能无法说服医生或检查员舒适地使用新技术来处理大量不同的样本。

技术实现思路

[0004]以下呈现本专利技术的简化概述，以便提供对本专利技术一些方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛概览。它既不旨在标识本专利技术的关键或重要元素，也不旨在描述本专利技术的范围。相反，本概述的唯一目的是以简化形式呈现本专利技术的一些概念，作为下文呈现的更详细描述的序言。
[0005]提供了一种新的采样组装件，其无缝地将当前的采样方法与微流体技术桥接。本专利技术提供了一种用于处理流体样本以形成乳状液的组装件，包括硬件和软件。该组装件可以包括机器人液体处理器，以操纵从样本管到套筒（cartridge）的流体，并从套筒到小瓶收集乳状液。该组装件可以施加压力以操纵组装件主体内的流体和乳状液。在一些实施例中，当达到预定条件时，组装件可以停止向流体施加压力。改变可以指示达到流体操纵的终点。
[0006]为了实现前述和相关的目的，本专利技术包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本专利技术的某些说明性方面和实现方式。然而，这些指示其中可以采用本专利技术原理的各种方式中的仅仅几个。当结合附图考虑时，根据本专利技术的以下详细描述，本专利技术的其他目的、优点和新颖特征将变得明显。
附图说明
[0007]图1描绘了用于组装件设计的示意图。机器控制单元用作执行不同功能的核心单元，诸如用于液滴生成和转移的压力控制和运动控制。用户可以通过计算机控制组装件，计算机将通过USB/RS232连接到组装件以连接到组装件上的通用异步接收器/发射器（UART）。
[0008]图2描绘了用于液滴生成（由黄色虚线包围）、液体转移和清洁程序（由绿色和蓝色虚线包围）的组装件的工作流程。
[0009]图3描绘了用于废品处理示意图的示意图。
[0010]图4示出了其中用户与之交互的组装件的正面。在用户放置样本管之后，该组装件自动化进行样本转移、液滴制备和液滴转移过程。在自动化处理之后，用户收集PCR管上的液滴。因此，用户不需要关心整个过程。
[0011]图5描绘了通过在侧面的2个夹具固定的微流体适配器。2个螺钉用于紧固放置支架（place holder）上的适配器。
[0012]图6描绘了在固定微流体适配器之后的夹具的透明视图。
[0013]图7示出了组装件的后侧，其中放置了阀门、传感器和泵。我们在先前的进展更新中开发的压力模块由旋转泵1、电磁阀1与2、压力腔室和压力传感器组成。带阀门的活塞泵控制液体处理器的注入和抽出功能。旋转泵2与3和电磁阀3与4在液体处理器的清洗过程中涉及，以防止交叉污染。
[0014]图8描绘了压力检测模块。压力传感器嵌入在隔膜泵和微流体出口腔室之间。然后，传感器收集压力值，并将数据发送回到压力控制模块。利用在用户定义的压力值和来自传感器的值之间的比较，控制模块然后控制隔膜泵的旋转速度，从而增加/减少控制压力。该反馈机制允许精确控制所生成的液滴的大小。
[0015]图9描绘了压力控制模块。大电子板给小电子板供电，并且接收去往和来自小电子板的压力数据，该小电子板是压力采集模块。
[0016]图10示出了标准适配器的CAD图。适配器的俯视图。锥形角用于在组装件放置支架上正确定向。
[0017]图11描绘了适配器的概览，其中蓝色箭头指示一排出口。
[0018]图12描绘了适配器的仰视图，其中橙色箭头指示引脚结构之一。
[0019]图13描绘了微流体通道的CAD图。白色部分指示微流体通道。当在出口处施加负压（蓝色）时，油流入油入口（红色），并且样本流入样本入口（绿色）。样本在交叉接合点与油相遇，并且变得乳化成液滴。
[0020]图14描述了3D打印的适配器，其由3排对应于油入口、样本入口和出口的引脚组成。引脚被插入PDMS芯片上的端口，其由黄色箭头的方向指示，以完成最终组装。引脚结构在白色虚线方块中放大，以便清晰表示。
[0021]图15示出在组装之后，在抽吸开始之前，油入口被预填充有油，并且样本入口被预填充有样本。白色3D打印部件密封出口以防止空气泄漏。向出口施加负压以发起液滴生成过程。注意，在最终的组装件中，白色3D打印的部分属于组装件上的压力密封器。
[0022]图16图形地图示了从不同微通道生成的液滴的多分散性。液滴的多分散性在9%以内，其表明液滴在使用定制设计的适配器生成液滴之后是稳定的。
[0023]图17图形地图示了各个微流体通道的液滴生成速率的变化。我们在出口处施加负
压（
‑
4 psi），并研究液滴生成。高速相机用于监视液滴生成。我们记录生成过程并分析微流体通道中液滴的液滴生成速率。液滴生成过程发生在所有通道中，支持适配器的引脚到孔想法的运行。
[0024]图18图形地图示了压力值比对利用不同油系统（硅油和FC40）生成的液滴大小。
[0025]图19描绘了在液滴生成过程之后的液滴稳定性，所述液滴生成过程利用不同的油和表面活性剂作为外相：硅油和DC749、FC40和商业表面活性剂、FC40和自合成表面活性剂。在相同的压力设置下，FC40组示出比硅油组更好的稳定性性能，其表明FC40是用于乳状液体系的合适选择。
[0026]图20图形地图示了在
‑
4 psi、
‑
5 psi、
‑ꢀ
psi、
‑
7 psi、
‑
8 psi和
‑
10 psi的压力值下，用改进的压力模块生成的液滴。定性而言，无论使用何种表面活性剂，在
‑
5 psi、
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组装件，包括：包括适配器的套筒，所述适配器包括多组孔，从所述多组孔延伸到插入微流体设备的开口中的引脚单元的通道；并且所述微流体设备包括在水平面上的微通道和垂直于微通道的开口，其中至少一个液滴生成器包括通道预过滤器、（一个或多个）样本入口、不混溶流体入口、蛇形通道、出口和通道接合点，其中通道接合点和蛇形通道位于（一个或多个）样本入口和出口之间，所述至少一个液滴生成器被配置为在被不混溶流体包围的通道接合点处生成液滴，液滴内部的流体在通过蛇形通道时被混合；用于处理流体样本的机器人，包括具有流体设置的液体处理器，所述液体处理器被配置为将流体样本驱动到所述多组孔中，用以从所述多组孔转移乳状液以在所述多组孔内...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑浩璋，邓钰衡，黃文豪，张会生，武通园，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：