一种多通道液滴采样装置、包括其的光学分析系统以及方法与流程

1.本发明涉及液体采样装置领域，更具体地涉及一种多通道液滴采样装置、包括其的光学分析系统以及方法。


背景技术：

2.在生物样品检测的工作中，多位点的样品的加样、采集、分析都需要大量时间和人力来对每个样品逐一采集分析。在此过程中，微量(微升、纳升、皮升)液体样品提取与加样的技术是实现精准检测的难点。
3.目前生物样本采集大多采用单通道采样装置，导致监测位点少、通量低。为了解决以上问题，目前的实验室主要使用多通道移液枪完成多样品采样移液操作，但其有如下三个问题：一，抽取液体的体积大，不能实现低于微升级别体积样品的移液；二，由于多个较大采样枪头并联，所以传统多通道移液枪结构尺寸大，导致采样面积大。如通常的96孔板尺寸都在10cm，这导致了配套的检测等设备体积庞大。
4.对于难以实现微量、精确采样的问题，潜在的一种解决方案是利用微流控技术结合mems技术制造出微阀或微泵实现纳升至皮升的微量采样。但这种方案的局限在于结构复杂、成本高、可靠性低，难以实现广泛应用；对于多通道并行时采样面积大、采样密度低、空间分辨率低的问题，目前行业内还没有广泛应用的高密度多通道采样装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种多通道液滴采样装置、包括其的光学分析系统以及方法，从而解决现有技术难以实现微量、精确采样，以及现有采样装置结构复杂、成本高、可靠性低的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.根据本发明的第一方面，提供一种多通道液滴采样装置，包括：主管道，其包括同轴延伸的外层主管道和内层主管道，所述外层主管道与和内层主管道之间充满油相；以及与所述主管道连接的多个液滴采样单元，每个所述液滴采样单元包括：同轴延伸的外层分支管道和内层分支毛细管，所述外层分支管道和内层分支毛细管之间充满油相，所述外层分支管道的前端径向向内收缩形成一内径与所述内层分支毛细管的内径相当的液滴入口，所述内层分支管道的前端与形成所述液滴入口的外层分支管道在轴向上保持间隔，形成油相入口；其中，所述液滴采样单元的外层分支管道汇聚到一起与所述外层主管道连通，所述液滴采样单元的内层分支毛细管汇聚到一起与所述内层主管道连通，所述内层主管道又与一负压设备连接；将该多个液滴采样单元的前端浸没于待采集水相样品中时，可将水相样品以通过油相包裹的液滴形式采集到所述内层分支毛细管中，并从前端持续向后端输送到内层主管道中，完成多通道液滴采样。
8.优选地，每个所述多通道液滴采样装置包括n个液滴采样单元，其中，2≤n≤128。
9.优选地，每个液滴采样单元的前端保持相互平行，后端聚拢在一起。
10.优选地，所述多通道液滴采样装置通过3d打印技术形成。
11.优选地，所述负压设备包括：负压泵、负压气瓶、机械式活塞。
12.优选地，所述内层主管道与外层主管道相对固定，所述内层分支毛细管与外层分支管道相对固定。
13.根据本发明的第二方面，提供一种包括多通道液滴采样装置的光学分析系统，包括：如上面所述的多通道液滴采样装置；与所述多通道液滴采样装置的主管道连接的连接管道，所述连接管道包括外管和内管；与所述连接管道连接的液滴检测通道；布置于所述液滴检测通道一侧的光源；以及布置于所述液滴检测通道另一侧的光学检测系统，所述光学检测系统与所述光源相对。
14.所述连接管道的内管内径与所述液滴采样单元的内层分支毛细管的内径相当，以保证来自单个液滴采样单元的液滴按顺序依次通过连接管道运输。
15.根据本发明的第三方面，提供一种光学分析方法，包括以下步骤：提供一种如上面所述的光学分析系统；将所述多通道液滴采样装置的液滴采样单元的前端对准二维多孔阵列芯片，开启负压设备，即可实现多通道的、高密度的、微量的液滴采样。
16.根据本发明的一个优选方案，所述方法还包括通过对液滴编号以及光学检测系统的图像识别，实现对液滴来源的追溯。
17.本发明旨在提供一种可以多位点并行采样、以液滴形式转移采样和分配纳升体积液体的阵列微量的液滴采样装置。此装置可通过高精度3d打印方法如飞秒激光打印的方法加工，能实现最小微米级别的中空精细结构，保证高密度的采样阵列。
18.此采样装置能实现多通道并行采集微量生物样品，并汇集到一处等待检测。每个液滴样品的直径在几十微米到几百微米内可控，体积在纳升级别，在液滴生成过程中，通过控制两项流体的压力进而控制流速，实现液滴大小的控制。在此例中，通过实验得出负压与液滴大小的关系，然后在使用中根据所需液滴大小查找对应负压，即可生成对应尺寸液滴。液滴的体积均一，控制采样液滴的个数即可精确控制采样的体积。不同样品液滴可通过图像识别的方式进行编码、并以液滴融合的方式与反应试剂混合后反应，后续能实现精准检测、分析、溯源各单独通道信号。也可以做整体检测，不区分各通道。总之，本发明能实现多位点微量采样、一处检测的功能。
19.与现有的采样系统相比，本发明所提供的多通道并行液滴采样装置具有以下几个优势：一，多位点并行采样无干扰；二，液滴形式采样，避免多通道样品间混合或污染；三，实现普通采样装置难以采集的纳升体积微量样品的采样；四，结构简单紧凑、尺寸小、可实现1cm2内高于25个位点的高密度采样；五，多通道采集的液滴可以在一处在线或离线检测。
20.此采样装置可取代现有体积较大、采样密度较低的多通道采样或点样装置，并通过液滴在线处理、检测的方式提高系统集成度，减小后端一系列样品处理、检测等容器与设备的体积。更进一步的，可结合精确三维平移台实现对微流控芯片(如微腔阵列)中准确位置的多位点精确取样。
21.综上所述，本发明提供了一种多通道、高密度、微量的、结构紧凑的、成本降低的多通道液滴采样装置，还提供了包括该多通道液滴采样装置的光学分析系统以及方法，在微流控领域具有广阔的应用前景。
附图说明
22.图1是根据本发明的一个优选实施例提供的一种多通道液滴采样装置的立体图；
23.图2是单个液滴采样单元吸取样品并在油相剪切力下生成液滴的过程示意图，其中，a为取样前，b为取样初期，c为取样中；
24.图3示出了采用该多通道液滴采样装置对三维空间样品取样的过程；
25.图4是根据本发明的一个优选实施例提供的一种光学分析系统的立体图。
具体实施方式
26.以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.结合图1、图2所示，是根据本发明的一个优选实施例提供的一种多通道液滴采样装置，包括：主管道10，与主管道10连接的多个液滴采样单元20；其中，主管道10包括同轴延伸的外层主管道1和内层主管道2，每个液滴采样单元20包括同轴延伸的外层分支管道3和内层分支毛细管4，外层分支管道3的前端径向向内收缩形成管径缩小的液滴入口5，该液滴入口5的内径与内层分支毛细管4的内径相当，内层分支管道4的前端与外层分支管道3的前端在外层分支管道3内保持轴向上的间隔，形成油相入口6，换句话说，在液滴采样单元20的前端并靠近油相入口6的末端处，内层分支管道4稍短于外层分支管道3，从而形成供外层分支管道3内的油相进入内层分支管道4的通道。
29.其中，液滴采样单元20的外层分支管道3汇聚到一起与外层主管道1连通，内层分支毛细管4汇聚到一起与内层主管道2连通。
30.如图1中所示，该多通道液滴采样装置共包括八个液滴采样单元20。但是应当理解的是，此处仅作为举例而非限制，实际上，每个所述多通道液滴采样装置可包括n个液滴采样单元，其中，2≤n≤128。
31.根据该优选实施例，每个液滴采样单元的前端保持相互平行，后端聚拢在一起。
32.根据该优选实施例，该多通道液滴采样装置可通过高精度3d打印技术形成，比如通过飞秒激光打印的方法加工，从而实现最小微米级别的中空精细结构，保证高密度的采样阵列。
33.根据本发明的一个优选实施例，液滴采样单元20的长度约为1cm，外层分支管道3的外径为1mm，内层分支毛细管4的内径为0.6mm，多通道液滴采样装置整体结构简单紧凑、尺寸小，可实现1cm2内高于25个位点的高密度采样。
34.优选地，负压设备包括：负压泵、负压气瓶、机械式活塞。
35.根据该优选实施例，内层主管道2与外层主管道1相对固定，内层分支毛细管4与外层分支管道3相对固定。
36.根据上述优选实施例提供的一种多通道液滴采样装置，其工作原理如图2所示，将
外层分支管道3和内层分支毛细管3之间充满油相，外层主管道1与和内层主管道2之间充满油相，内层主管道2又与负压设备(图未示出)连接，将该多个液滴采样单元20的前端浸没于待采集水相样品中(图2中的a)，在负压作用下，水相样品自液滴入口5进入(图2中的b)，随之在油相入口6处受到油相的剪切，水相样品形成被油相包裹的液滴d，进而被采集到内层分支毛细管4中(图2中的c)，并从前端持续向后端输送到内层主管道1中，完成多通道液滴采样。
37.根据本发明提供的一种多通道液滴采样装置，应当理解是，通过向内层通道内施加正压来替换负压，还可实现多通道液滴点样。
38.如图3所示，展示了该多通道液滴采样装置在对三维空间样品y取样的过程，由于该多通道液滴采样装置整体结构简单紧凑、尺寸小、密度高，这对于实际环境中现场或生物组织内(如脑内)采样是十分有利的。
39.如图4所示，是根据本发明的一个优选实施例提供的一种光学分析系统，包括：由主管道10和多个液滴采样单元20组成的多通道液滴采样装置；与主管道10连接的连接管道30，其包括外管7和内管8；与连接管道30连接的液滴检测通道40；布置于液滴检测通道40一侧的光源50；以及布置于液滴检测通道40另一侧的光学检测系统60，其与光源50相对。其中，光学检测系统60包括：显微镜、相机、液滴分析软件。
40.优选地，连接管道30的内管内径与液滴采样单元20的内层分支毛细管4的内径相当，以保证来自单个液滴采样单元20的液滴按顺序依次通过连接管道30进行运输。
41.根据上述优选实施例提供的光学分析系统，通过其进行光学分析的方法包括以下步骤：
42.s1：提供一种如上面所述的光学分析系统；
43.s2：将该多通道液滴采样装置的液滴采样单元20的前端对准二维多孔阵列芯片70，开启负压设备以及光源50，即可实现多通道的、高密度的、微量的液滴采样以及光学分析。
44.根据本发明的一个优选方案，由于各通道液滴顺序依次汇聚到主通道，通过对液滴编号以及光学检测系统的图像识别，比如a1，a2，a3，a4，a5，a6；b1，b2，b3，b4，b5，b6，还可实现对液滴来源通道的追溯。
45.以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。