CN108707536A - 液滴生成方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液滴生成系统，包括：气源、下压装置、气压传感器、压力调节装置以及控制器；所述气源通过所述压力调节装置与所述下压装置连接；所述控制器与所述下压装置、所述压力调节装置以及所述气压传感器连接。本发明提供一种液滴生成方法和系统，并且是自带气源的液滴生成系统，这样大大增加了此系统的便携性，利用气压传感器采集数据对液体腔进气口的气体压强数据变化，利用PID控制算法，实时控制调整压力调节装置输出气体的压强，结合反馈实际气体压强调节自带气源的气泵输出气体压强，进而实现稳定及准确输出气体的压强，完成液滴生成所需气体压强的控制。
Description
技术领域
本发明涉及微流控检测技术领域，特别是涉及一种微流控空检测中液滴生成方法和系统。
背景技术
微流控液滴生成技术是在微流控基础上发展起来的一种全新的控制微小体积液体的技术。微流控液滴生成平台需要能够快速稳定的产生大小均匀的液滴，液滴生成的数量和质量关系到整个数字PCR检测的筛选效果。
目前在微流控芯片内液滴的生成方式主要有：Y型通道法和流动聚焦法等。利用流道压力使连续相流体从交叉处“挤压”分散相流体前沿，使该分散相流体前沿发生收缩变形而失稳，从而形成离散液滴。压力源的来源主要是来自于注射泵或者气泵、气瓶之类的气源，这些压力源的对输出的气体的压力控制精度相对较低，范围有限，而且反馈机制单一，导致输出气体的压力不稳定。
发明内容
基于此，有必要针对压力源的精度相对较低，范围有限，而且反馈机制单一，导致压力的不稳定问题，提供一种液滴生成方法和系统。
一种液滴生成系统，包括：气源、下压装置、气压传感器、压力调节装置以及控制器；所述气源通过所述压力调节装置与所述下压装置连接；所述控制器与所述下压装置、所述压力调节装置以及所述气压传感器连接；
所述气源用于提供液滴生成所需的气体；
所述下压装置开设有液体腔，能够在气体的压力作用下生成液滴；
所述气体传感器用于检测液体腔内的压力环境，生成压力信息，并将所述压力信息反馈至所述控制器；
所述压力调节装置用于调整气源向所述下压装置输出的气体的压强；
所述控制器根据所述气压传感器反馈的压力信息分析所述液体腔内的气压值，并将所述气压值与生成液滴所需的预设气压值比较，获得需要当前气压所需要的调整值，并依据所述调整值控制所述压力调节装置调整所述气源向所述下压装置输出的气体的压强，以使所述液体腔内的保持在预设的气压值。
在其中一个实施例中，所述液滴生成系统还包括检测装置和驱动装置，
所述检测装置用于检测下压装置位置信息，反馈所述位置信息至所述控制器；
所述驱动装置用于驱动下压装置按设定轨迹运行。
在其中一个实施例中，所述检测装置位于所述下压装置的运行轨迹上。
在其中一个实施例中，所述下压装置至少设有两个液体腔，两个液体腔分别容纳不同的液体。
在其中一个实施例中，每一个所述液体腔具有有进气口和出液口，所述进气口通过气体管道与压力调节装置相连接。
在其中一个实施例中，所述压力调节装置至少可输出两种不同压强的气体，两种不同压强的气体的压强分别对应于两个所述液体腔的气压需求，所述不同压强的气体通过对应的气体管道传输至对应的所述液体腔内。
在其中一个实施例中，所述气压传感器设置于连接压力调节装置与下压装置的气体管道上。
在其中一个实施例中，所述压力调节装置包括调压阀和气路阀门开关，所述调压阀入口与所述气源相连接，出口与所述气路阀门开关通过气体管道连接。
一种液滴生成方法，
控制驱动装置启动，所述驱动装置驱动下压装置按设定轨迹运行；
检测下压装置位置信息，反馈所述位置信息至控制器；
控制压力调节装置输出稳定压强的气体，停止驱动装置运行；
检测气体管道内的气体压强并反馈信息至控制器；
根据所述气压传感器反馈的压力信息分析所述液体腔内的气压值，并将所述气压值与生成液滴所需的预设气压值比较，获得需要当前气压所需要的调整值，并依据所述调整值控制所述压力调节装置调整所述气源向所述下压装置输出的气体的压强，以使所述液体腔内的保持在预设的气压值；
气体管道输出稳定压强的气体挤压所述下压装置中液体腔中的液体从出液口流出。
在其中一个实施例中，所述根据气压传感器反馈信息调控所述压力调节装置输出稳定压强的气体，调控实际压强与设定压强一致，还包括：
当所述实际压强小于设定压强时，所述控制器增大所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强大于设定压强时，所述控制器减小所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强等于设定压强时，所述控制器稳定控制所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强。
本发明提供一种液滴生成方法和系统，并且是自带气源的的液滴生成系统，这样大大增加了此系统的便携性，利用气压传感器采集数据对液体腔进气口的气体压强数据变化，利用PID控制算法，实时控制调整压力调节装置输出气体的压强，结合反馈实际气体压强调节自带气源的气泵输出气体压强，进而实现稳定及准确输出气体的压强，完成液滴生成所需气体压强的控制。
附图说明
图1为本发明一实施例的液滴生成系统模块图；
图2为本发明一实施例的液滴生成方法步骤图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对液滴生成方法和系统进行更全面的描述。附图中给出了液滴生成方法和系统的首选实施例。但是，液滴生成方法和系统可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对液滴生成方法和系统的公开内容更加透彻全面。
参考图1，一实施例中的液滴生成系统10，包括下压装置110、检测装置120、驱动装置130、气源140、控制器150、压力调节装置160以及气压传感器170。所述液滴生成系统10由电源20供给消耗电压。所述驱动装置130驱动下压装置110运动，所述检测装置120检测下压装置110的位置并反馈所述位置信息至所述控制器150，所述控制器150控制气源140与压力调节装置160输出稳定压强的气体，通过气体管道至所述下压装置110。
所述气压传感器170位于气体管道靠近液体腔进气口的一端，或位于液体腔进气口内，用于检测气体管道内的气体压强，将采集的气体压强信息反馈至所述控制器150。
所述控制器150用于获取所述气压传感器170反馈信息，分析所述反馈信息，根据分析结果控制压力调节装置160输出对应压强的气体，根据检测装置120反馈的所述位置信息启动气源140与压力调节装置160。
所述下压装置110内开设有液体腔，所述液体腔开设有进气口和出液口，所述进气口通过气体管道与压力调节装置160相连接。所述液体腔至少有两个，其中一个用于容纳水相，另一用于容纳油相。所述压力调节装置160输出稳定气压的气体，所述气体通过液体腔进气口输入至所述液体腔内，挤压水相或油相从出液口流出形成油包水。
所述气源140用于输出气体至压力调节装置160，经压力调节装置160转化为稳定压强的气体。
具体地，所述气源140可选择为注射泵、可调气泵、气瓶或其他可输出气体的装置。
在其中一个实施例中，所述气源140为可调气泵。
所述压力调节装置160用于输出稳定压强的气体，根据所述控制器150控制指令调控输出气体的压强。
在其中一个实施例中，所述压力调节装置160包括调压阀162和气路阀门开关161。所述调压阀162入口与所述气源140相连接，出口与所述气路阀门开关161通过气体管道连接。所述调压阀162能够调整输出气体的压强，以输出稳定压强的气体。所述气路阀门开关161开启使稳定压强的气体传输至下压装置110。所述调压阀162至少输出两种不同压强的气体至下压装置110，其中一种压强的气体至容纳水相的液体腔，另一种压强的气体至容纳油相的液体腔。
所述驱动装置130与所述控制器150以及所述下压装置110相连接，能够驱动下压装置110按设定轨迹运行，且可接受控制器150的控制。
所述检测装置120用于检测下压装置110的位置，当所述下压装置110在预设运动轨迹上移动到检测装置120时，所述检测装置120检测出下压装置110位置信息，反馈下压装置110位置信息至所述控制器150。
具体地，所述检测装置120可选择为光电传感器、压力传感器或其他可采集下压装置位置信息的传感器。
本实施例中，所述检测装置120为光电传感器。所述光电传感器安装在所述下压装置110下压行程的末端，具体地，所述光电传感器为U形光耦检测装置，当下压装置110运动到光电传感器处时，反馈所述位置信息至控制器150，所述控制器150获得光电传感器的信号并依据所述信号控制下压装置110停止下压，表示下压装置120的出液口为密封紧凑的状态，防止空气进入。
所述控制器150获取所述气压传感器170反馈信息，分析所述反馈信息控制可调气泵与调压阀162输出气体的压强，根据光电传感器反馈的所述位置信息启动气源140与调压阀162，当开启气路阀门开关161后，所述调压阀162提供相应稳定压强的气体输出至下压装置110。
所述控制器根据所述气压传感器反馈信息与所述控制器中设定的气体压强相对比，利用PID算法实现电压值输出调控，对所述气源和压力调节装置进行输出气体压强的调整，进而实现实际压强的补偿调试，使得实际压强与设定压强相近，给于液滴生成提供稳定的恒压保障。
当所述实际压强小于设定压强时，所述控制器增大所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强大于设定压强时，所述控制器减小所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强等于设定压强时，所述控制器稳定控制所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强。
下表为液滴生成系统的相关测试数据：
图2为液滴生成方法步骤图，该方法包括以下步骤：
步骤201，控制驱动装置启动，驱动下压装置按设定轨迹运行。
步骤202，检测下压装置位置信息，反馈位置信息至控制器。
步骤203，控制压力调节装置输出稳定压强的气体，停止驱动装置运行。
步骤204，检测气体管道内的气体压强反馈信息至控制器。
步骤205，根据所述气压传感器反馈的压力信息分析所述液体腔内的气压值，并将所述气压值与生成液滴所需的预设气压值比较，获得需要当前气压所需要的调整值，并依据所述调整值控制所述压力调节装置调整所述气源向所述下压装置输出的气体的压强，以使所述液体腔内的保持在预设的气压值。
步骤206，输出稳定压强的气体挤压下压装置中液体腔中的液体从出液口流出。
在其中一个实施例中，控制器控制驱动装置启动，驱动下压装置按设定轨迹运行。光电传感器检测下压装置位置状态，反馈下压装置下压装置位置信息至控制器。控制器接收下压装置下压装置位置信息控制气路阀门开关开启，使调压阀输出稳定压强的气体，并停止驱动装置运行。气压传感器检测气体管道内的气体压强反馈信息至控制。控制器根据气压传感器反馈信息调控减压阀输出稳定压强的气体，调控实际压强与设定压强一致，采用PID算法进行实时调控。气体管道输出稳定压强的气体挤压下压装置中容纳水相的液体腔与容纳油相的液体腔内的液体从出液口流出。
本发明提供一种液滴生成方法和系统，并且是自带气源的的液滴生成系统，这样大大增加了此系统的便携性，利用气压传感器采集数据对液体腔进气口的气体压强数据变化，利用PID控制算法，实时控制调整压力调节装置输出气体的压强，结合反馈实际气体压强调节自带气源的气泵输出气体压强，进而实现稳定及准确输出气体的压强，完成液滴生成所需气体压强的控制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种液滴生成系统，其特征在于，包括：气源、下压装置、气压传感器、压力调节装置以及控制器；所述气源通过所述压力调节装置与所述下压装置连接；所述控制器与所述下压装置、所述压力调节装置以及所述气压传感器连接；
所述气源用于提供液滴生成所需的气体；
所述下压装置开设有液体腔，能够在气体的压力作用下生成液滴；
所述气体传感器用于检测液体腔内的压力环境，生成压力信息，并将所述压力信息反馈至所述控制器；
所述压力调节装置用于调整气源向所述下压装置输出的气体的压强；
所述控制器根据所述气压传感器反馈的压力信息分析所述液体腔内的气压值，并将所述气压值与生成液滴所需的预设气压值比较，获得需要当前气压所需要的调整值，并依据所述调整值控制所述压力调节装置调整所述气源向所述下压装置输出的气体的压强，以使所述液体腔内的保持在预设的气压值。
2.根据权利要求1所述的液滴生成系统，其特征在于，所述液滴生成系统还包括检测装置和驱动装置，
所述检测装置用于检测下压装置位置信息，反馈所述位置信息至所述控制器；
所述驱动装置用于驱动下压装置按设定轨迹运行。
3.根据权利要求2所述的液滴生成系统，其特征在于，所述检测装置位于所述下压装置的运行轨迹上。
4.根据权利要求1所述的液滴生成系统，其特征在于，所述下压装置至少设有两个液体腔，两个液体腔分别容纳不同的液体。
5.根据权利要求4所述的液滴生成系统，其特征在于，每一个所述液体腔具有有进气口和出液口，所述进气口通过气体管道与压力调节装置相连接。
6.根据权利要求4所述的液滴生成系统，其特征在于，所述压力调节装置至少可输出两种不同压强的气体，两种不同压强的气体的压强分别对应于两个所述液体腔的气压需求，所述不同压强的气体通过对应的气体管道传输至对应的所述液体腔内。
7.根据权利要求1所述的液滴生成系统，其特征在于，所述气压传感器设置于连接压力调节装置与下压装置的气体管道上。
8.根据权利要求1所述的液滴生成系统，其特征在于，所述压力调节装置包括调压阀和气路阀门开关，所述调压阀入口与所述气源相连接，出口与所述气路阀门开关通过气体管道连接。
9.一种液滴生成方法，其采用如权利要求1-8任一项所述的液滴生成系统，其特征在于，
控制驱动装置启动，所述驱动装置驱动下压装置按设定轨迹运行；
检测下压装置位置信息，反馈所述位置信息至控制器；
控制压力调节装置输出稳定压强的气体，停止驱动装置运行；
检测气体管道内的气体压强并反馈信息至控制器；
根据所述气压传感器反馈的压力信息分析所述液体腔内的气压值，并将所述气压值与生成液滴所需的预设气压值比较，获得需要当前气压所需要的调整值，并依据所述调整值控制所述压力调节装置调整所述气源向所述下压装置输出的气体的压强，以使所述液体腔内的保持在预设的气压值；
气体管道输出稳定压强的气体挤压所述下压装置中液体腔中的液体从出液口流出。
10.根据权利要求1所述的液滴生成方法，其特征在于，所述根据气压传感器反馈信息调控所述压力调节装置输出稳定压强的气体，调控实际压强与设定压强一致，还包括：
当所述实际压强小于设定压强时，所述控制器增大所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强大于设定压强时，所述控制器减小所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强；
当所述实际压强等于设定压强时，所述控制器稳定控制所述气源与所述压力调节装置输出气体的压强。
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