CN115060785A - 一种用于单细胞icp-ms分析的雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于单细胞ICP‑MS分析的雾化器，该雾化器的特征在于，具有：样品处理部、载气传输通道和雾化喷出部，其中，所述样品处理部，包括，进样口，样品传输通道，和单液滴微流控通道；所述载气传输通道，包括，进气口，进气通道；和所述雾化喷出部，其包括所述样品传输通道的末端和所述载气传输通道的末端部，包括，样品出口，和载气出口。所述雾化器通过一体成型3D打印制成。本发明的效果为，能够在低样品进样流速下，稳定地向ICP‑MS传输单细胞气溶胶。

Description

一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器

技术领域

本发明属于化学检测分析技术领域，更具体地涉及一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器。

背景技术

在基于ICP-MS的单细胞分析技术中，最佳的方式是实现将细胞样品液中的单个细胞引入到检测器中。现有的进样系统标准组件为雾化器，其可在50μL/min的样品流速下，将细胞样品液雾化成气溶胶。但现有雾化器进样产生的单细胞气溶胶仍然是随机的，进样时不可避免地会出现多个细胞形成气溶胶并同时重叠进样的情况和单个离子峰对应多个细胞的可能性。且细胞液样品中所含的盐分和颗粒等成分容易导致雾化器前端堵塞，无法实现单细胞样品的长时间稳定进样。这极大地影响了单细胞分析的性能和可靠性。

发明内容

根据本公开的实施方式，提供了一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，能够在低样品进样流速下，稳定地向ICP-MS传输单细胞气溶胶。

一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，包括：

样品处理部、载气传输通道和雾化喷出部，其中，

所述样品处理部，包括，

进样口；

样品传输通道，其与所述进样口连接，对样品进行整流和输送；和

单液滴微流控通道，其与所述样品传输通道交叉，设置于所述样品传输通道的中间，通过向所述样品传输通道供给介质流体，将样品分割为单液滴，而沿所述样品传输通道输送，

所述载气传输通道，包括，

进气口；

进气通道；和

所述雾化喷出部，其包括所述样品传输通道的末端部和所述载气传输通道的末端部，包括，

样品出口，其位于所述样品传输通道末端；和

载气出口，其设置在所述样品出口周侧，对所述样品出口的输出的样品进行雾化，

所述雾化器通过一体成型制成。

进一步的，在一些实施方式中，所述载气传输通道的末端部形成载气空腔，设置在所述样品传输通道的末端部，且以同轴环绕方式设置于所述样品传输通道的末端部的外周侧，所述载气出口以同轴环绕方式围绕所述样品喷出口设置。

进一步的，在一些实施方式中，所述载气传输通道的末端部与所述样品传输通道的末端部平行设置，所述载气出口位于所述样品喷出口的喷出侧方向。

进一步的，所述进样口的直径沿样品传输方向逐渐减小至所述样品传输通道的直径。

进一步的，所述样品传输通道包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部，

所述载气传输通道包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部，

所述样品传输通道的横向延伸部和所述载气传输通道的横向延伸部的延伸方向呈规定角度，

所述样品传输通道和所述载气传输通道的弯折部在各横向延伸部的交汇处，向垂直于各横向延伸部的延伸方向的方向弯折并延伸。

进一步的，在一些实施方式中，所述载气空腔在垂直于所述弯折部延伸方向上的截面的宽度，沿样品传输方向逐渐减小。

进一步的，在一些实施方式中，所述横向延伸部与所述弯折部为一体，样品传输过程中无死体积或长连接管。

进一步的，在一些实施方式中，所述横向延伸部和所述进气通道的延伸方向呈180度。

进一步的，所述雾化器样品传输通道的直径为50μm-300μm；所述雾化器载气通道载气进气口的直径为500μm-2000μm；所述雾化器载气流量为0-1.2L/min，样品进样量为0-500μL/min。

进一步的，所述单细胞ICP-MS分析的雾化器通过3D打印方式一体成型制成。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本发明的实施方式1提供的单细胞雾化器的结构示意图；

图2示出了本发明的实施方式1提供的单细胞雾化器的横剖面结构示意图；

图3示出了本发明的实施方式1提供的单细胞雾化器的纵剖面结构示意图；

图4示出了本发明的实施方式2提供的单细胞雾化器的结构示意图；

图5示出了本发明的实施方式2提供的单细胞雾化器的横剖面结构示意图；

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本公开中，一体成型的含有单液滴微流控制装置的雾化器使稳定的单细胞雾化成为现实。

实施方式1

下面，参照附图对用于本发明优选的实施方式1进行说明。但是，在没有特别记载的情形下，实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状以及其相对配置等并不构成对本发明范围的限定。

图1至图3是本发明一个优选实施方式的雾化器的立体图及内部结构图。如图1所示，该雾化器包括用于整流样品流并将样品流分割成单液滴的样品处理部10、用于运输和加压载气的载气传输通道20和用于利用载气切割样品流单液滴的雾化喷出部30。本实施方式描述的雾化器为通过一体成型制造，优选通过3D打印一体成型制造。

[雾化器本体1]

图1至图3是本发明一个优选实施方式的雾化器结构图。如图1所示，本实施方式的雾化器1构成为直线型，两端分别设置进样口11和进气口21，样品传输通道12和进气通道22分别从两端向中部的雾化喷出部30延伸，并在中部形成向侧延伸的雾化喷出部30。在雾化喷出部30处，利用载气将对样品进行分隔成的单液滴进行雾化并喷出。

所谓单液滴是指含有单个细胞样品的单一可雾化为气溶胶的液滴，本实施方式的雾化器尤其适用于单细胞ICP-MS分析。

[样品处理部10]

如图1至图3所示，样品处理部10包括：进样口11、样品传输通道12、单液滴微流控通道13。

其中，进样口11与外部输入管线相连接，从外部接受样品供给，进样口11的直径沿样品传输方向逐渐减小至与传输通道12相同，并形成沿雾化器1的本体部延伸形成样品传输通道12。

在本实施方式中，优选进样口11的包括直径减小的斜率逐渐减小，而最终与样品传输通道12圆滑相接的部分。

对于样品传输通道12的直径与作为检测对象的样品单细胞的尺寸匹配。

通常，所述样品传输通道12的直径设置为50μm-300μm。

样品传输通道12与进样口11连接，沿雾化器1的本体部延伸形成横向延伸部，在样品传输通道12中途设有与样品传输通道12交叉设置的单液滴微流控通道13，并在末端设有末端部。样品传输通道12包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部。

单液滴微流控通道13从样品传输通道12两侧与样品传输通道12连通，同时从样品传输通道12两侧向所述样品传输通道12供给介质流体，以将样品分割为单液滴。

在本实施方式中，所述介质流体优选自非极性疏水液体或惰性气体中的一个或多个或其中多个的组合，可为正乙醇或氩气。

在本实施方式中，雾化器样品进样量为0-500μL/min，优选0-10μL/min。

[载气传输通道20]

如图1至图3所示，载气传输通道20包括：进气口21、进气通道22、载气空腔23。

在本实施方式中，进气通道22通过进气口21与载气外部输入管线相连接。载气传输通道的末端部形成载气空腔23，载气空腔23与进气通道22相连接，与样品传输通道12的末端同轴设置，围绕在样品传输通道12的末端部的外周侧。

在本实施方式中，所述介质流体优选自惰性气体中的一个或多个或其中多个的组合，可为氩气。

在本实施方式中，雾化器进气通道22的直径为500μm-2000μm。

在本实施方式中，所述雾化器载气流量为0-1.2L/min。

样品传输通道12的末端，向与雾化器1的本体部垂直的方向弯折并延伸，外侧被载气空腔23与同轴方式围绕，并在末端的样品出口31处形成雾化喷出部30。本实施方式叙述的样品传输通道为一体，样品传输过程中无转接头或长连接管。

在本实施方式中，载气空腔23为锥形空腔，且其在垂直于所述进气通道22延伸方向上的截面的直径度，沿样品传输方向逐渐减小，并在样品出口31处形成载气出口32。

本实施方式中，载气传输通道20包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部。

本实施方式中，样品传输通道12的横向延伸部和载气传输通道20的横向延伸部的延伸方向呈180度设置。

所述样品传输通道12和所述载气传输通道20的弯折部在各横向延伸部的交汇处，向垂直于各横向延伸部的延伸方向的方向弯折并延伸。

[雾化喷出部30]

如图1至图3所示，样品出口31和载气出口32同轴设置形成雾化喷出部30。

在本实施方式中，雾化喷出部30设置在样品传输通道12和载气空腔23的末端。样品喷嘴31位于样品传输通道12的末端，在其周围有载气出口32环绕。样品喷嘴31喷出从样品传输通道12传输来的单液滴样品流。载气出口32连接载气空腔22，并喷出从进气通道21传输至载气空腔23的载气。

[工作状态]

如图1至图3所示，在本实施方式中，进样口11与外部样品供给系统连接，以0-500μL/min，优选10μL/min的流速向样品传输通道12输送样品细胞流。

因为样品传输通道12的直径与作为检测对象的样品单细胞的尺寸匹配，样品中的细胞以单列单样品排列沿样品传输方向进入样品传输通道12。

在样品传输通道12中途，设置有单液滴微流控通道13。介质流体氩气通过单液滴微流控通道13稳定流速流入样品传输通道12，通过流入时的剪切力分割样品流为样品单液滴，而沿所述样品传输通道12输送。

进气通道22从进气口21接入载气，并将载气传输至载气空腔23。载气流经载气空腔23从载气出口31喷出，同时样品单液滴由样品出口31喷出，喷出载气以剪切力切割喷出样品单液滴，形成单液滴气溶胶。

本实施方式1公开的雾化器其结构有如下技术效果：

在本实施方式中，如图1至图3所示，载气空腔23在垂直于所述弯折部延伸方向上的截面的宽度在沿样品传输方向逐渐减小，逐步增加对载气空腔内壁压强的同时聚拢载气并逐渐提高载气喷出压强，进而提高载气剪切力促进单样品单液滴的雾化。

在本实施方式中，如图1至图3所示，本实施方式的雾化器1构成为直线型，两端分别设置进样口11和进气口21，样品传输通道12和进气通道22分别从两端向中部的雾化喷出部30延伸，并在中部形成向侧延伸的雾化喷出部30。在雾化喷出部30处，利用载气将对样品进行分隔成的单液滴进行雾化并喷出。在此雾化器的本体部1可以形成为如图1至图3所示的直线型，也可以以雾化喷出部30为顶点，形成进样、进气两部分的本体部呈角度设置。这样的设置能够方便地以一体成型的方式进行制作，尤其适用于使用3D打印方式一体成型来制作。

尤其是，在本实施方式中，横向延伸部和进气通道22的延伸方向呈180度，使3D打印一体成型制作更为便捷，适合大批量生产。

在本实施方式中，样品传输通道12的直径与作为检测对象的样品单细胞的尺寸匹配，且在样品传输通道12中途设有单液滴微流控通道13用于分割样品流形成单液滴。因此本雾化器可单列传输细胞，并生成含有单细胞的单液滴。

在本实施方式中，进样口11、包括横向延伸部、弯折部的样品传输通道12、单液滴微流控通道13和样品喷嘴31为一体成型3D打印制成。样品传输一体化的结构省去了连接各部分结构时的连接器，因此样品传输过程中无死体积，进而保持了样品的线性运动路线和样品传输流的均一性。且样品传输过程因全部应用一体制造的短连接管线，避免了商业长连接管的使用，降低了样品在样品传输通道的停留时间和样品对连接管壁的粘连，进一步保持了样品的线性运动路线和样品传输流的均一性。本实施方式1公开的一体式雾化器，无死体积且连接管线短，保证了样品传输流的均一性，使单样品无物理重叠和测试信号重叠。

实施方式2

下面，参照图4、5对用于实施本发明的实施方式2进行说明。与实施方式1中构成相同的部分在此不再赘述，仅对不同之处进行描述。同样地，在没有特别记载的情形下，本实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状以及其相对配置等并不构成对本发明范围的限定。

图4和图5是本发明优选实施方式2的雾化器的立体图及内部结构图。如图4所示，该雾化器包括用于运输和加压载气的载气传输通道20和用于利用载气切割样品流单液滴的雾化喷出部30。

[载气传输通道20’]

如图4和图5所示，载气传输通道20’包括：进气口21、进气通道22和载气传输通道末端部23’。

在本实施方式中，进气通道22与载气外部输入管线相连接。载气传输通道的末端部23’与进气通道22相连接，与样品传输通道12的末端部平行设置。

样品传输通道12的末端，向与雾化器1的本体部垂直的方向弯折并延伸，载气传输通道末端部23’与所述样品传输通道的末端部平行设置，并在末端的样品出口31处形成雾化喷出部30’。

在本实施方式中，载气传输通道末端部23’在样品出口31处形成载气出口32。

[雾化喷出部30’]

如图4和图5所示，样品出口31和载气出口32平行设置形成雾化喷出部30。

在本实施方式中，雾化喷出部30’设置在样品传输通道12和载气传输通道末端部23’的末端。样品喷嘴31位于样品传输通道12的末端，在其一侧有载气出口与之平行。样品喷嘴31喷出从样品传输通道12传输来的单液滴样品流。载气出口32连接载气传输通道的末端部，并喷出从进气通道21传输而来的载气。

[工作状态]

如图4和图5所示，在本实施方式中，进气通道22从进气口21接入载气，并将载气传输至载气传输通道的末端部23’。载气流经载气传输通道的末端部23’从载气出口31喷出，同时样品单液滴由样品出口32喷出，喷出载气以剪切力切割喷出样品单液滴，形成单液滴气溶胶。

本实施方式2的雾化器与实施方式1不同之处在于雾化喷出部30’不同与实施方式1的雾化喷出部30，采用的是载气传输通道的末端部23’与样品传输通道12的末端部平行设置的方式，并且，使载气出口位于样品喷出口的喷出侧方向。该设置方式同样能够稳定地实现样品的雾化。

与实施方式1同样地，在本实施方式2中以雾化喷出部30’为顶点，形成进样、进气两部分的本体部呈角度设置。这样的设置能够方便地以一体成型的方式进行制作，尤其适用于使用3D打印方式一体成型来制作。

尤其是，在本实施方式中，横向延伸部和进气通道22的延伸方向呈180度，使3D打印一体成型制作更为便捷，适合大批量生产。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“本实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，包括：

样品处理部、载气传输通道和雾化喷出部，其中，

所述样品处理部，包括，

进样口；

样品传输通道，其与所述进样口连接，对样品进行整流和输送；和

单液滴微流控通道，其与所述样品传输通道交叉，设置于所述样品传输通道的中间，通过向所述样品传输通道供给介质流体，将样品分割为单液滴，而沿所述样品传输通道输送，

所述载气传输通道，包括，

进气口；

进气通道；

所述雾化喷出部，其包括所述样品传输通道的末端部和所述载气传输通道的末端部，还包括，

样品出口，其位于所述样品传输通道末端；和

载气出口，其设置在样品出口周侧，对所述样品出口的输出的样品进行雾化；

所述雾化器通过一体成型制成。

2.如权利要求1所述的单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，

所述载气传输通道的末端部形成载气空腔，设置在所述样品传输通道的末端部，且以同轴环绕方式设置于所述样品传输通道的末端部的外周侧，所述载气出口以同轴环绕方式围绕所述样品喷出口设置。

3.如权利要求1所述的单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，

所述载气传输通道的末端部与所述样品传输通道的末端部平行设置，所述载气出口位于所述样品喷出口的喷出侧方向。

4.根据权利要求1所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，所述进样口的直径沿样品传输方向逐渐减小至所述样品传输通道的直径。

5.根据权利要求1所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，

所述样品传输通道包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部，所述载气传输通道包括，横向延伸部和作为末端部的弯折部，

所述样品传输通道的横向延伸部和所述载气传输通道的横向延伸部的延伸方向呈规定角度，

所述样品传输通道和所述载气传输通道的弯折部在各横向延伸部的交汇处，向垂直于各横向延伸部的延伸方向的方向弯折并延伸。

6.根据权利要求3所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，

所述载气空腔在垂直于所述弯折部延伸方向上的截面的宽度，沿样品传输方向逐渐减小。

7.根据权利要求3所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，

所述横向延伸部与所述弯折部为一体，样品传输过程中无死体积或长连接管。

8.根据权利要求4所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，所述横向延伸部和所述进气通道的延伸方向呈180度。

9.根据权利要求1所述的一种用于单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征，还包括：

所述雾化器样品传输通道的直径为50μm-300μm；

所述雾化器载气通道载气进气口的直径为500μm-2000μm；

所述雾化器载气流量为0-1.2L/min，样品进样量为0-500μL/min。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的单细胞ICP-MS分析的雾化器，其特征在于，通过3D打印方式一体成型制成。

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