[发明专利]基于微阀的液滴微流控闭环调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种液滴微流调节装置，属于微流体领域。

背景技术

目前，在液滴微流控系统中，通常采用注射泵调节液体流量。注射泵采用步进电机驱动，根据选定注射器的直径以及设定步进电机的转速，可以计算注射泵理论的输出流量。基于注射泵的液滴微流控系统，能够在微流道中实现液滴的形成、分离及融合等。但是，随着液滴微流控系统在化学、生物及医学等领域的广泛应用，基于注射泵的液滴微流控系统存在以下缺点。1)流量调节精度低：注射泵采用步进电机驱动，在工作时存在机械振动，引起微流道流量的周期性脉动，尤其在小流量调节时，流量脉动幅值较大。2)液滴体积不一致，存在周期性变化：由于液滴的体积与液体的流量直接相关，微流道中流量的周期性脉动会引起液滴体积的周期性变化，不同液滴的体积大小不一致。3)液滴体积难以精确、快速调节：由于注射泵存在流量脉动，流量动态特性较差，在液滴形成过程中，在线精确、快速调节液滴体积比较困难。

发明内容

本发明目的是为了解决注射泵驱动的液滴微流控系统，由于微流道中流量的周期性脉动引起液滴体积的周期性变化，导致液滴体积控制精度较差以及液滴体积不一致的问题，提供了一种基于微阀的液滴微流控闭环调节装置。

本发明所述基于微阀的液滴微流控闭环调节装置，它包括连续相液体微阀、离散相液体微阀、T型微流道、图像采集部、图像处理单元、微处理器和控制器；T型微流道具有一个水平入口支路、一个垂直入口支路和一个水平出口支路，水平入口支路和水平出口支路连通为一条直通路；T型微流道的水平入口支路注入连续相液体，并设置有连续相液体微阀；T型微流道的垂直入口支路注入离散相液体，并设置有离散相液体微阀，经连续相液体微阀流量调节后的连续相液体和经离散相液体微阀流量调节后的离散相液体在T型微流道的水平出口支路中形成离散的液滴；

图像采集部采集T型微流道的水平出口支路中离散的液滴图像，图像采集部的液滴图像信号输出端与图像处理单元的输入端相连，图像处理单元的实际液滴体积信号输出端与微处理器的输入端相连，微处理器将实际液滴体积信号与给定液滴体积信号比较，并发出控制指令给控制器，控制器通过输出不同的电压信号来改变连续相液体微阀和离散相液体微阀的开度。

本发明的优点：1)微流道中流量稳定，不存在周期性的流量脉动，采用微阀调节液体流量，流量动态响应速度快。2)液滴体积一致性较好，保持连续相液体的流量不变，改变离散相液滴的流量，可以形成不同体积大小的单个液滴。同时，微阀阀口开度一定时，微流道中形成液滴的体积大小保持不变，不存在周期性脉动。3)液滴体积调节速度快、精度高，采用微阀调节液体流量，可以快速改变液滴的体积大小，在一定范围内实现液滴体积的连续变化。通过实时采集液滴图像得到实际液滴的体积大小，同时，将液滴体积的测量值与设定值比较，采用特定的控制算法，能消除稳态误差，提高液滴体积的控制精度。4)集成度较高，将微阀与液滴微流控系统集成为一体，调节液体流量并控制液滴的体积大小，与采用注射泵驱动的液滴微流控系统相比，系统集成度更高。本发明具有较高的液滴体积控制精度和较快的动态响应速度，对于液滴微流控系统在化学、生物及医学等领域的研究中，具有重要意义。

附图说明

图1是本发明所述基于微阀的液滴微流控闭环调节装置的原理框图；

图2是液滴体积闭环控制原理框图；其中V_d为给定液滴体积，V_measure为实际液滴体积。

图3是T型微流道的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于微阀的液滴微流控闭环调节装置，它包括连续相液体微阀1、离散相液体微阀2、T型微流道3、图像采集部4、图像处理单元5、微处理器6和控制器7；T型微流道3具有一个水平入口支路、一个垂直入口支路和一个水平出口支路，水平入口支路和水平出口支路连通为一条直通路；T型微流道3的水平入口支路注入连续相液体，并设置有连续相液体微阀1；T型微流道3的垂直入口支路注入离散相液体，并设置有离散相液体微阀2，经连续相液体微阀1流量调节后的连续相液体和经离散相液体微阀2流量调节后的离散相液体在T型微流道3的水平出口支路中形成离散的液滴；