一种具有温控功能的源流体池

本发明涉及超声移液的液体温度控制，尤其是一种具有温控功能的源流体池。

背景技术：

1、作为超声移液过程中装载离散流体的装置，源流体池结构的优化设计对于超声移液系统实现微量液体的阵列化操作至关重要。目前，源流体池结构的设计形式多种多样，大多数源流体池均具有低样品体积处理能力、小型化和高通量化等优势，但在液体转移过程中仍存在一些挑战，特别是涉及到对温度敏感的液体以及生物活性材料。这种温敏特性使得在液体转移过程中必须对源流体池进行精准的温度控制，以满足液体及生物活性材料在快速、高效转移过程中对温度条件的特定需求。例如生物3d打印过程中常用到的甲基丙烯酰化明胶(简称gelma)，该溶液具有温敏性，低温(室温或冰箱冷藏避光保存时)形成可逆的物理凝胶，加热(通常30℃-40℃)即可恢复液体状态。除此之外，超声移液技术在细胞3d培养、组织工程、生物3d打印等领域取得了广泛应用，相关领域中大多涉及到一些生物大分子、细胞等活性物质的转移，这些活性物质均需要在适宜的温度下才能维持其活性，但现有的源流体池无法为含有这些活性物质的液体提供适宜的温度，从而难以实现目标液体的高效转移。

2、目前超声移液技术所采用的源流体池结构以多孔板为主，若利用加热器件直接对多孔板或者待转移液体加热会带来多方面的问题：(1)直接将加热器件贴在流体池外部，为了保证快速升温，通常采用较高加热温度，会导致流体池的损伤、变形；(2)直接将加热器和温度传感器放置在流体池内部，由于待转移液体与器件接触，可能会污染液体，同时也会有腐蚀器件风险；(3)无论是将加热器件直接放置在流体池外部还是流体池内部，均不利于流体池的小型化设计。虽然采用耐高温且高透光性的材料如硼硅酸盐玻璃、石英等材料制作源流体池，能够解决流体池在高加热温度下的损伤变形问题，但这些材料会导致超声波在传输过程中有大量的能量损耗。为了克服以上这些问题，需要在选用合适流体池材料的同时，考虑更精准安全的源流体池加热方式。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供了一种具有温控功能的源流体池。

2、为解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案如下：

3、一种具有温控功能的源流体池，包括源流体池主体结构和外部温度控制系统，所述源流体池主体结构(1)为双层嵌套结构，由装载待转移液体的内层多孔板(2)和用于水浴加热的长方体外壳(3)组成，所述内层多孔板(2)内部设置有行列排布的微孔；所述长方体外壳(3)两侧分别设置有进液口(4)和出液口(5)，所述外部温度控制系统包括用于监测源流体池主体结构进液口和出液口处循环液体温度的第一温度传感器(6)、用于驱动液体循环流动的蠕动泵(8)、用于加热循环液体的加热器(12)和用于连通以上各部分的导热水管(7)，通过导热水管(7)使外部温度控制系统与源流体池的进液口(4)和出液口(5)相连接。

4、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述加热器(12)包括加热体(13)、温度控制显示装置(14)、缺水报警器(15)、第二温度传感器(16)、加热箱(18)和加热箱盖板(19)，所述加热箱盖板(19)上设有注液口(17)，所述加热箱盖板(19)固定在加热箱(18)形成封闭腔体，用于减缓加热箱内液体挥发和液体降温，所述加热箱(18)内设有加热体(13)、缺水报警器(15)和第二温度传感器(16)，所述加热箱(18)侧壁上设有加热箱出液口(21)和加热箱进液口(22)，所述加热箱盖板(19)外侧设有温度控制显示装置(14)，该温度控制显示装置(14)与加热体(13)和所述温度传感器(16)电连接。

5、上述外部温度控制系统的液体循环通路为：在蠕动泵(8)的驱动下，使加热器(12)中的循环液体通过蠕动泵(8)，进入源流体池主体结构的进液口(4)，填充源流体池主体结构的夹层，再通过源流体池主体结构的出液口(5)使循环液体回到加热器中，保证液体的循环流动。

6、上述外部温度控制系统的温度控制显示装置(14)上设置加热开关和温度调节按钮，以加热开关作为加热器的总开关，并通过温度调节按钮设定加热器的目标加热温度，控制加热体工作使加热箱(18)中的液体升温，同时利用第二温度传感器(16)测量加热箱中的液体温度，并反馈控制加热体(13)的工作状态，使加热箱中的液体升温达到并保持在温度调节按钮设定的目标温度。外部温度控制系统通过加热箱的注液口(17)向加热箱(18)内注入液体，作为外部温度控制系统的循环加热液体。

7、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述加热箱盖板(19)上设有排气孔(20)，所述排气孔(20)在通过加热箱的注液口(17)向加热箱(18)内注入液体时和通过蠕动泵(8)向源流体池的夹层中填充液体时，起到通气功能。

8、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述内层多孔板(2)为可更换部件，可根据需求更换不同规格的内层多孔板，满足超声移液过程中的高通量需求。

9、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述内层多孔板(2)中单个微孔内部高度(h1)大于单个微孔底部宽度(w1)，微孔的侧壁与底面成θ角度倾斜的倒梯形或倒锥形结构，90°＜θ＜180°，以减小液体弯月面与侧壁夹角，保证液滴稳定转移的同时有效降低微孔内液体由弯月面引起的无法实现超声移液的死体积量。

10、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述长方体外壳的内部高度(h3)大于单个微孔的外部高度(h2)，长方体外壳的内部长度(l1)和长方体外壳的内部宽度(w5)均与内层多孔板上多孔板台阶的内部长度(l3)和多孔板台阶的内部宽度(w2)相匹配，即长方体外壳的内部长度(l1)＝多孔板台阶的内部长度(l3)，多孔板台阶的内部宽度(w2)＝长方体外壳的内部宽度(w5)。

11、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述内层多孔板(2)的外沿和长方体外壳(3)顶部的边沿均设计为台阶结构，二者的台阶结构尺寸相匹配，即台阶结构的长度(l4)＝多孔板的台阶结构长度(l5)＝长方体外壳的台阶结构长度(l6)，多孔板的台阶结构宽(w4)＝长方体外壳的台阶结构宽度(w7)，台阶结构高度(h5)＝多孔板的台阶结构高度(h6)＝长方体外壳的台阶结构高度(h7)，使长方体外壳对内部多孔板起支撑作用，并通过粘胶保证双层嵌套结构密封连接。

12、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述内层多孔板(2)和长方体外壳(3)的材质为聚苯乙烯、聚乙烯或环状烃，具有良好生物兼容性、良好声学特性以及较高耐热性的同时，满足超声移液技术在生化领域应用中的需求以及确保声能量的有效传递和液体转移的稳定性，同时实现对内层多孔板的精准加热以及源流体池的小型化设计。

13、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述源流体池主体结构(1)下方设有超声换能器(23)，所述超声换能器和长方体外壳(3)之间的耦合介质以及源流体池主体结构夹层中的循环液体选用实验室常用的去离子水或超纯水，利用其与双层流体池材质具有相似声阻抗的特点，满足超声移液过程中声阻抗匹配的需求。

14、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述进液口(4)一端设置在长方体外壳的下方底角附近，出液口(5)设置在进液口对角线处的顶角附近，使循环液体采用下进上出的方式，保证在循环液体的初始注入阶段，尽量排空源流体池双层嵌套结构的夹层中的气体，使循环液体充满源流体池的夹层。

15、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述加热体(13)固定在加热箱盖板(19)下表面。

16、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述温度控制显示装置(14)固定在加热箱盖板(19)上。

17、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述导热水管(7)上设有用于控制加热器出口处液体流动的开关阀(11)。

18、优选的，上述具有温控功能的源流体池，所述缺水报警器(15)位于使源流体池的夹层充满液体的最低水位处，当加热箱内的液体低于最低水位时，缺水报警器报警提示。

19、上述具有温控功能的源流体池，所述温度控制系统通过以下过程实现源流体池主体结构的内层多孔板中装载的超声转移液体的温度控制：

20、(1)通过注液口(17)向加热器(12)内注入液体，通过温度控制显示器上的温度调节按钮设定加热器的温度：

21、(2)当加热箱内的液体加热到设定温度时，调节蠕动泵(8)的流速，使内层多孔板(2)内待转移液体被加热到指定温度；在源流体池主体结构的进液口处和出液口处均设置有第一温度传感器(6)，根据源流体池进液口处以及出液口处的温度，动态调整加热器的温度和蠕动泵的流速，实现精准温度控制。

22、技术效果

23、上述具有温控功能的源流体池，源流体池主体结构及其外部温度控制系统利用温和的水浴加热方式，为内层多孔板中含有细胞、蛋白质、生长因子等生物活性物质的液体提供适宜的温度，满足超声移液技术在生化领域中的需求，不仅具有小型化和高通量化的优势，更能在满足声能量的有效传递和保证液体转移稳定性的同时实现对待转移液体的温度精准控制。具体来说，

24、所述外部温度控制系统利用蠕动泵的驱动力，将加热器中加热到指定温度的液体输送到源流体池主体结构的夹层中，给内层多孔板提供均匀加热，被吸收掉热量的液体再返回到加热器中，如此实现内层多孔板的精准温度控制；外部温度控制系统中液体的循环加热过程有利于保持双层源流体池夹层中液体的温度，进而实现超声转移液体温度的精准稳定控制。