本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种微流控液滴生成装置。
背景技术：
微流控液滴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。该技术生成的液滴为纳升甚至皮升体积的微反应单元，己经应用于蛋白质结晶、细胞分析、快速酶反应动力学研究、数字pcr及基因测序等领域。微流控液滴平台能够快速稳定的产生大小均匀的液滴，与传统的微孔板法相比，微流控液滴技术的筛选通量可以提高1000倍，因此，微流控液滴技术有巨大的潜力成为下一代的超高通量筛选平台。
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，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。如图1所示，连续相和分散相在外界压力的作用下在微流道中发生剪切作用，在两相交叉出口处生成液滴。
微流控芯片中流体通道一般较窄，通常在微米甚至更低的量级尺度，受限于工艺和环境的影响，容易发生堵塞或者流道误差较大的情况，会导致同一批芯片出现结果生成差距很大甚至无法生成液滴等后果。
传统调节方法为了解决这个问题，会在液滴生成后端加上ccd相机等进行检测，根据检测结果计算液滴尺寸并重新调整连续相和分散相端压力源。但是该种方法存在很多问题。首先压力源的调整易导致调整不当，在某些情况下(例如连续相粘度较低)无法生成液滴；同时调整压力源会调整连续相和分散相流速比，易造成连续相的浪费，这在液滴生成数量多，速度高且连续相成本较高时提高了液滴生成的成本，且普通的调节方法在调节时反应较慢，不能快速使液滴尺寸达到期望值。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种调节速度较快、成本低且不合格液滴的比例较小的微流控液滴生成装置。
一种微流控液滴生成装置，包括微流控芯片、振动机构、光检测机构、存储机构、人机交互机构及控制机构；其中，
所述微流控芯片具有连续相输入流道、分散相输入流道及输出流道，所述连续相输入流道及所述输出流道均与所述分散相输入流道连通，且所述分散相输入流道中流通的分散相能够被所述连续相输入流道中流通的连续相剪切形成液滴从所述输入流道输出；
所述振动机构与所述微流控芯片连接以用于带动所述微流控芯片振动；
所述光检测机构用于检测所述输出流道内液滴的尺寸信息；
所述存储机构存储有或用于存储不同尺寸的液滴对应的振动机构的振幅和/或频率、以及连续相和分散相的液体信息；
所述人机交互机构用于显示和输入液滴的尺寸信息、振动机构的振幅和/或频率、以及连续相和分散相的液体信息；
所述控制机构与所述振动机构、所述光检测结构、所述存储机构及所述人机交互机构分别电连接；所述控制机构用于根据所述人机交互机构输入的液滴的尺寸信息以及连续相和分散相的液体信息从所述存储机构查找对应的所述振动机构的振幅和/或频率，根据所述光检测机构检测液滴的尺寸信息控制所述振动机构调整振幅和/或频率，控制所述存储机构存入调整后的振幅和/或频率与对应的液滴的尺寸信息，或者直接将不同尺寸信息的液滴对应的振幅和/或频率以及连续相和分散相的液体信息存入所述存储机构。
在其中一个实施例中，所述连续相输入流道、所述输出流道与所述分散相输入流道交叉连通形成y型或十字型。
在其中一个实施例中，所述振动机构与所述微流控芯片接触或者嵌入在所述微流控芯片中。
在其中一个实施例中，所述振动机构位于所述分散相输入流道的上方且靠近所述分散相输入流道与所述连续相输入流道的连通位置，所述振动机构与所述分散相输入流道之间的距离为1～3mm。
在其中一个实施例中，所述振动机构为压电陶瓷片。
在其中一个实施例中，所述微流控芯片对应所述输出流道设有光检测窗口；
所述光检测机构包括光源及光电转换器；所述光源用于照射所述光检测窗口位置处的所述输出流道；所述光电转换器用于检测所述光检测窗口位置处的输出流道中的反映液滴状态的图像信号并转换为电信号发送至所述控制机构；
所述控制机构将所述电信号转换为数字信号在所述人机交互机构上显示。
在其中一个实施例中，所述光源是led光源、激光器与汞灯中的一种或几种；所述光电转换器为ccd、pd与pmt中的一种或几种。
在其中一个实施例中，所述存储机构为lut存储器。
在其中一个实施例中，所述控制机构为mcu控制器、fpga处理器和/或dsp处理器。
在其中一个实施例中，所述微流控液滴生成装置还包括供压机构，所述供压机构用于向所述连续相输入流道和所述分散相输入流道提供外部压力。
上述微流控液滴生成装置结合自动反馈及压控振荡调节技术，能够自适应调节生成的液滴的尺寸，能够生成稳定且均一度较高的液滴，并具有较快的调节速度和液滴生成速度，且调节过程不会影响液滴的生成，可连续化调节。因而，使用上述微流控液滴生成装置生成液滴，可以提高生成液滴的质量，并有利于降低液滴的生成成本。
附图说明
图1为传统的微流控液滴生成装置的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的微流控液滴生成装置的结构示意图。
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本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图2所示，一实施方式的微流控液滴生成装置100包括微流控芯片110、振动机构120、光检测机构130、存储机构140、人机交互机构150及控制机构160。
微流控芯片110具有连续相输入流道112、分散相输入流道114及输出流道116。连续相输入流道112及输出流道116均与分散相输入流道114连通，且分散相输入流道114中流通的分散相能够被连续相输入流道112中流通的连续相剪切形成液滴从输入流道116输出。
在本实施方式中，微流控芯片110中连续相输入流道112与分散相输入流道114及输出流道116交叉连通形成十字型结构，具有两个连续相输入口(或储液口)、一个分散相输入口(或储液口)以及一个输出口，分别用于连续相、分散相的进入以及生成的液滴输出。微流控芯片110的材料可以是coc、pmma及pc等任一种透光材质。可理解，在其他实施方式中，微流控芯片110的形状不限于此，如也可以为y型等其他形状的微流道。
进一步，在本实施方式中，该微流控芯片110还具有供压机构，以用于向连续相输入流道112和分散相输入流道114提供外部压力。连续相和分散相在外部压力下流入相应的输入流道，并且分散相在流道中被连续相剪切，形成液滴。供压机构可以是注射泵、恒压泵和/或空气压缩机等能够提供压力的装置。该压力可以是负压，也可以正压。
微流控芯片110中生成的液滴可以是油包水模式，也可以是水包油模式或者多层包裹模式。连续相和/或分散相中可以加入一种或多种表面活性剂，以用于增强液滴的稳定性。
振动机构120与微流控芯片110连接以用于带动微流控芯片110振动。在本实施方式中，振动机构120优选位于分散相输入流道114的上方且靠近分散相输入流道114与连续相输入流道112的连通位置。振动机构120与分散相输入流道114之间的距离为1～3mm。振动机构120可以与微流控芯片110接触或者嵌入在微流控芯片110中。振动机构为压电陶瓷片或其他根据电信号频率和/或幅度改变振动频率和/或振幅的模块。
光检测机构130用于检测输出流道116内液滴的尺寸信息。
在本实施方式中，微流控芯片110对应输出流道116设有光检测窗口。光检测机构130包括光源132及光电转换器134。光源132用于照射光检测窗口位置处的输出流道116。光源132发出的光可通过光纤或者直接照射到输出流道116上。光电转换器134用于检测光检测窗口位置处的输出流道116中的反映液滴状态的图像信号并转换为电信号发送至控制机构160，控制机构160将电信号转换为数字信号在人机交互机构150上显示。光电转换器134可通过光纤或者直接成像获取相应的图像信号。该图像信号可以是一维信号，也可以是二维信号。
进一步，在本实施方式中，光源132可以是但不限于led光源、激光器与汞灯中的一种或几种。光电转换器134可以是但不限于ccd、pd与pmt中的一种或几种。此外，本实施方式的光检测机构130还可以包括电子快门、滤光片等。
存储机构140存储有或用于存储不同尺寸的液滴对应的振动机构120的振幅和/或频率、以及连续相和分散相的液体信息。
在本实施方式中，存储机构140优选为lut存储器。lut存储器可以是非易失性可读写存储器或其他可读写存储器，能够在断电状态下保留数据不丢失。通过lut存储器，可以快速、准确的找到所需要的存储信息，并且也可以方便地将需要存储的信息存入存储机构140。
人机交互机构150用于显示和输入液滴的尺寸信息、振动机构120的振幅和/或频率、以及连续相和分散相的液体信息。人机交互机构150可以是pc机、触摸屏输入显示设备、键盘等一种或几种具备信息输入和输出功能工具的组合。
控制机构160与振动机构120、光检测结构130、存储机构140及人机交互机构150分别电连接。控制机构160用于根据人机交互机构150输入的液滴的尺寸信息以及连续相和分散相的液体信息从存储机构140查找对应的振动机构120的振幅和/或频率，根据光检测机构130检测液滴的尺寸信息控制振动机构120调整振幅和/或频率，控制存储机构140存入调整后的振幅和/或频率与对应的液滴的尺寸信息，或者直接将不同尺寸信息的液滴对应的振幅和/或频率以及连续相和分散相的液体信息存入存储机构140。
控制机构160为mcu控制器、fpga处理器和/或dsp处理器，用于对从光检测机构130进入的反映液滴状态的信号进行处理得到液滴尺寸信息及其他信息和/或命令的处理。
具体的，通过人机交互机构150输入要求的液滴大小、连续相及分散相等相关信息，控制机构160根据该信息在存储机构140中查找对应的液滴大小与输入信息的关系，得到驱动振动机构120的电信号幅度和/或频率并调节该电信号的幅度和频率，通过监控输出流道116中生成的液滴大小，反馈给控制机构160，控制机构160控制人机交互机构150显示当前液滴生成的信息，并记录当前驱动振动机构120的电信号幅度和/或频率及连续相和/或分散相成分等参数与液滴大小的关系，与存储机构140中存储信息进行对比，如果查找不到对应信息或检测到液滴大小信息与查找到的液滴大小信息不一致，则更新存储机构140中的相关信息，同时控制机构160根据检测到的液滴大小和期望大小进行比较，根据比较结果改变驱动振动机构120电信号的幅度和/或频率，以达到改变液滴大小的目的。
在装置初始化时或者后续实验时将连续相和/或分散相的成分等参数、振动机构120的振动频率和/或幅度参数与对应的液滴大小信息写入存储机构140。在装置初始化时，改变连续相和/或分散相的成分等参数，调节振动机构120的振动频率和/或幅度，记录对应生成液滴的大小，记录液滴大小和相关参数的对应关系，写入存储机构140，或者保持存储机构140为空，在后续试验中时将上述信息记录到存储机构140。
以下结合具体实施例对本发明的微流控液滴生成装置100生成液滴的过程作进一步的说明。
实施例
在制作微流控芯片时将压电陶瓷片嵌入微流控芯片中，位于分散相输入流道的入口到与连续相输入流道的交叉口之间，并且靠近交叉口。压电陶瓷片在芯片内位在分散相输入流道的上方，与分散相输入流道保持1～3mm的距离。压电陶瓷片通过电极与主控模块相连。
假设已通过实验测定存储机构的lut记录有如下表1中所示数据，现在需要生成55μm直径的微滴，通过在lut中查表，匹配到连续相成分、粘度，分散相成分、粘度等信息后，得到表中存储了液滴直径50～60μm对应的振动频率信息，计算得到该尺度下，液滴变化10μm，频率大概需要变化10khz左右，对应比例进行缩放，得到55μm液滴所需振动频率在25khz附近。控制机构调节振动频率为25khz，并生成液滴，通过光学检测机构反馈得到生成液滴直径。根据直径的不同情况，控制机构自动做如下处理：
1.如果发现生成液滴直径与预期值误差在能够接受的误差范围(比如0.5μm)则不做任何后续处理。
2.如果发现生成液滴与预期误差不在可容忍范围之内，但在50～60μm之间，则根据计算得到的该尺度下振动频率加大1khz直径减小1μm，对应增大或减小振动频率，直至生成液滴直径与预期值误差在能够接受的误差范围内。
3.如果发现生成液滴直径不在50～60μm区间之内，则表示自系统上电工作后出现了异常状况，比如微流控芯片的流道出现堵塞或是因为工艺不良的原因，该芯片与初始化lut表时所用芯片差距太大，则表示该lut表中数据不准确，清除lut表中数据，根据频率越大则液滴越小的关系，选择两个振动频率(可根据经验选择)生成液滴，分别得到对应液滴大小，记录至lut表中。接下来根据情况1和2所述方案重新调整振动频率，直至生成液滴直径与预期值误差在能够接受的误差范围内。
表1lut存储示例
上述微流控液滴生成装置100结合自动反馈及压控振荡调节技术，能够自适应调节生成的液滴的尺寸，能够生成稳定且均一度较高的液滴，并具有较快的调节速度和液滴生成速度，且调节过程不会影响液滴的生成，可连续化调节。因而，使用上述微流控液滴生成装置生成液滴，可以提高生成液滴的质量，并有利于降低液滴的生成成本。
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。