[发明专利]一种全自动液滴生成系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流体控制技术领域，尤其涉及的是一种全自动液滴生成系统及其控制方法。

背景技术

随着液滴控制技术的发展与成熟，微流控液滴系统已成为一个在微观尺寸上进行化学和生物学研究的重要平台，并成功应用到蛋白结晶、酶分析、化学合成、单分子/单细胞研究等分子与细胞生物学及分析化学研究领域中，而上述领域很多场合液滴直径对实验效果有至关重要的影响。

现有的液滴微流控技术一般根据经验值设置通道的直径和注射泵的速度，在实际的操纵过程中，操作人根据经验设定泵的速度生成液滴,生成液滴操作过程复杂且粒径无法精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种全自动液滴生成系统及其控制方法，包括注射模块、控制器和显微镜图像采集模块，根据图像处理模块计算的生成液滴的直径与液滴直径设定值的大小决定注射模块中第二注射泵的注射速率。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种全自动液滴生成系统，包括:

注射模块，所述注射模块包括第一注射泵和第二注射泵，所述第一注射泵内置十六烷作为分散相，所述第二注射泵内置去离子水作为连续相；

控制器，所述控制器的信号输出端与注射模块的信号输入端连接，用于控制第一注射泵和第二注射泵的注射速度；

微流控制芯片，包括T形微通道，T形微通道的第一输入口与第一注射泵的输出口连通，T形微通道的第二输入口与第二注射泵的输出口连通，T形微通道的输出口与液滴收集器皿连通；

显微镜图像采集模块，包括显微镜和摄像机，所述摄像机用于快速实时拍摄微流控制芯片生成的液滴的图像；

电脑，所述电脑的信号输入端与显微镜图像采集模块和控制器的信号输出端连接，所述电脑中内置图像处理模块和液滴生成控制模块，所述图像处理模块根据显微镜图像采集模块采集的液滴图像计算出液滴的直径；所述液滴生成控制模块根据图像处理模块计算的液滴的直径与设置的液滴的直径比较，调整注射模块的注射速度，使得液滴生成的直径与设置的液滴直径相等，自动液滴生成系统进入稳定期。

作为上述方案的进一步优化，所述T形微通道的直径为40-120微米。

一种全自动液滴生成系统的控制方法，包括下述步骤：

(1)、通过控制器设定第一注射泵和第二注射泵的注射速度；

(2)、摄像机快速实时拍摄微流控制芯片生成的液滴的图像，并将图像实时传送给图像处理模块；

(3)、图像处理模块根据拍摄的生成液滴的图像，根据灰度变化判断出液滴的轮廓，标记出来；再通过横向和纵向的像素扫描，找出行和列的最大值，并把行最大值和列最大值相减后求绝对值，

若该绝对值大于设定值，所拍摄的生成的液滴的图像不符合要求，所拍摄的生成的液滴的图像不合格，重新选取；若该绝对值小于设定值，所拍摄的生成的液滴的图像符合要求，所拍摄的生成的液滴的图像合格，将行最大值和列最大值相加再取平均值，该平均值为生成液滴的直径；

(4)、液滴生成控制模块设置液滴直径设定值，判断图像处理模块计算的生成液滴的直径与液滴直径设定值的大小，根据生成液滴的直径与液滴直径设定值，调整第二注射泵的注射速率，使得生成液滴的直径与液滴直径设定值相等；

(5)液滴生成控制模块根据生成液滴的直径与液滴直径设定值相等时的第二注射泵的注射速率，延长摄像机的拍摄周期，持续以该注射速率稳定注射，自动生成液滴；稳定注射过程中，返回步骤(3)。

作为上述方案的进一步优化，所述液滴生成控制模块包括加法器、调整器和D/A转换器，所述加法器根据图像处理模块计算的生成液滴的直径与液滴直径设定值做出相应的差值；所述调整器根据加法器处理的差值判断当前范围，并给出相应的调整值；所述D/A转换器将调整器给出数字信号转换为模拟信号。

本发明相比现有技术，本发明提供的一种全自动液滴生成系统及其控制方法的有益效果体现在：

(1)、本发明提供一种全自动液滴生成系统，包括注射模块、控制器和显微镜图像采集模块，图像处理模块根据适时采集的液滴图像计算的生成液滴的直径，液滴生成控制模块根据图像处理模块计算的液滴的直径与设置的液滴的直径比较，调整注射模块的注射速度，使得液滴生成的直径与设置的液滴直径相等，实时调整注射模块中第二注射泵的注射速率，可快速高效的生成特定粒径的液滴，避免了生成液滴操作复杂且粒径无法精确控制的弊端。