参数自调整非接触式微量试剂分配系统

　　1　引　言

　　蛋白质是生命的基本物质,其结构的测定对理解蛋白质功能,促进新药的发现和理解药物作用机制等都具有重要的意义[1]。目前测定蛋白质结构常用方法是X射线晶体衍射分析方法[2]。采用该方法分析的关键是蛋白质晶体的获得,这需要对pH值、温度、离子强度、浓度、添加剂等结晶条件进行优化,涉及大量不同特性、体积试剂的微量分配操作,实验数量巨大繁杂,这些一直制约着该项技术的发展[3-4]。和蛋白质结晶操作中结晶条件筛选类似,许多生物化学实验也都需要对液体试剂进行分配或者转移操作。因此,研制微量、快速、高精度、高准确性以及可控的微量试剂分配操作系统很有必要。

　　目前,液体试剂的自动化操作技术一直在不断发展进步[5-6]。常用的分配方法有两类:接触式和非接触式。接触式分配方法中典型的驱动方式是采用电机驱动活塞运动实现试剂定量分配操作,分配时分配头需要与容器底部接触,靠界面力的作用实现液体的转移和分配[7]。非接触式分配方法克服了以上不足,试剂在外力作用下从喷嘴喷出,分配时液滴具有足够的能量克服表面张力的作用,不需与基底接触即可实现与喷嘴脱落,减少了污染提高了分配速度。非接触式分配方法中常见的驱动方式有两种:基于压电驱动原理和电磁阀-压力控制原理。采用压电驱动原理的非接触式分配方法,分配体积小到皮升级别,但喷嘴容易堵塞,试剂变化时需重新调整喷嘴尺寸和电压等参数,灵活性和可靠性待提高[8-12]。采用高速微量电磁阀和压力源结合的方式可靠性较好,分配体积小到纳升级别,分配试剂体积的调整靠校准电磁阀开关频率以及系统压力大小来实现[13]。另外,还有一些利用电场力原理,热扩张驱动原理以及超声激励等原理的液体操作方法[14]。但是,在分配试剂种类多,分配精度要求高的情况下,为了避免试剂粘度不同所带来的分配误差,以上分配方法都需要重新校准系统参数来实现精确分配,缺少分配状态检测反馈功能,系统灵活性、可靠性还有待进一步提高。

　　考虑到蛋白质结晶操作中试剂分配种类多,体积小,精度高,速度快等特点,本文研制了一套参数自调整功能的非接触式微量试剂自动分配操作系统,该系统采用电磁阀控制预压液体流动实现试剂的分配。非接触式分配方式使该系统分配速度快,不易污染;参数自调整功能使该系统可以根据试剂特性,分配体积等条件智能调整控制参数,并实时监控系统故障,提高灵活性和可靠性。

　　本文对系统组成原理、非接触式分配过程分析、分配控制策略等问题作了介绍。最后,对该系统进行不同粘度和体积试剂的分配重复精度测试,得出了系统的测试精度等性能指标。