[發(fā)明專利]高通量自動(dòng)定量分配和混合的微流控芯片、方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210559854.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN102989533A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李剛;廖玲英;湯騰;趙建龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00;G01N25/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種高通量自動(dòng)定量分配和混合的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片為一種組合式微流控芯片，由一個(gè)微流控芯片主體和一個(gè)預(yù)脫氣的PDMS泵體組合而成；其中，

①微流控芯片主體由至少一個(gè)微管道網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，每個(gè)微管道網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)主進(jìn)樣管道和至少兩個(gè)分支進(jìn)樣管道；

②所述PDMS泵體的貼合面面積小于微流控芯片主體貼合面面積；整個(gè)泵體包含一組互不相通的微腔；微腔數(shù)目與微流控芯片主體中所含出氣口數(shù)目相等，且位置一一對(duì)應(yīng)；每個(gè)微腔中包含一組微柱陣列。

2.按權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于每個(gè)微管道網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)主進(jìn)樣口、一條主進(jìn)樣微管道、一個(gè)主通氣口/廢液池和至少兩個(gè)分支結(jié)構(gòu)單元；其中每個(gè)分支結(jié)構(gòu)單元包含一個(gè)分支進(jìn)樣口、一條分支進(jìn)樣微管道、一個(gè)分支通氣口、兩條定容微管道、兩條一級(jí)連接微管道、一條混合微管道、一個(gè)微反應(yīng)腔、一組二級(jí)連接微管道和一條通氣微管道；分支結(jié)構(gòu)單元中的一級(jí)連接微管道的橫截面小于定容微管道的橫截面，以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)微閥功能；兩條定容微管道通過(guò)一對(duì)一級(jí)連接微管道連接混合微管道，混合微管道另一端連接至微反應(yīng)腔，且混合微管道和微反應(yīng)腔均通過(guò)二級(jí)連接微管道與通氣微管道相連，通氣微管道另一端連接至分支通氣口；分支結(jié)構(gòu)單元中的微反應(yīng)腔體積大于兩個(gè)定容微管道體積之和。

3.按權(quán)利要求2所述的芯片，其特征在于所述的微流控芯片主體微管道網(wǎng)絡(luò)中泵腔形成的負(fù)壓通過(guò)通氣微管道施加于定容微管道中的液體，驅(qū)動(dòng)其中的液體進(jìn)入微反應(yīng)腔，保證混合流體進(jìn)入微反應(yīng)腔后，通氣微管道通過(guò)二級(jí)連接微管道與外界大氣、環(huán)境相同，釋放壓強(qiáng)，從而使得混合液體駐留在微反應(yīng)腔中。

4.按權(quán)利要求2所述的芯片，其特征在于所述的微流控芯片主體微管道表面為疏水性，且一級(jí)連接微管道橫截面面積小于定容管道橫截面面積，二級(jí)連接微管道橫截面面積小于一級(jí)連接管道橫截面面積。

5.按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的芯片，其特征在于芯片主體微管道表面的疏水性通過(guò)采用PDMS或COC疏水性材料制作芯片實(shí)現(xiàn)或通過(guò)基于玻璃、硅、PMMA、PI或PA的親水性材料制作的芯片進(jìn)行表面疏水化處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6.使用按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述芯片的方法，其特征在于使用的方法步驟是：

①首先將PDMS泵體置于真空容器中進(jìn)行脫氣處理；

②然后進(jìn)行組裝，即將經(jīng)脫氣處理的PDMS泵體與微流控芯片主體對(duì)準(zhǔn)貼合，組裝過(guò)程中保證PDMS泵體的各泵腔與微流控芯片主體的各通氣口一一對(duì)應(yīng)；

③完成組裝后，在微流控芯片主體的各進(jìn)樣口滴加相應(yīng)液體樣品溶液。

7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

a)步驟①中真空容器中氣壓小于50kPa，脫氣時(shí)間至少40分鐘；

b)步驟③液體樣品溶液封閉各進(jìn)樣口后，管道形成負(fù)壓，驅(qū)動(dòng)液樣定量分配，負(fù)壓不斷上升，當(dāng)負(fù)壓值超過(guò)毛細(xì)微閥的阻擋力時(shí)，兩段定容微管道中液體進(jìn)入一級(jí)連接微通道，并通過(guò)混合微通道，最終進(jìn)入微反應(yīng)腔，完成反應(yīng)。

8.按權(quán)利要求1所述的芯片應(yīng)用，其特征在于用于蛋白質(zhì)結(jié)晶條件的高通量篩選，其步驟為：

①首先將預(yù)脫氣處理的PDMS泵體（2）與芯片主體結(jié)構(gòu)（1）對(duì)準(zhǔn)組裝；

②然后馬上將各種不同配比和濃度的結(jié)晶劑加入各分支進(jìn)樣口（7），將待結(jié)晶蛋白液滴入主進(jìn)樣口（3），通過(guò)泵體（2）吸收管道中空氣形成的負(fù)壓驅(qū)動(dòng)力和微管道網(wǎng)絡(luò)中毛細(xì)微閥的設(shè)計(jì)的協(xié)同作用，將蛋白液和結(jié)晶劑分配至各微反應(yīng)腔（13）中混合；

③之后移除PDMS泵體（2），并在各分支進(jìn)樣孔（7）中加入硅油，硅油在毛細(xì)力作用下將很快充滿微管道網(wǎng)絡(luò)，并封蓋蛋白液與結(jié)晶劑的混合體系，防止混合體系中水分的揮發(fā)；

④最后將微流控芯片放置于4°C或25°C條件下進(jìn)行結(jié)晶。并間隔一定時(shí)間后對(duì)微流控芯片中各反應(yīng)腔結(jié)晶結(jié)果進(jìn)行觀察，以此確定合適的結(jié)晶條件。