[發明專利]一種具有皮升級精度的自動化微液滴陣列篩選系統的使用方法

有效

• 申請號: 201210589055.1
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103008037A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 方群;祝瑩;張云霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 唐銀益

技術領域

本發明涉及的領域為高通量篩選領域，特別涉及一種具有皮升級精度的自動化微液滴陣列篩選系統的使用方法。

背景技術

高通量篩選系統起源于藥物篩選的研究，它主要以96或者384孔板為陣列化反應器，通過自動化機器人進行液體分配和試樣混合，采用高靈敏、高速的檢測裝置和數據處理軟件對實驗結果進行分析和處理，實現每天至少10,000樣的篩選通量。由于其強大的篩選和分析功能，高通量篩選技術的應用范圍已從藥物篩選擴展到生物學、醫學、化學等多個科學領域。然而，隨著新的靶標和樣本量的迅速增加，基于多孔板的商品化高通量液體處理與篩選系統逐漸面臨巨大的挑戰。用于篩選的化合物主要來源于人工合成或從天然產物中分離純化得到，成本較高。目前，基于多孔板的高通量篩選系統的試樣消耗體積在1-100微升。如果能在皮升至納升級的水平上操縱液體，來對樣品進行篩選，則有可能將其成本降低1000-100000倍。因此，無論是在工業界還是在學術界，大量的研究均集中在高通量篩選系統的微型化。比如，英國Douglas?公司研制OryxNano系列液體處理裝置的最小液體處理體積是100?納升（http://www.douglas.co.uk/oryxnano.htm）。英國TTP?LabTech?公司研制的Mosquito?系列液體處理裝置的最小液體操縱體積達到25?納升（www.ttplabtech.com/products/mosquito/）。這些儀器的應用顯著的降低了篩選和研發的成本。然而，目前仍然缺少可在幾個納升甚至皮升級體積上進行液體操縱和高通量篩選的技術和裝置。

皮升級高通量篩選的研究難點主要體現在：1）現有儀器設備難以在皮升級進行可靠的液體操縱，比如準確液體量取、液體轉移、試樣混合等；2）隨著液體體積的縮小，蒸發效應顯著增加。比如在典型實驗室條件下，一個皮升級的水相液滴會在1秒內完全揮發；3）微體系下的液體具有極大的比表面積，由于水/氣界面和水/固界面上的分子自組裝或者非特異性作用，容易引起生物活性分子的失活、損失以及交叉污染，從而導致篩選結果的假陽性或者假陰性。

基于液滴的微流控技術是近年來高通量篩選微型化研究領域中的熱點之一。它通過微米級通道中多相流體的控制，實現大批量油包水或水包油型液滴微反應器的生成、試樣混合、反應、以及分析鑒定。液滴反應器的尺寸可在飛升級至納升級靈活調節，從而可能實現超低消耗的高通量篩選。由于油相的包裹和保護作用，有效抑制了液滴反應器的溶劑蒸發和稀釋作用，以及樣品間的交叉污染。利用生物兼容性表面活性劑分子的自組裝效應，可以給生化篩選反應提供一個溫和均一的微環境，有利于提高分析篩選的準確性。同時，液滴反應器微小的體積有利于加速物質間的傳質，提高反應效率。因此，基于液滴的微流控技術因其優異的特性有可能成為新一代的高通量篩選技術。

目前，基于液滴的微流控篩選方法主要有三種，分別為液滴儲存器方法、滑動芯片方法、以及液滴組裝方法。液滴儲存器是首先采用逐個抽取的方法將不同的待篩選樣品溶液裝載至毛細管中形成液滴，然后將該毛細管與微流控芯片通道連接，通過芯片上的T型接口將靶標溶液注入到液滴中觸發反應，最后將形成的液滴反應器收集至另外一個毛細管中進行孵育反應和檢測（Zheng?B.,?Ismagilov?R.?F.?Angew.?Chem.,?Int.?Ed.,?2005,?44,?2520）。滑動芯片方法則首先在下片的陣列化微孔中裝入待篩選樣品形成液滴，然后滑動上片使上片微通道中的靶標試劑溶液與下片的液滴混合，進行觸發反應和篩選（Du?W.?B.,?Li?L.,?Nichols?K.?P.,?Ismagilov?R.?F.?Lab?Chip,?2009,?9,?2286）。然而，上述兩種方法均需要手動的液滴裝載、毛細管和芯片通道的連接，以及精密的芯片滑動操作，難以應用于大規模樣品的篩選。液滴組裝方法利用自動化的樣品管和試劑管的快速切換，在液滴形成的過程中完成待篩選樣品和試劑的混合，然后將液滴儲存至毛細管和芯片上進行反應和檢測（Du?W.?B.,?Sun?M.,?Gu?S.?Q.,?Zhu?Y.,?Fang?Q.?Anal.?Chem.,?2010,?82,?9941；方群，杜文斌，孫蒙，基于液滴順序組裝技術的微流控液滴生成系統及使用方法，中國發明專利，申請號：201010250945.0）。盡管液滴順序組裝技術解決了液滴篩選的自動化和大規模樣品篩選的難題，但是由于含有樣品和試劑的液滴的生成采用了逐個組裝方法，其篩選速度難以提高。另外，由于微型化帶來的尺寸效應，上述幾種液滴篩選方法都難以在皮升級體積進行生化篩選測定。