[發明專利]一種微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法

有效

• 申請號: 201310654947.X
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN104689859A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 秦建華;溫慧;朱國麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明屬于微流控領域，具體涉及一種微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法。

背景技術

微流控芯片（microfluidic?chip）又稱芯片實驗室（lab?on?a?chip），指的是把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成或基本集成到一塊幾平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以取代常規生物或化學實驗室的各種功能的一種技術。它的基本特征和最大優勢是多種單元技術在微小平臺上的靈活組合和規模集成。發展至今，微流控芯片技術已經開始在生命科學的不同領域得到應用，并已成為系統生物學研究中的重要技術平臺之一。目前微流控系統共分兩大類型：微通道及微液滴微流控系統。與微通道相比較，微液滴具有如下優勢：尺寸更小，通量更高，傳質傳熱更加迅速，運輸和固定更加靈活，并且可以形成一個相對穩定可控的液滴微環境；因此，在化學和生物學領域的許多高通量分析中，微液滴作為反應器被用于反應條件的篩選（如蛋白結晶、DNA分析等），或者用來包裹各種粒子（包括細胞、細菌、線蟲等）以進行各種生物學研究。

為了靈活操控液滴進行各種反應，首要問題是改變液滴內部成分，即向液滴添加物質或從液滴內部分出其內涵物，目前改變液滴成分的方法主要依靠電驅動。但是這些方法涉及及到的微流控芯片平臺制備復雜，需要集成電學、聲學、光學等外部系統，在沒有此類實驗基礎的實驗室很難實現。因此目前急需一種可以簡單實現液滴內涵物交換的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于流阻原理和表面張力的微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法，該方法操作簡單、通量高。

本發明提供了一種微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法，基于流阻原理和表面張力對微液滴進行操控，首先將分散相1持續注入灌滿連續相的芯片中，使主通道中及微液滴捕獲區域中都充滿分散相1；注入連續相，取代主通道中的分散相1，同時由于流阻原理，圓柱形液滴捕獲器中的分散相1不會被沖出，由此形成了分散相1在連續相中的液滴捕獲陣列；

將分散相2和連續相注入芯片中，在T型液段生成區形成連續的單分散性微液段；當分散相2液段流經微液滴捕獲器時，與捕獲其中的分散相1液滴相接觸，同時由于連續相中的表面活性劑濃度較低，液滴處于不穩定狀態，兩種不同成分的液滴發生融合進而進行物質交換。

本發明提供的微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法，所述連續相中的表面活性劑含量為0%-0.1%。

本發明提供的微流控芯片上的微液滴內部物質交換方法，所述連續相為油相，分散相為水相。

本發明還提供了一種基于所述方法的微流控芯片，該微流控芯片為雙層結構設計，上層為液路層，下層為空白PDMS層；

其中液路層包含有：分散相1、分散相2、油相的入口，T型液段產生區，主通道，微液滴捕獲區域；這些區域沿流體流動方向由主通道串聯；

所述微液滴捕獲區域由100～200個圓柱形液滴捕獲器組成，所有微液滴捕獲器可串聯連接，也可并聯連接。

本發明提供的微流控芯片，所述微流控芯片的材料均為PDMS聚合物，采用PDMS軟刻蝕及等離子體不可逆封接技術構建。

本發明具有以下優點：

(1)本發明采用液滴內部物質交換方法操作簡單，與以往的液滴內涵物添加或分離的方式相比，無需集成其他復雜的電或光學設備。

(2)本發明可通過陣列式設計，進行高通量的液滴操控。

(3)單個液滴中可添加不同的成分進行生物或化學的各類反應，因此具有高內涵指標監測的潛力。

附圖說明

圖1芯片設計圖，其中：a為油相入口，b為分散相1入口，c為分散相2入口，d虛線框內為高通量液滴捕獲及物質交換區域；

圖2液滴捕獲及物質交換單元設計圖，其中：A為液滴捕獲區域，B為主通道，C為用于產生較小流阻的細通道，箭頭指示液體流動的方向；

圖3水相分散相1灌注過程圖；

圖4液滴捕獲結果圖；通入油相，在剪切力的作用下將水相切割成液滴，并使其固定在液滴捕獲器內；

圖5分散相2的液段與分散相1的液滴碰撞并融合的過程圖。

具體實施方式

下面的實施例將對本發明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。

實驗室自行設計并制作的微流控芯片：制備用于高通量液滴捕獲及物質交換的微流控芯片，材料為PDMS聚合物，等離子體不可逆封接，該芯片為兩層，上層為液路層，下層為用于封接的空白PDMS。