[發明專利]一種基于微流控技術的高通量可控雙水相液滴的制備方法

有效

• 申請號: 201711214873.2
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109833921B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 秦建華;劉海濤;魏文博
• 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;C07K1/14;C12N5/00;C12N15/10
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明提供了一種基于微流控技術的高通量可控雙水相液滴的制備方法。該方法包括微流控芯片的制備、雙水相體系配制、液滴的調控與制備等。本發明利用可以自發相分離的雙水相體系，將集成了泵閥系統的“十字”型流液滴芯片進行并列排布，實現了高通量產生液滴的目標，并通過調節兩相流速、泵閥開關周期等穩定、可控地形成液滴。該技術有望在蛋白質分離、細胞分區化培養、DNA萃取等生物學應用中發揮作用。

技術領域

本發明屬于微流控技術、材料化學領域，特別其涉及一種基于微流控技術的高通量可控雙水相液滴的制備方法。

背景技術

微流控液滴操控技術是微流控技術的一個重要分支，它可以利用流體間不相容的性質來獲得單分散液滴，并對其進行捕獲、分選、分裂、融合等操控。微流控液滴具有較小的體積和較大的比表面積，可以高效地完成物質交換、化學反應等。因此，該技術已經在小分子檢測、單細胞分析、藥物傳輸、微顆粒合成、組織工程等領域得到了廣泛的應用。

然而，傳統的微流控液滴技術都是基于油水雙乳相體系來產生液滴地，其中會使用到有機試劑和各類離子或非離子表面活性劑，這些物質不僅降低了體系的生物相容性，在后續的操作中將其清除也帶來了更多操作，這就使得該技術在生物醫學領域中的應用受到了局限。近年來，純水溶液構成的雙水相體系被引入到微流控液滴領域，并得到了初步的發展。雙水相的相分離原理是，當兩種不同性質的高分子溶質在水溶液中的濃度超過一定閾值后，兩相水溶液的物理化學性質也會隨之發生改變，當占主導的界面分離能會大于體系混合的吉布斯自由能時，體系會自發產生相分離。雙水相體系原本是用于生物質的萃取，因此具有很好的生物相容性。雙水相的構成可以是兩種性質不同的高分子溶液(如PEG和葡聚糖)或者一種高分子溶液和一種鹽溶液(如PEG和磷酸鹽)，其中兩種高分子溶液構成的體系具有更好的生物相容性。目前較為常用且相分離效果較好的體系由PEG和葡聚糖組成。但是雙水相體系也存在著明顯得弊端，由于兩個水相間的表面能要遠小于油水體系，雙水相液滴的產生，尤其是高效可控地產生就成為了這一體系在微流控液滴技術中廣泛應用的阻礙。本發明利用集成了泵閥體系的多單元并列微流控芯片，成功實現了高通量可控的雙水相液滴的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于微流控芯片泵閥集成系統，用于高效可控產生均一雙水相液滴的新方法。

一種氣動閥輔助的高通量雙水相液滴芯片，該芯片為上下兩層結構，上層為分流芯片，由氣體入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，連續相入口、連續相分流通道和連續相分流出口組成；其中氣體入口為獨立結構；分散相入口通過分散相分流通道與分散相分流出口相連；連續相入口通過連續相分流通道與連續相分流出口相連。

下層為功能芯片，由氣體入口，氣體分流通道，氣體通道，氣動泵閥，分散相入口，分散相通道，連續相入口，連續相通道，主通道和液滴出口組成。其中氣體入口通過氣體分流通道和氣體通道與氣動泵閥；分散相入口通過分散相通道和主通道與液滴出口相連；連續相入口通過連續相通道和主通道與液滴出口相連。

上層芯片通過幾個重合的部分與下層芯片相連，其中上層氣體入口與下層氣體入口重合；分散相分流出口分散相入口重合；連續相分流出口與連續相入口重合。

芯片中的三個流體按照以下順序流動：分散相液體由分散相入口進入芯片，先后經分散相分流通道、分散相分流出口、分散相入口、分散相通道和主通道到達液滴出口；連續相液體由連續相入口進入芯片，先后經過連續相分流通道、連續相分流出口、連續相入口、連續相通道和主通道到達液滴出口。氣體由上層氣體入口進入芯片，先后經過下層氣體入口、氣體分流通道和氣體通道到達氣動泵閥，其中的氣體驅動泵閥側壁發生彈性形變。

所述芯片的上層芯片所有通道高度和寬度均為：100-300μm；下層芯片主通道寬度100-300μm，長1-2cm。泵閥與分散相通道間距40-60μm，泵閥間的分散相通道寬40-60μm，所有通道高度均為100-300μm；