[發(fā)明專利]一種自發(fā)形成油包水液滴的微流控芯片及裝置

有效

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• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN112076807B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬波;劉灃儀;徐騰;徐健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 上海一平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 徐林強;崔佳佳

本發(fā)明公開了一種自發(fā)形成油包水液滴的微流控芯片及裝置，其特征在于依靠油相在微流控芯片微通道中的毛細(xì)作用，產(chǎn)生對水相的剪切作用，自發(fā)形成油包水微液滴；無需外源復(fù)雜動力設(shè)備，如注射泵、蠕動泵，僅依靠油相在微流控芯片微通道中的毛細(xì)作用和毛細(xì)管產(chǎn)生液面高度差作為動力來源。相較于傳統(tǒng)的微液滴生成技術(shù)，本方法設(shè)備要求低、操作簡單，大大降低了微液滴生成的技術(shù)要求，并可以通過調(diào)整微流控芯片參數(shù)，可實現(xiàn)對發(fā)生液滴尺寸的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控芯片領(lǐng)域，尤其涉及一種自發(fā)形成油包水液滴的微流控芯片、裝置及方法。

背景技術(shù)

基于液滴的微流控技術(shù)在藥物運輸和生物傳感等方面具有巨大潛能，近些年的應(yīng)用越來越廣泛，其優(yōu)勢表現(xiàn)為：試劑消耗低，產(chǎn)生的大量單分散性液滴，每個微液滴可作為獨立的微反應(yīng)容器用于各種生化反應(yīng)，可實現(xiàn)獨立控制，并且液滴其巨大的比表面積對許多反應(yīng)具有催化作用。在大多數(shù)應(yīng)用中，高度均勻的液滴可以確保恒定、可控和可預(yù)測的結(jié)果。此外，液滴體積可調(diào)范圍廣泛，可實現(xiàn)從飛升到納米級體積量級?；谝旱蔚膽?yīng)用主要集中在微膠囊制備、液滴數(shù)字PCR(dd PCR)等領(lǐng)域。

目前，已經(jīng)開發(fā)了許多方法盡可能精確地量化核酸的量，基于PCR的核算定量技術(shù)一直備受青睞選項。實時定量PCR也被認(rèn)為是生物醫(yī)學(xué)實驗室的常規(guī)實驗。然而，由于其計數(shù)分辨率有限，這種方法不能滿足更嚴(yán)格的要求量化需求，特別是當(dāng)目標(biāo)樣本濃度相對較低或PCR抑制劑存在時會擾亂測定結(jié)果。而且，作為下一代測序和技術(shù)單細(xì)胞分析技術(shù)蓬勃發(fā)展，對核酸定量的興趣已被吸引到前所未有的單分子水平。這促成了dd PCR技術(shù)的繁榮。在dd PCR中，核酸樣本分別在獨立但相同的液滴中擴增，并且每個反應(yīng)的全有或全無檢測結(jié)果遵循泊松分布。在計算正反應(yīng)的總和之后，通過泊松校正，不僅可以獲得樣本核酸濃度，而且可以獲得目標(biāo)分子的絕對數(shù)量。

一般來說，液滴的產(chǎn)生源于一種流體(分散相流體)進入另一種(連續(xù)相流體)流體的不穩(wěn)定性。液滴的生成方法可以是被動的，也可以是主動的，液滴的生成不需要外部的驅(qū)動，而液滴的穩(wěn)定發(fā)生利用額外的能量輸入來維持及促進液滴生成的界面不穩(wěn)定性。原則上，在主動控制中，界面力平衡可以通過兩種基本策略進行調(diào)整:通過改變固有參數(shù)，如流速和材料性能來改變粘性、慣性和毛細(xì)力；或需要借助于外源動力設(shè)備，例如注射泵、蠕動泵等泵機設(shè)備引入額外的力：如電、磁、離心力、聲波、電極的介電作用、光熱作用等，都能作為液滴發(fā)生的動力?，F(xiàn)階段，維持液滴持續(xù)穩(wěn)定發(fā)生的設(shè)備主要有注射泵、蠕動泵、電磁、氣動泵、注射器、離心機設(shè)備等等。

最重要的是，隨著POCT應(yīng)用的發(fā)展，便攜和廉價也是我們追求的目標(biāo)。例如，微流體診斷技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)，如傳染病和寄生蟲病，對便攜式系統(tǒng)的要求不斷提高。驅(qū)動流體的方法也傾向于更便攜簡單，包括使用毛細(xì)力，蒸發(fā)，重力和手指擠壓。與此同時，越來越多的人正在探索如何實現(xiàn)高通量、快速、均一地產(chǎn)生液滴。但是，為達(dá)到上述要求，并且不依賴外接復(fù)雜設(shè)備儀器，仍然是限制液滴技術(shù)發(fā)展的瓶頸所在。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種自發(fā)形成液滴的微流控芯片和裝置，簡化了現(xiàn)有微流控芯片的結(jié)構(gòu)，可自發(fā)形成油包水液滴。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種微流控芯片，所述微流控芯片包括油相進樣孔、水相進樣孔、出樣孔和微流體通道，所述微流體通道連接油相進樣孔與水相進樣孔，并從水相進樣孔延伸形成液滴剪切微通道，剪切微通道的終點為出樣孔，所述油相進樣孔、水相進樣孔、出樣孔和微流體通道形成一條線型結(jié)構(gòu)。

即，油相進樣孔、水相進樣孔、出樣孔和微流體通道在一條線上。

所述微流控芯片具有至少一條線型結(jié)構(gòu)，所述油相進樣孔和/或出樣孔與至少一個水相進樣孔相通。

即，當(dāng)有多條線型結(jié)構(gòu)時，部分或所有線型結(jié)構(gòu)共用同一個油相進樣孔和/或出樣孔。

所述油相進樣孔位于微流控芯片線型結(jié)構(gòu)上游，微流體通道經(jīng)水相進樣孔，出樣孔位于下游。