[发明专利]一种微流体自动定量分配装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流体自动定量分配装置及使用方法，可应用于微生化 反应器和芯片实验室。

背景技术

近年来，微流控芯片作为一种新的技术平台，在生物和化学领域受到广 泛关注，因为与宏观系统相比，微流控芯片在实际应用中有许多突出的优势， 如：(1)低成本：由于流体系统的微型化，检测分析和反应合成过程中所需试 剂和样品的量大大减少(通常在纳升或皮升级)，能耗更低，使得运转成本 降低；另一方面系统的集成化和自动化，大大减少了人工的参与，从而也降 低人力成本。(2)速度快：流体系统微型化所带来的短的扩散路径和大表面体 积比，产生了更高效的传热和传质交换，从而使得反应速度大大加快，缩短 反应时间。(3)高通量：流体系统微型化也使得实验者在极小空间上可以同时 设置几十个，甚至成百上千个反应单元，所以微流体系统具有极高的样品并 行处理能力，一次可以检测和合成多个样品。(4)无污染：由于系统的集成化 和自动化，减少或基本避免了分析检测过程中人工的干预，从而减少了操作 中交叉污染的可能(5)高安全：由于微流控芯片平台所需试剂和样品量极 少，当使用或合成高挥发和危险性样品时，可大大提高安全性和减少废液污 染。除此之外，微流控芯片所具有的体积小、重量轻、便于携带等特点，也 使得其应用范围可以拓展到实验室以外的许多场合，如家庭里的疾病诊断、 野外的环境监测、犯罪现场的法医鉴定和战场上生化武器的侦测等。

虽然由于人们的关注，微流控芯片技术平台得到了很大发展，但是目前 微流控芯片中样品的自动定量分配仍然存在较大障碍，限制了其广泛应用。 现在常规的微流体自动定量分配方法，通常采用机械手实现样品的定量分 配，但是由于液体的粘度和表面张力的影响，基于机械手的定量分配方法难 以应用于操控亚微升级以下的样品量。还有一种常规方法，是利用电渗流定 量分配样品[Zeng S，Chen CH，Mikkelsen Jr.JC，Santiago JG.Fabrication and characterization of electroosmotic micropumps.Sensors and Actuators B，2001， 79：107-114.]，但是该方法仅适用于电解质样品，且分配过程中存在扩散损失 和污染。最近，加州理工大学的Quake等人尝试利用具有较高弹性的PDMS 材料制作多层微流控芯片[Hansen CL，Skordalakes E，Berger JM，Quake SR.A robust and scalable microfluidic metering method that allows protein crystal growth by free interface diffusion.Proc.Natl.Acad.Sci.2002， 99(26)：16531-16536.]，集成微阀和蠕动泵控制结构，实现微量样品的定量分 配，但是该芯片需要繁琐的加工工艺和复杂的微阀控制系统，成本和复杂度 较高。另外，芝加哥大学的Ismagilov等人利用控制T型微流体管道中两相 流各相的流速[Zheng B，Gerdts CJ，Ismagilov RF.Using nanoliter plugs in microfluidics to facilitate and understand protein crystallization.Curr.Opin. Struct.Biol.2005，15：548-555.]，形成大量分散的微小液滴，实现样品液滴的 定量分配。该系统虽然简便，且通量较高，但是，不同液相粘度的差异和固 液界面张力的影响，使得液滴的大小难以精确控制，该方法定量精度不高。

因此，为了促进微流控芯片平台的广泛应用，迫切需要一种简便且精确 的微流体定量分配方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流体自动定量分配的装置，以实现微流控芯 片平台中微量样品和试剂的精确、快速、高通量定量分配。

本发明还有一个目的在于，提供一种使用微流体自动定量分配装置定量 分配微流体的方法。