[发明专利]一种基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术，特别提供了一种基于连续液滴操控的微流控芯片液滴核酸纯化平台。

背景技术

从生物样品中提取核酸是分子生物学和遗传学等生命科学研究领域中的一项基本技术。核酸纯化的传统方法如酚-氯仿抽提法,存在着有机溶剂毒性大、所需时间长、难以实现微型化、自动化操作等缺点。而近年来发展起来的以玻璃粉、离子交换树脂、硅胶（含磁性硅胶）等为吸附材料的核酸固相萃取法,不仅可以避免使用毒性强的有机溶剂,而且能大幅度提高提取效率，但仍存在着纯化时间长（几十分钟）、耗试剂量大（μL-mL级）等缺点。

微流控芯片是一个新兴的技术平台，是在一块几平方厘米的芯片上，由网络化的微通道控制流体，完成常规化学或生物实验室的各种操作。微液滴（droplet）是新近在微流控芯片上发展起来的一种操控微小体积液体的技术，是将微通道中的液滴作为微反应器。微液滴用于反应具有如下优点：降低样品或试剂消耗；实现快速混合，缩短反应时间；具有高通量分析的潜能等。目前已有很多基于微流控芯片的液滴操作技术单元报导，如液滴生成、液滴分裂、液滴融合/试剂添加、液滴混合，并应用于酶反应动力学研究、蛋白质结晶、微球合成等方面。而大部分研究工作包含连续的多步的反应步骤，如废液的去除、反应液的添加等，这就需要将上述操作单元通过有效的方法集成于同一块微流控芯片以实现连续的多步反应目的。

已有的此类研究工作，是将含反应液的液滴滴加芯片的表面，通过移动磁铁控制液滴中磁珠的移动，磁珠带动少量的溶液离开原液滴（为液滴分裂过程）并与另一液滴融合（为液滴融合过程），如此循环可实现多步反应的目的。它的主要缺点是不能在线高通量的生成液滴、操控液滴，因而不能连续的高通量的处理样本即一次只能处理一个样本。

人们迫切希望获得一个基于连续液滴操控的微流控芯片平台来实现在线的多步实验，如核酸纯化过程。而该平台的搭建并不能简单的组合现有的液滴操作单元来实现，如现有液滴分裂技术中液滴分裂比例建立在分裂区至出口的通道阻力比例，而在涉及多步液滴操控中，每个液滴操控单元对其压力比例都造成不稳定的干扰（随液滴的状态变化），从而造成不稳定的液滴分裂；在每次液滴分裂后，油相也被同比例分裂，造成液滴间的间距变小，使得后续的液滴操控比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于高通量研究要求的基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台；具体涉及含反应物和磁珠的液滴的形成、每个纯化步骤中试剂的添加及废液去除以及过程中的控制技术。

我们首次将液滴生成单元、不对称（含体积不对称和内含物不对称）液滴分裂单元和溶液添加单元等多个液滴操作单元集成于同一微流控芯片中。其中溶液添加单元用于向液滴中添加下一个反应液（即纯化过程中所需的清洗缓冲液和洗脱缓冲液），液滴分裂单元用于废液的去除，此步骤（溶液添加-液滴分裂）重复进行，即实现连续的多步液滴操纵过程。将磁铁放置于液滴分裂单元里，用以操纵液滴分裂时功能化磁珠在子液滴中的分配，而功能化的磁珠能选择性的吸附或释放特定的生物分子如DNA、RNA。如此，本发明的基于连续液滴操控的微流控芯片平台可用以核酸的纯化过程。

本发明提供了一种基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台，其特征在于：该平台是由一个液滴生成区1、二个溶液添加区4、三个液滴混合区2、三个液滴分裂区3及相应的进样入口、出口、磁铁池9组成； 

其中进样入口由四个水相进样入口8.1、8.2、8.3、8.4，三个油相进样入口7.1、7.2、7.3组成；出口由三个废液池5.1、5.2、5.3，收集池6组成；磁铁池9内放置磁铁；

液滴生成区1、液滴混合区2与液滴分裂区3依次排列为一次液滴生成-废液去除单元，每个区之间依靠通道直接连接；

溶液添加区4、液滴混合区2与液滴分裂区3依次排列为一次溶液添加-废液去除单元，每个区之间依靠通道直接连接；

所述基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台含一个液滴生成-废液去除单元、两个溶液添加-废液去除单元，每个单元之间依靠通道直接连接；无其它特殊结构；

该平台由上下两层PDMS（聚二甲基硅氧烷）通过等离子体封接，并将磁铁放置在封接好的平台磁铁池9内而成，其中上层PDMS含有通道、液池，下层PDMS基板用于封闭通道和液池。