[发明专利]一种自发形成油包水液滴的微流控芯片及装置

说明书

本发明公开了一种自发形成油包水液滴的微流控芯片及装置，其特征在于依靠油相在微流控芯片微通道中的毛细作用，产生对水相的剪切作用，自发形成油包水微液滴；无需外源复杂动力设备，如注射泵、蠕动泵，仅依靠油相在微流控芯片微通道中的毛细作用和毛细管产生液面高度差作为动力来源。相较于传统的微液滴生成技术，本方法设备要求低、操作简单，大大降低了微液滴生成的技术要求，并可以通过调整微流控芯片参数，可实现对发生液滴尺寸的控制。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，尤其涉及一种自发形成油包水液滴的微流控芯片、装置及方法。

背景技术

基于液滴的微流控技术在药物运输和生物传感等方面具有巨大潜能，近些年的应用越来越广泛，其优势表现为：试剂消耗低，产生的大量单分散性液滴，每个微液滴可作为独立的微反应容器用于各种生化反应，可实现独立控制，并且液滴其巨大的比表面积对许多反应具有催化作用。在大多数应用中，高度均匀的液滴可以确保恒定、可控和可预测的结果。此外，液滴体积可调范围广泛，可实现从飞升到纳米级体积量级。基于液滴的应用主要集中在微胶囊制备、液滴数字PCR(dd PCR)等领域。

目前，已经开发了许多方法尽可能精确地量化核酸的量，基于PCR的核算定量技术一直备受青睐选项。实时定量PCR也被认为是生物医学实验室的常规实验。然而，由于其计数分辨率有限，这种方法不能满足更严格的要求量化需求，特别是当目标样本浓度相对较低或PCR抑制剂存在时会扰乱测定结果。而且，作为下一代测序和技术单细胞分析技术蓬勃发展，对核酸定量的兴趣已被吸引到前所未有的单分子水平。这促成了dd PCR技术的繁荣。在dd PCR中，核酸样本分别在独立但相同的液滴中扩增，并且每个反应的全有或全无检测结果遵循泊松分布。在计算正反应的总和之后，通过泊松校正，不仅可以获得样本核酸浓度，而且可以获得目标分子的绝对数量。

一般来说，液滴的产生源于一种流体(分散相流体)进入另一种(连续相流体)流体的不稳定性。液滴的生成方法可以是被动的，也可以是主动的，液滴的生成不需要外部的驱动，而液滴的稳定发生利用额外的能量输入来维持及促进液滴生成的界面不稳定性。原则上，在主动控制中，界面力平衡可以通过两种基本策略进行调整:通过改变固有参数，如流速和材料性能来改变粘性、惯性和毛细力；或需要借助于外源动力设备，例如注射泵、蠕动泵等泵机设备引入额外的力：如电、磁、离心力、声波、电极的介电作用、光热作用等，都能作为液滴发生的动力。现阶段，维持液滴持续稳定发生的设备主要有注射泵、蠕动泵、电磁、气动泵、注射器、离心机设备等等。

最重要的是，随着POCT应用的发展，便携和廉价也是我们追求的目标。例如，微流体诊断技术应用于医学诊断系统，如传染病和寄生虫病，对便携式系统的要求不断提高。驱动流体的方法也倾向于更便携简单，包括使用毛细力，蒸发，重力和手指挤压。与此同时，越来越多的人正在探索如何实现高通量、快速、均一地产生液滴。但是，为达到上述要求，并且不依赖外接复杂设备仪器，仍然是限制液滴技术发展的瓶颈所在。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自发形成液滴的微流控芯片和装置，简化了现有微流控芯片的结构，可自发形成油包水液滴。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片包括油相进样孔、水相进样孔、出样孔和微流体通道，所述微流体通道连接油相进样孔与水相进样孔，并从水相进样孔延伸形成液滴剪切微通道，剪切微通道的终点为出样孔，所述油相进样孔、水相进样孔、出样孔和微流体通道形成一条线型结构。

即，油相进样孔、水相进样孔、出样孔和微流体通道在一条线上。

所述微流控芯片具有至少一条线型结构，所述油相进样孔和/或出样孔与至少一个水相进样孔相通。

即，当有多条线型结构时，部分或所有线型结构共用同一个油相进样孔和/或出样孔。

所述油相进样孔位于微流控芯片线型结构上游，微流体通道经水相进样孔，出样孔位于下游。