[发明专利]用于肠道微生物检测的微液滴制备芯片

说明书

本发明涉及一种用于肠道微生物检测的液滴制备芯片，通过设置调节通道，使得能够对多重包裹液滴的尺寸进行精确的控制与调节；根据液滴制备需求的变化，能够通过调节通道动力参数的改变获取具有不同尺寸的多重包裹液滴；同时，本发明的调节并不局限与多重包裹液滴的整体尺寸，对多重包裹液滴的内核尺寸、包裹层厚度等均可以独立调节；本发明的液滴制备芯片允许在同一个芯片上制备出不同规格的均一化双重乳液液滴，具有在一定液滴尺寸范围内的通用性，可以作为独立的液滴制备单元与多种规格的液滴使用单元组合，从而极大的降低检测成本。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体的涉及一种用于肠道微生物检测的微液滴制备芯片。

背景技术

肠道微生物指寄居在人类肠道内微生物群落的总称，包括细菌、古细菌和单细胞真核生物等，与肠道环境共同构成了一个巨大而复杂的生态系统。人类的肠道是一个营养丰富的微环境，承载的细菌数量高达100万亿个，人类肠道微生物的基因数达500万，是人类基因数的150倍。肠道微生物与代谢性疾病、心血管疾病、消化系统疾病、癌症、免疫系统疾病以及中枢神经系统疾病具有一定相关性，通过对其结构、功能以及致病机制的研究，有利于在疾病的治疗和开发新的治疗方式上发挥作用。

随着微流控技术的发展，其在微生物/核酸检测领域的重要性逐渐凸显。其中，数字PCR法是目前基于微流控手段进行的微生物/核酸检测的主流方法，具有极高的灵敏度和准确性，适用于对微量样品中特定核酸的准确定量分析。数字PCR技术是一种基于统计学原理的检测手段，其主要手段是将样品溶液或其稀释液分配到大量微液滴中，以液滴作为微反应器进行扩增反应，再对反应结果进行荧光检测，然后根据泊松分布原理得出样品中目标DNA的初始拷贝数。

目前，用于数字PCR检测的微液滴通常均为油包水型单包裹液滴体系。中国专利（CN109746061A）在其公开内容中介绍了此类液滴的受控制备方法，其介绍，对于三种常见的液滴生成模式，即同轴流、交叉流及流动聚焦模式，均可以通过调整连续相流体的流速控制所生成的液滴的尺寸，其中在流速较低的挤压模态下，液滴具有较大的尺寸，在流速较高的射流模态下，液滴尺寸相对最小。

中国专利（CN107429426A）在其公开内容中提出，由于用于数字PCR检测的单包裹液滴体系的乳液载体相为惰性的油相，这会阻止微滴反应器用可用的方法(诸如与油载体相不相容的荧光激活细胞分选术)来进行检测、定量和分选。该专利同时提出通过使用双重乳液进行数字PCR检测以克服上述问题。

但多重乳液的制备，尤其是对用于数字PCR检测目的多重乳液的制备，在液滴尺寸、液滴重数、内核液滴数量等维度的均一化方面均面临挑战。

对于单包裹液滴而言，可以通过调整连续相的流速控制液滴的尺寸；但在多重乳液的制备过程中，存在多个连续相，且通常后一级连续相的注入速度不允许随意的改变，例如对于双重乳液的制备而言，第一级连续相（油）剪切水性内核流体，生成油包水液滴并沿为微通道向前移动，第二级连续相（水相）剪切包含有油包水液滴的第一级连续相，生成水包油包水液滴，此过程中，由于油包水液滴在第一级连续相中间距，因此，第二连续相的注入速度实质上是受控的，以使第一级连续相在第二级连续相的剪切下，恰好在两个油包水液滴的中间处断裂；否则由于过程的持续进行，第一级连续相在第二级连续相的剪切下，断裂位置将是变化和不可控的，其结果是生成的双重液滴的不可控，例如，在第二级连续相的剪切下，可能会生成水包油包水双重液滴，也可能会生成水包油单包裹液滴，并夹杂来自第一级连续相剪切过程中生成的油包水液滴；进而使得液滴体系混乱。

因此，目前的多重乳液制备芯片通常均为专用芯片。而多重乳液制备芯片往往要求对微通道的不同部位进行不同的亲疏水改性，这使得多重乳液制备芯片的制造成本和难度均很高，若能使多重乳液制备芯片具有制备不同尺寸液滴的通用属性，将在很大程度上降低液滴制备的成本。

换言之，最终生成的水包油包水液滴实质上是分割