[发明专利]用于形成微液滴的微量移液器吸头

说明书

提供了一种用于生成应用于数字聚合酶链反应的微液滴乳液的微液滴乳化器。该装置包括容纳分散相液体的微量移液器；附接到微量移液器并具有多个基本上扁平的微通道的液滴生成器。分散相液体被迫通过微通道以在腔室内部在连续液体相中形成分散液体相的微液滴乳液。微液滴的大小由微通道的形状和纵横比、微通道的深度以及决定微通道上液滴的接触角的微液滴生成器头的材料来控制。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于乳化的装置，尤其涉及一种形成用于数字PCR的均匀微液滴的装置。

背景技术

数字聚合酶链反应(dPCR)是一种对核酸(例如DNA、cDNA或RNA)进行直接定量和克隆扩增的系统。常规PCR通常用于测量核酸量，并且通过每个样本进行单个反应来进行。利用dPCR方法，也可以对样本进行单个反应，但是该样本被分离为大量的分区，并且该反应分别在每个分区中进行。这种分离允许对核酸量进行更可靠的收集和灵敏的测量。

在dPCR中，对样本进行分区，使得该样本中的单个核酸分子定位并集中在许多单独的区域内。单个核酸分子的捕获或分离可以在微孔板、毛细管、乳液的分散相和小型化腔室的阵列中，以及在核酸结合表面上进行。样本的分区使人们通过假设分子群体遵循泊松分布来估算不同分子的数量。结果，每个分区的样本将分别包含“0”或“1”个分子，或者阴性或阳性反应。在PCR扩增后，可以通过对包含PCR终产物阳性反应的区域进行计数来对核酸进行定量。在常规PCR中，PCR扩增循环数与起始拷贝数成正比。然而，dPCR不取决于扩增循环数来确定初始样本量，从而消除了对不确定指数数据的依赖以对靶标核酸进行定量，并且因此提供了绝对定量。

本发明旨在形成应用于液滴数字PCR(Droplet Digital PCR)的乳化微液滴。在液滴生成期间，液滴的均匀性难以控制。数字PCR通常需要可充当微反应器的非常小的液滴。许多因素可能影响液滴形成的质量。在PCR中，液滴大小通常在10～500μm的范围内，优选的液滴数量小于10,000,000，否则检测成本会很高。作为消耗品，液滴生成器的制造成本可能阻止其在数字PCR中的应用。因此，本发明提供了一种新的方法来生成具有高均匀性、高效率、低成本和更加简单的液滴。

自从提出数字PCR以来，已经发明了数百种方法和装置。典型的装置是来自美国BioRAD的ddPCR。ddPCR引入了具有生成液滴的错流的微流体通道。类似的方法被用于RainDrop dPCR系统，该系统还利用微流体通道来生成用于PCR的液滴。STILLA的Naica系统在微流体芯片中采用特殊的几何结构来生成大量均匀的液滴。这些装置是当前数字PCR市场中的典型产品，并且它们都利用一种微芯片形式来支持其样本分散。

现有的方法已经要么利用剪切力要么利用自发的液滴生成方法来生成液滴。许多方法已经使用错流将连续相切成分散相。一些方法依赖于微通道的几何结构，其在分散相上施加压力以自破碎成液滴。后一种方法消耗较少的能量，并且其更易于控制。

大量的现有技术装置使用上述方法。例如，US6281254使用阶梯状结构来自发地生成液滴。在这种芯片中，具有一定纵横比的微通道形成为在两层之间具有对准的基座。当液体线(liquid thread)流过通道时，体积变化导致流破碎并形成一系列液滴。

CN107427788A和JP2018511466A在其芯片中也使用了阶梯状结构来实现液滴的生成。与传统的一阶梯状结构相比，该装置具有多个阶梯。

US20130078164A1和US20150258543A1在具有连续几何变化的通道结构中使用倾斜的坡度。在这种情况下，表面张力将使扁平线断裂成一系列液滴。US9816133构造了一组这样的通道以大量生产液滴。在US20080314761A1和US20180085762A1中使用了类似的方法。