[发明专利]一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片，包括基底和含通道结构的芯片主体，该芯片主体上的通道结构包括联通的进样区、液滴生成区、液滴分散区、液滴缓冲区、液滴捕获区与出样区；该液滴捕获区内设有微柱阵列，微柱阵列由若干微柱均匀排布组成，相邻的若干微柱组成一个容置腔，利用该微柱阵列组成的若干个容置腔用于液滴的分隔及捕获；容置腔形成的内切圆的直径设为D₁，相邻微柱的间隙值设为D₂，待捕获液滴的直径设为D，则D₂＜D≤D₁。该微柱阵列微流控芯片集液滴生成与捕获于一体，可以实现对液滴高密度、无损失地捕获，有望在液滴微流控、数字PCR、细胞与细菌研究等领域获得广泛的应用。

技术领域

本发明涉及液滴微流控的技术领域，尤其涉及一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片及其制备方法和应用。

背景技术

液滴微流控作为微流控技术的一个重要分支，具有通量高、样品消耗量小、检测灵敏度高和液滴控制灵活等优点，在化学、生物学、医学等各个领域都得到了广泛的应用。尤其是针对微液滴可以进行一系列被动或主动的操控，如液滴生成、融合、分裂、分选、捕获等，这些特点正在使其成为备受关注的强大平台，在核酸分析、蛋白质/酶检测、及细胞研究等方面具都有十分重要的价值。然而，不同的应用领域对于液滴微流控技术的要求和挑战也不尽相同，因此需要通过有针对性的深入研究来提高液体操控的具体性能，从而适应于特定的应用领域。

以数字聚合酶链式反应(digital polymerase chain reaction,dPCR)为例，由于其可以对核酸分子进行高灵敏度、高精度的绝对定量，正在受到日益广泛的研究和应用。特别是液滴型dPCR(droplet-based dPCR,ddPCR)，相较于腔室型dPCR(chamber-based dPCR,cdPCR)而言，具有芯片制造简易、可以灵活快速地生成数万甚至数百万个液滴、以及成本较低等优势，受到了越来越多的关注，并在过去的十年中出现了多个商品化平台。然而，目前的ddPCR技术仍然面临着一些实际挑战。其中一个主要问题是，液滴可能在PCR热循环过程中发生融合，从而影响核酸定量的准确性。此外，由于液滴之间的荧光强度差异，使得以二进制(0或1)的方式对它们进行精确计数实际上非常困难。针对这一点，一个很好的解决方案是对每个液滴进行实时荧光监测，但由于液滴的自由移动，使得这项任务在当前几乎是不可能的。

为了解决上述这些问题，需要构建高度稳定的平面液滴阵列。迄今为止，已有一些微流控平台能够实现液滴捕获，从而形成空间隔离的液滴阵列。典型的例子包括U型微结构捕获阵列、微井捕获阵列、可重置的动态微阵列等。然而，由于其复杂的通道结构，这些液滴阵列的排列密度通常很低。对于高通量的液滴捕获，目前主要有浮力微井液滴阵列、流道隔离液滴阵列、以及大规模微槽阵列等。尽管液滴捕获密度可以大幅度提高，但总体捕获效率却很低，导致许多未被捕获的液滴流失。这不仅会造成珍贵样品、试剂的浪费，而且难以精确计量试样的体积。因此，亟需发展可以用于液滴高密度、无损失捕获的微流控芯片。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片，该芯片集液滴生成与捕获于一体，可以实现对液滴高密度、无损失地捕获，有望在液滴微流控、数字PCR、细胞与细菌研究等领域获得广泛的应用。

具体技术方案如下：

一种用于液滴无损失捕获的微柱阵列微流控芯片，包括基底和与所述基底封接的含通道结构的芯片主体，所述芯片主体上的通道结构包括联通的进样区、液滴生成区、液滴分散区、液滴缓冲区、液滴捕获区与出样区；

所述液滴捕获区内设有微柱阵列，所述微柱阵列由若干微柱均匀排布组成，相邻的若干微柱组成一个容置腔，利用所述微柱阵列组成的若干个容置腔用于液滴的分隔及捕获；

所述容置腔形成的内切圆的直径设为D₁，相邻微柱的间隙值设为D₂，待捕获液滴的直径设为D，则D₂D≤D₁。