CN103028354A - 阵列式油包液滴结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种阵列式油包液滴结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：取一基片；步骤2：对该基片进行表面处理；步骤3：将基片置于3D打印平台；步骤4：利用3D打印平台上的多个喷头，对基片进行油滴和液滴交替的定量喷射打印，使基片的表面形成油包液滴阵列结构，完成制备。这种方法简单高效，而且成本低，在很多方面有重要应用，尤其为实现数字PCR提供了一种简便快捷地方法。

Description

阵列式油包液滴结构的制备方法

技术领域

本发明属于操纵微小体积液体的液滴技术，特别涉及一种利用3D打印平台快速得到阵列式油包液滴结构的制备方法。

背景技术

液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操纵微小体积液体的技术。在微流控芯片上产生液滴，是将两种互补相容的液体，以其中的一种作为连续相，另一种作为分散相，分散相以微小体积(10^-15-10^-9L)单元的形式分散于连续相中，形成液滴。液滴作为一种全新的技术，最常见的应用是作为微反应器，研究微尺寸上的反应及其过程。这里的反应泛指各种化学反应、生化反应、单细胞分析以及涉及相转变的过程如蛋白质洁净和纳米颗粒的合成等，皮升或飞升级的油包水(W/O)液滴作为微反应器在化学、生物、制药等工业生产和科学研究方面有着重要的应用。

目前油包液滴结构的制备多是微流控芯片液滴，最常见的两种制备方法是T形通道芯片和流动聚焦芯片(具体结构可参考相关文献或书籍)。目前这些方法产生的液滴体积不能够精确控制，以不能随意改变。这种液滴的制备方法一方面需要复杂的芯片结构和微流控液路结构，成本高，操作亦不简便，并且效率有限；另一方面液滴只能通过管道形成阵列，但是不能够形成按任意阵列排布的油包液滴结构。因此有必要寻求更好方的法，能够高效、简便、低成本的制备阵列式油包液滴结构。尤其是对于数字PCR的应用有着非常广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种阵列式油包液滴结构的制备方法，具有制备迅速、精确控制油包液滴的体积，和成本制备低廉的优点。

本发明提供一种阵列式油包液滴结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取一基片；

步骤2：对该基片进行表面处理；

步骤3：将基片置于3D打印平台；

步骤4：利用3D打印平台上的多个喷头，对基片进行油滴和液滴交替的定量喷射打印，使基片的表面形成油包液滴阵列结构，完成制备。

本发明的突出优点在于：不需要任何复杂的芯片结构和微流控液路结构，可以简单高效、低成本地完成阵列式油包液滴结构的制备。尤其在数字PCR的产品化方面极具市场前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明的制备方法作进一步详细的描述，其中：

图1为本发明阵列式油包液滴结构的制备流程图。

图2为本发明制备方法的制备原理图。

图3为阵列式油包液滴结构的制备效果示意图。

具体实施方式

不同于以往微流控芯片液滴的制备，利用微流控芯片，包括T形通道芯片和流动聚焦芯片，液体和油同时从不同的通道中流出，当通道疏水时，油浸润通道，包裹液体，形成油包水(W/O)型液滴，本发明所提供的方法是利用已有的3D打印平台，借助喷头分别获得液滴和油滴，通过液滴和油滴的有序叠加，得到基片上的油包液滴结构。再利用3D打印平台的打印功能，快速高效地得到油包液滴结构的阵列。

请参阅图1，并结合参阅图2和图3所示，本发明提供一种阵列式油包液滴结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取一基片10(参阅图2)，该基片10的结构为具有微孔阵列的基片或平板基片，基片10的材料为石英玻璃、硅片、二氧化硅片、光纤面板或有机薄片的平板材料。首先要对基片10进行清洗，以去除表面有机及无机杂质。采用的清洗步骤具体为：依次使用超声波在分析纯三氯乙烯、丙酮、无水乙醇、去离子水中清洗，去除基片10表面的有机杂质，随后使用氨水和双氧水的混合液，盐酸和双氧水的混合液，硫酸和双氧水的混合液加热煮沸基片10，并使用去离子水冲洗，去除基片10表面的无机杂质，将清洗后的基片10用氮气吹干后装入培养皿中，之后放入真空干燥箱内前烘，前烘的温度一般高于100摄氏度，前烘操作目的是去除基片10本身附带的水蒸气；

步骤2：对该基片10进行表面处理，所述的表面处理是采用亲水处理。为了增大液滴在基片表面的吸附性，防止液滴移动，打乱阵列，对基片10表面进行亲水处理，具体处理方法为生长二氧化硅层、硅烷化处理或氧等离子体处理。

步骤3：将基片置于3D打印平台，该3D打印平台包括喷墨式打印平台、接触式打印平台或针式打印平台。

步骤4：利用3D打印平台上的多个喷头40(参阅图2)，对基片进行油滴20和液滴30交替的定量喷射打印，使基片的表面形成油包液滴阵列结构。具体操作为利用3D打印平台的喷头40将液体和油分别进行定点定量喷射，形成液滴和油滴。将液滴20和油滴30按照不同顺序进行交替喷射即可得到油包液滴结构。油滴和液滴的喷射体积可以精确控制，并在液滴或油滴在到达基片之前进行准确测量。通过软件分析液滴20和油滴30，得到油滴20和液滴30的直径、体积、出射速度和出射偏角等相关参数。通过软件调节喷射的各个参数，从而获得符合体积和速度要求的液滴20和油滴30。液滴的体积可以从几个皮升至微升量级精确控制。油滴或液滴体积无上限，可以通过在同一位置多次重复喷射得到大体积的油滴或液滴。

图3给出了阵列式油包液滴结构的制备效果示意图，显示油滴30包覆液滴20形成的阵列结构。同样利用软件控制喷头40，按照需求打印油包液滴阵列，所述3D打印平台打印的图形为任何形状的图形，及任意排布的阵列结构。与其他油包液滴结构的制备方法相比，本制备方法产生的油包液滴结构可以有序排列，而非混合无序状态。

基于打印方法制备的阵列式油包液滴结构，可以结合后续处理步骤应用于不同的方面。具体应用包括药物筛选、数字PCR或蛋白质结晶等方面。

综上所述，基于3D打印平台的阵列式油包液滴结构的制作方法至少具有以下优点：

1.本发明阵列式油包液滴结构的制作方法提出了一种利用3D打印平台制作阵列式油包液滴芯片结构的制备方法。

2.本发明阵列式油包液滴结构的制作方法将较为成熟的3D打印平台与油包水结构巧妙结合，制作步骤快速简便，基于3D打印技术的高速打印功能，大规模阵列式油包液滴结构可以在很短时间内得到，非常高效。

3.本发明基于3D打印平台的阵列式油包液滴结构的制作方法可以无需任何复杂芯片结构，省去了繁琐的微加工工艺，大大简化了制作工艺，并降低了制作成本。

4.本发明阵列式油包液滴结构的制作方法是通过3D打印平台定点定量打印的功能完成阵列式油包液滴结构的形成，因此无需复杂的微流控液路，极大地降低了制作难度，而且降低了制作成本。

5.本发明阵列式油包液滴结构的制作方法借助3D打印技术，可以精确控制喷射液滴的体积，动态范围很大，可完成从几个皮升至几百个皮升的精确喷点。

6.本发明基于3D打印平台的阵列式油包水结构的制作方法，制备简便，耗材少、成本低，极具应用潜力。

7.本发明基于3D打印平台的阵列式油包水结构的法阵列式油包液滴结构的制作方法，在很多方面有重要应用。可以通过更换溶液类型而完成不同功能。

8.本发明基于3D打印平台的阵列式油包液滴结构的制作方法，可用于快速高效制备数字PCR反应芯片。由于具有制备简单、成本低、通量高等特点，因此非常适合产品化，极具市场前景。

以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案范围内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种阵列式油包液滴结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：取一基片；

步骤2：对该基片进行表面处理；

步骤3：将基片置于3D打印平台；

步骤4：利用3D打印平台上的多个喷头，对基片进行油滴和液滴交替的定量喷射打印，使基片的表面形成油包液滴阵列结构，完成制备。

2.根据权利要求1所述的阵列式油包液滴结构的制备方法，其中该基片的材料为石英玻璃、硅片、二氧化硅片、光纤面板或有机薄片的平板材料。

3.根据权利要求2所述的阵列式油包液滴结构的制备方法，其中该基片为平板基片或有阵列式微孔结构的基片。

4.根据权利要求1所述的阵列式油包液滴结构的制备方法，其中所述的表面处理是采用清洗或疏水处理。

5.根据权利要求1所述的阵列式油包液滴结构的制备方法，其中3D打印平台包括喷墨式打印平台、接触式打印平台或针式打印平台。

6.根据权利要求5所述的阵列式油包液滴结构的制备方法，其中3D打印平台打印的图形为任何形状的图形，及任意排布的阵列结构。

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