CN107008517A - 微流控芯片及其微滴生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微流控芯片及其微滴生成装置。该微滴生成装置包括样品传送机构、微滴检测机构及微滴传输机构，用于将连续相样品和分散相样品生成微滴；所述样品传送机构包括第一连续相传送微通道、第二连续相传送微通道及分散相传送微通道，所述第一连续相传送微通道的末端、所述第二连续相传送微通道的末端与所述分散相传送微通道的末端交叉连通形成微滴生成区域；所述微滴检测机构具有能够供单排样品微滴通过的检测微通道，所述检测微通道的一端与所述分散相传送微通道的末端连通；所述微滴传输机构具有缓冲微通道，所述缓冲微通道具有圆滑的弯曲通道结构。该微滴生成装置结构简便，生成的样品微滴均匀性高，且样品微滴生成过程易观察控制。

Description

微流控芯片及其微滴生成装置
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，特别是涉及一种微流控芯片及其微滴生成装置。
背景技术
微滴生成技术是基于微流控技术生成微小体积液滴，该技术最小可生成用于微流控芯片的皮升级液滴。微流控芯片己经广泛应用于蛋白质结晶、细胞分析、快速酶反应动力学研究、数字PCR及基因测序等技术领域。微流控芯片包括用于生产样品微滴的微滴生成装置。但是传统技术的微滴生成装置结构都比较复杂，生成的微滴均匀性低、生成过程不易观察且制造成本高。此外，传统技术的微流控芯片不能够进行多种类型的样品微滴的生成和检测。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简便、微滴均匀性高、微滴生成过程易观察控制且能够生成多种样品微滴的微流控芯片及其微滴生成装置。
一种微滴生成装置包括样品传送机构、微滴检测机构及微滴传输机构，用于将连续相样品和分散相样品生成微滴；
所述样品传送机构包括第一连续相传送微通道、第二连续相传送微通道及分散相传送微通道，所述第一连续相传送微通道的末端、所述第二连续相传送微通道的末端与所述分散相传送微通道的末端交叉连通形成微滴生成区域，所述第一连续相传送微通道前端与所述第二连续相传送微通道的前端均用于连接连续相进样装置，所述分散相传送微通道的前端用于连接分散相进样装置；
所述微滴检测机构具有能够供单排样品微滴通过的检测微通道，所述检测微通道位于液滴生成区域后，且所述检测微通道与所述分散相传送微通道相连通；
所述微滴传输机构具有缓冲微通道，所述缓冲微通道具有圆滑的弯曲通道结构，所述缓冲微通道的一端与所述检测微通道连通，所述缓冲微通道的另一端用于连接微滴收集装置，所述缓冲微通道中设有腔室结构，所述腔室结构能够容纳多个所述样品微滴。
该微滴生成装置包括样品传送机构、微滴检测机构及微滴传输机构。通过在样品传送机构中设置第一连续相传送微通道、第二连续相传送微通道及分散相传送微通道的位置关系，可以较好的传输连续相样品和分散相样品，并使其在交叉连通处的微滴生成区域生成均匀性好的样品微滴。通过在微滴检测机构中设置供单排样品微滴通过的检测微通道，能够实时检测样品液滴的大小、间隔、生成频率等参数，可以较好的控制微滴的生成过程。通过微滴传输机构中设置具有圆滑的弯曲通道结构的缓冲微通道，减缓了前端流体的冲击力，避免样品微滴因碰撞挤压发生融合或分裂。此外，还在缓冲微通道中设有可容纳多个样品微滴的腔室结构，该腔室结构不仅能够进一步减缓样品微滴融合或破裂，而且在样品微滴生成频率较高时，能够降低样品微滴的速度，便于观察样品微滴，从而降低了对观察设备的性能要求。
因此，该微滴生成装置结构简便，生成的样品微滴均匀性高，且样品微滴生成过程易观察控制。
在其中一个实施例中，所述第一连续相传送微通道和所述第二连续相传送微通道的内径随着所述连续相样品的流动方向逐渐变小，所述分散相传送微通道的内径随着所述分散相样品的流动方向逐渐变小。通过设置第一连续相传送微通道、第二连续相传送微通道及分散相传送微通道的内径渐变，有效增加两相样品的剪切力，减小外部进样压力，便于控制样品微滴生成。
在其中一个实施例中，所述检测微通道的内径小于2倍液滴直径。通过控制检测微通道的内径尺寸，确保检测微通道内只通过单排样品微滴，更精确的监测每个样品微滴的大小、间隔、生成频率等相关参数。
在其中一个实施例中，所述缓冲微通道的内径大于所述检测微通道的内径。通过控制缓冲微通道的内径，避免样品微滴在检测微通道内堆积，以免影响监测样品微滴相关参数的精确度。
在其中一个实施例中所述第一连续相传送微通道、所述第二连续相传送微通道及所述分散相传送微通道交叉连通的结构为T型通道结构、十字型通道结构或流动聚焦型结构。通过设置样品微滴形成区域的结构为T型通道结构、十字型通道结构或流动聚焦型结，提高生成样品微滴的均匀性。
在其中一个实施例中，还包括样品过滤机构，所述样品过滤机构为设在所述分散相传送微通道、所述第一连续相传送微通道和/或所述第二连续相传送微通道内壁上的凸起结构。通过在分散相传送微通道、所述第一连续相传送微通道和/或所述第二连续相传送微通道内壁上设有凸起结构，能够过滤掉分散相和连续相中的杂质，也可以过滤芯片制作过程中残余的渣滓等，有效的提高生成样品微滴的均匀性。
在其中一个实施例中，所述凸起结构的形状为圆柱体、长方体和正方体的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述凸起结构有多个，多个所述凸起结构沿样品微滴流动的方向在微通道的内壁上呈阵列排布。通过设置凸起结构的位置，可以更好过滤掉样品中各种杂质，进一步提高生成样品微滴的均匀性。
此外，还有必要提供一种微流控芯片。
一种微流控芯片包括上述任一项实施例所述的微滴生成装置。
在其中一个实施例中，该微流控芯片还包括所述连续相进样装置、所述分散相进样装置及所述微滴收集装置。
该微流控芯片结构简便，生成的样品微滴均匀性高，且样品微滴生成过程易观察控制。此外，当该微流控芯片包括多个微滴生成装置时，能够生成多种类型的样品微滴，其适用范围较广。
附图说明
图1为一实施方式的微滴生成装置的结构示意图；
图2为一实施方式的微滴生成装置中微滴检测机构的结构示意图；
图3为一实施方式的微滴生成装置中过滤机构的结构示意图；
图4为一实施方式中包括多个微滴生成装置的微流控芯片结构示意图。
附图标记说明如下：
1.微流控芯片；10.微滴生成装置，20.连续相进样装置，30.分散相进样装置，40.微滴收集装置，50样品微滴；100.样品传送机构，110.第一连续相传送微通道，120.第二连续相传送微通道，130.分散相传送微通道；200.微滴检测机构，210.微滴检测微通道；300.微滴传输机构，310.缓冲微通道，311，腔室结构；400.过滤机构，401凸起结构。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一实施方式中的微滴生成装置10包括样品传送机构100、微滴检测机构200及微滴传输机构300，用于将连续相样品和分散相样品生成样品微滴50。
该样品传送机构100包括第一连续相传送微通道110、第二连续相传送微通道120及分散相传送微通道130。该第一连续相传送微通道110的末端、该第二连续相传送微通道120的末端与该分散相传送微通道130的末端交叉连通形成微滴生成区域，该分散相传送微通道130的前端用于连接分散相进样装置30，该第一连续相传送微通道110前端与该第二连续相传送微通道120的前端均用于连接连续相进样装置20。可选地，该第一连续相传送微通道110前端与该第二连续相传送微通道120的前端共通道设置。可选地，该第一连续相传送微通道110、该第二连续相传送微通道120及该分散相传送微通道130的内径均在1μm-1000μm范围内。
在一个实施方式中，该第一连续相传送微通道110和该第二连续相传送微通道120的内径随着该连续相样品的流动方向逐渐变小，该分散相传送微通道130的内径随着该分散相样品的流动方向逐渐变小。通过设置第一连续相传送微通道110、第二连续相传送微通道120及分散相传送微通道130的内径由大变小的渐变，可有效增加分散相样品和连续相样品的剪切力，减小外部进样压力，便于控制液滴生成。
该微滴检测机构200具有能够供单排样品微滴50通过的检测微通道210，该检测微通道210位于该微滴生成区域之后，该检测微通道210的一端与该分散相传送微通道130的末端连通。检测微通道210也与第一连续相传送微通道110的末端及该第二连续相传送微通道120的末端相连通。
如图2所示的实施方式中，该检测微通道210的内径小于该第一连续相传送微通道110、该第二连续相传送微通道120及该分散相传送微通道130的内径。通过微通道间的内径变化，可调节生成样品微滴的50直径的大小。通过控制检测微通道210的内径尺寸，确保样品微滴50单排逐个通过检测微通道210，保证每个样品微滴50之间的间隔，精确的监测每个样品微滴50的大小、间隔、生成频率等相关参数。
可选地，该检测微通道210的长度至少大于一个样品微滴50的直径。进一步可选地，该检测微通道210的宽度小于二倍样品微滴50的直径。确保每个样品微滴50按一定的间隔通过检测微通道210，精确监测样品微滴50的大小、间隔及生成频率等参数。
在一个实施方式中，该第一连续相传送微通道110、该第二连续相传送微通道120与该分散相传送微通130交叉连通形成微滴生成区域的结构为T型通道结构、十字型通道结构或流动聚焦型结构。通过设置样品微滴50形成区域的结构为T型通道结构、十字型通道结构或流动聚焦型结，提高生成样品微滴50的均匀性。
该微滴传输机构300具有缓冲微通道310，该缓冲微通道310具有圆滑的弯曲通道结构。该缓冲微通道310的一端与该检测微通道210相连通，该缓冲微通道310的另一端用于连接微滴收集装置40。该缓冲微通道310中设有腔室结构311，该腔室结构能够容纳多个该样品微滴50。通过设有腔室结构可以减缓样品微滴50的流动速度，便于观察单个样品微滴50的生成状况。可选地，该缓冲微通道310可以为S形弯曲通道结构。该S形弯曲通道结构减缓了前端流体的冲击力，以免样品微滴50碰撞挤压发生融合或分裂。进一步可选地，该缓冲微通道310可以根据实际需要设有多个腔室结构311。再一步可选地，腔室结构311中的可设有至少一个柱体，柱体的具体数量可以根据实际需要设置。柱体结构用于减缓和分流该腔室结构中的该样品微滴。
在一个实施方式中，该缓冲微通道310的内径大于该检测微通道210的内径。可选地，该缓冲微通道310的内径为1μm-1000μm。通过控制缓冲微通道310的内径，避免样品微滴50在检测微通道210内堆积，以免影响监测样品微滴50相关参数的精确度。
该微滴生成装置10还包括样品过滤机构400，该样品过滤机构400为设在该第一连续相传送微通道110、该第二连续相传送微通道120和/或该分散相传送微通道130内壁上的凸起结构401。可选地，该凸起结构401的形状为圆柱体、长方体和正方体的一种或多种。进一步可选地，该凸起结构401的尺寸为1μm-100μm。
在如图3所示实施方式中，该凸起结构401有多个。多个该凸起结构401在微通道的内壁上呈阵列排布，如图3中的a、b、c或d等形式进行排布。可选地，其排数为1-30排，每一排凸起结构401的数量可以相等也可以不相等，根据微通道的实际需要进行设置。进一步可选地，多个凸起结构401之间距离也可以根据微通道的实际需要进行设置，以达到较好的过滤效果。
通过在该第一连续相传送微通道110、该第二连续相传送微通道120和/或分散相传送微通道130内壁上设有凸起结构401，能够过滤掉分散相和连续相中的杂质，也可以过滤芯片制作过程中残余的渣滓等，有效的提高生成样品微滴50的均匀性。
该微滴生成装置10包括样品传送机构100、微滴检测机构200及微滴传输机构300。通过在样品传送机构100中设置第一连续相传送微通道110、第二连续相传送微通道120及分散相传送微通道130的位置关系，可以较好的传输连续相样品和分散相样品，并使其在交叉连通处混合后生成均匀性好的样品微滴50。通过在微滴检测机构200中设置供单排样品微滴50通过的检测微通道210，能够实时检测样品液滴50的大小、间隔、生成频率等参数，可以较好的控制微滴50的生成过程。通过微滴传输机构300中设置具有圆滑的弯曲通道结构的缓冲微通道310，减缓了前端流体的冲击力，避免样品微滴50因碰撞挤压发生融合或分裂；并在缓冲微通道310中设有可容纳多个样品微滴50的腔室结构311，该腔室结构311不仅能够进一步减缓样品微滴50融合或破裂，而且当样品微滴50的生成频率较快时，能够观测其单个样品微滴50的生成状况。因此，该微滴生成装置10结构简便，生成的样品微滴50均匀性高，且样品微滴50生成过程易观察控制。
一种微流控芯片1包括上述微滴生成装置10。可选地，微流控芯片1包括多个上述微滴生成装置10。微流控芯片1中可以由多个完全相同微滴生成装置10组成，也可以由多个不完全相同的微滴生成装置10组成。如图4所示的实施方式中，微流控芯片1由多个完全相同微滴生成装置10组成，其能够同批次生成相同直径的多种样品微滴50。当微流控芯片1由多个不完全相同的微滴生成装置10组成时，其能够同批次生成不同直径的多种样品微滴50。
在一个实施方式中，该微流控芯片1还包括该连续相进样装置20、该分散相进样装置30及该微滴收集装置40。
该微滴生成装置10可采用聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、COC塑料、光学材料COP、聚碳酸酯等材料通过横塑模法、注塑法、热压法等方法制备。该连续相进样装置20和该分散相进样装置30可以为压力泵或注射泵。该连续相进样装置20、该分散相进样装置30与样品传送机构100间可通过设置外接硅胶、聚四氟乙烯等材质管道压入样品，也可以采用注塑法制作空腔柱，使用移液枪压入样品。该微滴收集装置40与微滴传输机构300间可通过设置外接硅胶、聚四氟乙烯等材质管道收集样品微滴50，也可以采用注塑法制作空腔柱，使用移液枪收集样品微滴50。
该微流控芯片1结构简便，生成的样品微滴50均匀性高，且样品微滴50生成过程易观察控制。此外，当该微流控芯片1包括多个微滴生成装置10时，能够生成多种类型的样品微滴50，其适用范围较广。
以上该实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上该实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种微滴生成装置，用于将连续相样品和分散相样品生成微滴，其特征在于，包括样品传送机构、微滴检测机构及微滴传输机构；
所述样品传送机构包括第一连续相传送微通道、第二连续相传送微通道及分散相传送微通道，所述第一连续相传送微通道的末端、所述第二连续相传送微通道的末端与所述分散相传送微通道的末端交叉连通形成微滴生成区域，所述第一连续相传送微通道的前端与所述第二连续相传送微通道的前端均用于连接连续相进样装置，所述分散相传送微通道的前端用于连接分散相进样装置；
所述微滴检测机构具有能够供单排样品微滴通过的检测微通道，所述检测微通道位于所述微滴生成区域后，且所述检测微通道的一端与所述分散相传送微通道的末端相连通；
所述微滴传输机构具有缓冲微通道，所述缓冲微通道具有圆滑的弯曲通道结构，所述缓冲微通道的一端与所述检测微通道连通，所述缓冲微通道的另一端用于连接微滴收集装置，所述缓冲微通道中设有腔室结构，所述腔室结构能够容纳多个所述样品微滴。
2.根据权利要求1所述的微滴生成装置，其特征在于，所述第一连续相传送微通道和所述第二连续相传送微通道的内径随着所述连续相样品的流动方向逐渐变小，所述分散相传送微通道的内径随着所述分散相样品的流动方向逐渐变小。
3.根据权利要求1所述的微滴生成装置，其特征在于，所述缓冲微通道的内径大于所述检测微通道的内径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微滴生成装置，其特征在于，所述第一连续相传送微通道、所述第二连续相传送微通道与所述分散相传送微通道交叉连通的结构为T型通道结构、十字型通道结构或流动聚焦型结构。
5.根据权利要求1-3任一项所述的微滴生成装置，其特征在于，还包括样品过滤机构，所述样品过滤机构为设在所述第一连续相传送微通道、所述第二连续相传送微通道和/或所述分散相传送微通道内壁上的凸起结构。
6.根据权利要求5所述的微滴生成装置，其特征在于，所述凸起结构的形状为圆柱体、长方体和正方体的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的微滴生成装置，其特征在于，所述凸起结构有多个，多个所述凸起结构在微通道的内壁上呈阵列排布。
8.一种微流控芯片，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的微滴生成装置。
9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，还包括所述连续相进样装置、所述分散相进样装置及所述微滴收集装置。
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