CN107774347A - 一种微流控动态液滴操控的方法及其动态液滴平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微流控的液滴操控方法，具体的说是一种微流控动态液滴操控的方法及其动态液滴平台。由上层的液滴捕获阵列与下层静态液滴阵列的组成；液滴捕获阵列设有多个独立的捕获单元，静态液滴阵列为微井阵列，其中，每一个独立的捕获单元都与下层的微井一一对应。通过本发明平台动态液滴平台既能够保持静态液滴的完整性和其原有的空间位置，又可以按需变换其内含，达到融汇“动”“静”的目的。动态液滴操控方法的建立将为实时地监测及解析复杂多步的生物化学反应过程开辟新的途径。

Description

一种微流控动态液滴操控的方法及其动态液滴平台
技术领域
本发明涉及微流控的液滴操控方法，具体的说是一种微流控动态液滴操控的方法及其动态液滴平台。
背景技术
基于微流控的液滴操控方法主要分为连续流动模式和静态模式。连续流动模式的微液滴方法，其操控液滴的方式类似于现代加工业的流水线。它以液滴融合或微注射的方式向连续流动的每个液滴添加样品或反应试剂，以液滴分裂或去乳化的方式从每个液滴中提取反应产物，以液滴分选的方式对每个液滴归类。基于该模式的微流控液滴方法已经被广泛应用于新材料合成、细胞筛选、蛋白质结晶等领域。然而，连续流动模式的微流控液滴操控方法虽然可以连续操控大量液滴，实现高通量的分析，但是局限于单个液滴的示踪及其内含物回收。
静态模式的微流控液滴操控方法，主要以静态液滴阵列为代表，是利用特殊结构将微液滴捕获于固定位置，可以通过二维坐标对每一个液滴定位。以空间位置信息编码微液滴是一个简便的方法,并且不会对液滴内含物产生干扰。此外，静态模式的微流控微液滴方法可以实时地对每一个液滴进行监测。然而由于缺乏有效的试剂传输添加及产物回收的方法，目前报道的静态模式的微流控液滴操控方法的应用比较单一，仅适用于单纯的细胞培养及简单的细胞表型分析。
综上所述，现有的基于微流控的连续流动和静态模式液滴操控方法虽然都有各自的优势，但是缺少使两种方法互融互补的桥梁—兼顾“动”“静”的动态液滴操控方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种微流控动态液滴操控的方法及其动态液滴平台。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种动态液滴平台，由上层的液滴捕获阵列与下层静态液滴阵列的组成；液滴捕获阵列设有多个独立的捕获单元，静态液滴阵列为微井阵列，其中，每一个独立的捕获单元都与下层的微井一一对应。
所述微井阵列中每个微井的尺寸为井口直径10-500μm，井深20-200μm。
所述液滴捕获阵列是由末端开口的V形围堰结构的捕获单元组成；当一个液滴进入V形围堰结构造成其内部流阻增大，阻碍了后续液滴的进入。所述V形围堰结构尺寸为前端开口宽度50-300μm，末端开口宽度10-50μm。
动态液滴平台的材质为玻璃、多聚物。
一种利用动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，在动态液滴平台静态液滴阵列中先注入水相溶液，在水相溶液将微井充满后，再通入油相溶液，利用水油不混溶在微井中形成静态液滴阵列；流动液滴进入液滴捕获阵列的V形围堰结构中，使单个流动的液滴被捕获后，其与一一对应的下层微井中静态液滴融合，实现快速物质传递；在液滴融合之后，通过流体的剪切，将融合液滴曝露于上层的部分剪切，而微井内的部分被保留，实现物质移除；通过交替的液滴融合与分割，实现可控地物质交换。
通过这种方式，动态液滴平台既能够保持静态液滴的完整性和其原有的空间位置，又可以按需变换其内含，达到融汇“动”“静”的目的。
所述所述微井阵列中每个微井的尺寸为井口直径10-500μm，井深20-200μm；
液滴捕获阵列是由末端开口的V形围堰结构的捕获单元组成；所述V形围堰结构尺寸为前端开口宽度50-300μm，末端开口宽度10-50μm。
所述流动液滴的流速为0.1-1μL/min。
所述下层静态液滴与上层捕获的动态液滴融合的方法为激光诱导法、亲水表面诱导法或低浓度表面活性剂诱导法。
所述融合后的液滴切割是利用油相的快速流动产生的流体剪切力；用于液滴切割的油相流速为5-100μL/min。
本发明所具有的优点：
本发明提供微流控动态液滴操控的方法。该方法通过将静态液滴与流动液滴操控方法有机结合，使静态液滴阵列成为可以融汇“动”“静”的动态液滴平台。动态液滴平台既能够保持静态液滴的完整性和其原有的空间位置，又可以按需变换其内含，达到融汇“动”“静”的目的。该方法的建立将为实时地监测及解析复杂多步的生物化学反应过程开辟新的途径。
附图说明
图1为本发明实施例提的动态液滴平台的示意图。
图2为本发明实施例提的动态液滴操控。(a)在动态液滴平台中，上层流动液滴(携载KSCN)被捕获与下层静态液滴(携载FeCl3)的融合，二者融合后KSCN与FeCl3发生化学反应产生棕褐色的络合物。(b)在油相流体剪切的作用下，融合后的液滴曝露于上层的部分被剪切，而微井内的部分被保留。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
本发明方法通过将静态液滴与流动液滴操控方法有机结合，使静态液滴阵列成为可以融汇“动”“静”的动态液滴平台。动态液滴平台是由两层结构组成：下层结构是微井阵列，用于形成静态液滴；上层结构是液滴捕获阵列，用于捕获流动液滴。在捕获阵列中，每一个独立的捕获单元都与下层的微井一一对应。流动的液滴被捕获后，可以与下层微井中静态液滴融合，实现快速物质传递。在液滴融合之后，通过流体的剪切，将融合液滴曝露于上层的部分剪切，而微井内的部分被保留，实现物质移除。通过交替的液滴融合与分割，实现可控地物质交换。通过这种方式，动态液滴平台既能够保持静态液滴的完整性和其原有的空间位置，又可以按需变换其内含，达到融汇“动”“静”的目的。动态液滴操控方法的建立将为实时地监测及解析复杂多步的生物化学反应过程开辟新的途径。
实施例1
动态液滴平台，由上层的液滴捕获阵列与下层静态液滴阵列的组成；液滴捕获阵列设有多个独立的捕获单元，静态液滴阵列为微井阵列，其中，每一个独立的捕获单元都与下层的微井一一对应。
所述微井阵列中每个微井的尺寸为井口直径40μm，井深50μm。
液滴捕获阵列是由末端开口的V形围堰结构的捕获单元组成；所述V形围堰结构尺寸为前端开口宽度20μm，末端开口宽度75μm。实施例2
微流控动态液滴操控的方法：
首先以1μL/min的流速将FeCl3溶液注入动态液滴平台，待溶液将微井充满后，再以1μL/min的流速通入油相溶液(油相溶液为包含2％司盘80的矿物油)，在下层微井阵列中形成静态液滴阵列。然后将预先形成的流动液滴(携载KSCN)以0.5μL/min的流速注入动态液滴平台，携载KSCN的流动液滴被V型围堰结构捕获与下层微井中的静态液滴形成一一配对，
然后诱发下层静态液滴与上层流动液滴的融合，在微井的边缘化学修饰亲水的环带。如图2a所示，流动液滴与下层静态液滴在亲水表面的诱导下发生融合，二者的融合触发了FeCl3与KSCN的反应产生棕褐色的络合物。
最后下层静态液滴与上层流动液滴的融合后，提高油相溶液(包含2％司盘80的矿物油)的流速至20μL/min，融合后的液滴曝露于上层的部分被剪切，而微井内的部分被保留(图2b)。

Claims (8)

1.一种动态液滴平台，其特征在于：由上层的液滴捕获阵列与下层静态液滴阵列的组成；液滴捕获阵列设有多个独立的捕获单元，静态液滴阵列为微井阵列，其中，每一个独立的捕获单元都与下层的微井一一对应。
2.按权利要求1所述的动态液滴平台，其特征在于：所述微井阵列中每个微井的尺寸为井口直径10-500μm，井深20-200μm。
3.按权利要求1所述的动态液滴平台，其特征在于：液滴捕获阵列是由末端开口的V形围堰结构的捕获单元组成；所述V形围堰结构尺寸为前端开口宽度50-300μm，末端开口宽度10-50μm。
4.一种利用权利要求1所述的动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，其特征在于：在动态液滴平台静态液滴阵列中先注入水相溶液，在水相溶液将微井充满后，再通入油相溶液，利用水油不混溶在微井中形成静态液滴阵列；流动液滴进入液滴捕获阵列的V形围堰结构中，使单个流动的液滴被捕获后，其与一一对应的下层微井中静态液滴融合，实现快速物质传递；在液滴融合之后，通过流体的剪切，将融合液滴曝露于上层的部分剪切，而微井内的部分被保留，实现物质移除；通过交替的液滴融合与分割，实现可控地物质交换。
5.按权利要求4所述的利用动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，其特征在于：所述所述微井阵列中每个微井的尺寸为井口直径10-500μm，井深20-200μm；
液滴捕获阵列是由末端开口的V形围堰结构的捕获单元组成；所述V形围堰结构尺寸为前端开口宽度50-300μm，末端开口宽度10-50μm。
6.按权利要求4所述的利用动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，其特征在于：所述流动液滴的流速为0.1-1μL/min。
7.按权利要求4所述的利用动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，其特征在于：所述下层静态液滴与上层捕获的动态液滴融合的方法为激光诱导法、亲水表面诱导法或低浓度表面活性剂诱导法。
8.按权利要求4所述的利用动态液滴平台进行微流控动态液滴操控的方法，其特征在于：所述融合后的液滴切割是利用油相的快速流动产生的流体剪切力；用于液滴切割的油相流速为5-100μL/min。
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