CN108344876A - 微流体测定装置及使用其的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流体测定装置及使用其的测定方法，该微流体测定装置包括：液滴进样器，流动通道，检测系统，其中，所述液滴进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接；样品通道以及介质通道流体连通，并且所述液滴进样器与微流体流动通道流体连通，从液滴进样器进入的液体样品进入流动通道并能够在流动通道中移动，检测系统对进入流动通道的液体样品进行检测。

Description

微流体测定装置及使用其的测定方法

技术领域

本发明涉及一种微流体测定装置及使用其的测定方法，尤其是用于微流控领域的测定装置，其可以将微量液体样品从开放体系转移至封闭的微流体流动通道，从而实现在微流体流动通道中检测以介质包裹液体样品形式的液体样品，从而实现利用该微流体测定装置来实现多种不同的液体样品的检测。

背景技术

微流控芯片技术被广泛应用到生物、化学、医学分析等过程中的样品制备、反应、分离、检测等工作中，是飞速发展的前沿技术和研究最为活跃的领域之一。对液体样品的操作在化学、微生物、生物化学、分子生物学、医学分析等领域是非常重要的。液体样品例如可以是细胞培养液、细胞反应液、蛋白质溶液、DNA溶液、RNA溶液、不同的培养基等等各种生物、化学、医学分析等领域中常用的液体样品。

随着微流控芯片技术的不断发展，从开放体系向微通道体系中转移多种液体样品的需求逐渐凸显，并在很大程度上制约了该技术的应用发展。在本领域中常见的开放体系，例如有在96孔板、离心管、烧瓶、样品管等中反应的各种体系，微通道体系是例如微液滴芯片、毛细管、微反应器等。

目前高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术在微生物突变领域、药物筛选领域都广泛受到关注，高通量筛选是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简言之就是可以通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。

针对细胞水平的突变以及药物筛选等需要高通量筛选的体系，需要对大量不同的微生物样品、细胞样品、药物样品进行快速的筛选。

发明内容

CN103834554A的发明专利申请公开了一种微流控微生物培养检测细品，其可以实现微生物或细胞的悬浮培养，同时可以实现培养液中特定成分的检测，该装置包括层叠设置的培养层、弹性隔膜层和驱动层，所述弹性隔膜层位于培养层和驱动层之间，培养层上分布有一个以上的培养检测单元，每个培养检测单元包括环形的培养沟道以及与培养沟道相连通的检测沟道，驱动层上分布有循环驱动沟道和检测驱动沟道，其中，循环驱动沟道位于培养沟道的上方且与培养沟道形成交叉，并驱动培养沟道中的培养液循环流动；检测驱动沟道包括至少两个驱动沟道且均位于检测沟道的上方并于检测沟道形成交叉。

CN102015998A的发明专利申请公开了一种用于微流体成像细胞分析的微流体系统，其具有包括多个移液器的移液系统、靠近移液系统放置的微流体芯片、靠近微流体芯片放置的光学成像检测系统以及与光学成像检测系统连接的图像处理系统。微流体芯片具有由微流体芯片之主体限定的多个细胞培养室，每个细胞培养室与由微流体芯片限定的输入通道和输出通道呈流体连通。移液系统被构建并安置成以下至少一种：当微流体系统运行时，通过多个移液器将流体诸如多个输入通道中，或者通过多个移液器从多个输出通道抽取流体。

CN104877899A发明专利申请公开了一种基于液滴的微生物快速直接绝对定量检测系统和方法。其系统包括：微流控芯片、若干个细胞收集培养观测室、光学检测单元和图像处理单元。其方法包括：将样品前处理、注入到微流控芯片中，形成单分散单细胞液滴，对收集在细胞收集培养观测室中形成单分散单细胞液滴进行细胞控温培养1-2小时；通过单个液滴的浊度判别是否存在活细胞及细胞生长速度的快慢，采集细胞收集培养观测室中的液滴放大图片，并对具有浊度的微滴进行计数，进而获取样品中微生物的数目。

上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。上述专利申请文本公开了利用微通道同时实现微生物或细胞培养和实时检测。

由于现有技术未能够实现采用正负压交替取样、推送，并同时实现经介质(通常为油)包裹液体样品(即形成所谓油包水形式)后对样品液滴进行切割的装置和方法。同时该装置还保证能够将多余的样品退出管道、阻隔样品和样品之间的污染。因此，上述专利申请以及现有技术均未涉及能够实现多种不同样品的进样和同时检测。

现有技术中的液滴进样器也无法实现多种不同样品的进样，由于在微流控芯片领域，利用微流控芯片可以同时实现多种样品的检测，例如常见的高通量筛选等。通常针对某种突变体系要同时筛选大量的突变体，因此如果能够利用一个液滴进样器获取不同的液体样品，并逐一地进入芯片进行检测，将大大节省筛选工作的工作量。同时由于进样的液体样品通常是细胞培养液、组织反应液、蛋白质或酶的作用体系，因此在进样多个液体样品的同时还希望实现能够有效地对每个样品进行包覆和阻隔，从而防止样品之间的污染。

而现有技术中没有涉及这样的装置，其可以实现对于不同的反应体系、培养体系等来源不同的体系的样品连续地、彼此之间没有污染的取样，并同时实现利用介质将所取得的样品包裹并切割，并随后彼此互相不影响地对多个样品进行检测。

基于上述现有技术中存在的问题和微流控领域中的需要，本发明的目的在于提供一种微流体测定装置，以及液滴进样器，尤其是用于微流控领域的液滴进样器，其可以将微量液体样品从开放体系转移至封闭的微管道体系，尤其是以介质包液体样品，例如油包水的形式将微量液体样品包入介质，例如油滴中并在微管道体系(流动通道)中运输，并通过检测系统进行检测。

本发明的另一个目的在于提供一种微量液体样品测定方法，通过利用该方法，能够将微量液体样品从开放体系转移至封闭的微管道体系，尤其是以介质包液体样品，例如油包水的形式将微量液体样品包入介质，例如油滴中并在微管道体系中运输，并对其进行检测。

利用本发明的微流体测定装置中的液滴进样器和进样微量液体样品的方法，可以实现采用正负压交替取样、推送，并实现经介质(通常为油)包裹液体样品(即形成所谓油包水形式)后对样品液滴进行切割的装置和方法。同时该装置还保证能够将多余的样品退出管道，阻隔两次进样的样品和样品之间的污染。

利用本发明的微流体测定装置和微量液体样品测定方法，可以实现对于不同的反应体系、培养体系等来源不同的体系的液体样品连续地、彼此之间没有污染的取样，并同时实现利用介质将所取得的样品包裹并切割，并随后在流动通道中对多种的不同的样品进行检测，或边培养边检测，或边反应边检测。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

1.一种微流体测定装置，其包括：

液滴进样器，

流动通道，

检测系统，

其中，所述液滴进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接；样品通道以及介质通道流体连通，

并且所述液滴进样器与微流体流动通道流体连通，从液滴进样器进入的液体样品进入流动通道并能够在流动通道中移动，

检测系统对进入流动通道的液体样品进行检测。

2.根据项1所述的微流体测定装置，其中，检测系统选自可见光检测系统、紫外光检测系统、荧光检测系统、散射光检测系统、红外光检测系统、以及拉曼检测系统中的一种或两种以上。

3.根据项1或2所述的微流体测定装置，其中，检测系统包括：光源和光学检测装置。

4.根据项1～3中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述流动通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米，优选0.1毫米～3毫米，优选0.4～1.0毫米，所述流动通道由疏水材料形成或内部经疏水材料包覆，

流动通道还包括用于提供正压的模块以控制样品在流动通道中的往复运动。

5.根据项1～4中任一项所述的微流体测定装置，其中，液滴进样器的样品通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米，液滴进样器的介质通道的内径为5微米～10毫米，优选为25微米～4毫米，进一步优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1.2毫米，样品通道与介质通道的内径之比(样品通道内径/介质通道内径)的范围为1:10～10:1，优选为1:5～5:1，进一步优选为1:2～2:1。

6.根据项1～5中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道以及介质通道由疏水材料形成或内部经疏水材料包覆。

7.根据项1～6中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道与介质通道直接连通。

8.根据项1～6中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道与介质通道通过共同容器实现流体连通。

9.根据项1～8中任一项所述的微流体测定装置，其中，提供负压的模块和提供正压的模块为柱塞泵。

10.根据项1～9中任一项所述的微流体测定装置，其中，介质为疏水性的，液体样品为亲水性的。

11.根据项1～10中任一项所述的微流体测定装置，其中，液滴进样器在开始使用之前使其样品通道和介质通道中充满介质。

12.一种微量液体样品测定方法，其包括

使用液滴进样器进样液体样品并使其经介质包覆，并且通过液滴进样器由介质包覆的液滴样品在流动通道中移动，

通过检测装置对在流动通道中移动的由介质包覆的液滴样品进行检测，

其中，进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接；样品通道以及介质通道流体连通，

使用液滴进样器进样液体样品并使其经介质包覆的方法包括：

第一步：在关闭提供负压的模块和提供正压的模块并且样品通道、介质通道中充满介质的前提下，将液滴进样器插入到待取液体样品中，

第二步：打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道，

第三步：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆，

第四步：关闭供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，停止推入介质，从而完成一次样品的进样，

重复第一步～第四步的步骤，从而完成新一次的样品进样。

13.根据项12所述的方法，其中，所述微量液体样品测定方法用于检测多种不同的液体样品。

14.根据项12或13所述的方法，其中，所述微量液体样品测定方法利用项1～11中任一项所述的微流体测定装置。

15.根据项12或13所述的方法，其中，在第二步中，打开提供负压的模块吸取过量的液体样品进入样品通道并使其覆盖介质通道与样品通道直接连通的部位。

在第三步中：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，并且将样品通道中多余的液体样品从样品通道中推出，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆。

16.根据项12或13所述的方法，其中，在第二步中，打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道，

在第三步中：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，并且将样品通道内的液体样品与样品通道外部的液体样品分离，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆。

如上所述，本发明的实施方式的微流体测定装置和液滴进样器的结构简单，其通过正、负压的交替供给实现液滴样品的进样、切割、介质包裹和分离。该液滴进样器不使用现有技术中通常使用的阀等，因此其结构简单。此外，本发明的液滴进样器可以实现对每个进入样品通道的样品进行包裹、切割并且排出多余的样品，从而可以使每次进样的样品彼此隔离不相互污染与影响，因此可以实现对多种样品连续进样。

并进一步利用样品在流动通道中的流通，以及通过检测系统对在流动通道中流通的样品进行检测。

此时由于不同的液体样品进行流动通道的时间不同，该液体样品可以在流动通道中进一步反应，或进一步培养，从而在其检测的时候能够反应不同的生长或反应状态。此外，由于可以对流动通道的长度和形状进行设计，并通过配合阀门和提供正压的装置，可以让进入到流动通道中的液滴样品在流动通道中往复运动，并利用检测装置对往复运动的样品进行多次检测，从而检测该液体样品随时间的物性变化，从而可以描绘例如样品的生长曲线，反应曲线等。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

图1本发明液滴进样器的示意图。

图2(a)本发明液滴进样器利用介质包裹液滴并进行切割、推送的流程示意图，图2(b)利用本发明液滴进样器的处理样品的操作流程。

图3(a)和(b)本发明液滴进样器的两种变形方式。

图4将本发明的液滴进样器用于微流控取样装置的模式图。

图5本发明的微流体测定装置的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1给出了本发明液滴进样器的示意图。图1示意性地示出了样品通道和介质通道的相关关系。从图1中可以看出，本发明的液滴进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接，样品通道以及介质通道流体连通。

图1中的示意图中给出的样品通道和介质通道是直接连通的，本领域技术人员可以理解图1仅仅是示意性的，样品通道和介质通道的连通方式不限于图1中所示的方式。样品通道和介质通道的连通方式是流体连通，即流体可以从样品通道进入介质通道，以及从介质通道进入样品通道。在下文中，本发明还提供几种实现样品通道和介质通道之间流体连通的变形方式。本领域技术人员可以理解任何能够实现流体连通的方式均包括在本发明的范围中。

如图1所示样品通道和介质通道分别与提供负压的模块和提供正压的模块连接。在本发明中，对于提供负压和提供正压的模块没有具体限定，任何本领域技术人员已知的方式均可以实现，例如可以列举通过例如针管的方式实现的推动和抽吸以分别提供正压和负压，也可以列举能够提供正压和负压的泵，由于在微流控领域中使用，本发明的液滴进样器优选使用柱塞泵、注射泵等设备；也可以通过正负压气体源推压介质提供；或者任何可以实现相同功能的其他方式。

此外，正负压的工作时间可以通过电磁阀的开关进行控制，从而可以实现在指定的时间的自动化连续进样。

如图2(a)和(b)所示，给出了利用本发明的液滴进样器进样液体样品时的流程示意图。如图2(a)所示，在1-吸取步骤前，液滴进样器的介质通道和样品通道中被介质充满，在1-吸取步骤中，打开提供负压的模块，通过负压将过量的液体样品吸入到样品通道中，并且使该液体样品与介质通道流体连通，如图2(a)左上的图中的箭头所示，在图2(a)的示意图中示出的情况下，该液体样品直接与介质通道接触，其覆盖了介质通道与样品通道接触的出口。在2-切割(分离)步骤中，首先关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，此时将介质通道中的介质提出并与过量的液体样品接触，对该液体样品进行切割(将样品分成两部分)，并将多余的样品从样品通道中推出，如图2(a)右上的图中的箭头所示。在3-推出的步骤中，持续供给正压，将多余的样品从样品通道中全部推出，从而实现在样品通道中保留的液体样品被介质包覆(也可以成为包裹)，然后关闭提供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，从而完成了一次样品的进样，如图2(a)右下的图中的箭头所示。在4-再吸取的步骤中，再次打开提供负压的模块，吸入新的样品，并将上一步步骤中已经被介质包覆或包裹的样品往前推送。如上所述，再次重复本发明的进样方法中的步骤，从而实现新样品的进样过程。

图2(b)中进一步显示了上述整个过程，在图2(b)中还示意性地显示出了样品容器，其中放入待取液体样品。

如上所述本发明的进样微量液体样品的方法包括如下步骤：

第一步：在关闭提供负压的模块和提供正压的模块并且样品通道、介质通道中充满介质的前提下，将液滴进样器插入到待取液体样品中(如图2(b)中的最左侧的图所示)，

第二步：打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道(如图2(b)中的从左侧数第二图所示)，

第三步：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆(如图2(b)中间的图所示)，

第四步：关闭供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，停止推入介质，从而完成一次样品的进样(如图2(b)右侧第二图所示)，

重复第一步～第四步的步骤，从而完成新一次的样品进样(如图2(b)最右侧的图所示)。

在上述方法中，一定量的液体样品是指将在后续微管道系统中使用的样品的量，例如，是待通过微管道系统中的芯片上的检测器进行检测的样品量，或者是需要在微管道体系中需要处理的样品量，或者是吸入到微管道系统中用于并待与微管道体系中的其它样品进行接触或反应的样品量。

对于该一定量没有具体的限定，本领域技术人员知道如何根据后续样品的处理或检测来选择适当的量，例如可以列举：1纳升～20微升，2纳升～15微升，5纳升～10微升，10纳升～9微升，50纳升～5微升等等，可以具体是例如20微升、15微升、10微升、9微升、8微升、7微升、6微升、5微升、4微升、3微升、2微升、1.5微升、1微升、900纳升、800纳升、700纳升、600纳升、500纳升、400纳升、300纳升、200纳升、100纳升、50纳升、30纳升、10纳升、5纳升、1纳升等等。在本发明中，检测系统会针对该一定量的样品来进行检测。

根据上述描述可以知道，利用本发明的液滴进样器，可以有效地实现液体样品的进样，并且利用介质对液体样品进行切割并推出多余的液体样品(即将样品分成两部分并保留后续使用的一定量的样品，或者将样品通道附近的样品与后续使用的一定量的样品分离)，然后实现利用介质将剩余待操作的液体样品包裹，由此完成一次的样品进样。通过这样的装置和方法，可以连续地进样不同的液体样品，并且每个液体样品之间能够彼此隔离不相互干扰。

在完成一次或者一阶段进样工作后，关闭进口端，打开出口端，可以通过正压推动调节样品液滴在微管道系统中的位置；如果在出口端连接另一微管道系统，则可通过持续正压推动，将样品液滴转移至该系统中。

此外，在不进行进样时可以关闭样品通道的进口段，其关闭方式，可以使用但不限于，方式一：套式，即采用可以套在进口端上的帽，将该帽扣在进口端上进行关闭；方式二：压式，制作软质，例如橡胶的垫，并按压在进口端上面以实现关闭。

图1和图2仅仅是示意性的示出了本发明的液滴进样器的结构和其操作时的流程示意图。图2(b)中用于盛放样品的容器可以是如上所述本发明中的开放体系，例如96孔板、离心管、烧瓶、样品管等各种形式。所述的液体样品也可以是本领域中的各种液体形式的样品，例如化学试剂的水溶液、细胞培养液、细胞反应液、酶反应液、蛋白质溶液、DNA、RNA等各种脱氧核酸或核酸的溶液等等。

在本发明的液滴进样器中，对于其液滴进样器的尺寸没有具体地限定，优选有助于实现介质包裹液体样品的尺寸。例如样品通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米。例如样品通道的内径可以为10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1毫米、1.5毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。以上具体数值仅仅是列举，可以是10微米～5毫米中的任意具体的数值。

例如介质通道的内径为5微米～10毫米，优选为25微米～4毫米，进一步优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1.2毫米。例如介质通道的内径可以为5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1毫米、1.5毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米。以上具体数值仅仅是列举，可以是5微米～10毫米中的任意具体的数值。

进一步，对于样品通道和介质通道之间的内径的关系没有具体的限定，只要是有助于实现介质包裹液体样品的比例即可，例如样品通道与介质通道的内径之比(样品通道内径/介质通道内径)的范围为1:10～10:1，优选为1:5～5:1，进一步优选为1:2～2:1，可以为例如，1:1。

上文中，本发明所指的内径是介质通道或样品通道内部通道的直径。

在本发明中，如上所述，液体样品可以是化学试剂的水溶液、细胞培养液、细胞反应液、酶反应液、蛋白质溶液、DNA、RNA等各种脱氧核酸或核酸的溶液等等，在本发明中的液体样品优选是亲水性的或水性样品。

在本发明中使用的介质通常是亲油性的介质，可以使用本领域中通常使用的各种油类物质。例如矿物油、低温石蜡、植物油。

在本发明中，对于液滴进样器的材质没有什么限定，只要是可以实现通过本发明的操作可以实现介质包裹液体样品的材质即可。优选样品通道以及介质通道由疏水材料形成或其内部经疏水材料包覆。疏水材料列举聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等具有疏水性的有机高分子材料，也可以是不锈钢、钛合金、铜、铂、金等金属材料。

在本发明涉及的液滴进样器的一个具体的实施方式中，其样品通道与介质通道直接连通。具体来说可以参见图2(a)所示的通过三通方式实现的直接连通，从而当利用介质来切割液体样品时，利用正压推出的介质可以直接与吸入的过量的液体样品接触并对其进行切割，并进一步推出多余的液体样品，包裹希望用于后续操作或检测的样品。

在利用该具体实施方式的进样微量液体样品的方法中，在第二步中，打开提供负压的模块吸取过量的液体样品进入样品通道并使其覆盖介质通道与样品通道直接连通的部位(该液体样品直接与介质通道接触，其覆盖了介质通道与样品通道接触的出口)，在第三步中：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，并且将样品通道中多余的液体样品从样品通道中推出，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆。

在本发明涉及的液滴进样器的另一个具体的实施方式中，其样品通道与介质通道通过共同容器实现流体连通。具体来说可以参见图3(a)和(b)给出的两种示例性的实施方式。

在利用该具体实施方式的进样微量液体样品的方法中，在第二步中，打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道，在第三步中：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触(例如在样品通道口进行接触，例如图3(a)和3(b)所示)，并且将样品通道内的液体样品与样品通道外部的液体样品(例如在样品通道口附近或附着在样品通道外部的液体样品)分离，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆。

具体来说，在图3(a)中，样品通道的内径小于介质通道的内径，介质通道与样品通道成套管的形式，即介质通道位于样品通道的外侧，此时可以通过位于下方的充满介质的容器来实现介质通道与样品通道是流体连通的。如图3(a)所示，通过将下方的容器充满介质，并将介质通道与样品通道的入口插入到该充满介质的容器中，即可以实现介质通道与样品通道是流体连通的。

由此，利用该液体进样器实现进样时，首先在第一步中，在关闭提供负压的模块和提供正压的模块并且样品通道、介质通道中充满介质的前提下，将图3(a)中所示的液滴进样器插入到待取液体样品中，此时是将充满介质的容器连带介质通道和样品通道一起插入到待取液体样品中。第二步，打开提供负压的模块吸取液体样品穿过充满介质的容器进入样品通道，此时液体样品的末端位于样品通道的进口处，其能够与介质流体接触。在第三步中：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品(主要是样品位于样品通道进口的末端)接触，并且将样品通道内的液体样品与样品通道外部的液体样品分离，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆。在本实施方式中，样品通道外部的液体样品通常是位于样品通道的进口处外侧以及附近，或者是位于样品通道外部的样品。最后第四步，关闭供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，停止推入介质，从而完成一次样品的进样。重复第一步～第四步的步骤，从而完成新一次的样品进样。

在上述图3(a)所示的具体的实施方式中，充满介质的容器可以是例如移液枪的枪头等锥形的容器，或者注射器针头，也可以是任何其他类似的容器，只要是可以将其与样品通道和介质通道一起插入到液体样品中时，能够实现将液体样品通过该容器吸入到样品通道中的容器即可。

此外，如上所述，装有液体样品的容器可以是96孔板、试管、烧瓶、培养皿等等各种开放系统。此外，在图3(a)中给出的实施方式中，介质通道的内径大于样品通道的内径，本领域技术人员可以理解，采用相反的方式，即介质通道的内径小于样品通道的内径，介质通道位于样品通道的内侧的实施方式也是可以实现的，只要可以实现上述本发明所描述的进样微量液体样品的方法即可。在本发明中，优选介质通道的内径大于样品通道的内径，从而可以更好地实现对多余样品的切割。

进一步，如图3(a)所示，样品通道的进样品口是伸出到介质通道外的，本领域技术人员也可以理解，此时样品通道的进样品口和介质通道的介质进口可以是平行的，也可以是样品通道的进样品口位于介质通道中，只要可以实现上述本发明所描述的进样微量液体样品的方法即可。在本发明中，优选样品通道的长度长于介质通道的长度，从而可以更好地实现对多余样品的切割。

另外，图3(b)还示出了本实施方式中的另一种形态，即样品通道和介质通道不是以套管的形式实现的，而是并列的两个通道，除此之外，与图3(a)所示的形态是一致的。此时样品本发明所描述的进样微量液体样品的方法。通道和介质通道的内径可以相同，也可以不同，只要能够实现上述本发明所描述的进样微量液体样品的方法即可。另外，样品通道的进样品口和介质通道的介质进口可以是平行的，也可以是不平行的，只要能够实现上述本发明所描述的进样微量液体样品的方法即可。在本发明中，优选样品通道的长度长于介质通道的长度，从而可以更好地实现对多余样品的切割。

当将本发明的液滴进样器用于微流控领域时，其操作的示意图如图4所示。第一步在关闭提供负压的模块和提供正压的模块并且样品通道、介质通道中充满介质的前提下，将液滴进样器插入到待取液体样品中，然后在第二步中，打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道，然后在第三步中，关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆，，随后在第四步中，关闭供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，停止推入介质，从而完成一次样品的进样。

然后，重复第一步～第四步的步骤，从而完成新一次的样品进样。

被介质包覆并吸入的液体样品随着后一次进样被逐渐向前推进，并推进到微管道系统中以用于后续的检测和处理，并且在检测完毕之后可以从样品出口排出。由此，通过重复打开、关闭正压、负压模块，实现样品的进入包裹，并进入到微管道系统中进行检测。

此外，在图4中还画出了封闭盖，其可以在不用于进样的时候封闭样品进口，从而防止样品通道的污染。此外，在液体样品完成检测或处理后，需要将其转移或者废弃液滴时，需要盖上封闭盖，然后再打开正压推出或转移液滴样品，即将液滴样品从整个体系中排除。

另外，本发明的液滴进样器可以针对不同的样品来取样，在第一次进样液体样品结束后，可以通过擦拭、冲洗等方法将样品进口附近的管道清洗干净，然后在第二次进样的时候可以将该液滴进样器插入到另外不同的样品液体中进行取样，例如针对96孔板，或者多样品体系，可以利用一个液滴进样器同时进入不同的样品，从而简单地实现多体系样品的检测，并且进入到样品通道内的样品由于彼此之间通过介质间隔，因此也不会在运输到微管道系统中的过程中彼此污染和影响。

在图4中只是示意性地描述了本发明的液滴进样器组合到整个体系中的示意图，本领域技术人员可以理解，本发明的所有的液滴进样器的具体实施方式均可以组合到微流控体系，用于将液滴样品送入到微管道体系中。

在本发明中，微管道体系可以是微流控芯片，运输到微管道体系的样品可以在微流控芯片中被处理和检测。此外，微管道体系还包括本领域技术人员知道的其他用于微流控制领域的管道体系，例如毛细管等。

图5给出了本发明的微流体测定装置的一种实施方式的示意图，本领域技术人员可以理解，该图仅为示意性的示意出了本发明的一种测定装置，本发明可以采用多种基于可见光、紫外光、荧光、散射光、红外光等的光学测定装置。例如本发明的检测系统可以是可见光检测系统、紫外光检测系统、荧光检测系统、散射光检测系统、以及红外光检测系统、拉曼检测系统中的一种、两种、三种、四种、五种或六种。

如图5所示，被液滴进样器吸入到流动通道中的经介质包覆的液体样品运动经过光电转换感应器(未示出)，此时感应器对液体样品进行编号，液体样品继续向光程(未示出)运动，直到液体样品全部覆盖光程，这时候光源发出的光经过透光的小孔(未示出)，使得透过的光线全部穿过光程，即光透过微滴射出。射出的光被硅光电二极管(未示出)接收。射出的光强通过硅光电二极管转换输出为电压值，在经过电压信号转化成数字信号，即可得出每个液体样品的光学信息。

本领域技术人员可以理解，上述检测系统仅为一个实例，也可以通过其他光检测系统检测上述液体样品的荧光值、散射光数值、紫外吸收数据、可见光吸收数据、拉曼光谱数据、以及红外光吸收数据。

当利用图5所示的装置检测例如不同细菌样品的生长曲线时，可以利用液滴进样器吸入的来自不同的菌体或相同菌体的培养液，从而使其被介质包覆并通过阀门5进入到流动通道时，此时可以通过该体系中的感应器对其进行编号和追踪。此时，可以通过图5中的提供正压的模块，从例如上下两个方向上交替地向体系中提供正压，从而控制在体系内的液滴能够在流动通道中往复地进行运动，其每通过一次光元器件和光学检测器件时即被检测一次，从而达到微滴在芯片中的往复培养，并且实时记录微生物的生长状况。本领域技术人员可以理解，进行往复培养的菌液，可以是多种不同的菌液，例如来自于进行了一次突变后得到的多种突变体的每个的培养液，从而通过这样的芯片装置实现对于多种突变体微量液体的检测，图5中的流动通道中深灰色的部分表示每一个液滴样品，在光源器件处的液滴正在被检测。此外，提供正压的模块与上述液滴进样器中提及的模块相同。

此外，由于每一个菌液样品是被介质包覆的，因此即使在流动通道中往复运动时，前后之间的菌液样品不会相互影响，因此可以针对每一个菌液的液滴检测其生长的曲线。因此，仅需要微量的样品，即可以实现生长曲线的检测。

由于通过使用本发明涉及的液滴进样器来进行进样，本领域技术人员可以理解，每次进样的微生物的培养液可以是不同的微生物培养液。例如进行了诱变之后得到的多种不同的突变体的微量培养液。这样可以实现高通量的筛选多种不同的微生物样品。当然，也可以是针对同一种菌体的不同阶段的样品进行检测。

本领域技术人员完全可以理解，样品不仅限于微生物的培养液，可以是药物反应液、蛋白质溶液、DNA溶液、RNA溶液等各种微量样品。只要能够检测其随时间的某一光学特性的变化即可。因此，根据本发明的检测体系，可以检测合成的不同的药物分子的药学性质、检测不同的蛋白质或蛋白质变体的活性等等。

在本发明中，对于流动通道的材质没有什么限定，只要是可以实现运输通过液滴进样器进入的样品即可。优选与上述液滴进样器的样品通道以及介质通道采用同样的材质，例如由疏水材料形成或其内部经疏水材料包覆。疏水材料列举聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等具有疏水性的有机高分子材料，也可以是不锈钢、钛合金、铜、铂、金等金属材料。

如上所述，图5中显示的检测系统和流动通道仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据其需要来设计不同类型的流动通道。对于该流动通道的形状和长度没有具体的限定，但为了和本发明中使用的液滴进样器一起使用，通常流动通道的内径与液滴进样器的样品通道类似，所述流动通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米，优选0.1毫米～3毫米，优选0.4～1.0毫米，例如流动通道的内径可以为10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1毫米、1.5毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。以上具体数值仅仅是列举，可以是10微米～5毫米中的任意具体的数值。在流动通道中流动的液体样品即为上文中描述的通过液滴进样器吸入的样品。

此外，本领域技术人员可以理解，上述图5中画出的提供正压的模块不是必须地，即，液体样品可以不在流动通道中进行往复运动，而是单次运动，例如从流动通道的入口进入，并在流动的过程中进行检测，然后再从出口流出。只要该检测满足本领域技术人员的要求即可。

本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。

在本发明中列举的数值范围均包括该数值范围的两个端点的数据，也包括该数值范围中具体的每一个数值，并且该数值可以与端点任意组合组成新的小范围。

Claims (11)

1.一种微流体测定装置，其包括：

液滴进样器，

流动通道，

检测系统，

其中，所述液滴进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接；样品通道以及介质通道流体连通，

并且所述液滴进样器与微流体流动通道流体连通，从液滴进样器进入的液体样品进入流动通道并能够在流动通道中移动，

检测系统对进入流动通道的液体样品进行检测。

2.根据权利要求1所述的微流体测定装置，其中，检测系统选自可见光检测系统、紫外光检测系统、荧光检测系统、散射光检测系统、红外光检测系统、以及拉曼检测系统中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1或2所述的微流体测定装置，其中，检测系统包括：光源和光学检测装置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述流动通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米，优选0.1毫米～3毫米，优选0.4～1.0毫米，

所述流动通道由疏水材料形成或内部经疏水材料包覆，

流动通道还包括用于提供正压的模块以控制样品在流动通道中的往复运动。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的微流体测定装置，其中，液滴进样器的样品通道的内径为10微米～5毫米，优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1毫米，进一步优选为200微米～0.6毫米，液滴进样器的介质通道的内径为5微米～10毫米，优选为25微米～4毫米，进一步优选为50微米～2毫米，进一步优选为100微米～1.2毫米，样品通道与介质通道的内径之比(样品通道内径/介质通道内径)的范围为1:10～10:1，优选为1:5～5:1，进一步优选为1:2～2:1。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道以及介质通道由疏水材料形成或内部经疏水材料包覆。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道与介质通道直接连通。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的微流体测定装置，其中，所述液滴进样器的样品通道与介质通道通过共同容器实现流体连通。

9.一种微量液体样品测定方法，其包括

使用液滴进样器进样液体样品并使其经介质包覆，并且通过液滴进样器由介质包覆的液滴样品在流动通道中移动，

通过检测装置对在流动通道中移动的由介质包覆的液滴样品进行检测，

其中，进样器包括：样品通道，其用于吸入并输送液体样品，该样品通道与提供负压的模块连接；介质通道，其用于推送介质，该介质通道与提供正压的模块连接；样品通道以及介质通道流体连通，

使用液滴进样器进样液体样品并使其经介质包覆的方法包括：

第一步：在关闭提供负压的模块和提供正压的模块并且样品通道、介质通道中充满介质的前提下，将液滴进样器插入到待取液体样品中，

第二步：打开提供负压的模块吸取液体样品进入样品通道，

第三步：关闭提供负压的模块并打开提供正压的模块，从而从介质通道中推出介质使介质与第二步吸入的液体样品接触，使样品通道中保留一定量的液体样品，并且从而使样品通道中保留的一定量的液体样品被介质包覆，

第四步：关闭供正压的模块且保持关闭提供负压的模块，停止推入介质，从而完成一次样品的进样，

重复第一步～第四步的步骤，从而完成新一次的样品进样。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述微量液体样品测定方法用于检测多种不同的液体样品。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述微量液体样品测定方法利用权利要求1～8中任一项所述的微流体测定装置。