CN109351369A - 微流控液滴生成芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微流控液滴生成芯片，所述微流控液滴生成芯片包括芯片本体，密封层，贯穿所述芯片本体的上下表面的样本相注入孔和连续相注入孔，液滴储存池，以及设置于所述芯片本体的下表面的连续相通道、样本相通道、样本相分支通道、连续相过滤区、样本相过滤区。

Description

微流控液滴生成芯片
技术领域
本发明涉及数字PCR技术领域，特别涉及一种微流控液滴生成芯片。
背景技术
目前基于微流控制备液滴的方法主要包括T型通道法和流体聚焦法等。T型通道法是利用两微通道交叉处的几何特点,使待连续相液体的前沿在该交叉处转弯时在连续相剪切力推动下造成的动量变化而生成液滴。流动聚焦法是使连续相流体从交叉处两侧来“挤压”连续相液体前沿,并利用液体前沿下游处通道的“颈状”芯片,使该分散液体前沿发生收缩变形而失稳，从而形成液滴。这二种方法的缺点是都需要通过调节流动相和连续相的压力，达到一定的平衡，才能形成液滴。当流动性和连续相流速比发生变化，会直接影响液滴的大小和稳定性。用这种方式生成液滴在达到平衡之前会造成部分的样品损失。
发明内容
本发明提供一种可以生成大小和稳定性更加可靠的液滴的微流控液滴生成芯片。
本发明所述微流控液滴生成芯片包括芯片本体，密封层，贯穿所述芯片本体的上下表面的样本相注入孔和连续相注入孔、液滴储存池，以及设置于所述芯片本体的下表面的连续相通道、样本相通道、样本相分支通道、连续相过滤区、样本相过滤区。
其中，所述芯片本体的下表面与所述密封层封接，形成封闭的微通道。
其中，所述连续相注入孔通过所述连续相过滤区与所述连续相通道连接，所述样本相注入孔通过所述样本相过滤区与所述样本相通道连接。
其中，所述样本相通道连接至少一个样本相分支通道的一端，所述样本相分支通道的远离所述样本相通道的一端与喇叭口或液滴储存池连接。
其中，其特征在于，所述样本相分支通道通过所述喇叭口与所述连续相通道连通，所述连续相通道连通所述液滴储存池，所述连续相通道内的连续相与所述样本相分支通道及喇叭口的样本相之间存在拉普拉斯压差，以使所述样本相分支通道内的样本相在所述喇叭口处断裂并形成被连续相包覆的液滴，所述液滴被所述连续相通道中的连续相推动至所述液滴储存池。
其中，所述样本相通道直接连通液滴储存池，所述样本相分支通道通过所述喇叭口与所述液滴储存池连通，所述液滴储存池内的连续相与所述样本相分支通道及喇叭口的样本相之间存在拉普拉斯压差，以使所述样本相分支通道内的样本相在所述喇叭口处断裂并形成被连续相包覆的液滴，所述液滴直接进入所述液滴储存池。
其中，所述样本相分支通道的宽度为5-300微米，深度为5-100微米，所述样本相分支通道宽度与深度比大于等于1。
其中，所述连续相通道的宽度为10-2000微米，深度为10-500微米。所述喇叭口的开口角度为10°～160°。
其中，在所述芯片本体的厚度方向上，所述连续相通道的深度尺寸大于等于4倍的所述样本相分支通道及所述喇叭口的深度尺寸。
本发明提供的微流控液滴生成芯片通过改变连通所述样本相通道与连续相通道的喇叭口的尺寸和相对高度来生成液滴，无需调节流动相和连续相的压力平衡就可以快速生成液滴，与液滴的流动性和连续相流速比关系小，不会造成样本损失，生成方式简单，操作方便，并且生成液滴的均一性和稳定性好，在实际应用中优势明显，简便可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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，还可以如这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的微流控液滴生成芯片的示意图。
图2是图1所示微流控液滴生成芯片的芯片本体第一实施例的示意图。
图3是图2所示芯片本体的下表面微结构示意图。
图4是图3所示芯片本体的下表面微结构放大示意图。
图5是本发明的微流控液滴生成芯片的密封层示意图。
图6是本发明的微流控液滴生成芯片的芯片本体第二实施例的示意图。
图7是图6所示的芯片本体下表面的局部放大示意图。
图8是本发明的微流控液滴生成芯片的芯片本体第三实施例的示意图。
图9是图8所示的芯片本体下表面的局部放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1-图5是本发明提供的微流控液滴生成芯片的第一实施例，用于生成由连续相(油)包裹样本相(水)的大小和稳定性更加可靠的液滴。所述微流控液滴生成芯片包括芯片本体1，密封层2，贯穿所述芯片本体1的上下表面的样本相注入孔11和连续相注入孔12、液滴储存池13，以及设置于所述芯片本体1的下表面15的连续相通道105、样本相通道103、样本相分支通道104、连续相过滤区102、样本相过滤区101。
请参阅图1和图2，本实施例中，芯片本体1的样本相注入孔11和连续相注入孔12、液滴储存池13贯穿所述芯片本体的上表面14和下表面15，所述芯片本体1的下表面15与密封层2的上下表面其中一面封接在一起，从而形成了本发明所述微流控液滴生成芯片。
如图3和图4所示，所述样本相注入孔11与所述样本相过滤区101连通，所述样本相过滤区101又与所述样本相通道103连通，所述样本相通道103为两侧分支的结构，并分别与多个所述样本相分支通道104连通，所述样本相分支通道104与所述连续相通道105连接，所述的连续相通道105通过所述连续相过滤区102与所述连续相注入孔12连通，所述连续相通道105的末端106与所述液滴储存池13连通。
所述连续相过滤区102和样本相过滤区101是一个两端分别有进出口的区域，内部排列有微柱，作用为拦截杂质。
所述样本相分支通道104远离所述样本相通道103的一端与所述连续相通道105连接处设置有喇叭口17，所述喇叭口17的形状为“<”形或者“∠”形，所述喇叭口17的开口角度为10°～160°。
所述连续相通道105深度尺寸大于等于4倍的所述样本相分支通道104和喇叭口17的深度尺寸。所述样本相分支通道104的宽度为5-300微米，深度为5-100微米，所述样本相分支通道104宽度与深度比大于等于1。所述连续相通道105的宽度为10-2000微米，深度为10-500微米。
所述连续相通道105、样本相通道103和样本相分支通道104为设置在所述芯片本体1的下表面15的细槽，所述连续相过滤区102和样本相过滤区101为设置在所述芯片本体1的下表面15的凹进区域，所述密封层2与所述芯片本体1封接后即形成封闭的通道。
样本相从所述样本相注入孔11进入，经过所述样本相过滤区101后进入并充满所述样本相通道103。所述样本相通道103为两边对称的结构，样本相从所述样本相注入孔11进入，经过所述样本相过滤区101后分成两股分别进入所述样本相通道103的两边。所述样本相通道103与所述连续相通道105之间通过所述样本相分支通道104连接，所述样本相分支通道104与所述连续相通道105之间通过所述喇叭口17连接。具体的，当所述样本相分支通道104为多个时，所述多个样本相分支通道104连接于所述连续相通道105的对称两侧。本实施例中以6条样本相分支通道104为例，所述6条样本相分支通道104位于所述连续相通道105的对称两侧且与所述样本相通道103连通。所述样本相分支通道104的数量越多则液滴生成的效率越高。所述连续相通道105的深度大于等于4倍的所述样本相分支通道104及所述喇叭口17的深度，当样本相流过所述喇叭口17进入所述连续相通道105时，由于所述连续相通道105和所述样本相分支通道104、喇叭口17的深度不同，在表面张力的作用下，所述样本相的内部与所述连续相通道105内的连续相之间存在拉普拉斯压差，以使所述样本相在所述喇叭口17附近断裂并形成被连续相包覆的液滴，所述液滴在所述连续相通道105中被连续相推动至所述连续相通道105的末端106，最后进入所述液滴储存池13中。
如图6和图7所示，本发明的微流控液滴生成芯片的芯片本体1的第二实施例中，液滴生成的原理与第一实施例相同，区别在于变换了所述样本相注入孔11和连续相注入孔12的位置，且所述样本相通道103为单条通道。
具体的，所述连续相通道105由所述连续相注入孔12和连续相过滤区102一侧延伸出后弯折再向平行于所述连续相通道105的方向延伸，再次弯折后向平行于所述连续相通道105的方向延伸，所述连续相通道105的末端106与所述液滴储存池13连通，所述连续相通道105和样本相通道103均为具有一定长度的通道。所述样本相分支通道104连通所述样本相通道103和连续相通道105。所述样本相分支通道104靠近所述连续相通道105的一端与所述连续相通道105连接处设置有喇叭口17，所述喇叭口17的形状为“<”形或者“∠”形，所述喇叭口17的开口角度为10°～160°。所述样本相分支通道104为多个，本实施例中以3条为例进行说明，所述3条样本相分支通道104平行设置并位于所述连续相通道105的同一侧与所述连续相通道105垂直连通，所述样本相分支通道104越多，生成的液滴数量越多。
如图8和图9所示，本发明的微流控液滴生成芯片的芯片本体1的第三实施例中，液滴生成的原理与第一实施例相同，区别在于所述连续相通道105直接与所述液滴储存池13连通，样本相分支通道104靠近与所述液滴储存池13的连接处设置有喇叭口17，所述喇叭口17的形状为“<”形或者“∠”形，所述喇叭口17的开口角度为10°～160°。所述样本相分支通道104通过所述喇叭口17直接与所述液滴储存池13连通。所述样本相通道103远离所述样本相注入孔11的一端与所述样本相分支通道104连通，所述样本相分支通道104为多个，本实施例中以4条为例进行说明，4条所述样本相分支通道104同一行排列，所述样本相分支通道104越多，生成的液滴数量越多。连续相从所述连续相注入孔12进入，经过所述连续相过滤区102和连续相通道105后进入并填充所述液滴储存池13。样本相从所述样本相注入孔11进入，经过所述样本相过滤区101、样本相通道103、样本相分支通道104和喇叭口17后，在所述喇叭口17与液滴储存池13边缘交界处附近生成液滴，所述液滴储存在液滴储存池13中。
本微流控液滴生成芯片无需调节流动相和连续相的压力平衡就可以快速生成液滴，与液滴的流动性和连续相流速比关系很小，不会造成样本损失，生成方式简单，操作方便，并且生成液滴的均一性和稳定性好，在实际应用中优势明显，简便可靠。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述微流控液滴生成芯片包括芯片本体，密封层，贯穿所述芯片本体的上下表面的样本相注入孔和连续相注入孔、液滴储存池，以及设置于所述芯片本体的下表面的连续相通道、样本相通道、样本相分支通道、连续相过滤区、样本相过滤区。
2.如权利要求1所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述芯片本体的下表面与所述密封层封接，形成封闭的微通道。
3.如权利要求1所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述连续相注入孔通过所述连续相过滤区与所述连续相通道连接，所述样本相注入孔通过所述样本相过滤区与所述样本相通道连接。
4.如权利要求1所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述样本相通道连接至少一个样本相分支通道的一端，所述样本相分支通道的远离所述样本相通道的一端与喇叭口或液滴储存池连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述样本相分支通道通过所述喇叭口与所述连续相通道连通，所述连续相通道连通所述液滴储存池，所述连续相通道内的连续相与所述样本相分支通道及喇叭口的样本相之间存在拉普拉斯压差，以使所述样本相分支通道内的样本相在所述喇叭口处断裂并形成被连续相包覆的液滴，所述液滴被所述连续相通道中的连续相推动至所述液滴储存池。
6.如权利要求1-4任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述连续相通道直接连通液滴储存池，所述样本相分支通道通过所述喇叭口与所述液滴储存池连通，所述液滴储存池内的连续相与所述样本相分支通道及喇叭口的样本相之间存在拉普拉斯压差，以使所述样本相分支通道内的样本相在所述喇叭口处断裂并形成被连续相包覆的液滴，所述液滴直接进入所述液滴储存池。
7.如权利要求1-4任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述样本相分支通道的宽度为5-300微米，深度为5-100微米，所述样本相分支通道宽度与深度比大于等于1。
8.如权利要求1-4任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述连续相通道的宽度为10-2000微米，深度为10-500微米，所述喇叭口的开口角度为10°～160°。
9.如权利要求1-4任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，在所述芯片本体的厚度方向上，所述连续相通道的深度尺寸大于等于4倍的所述样本相分支通道及所述喇叭口的深度尺寸。
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