CN109622080B - 用于多指标分析的微液滴生成芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于多指标分析的微液滴生成芯片，所述微液滴生成芯片包括至少一个连续相入口、至少二组连续相管道、至少二个分散相入口、至少二个分散相管道、至少二个微液滴生成结构、至少一个微液滴分配结构和至少二个微液滴出口。通过这种微液滴生成芯片，可以一次性生成多种不同组分的微液滴并进行灵活的混合和/或分装，从而能够有效地用于多指标生物和化学分析等应用。

Description

用于多指标分析的微液滴生成芯片
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种用于多指标分析的微液滴生成芯片。
背景技术
液滴微流控技术是微流控技术领域的一个重要分支。液滴微流控技术使用微流控技术将两种互不相溶的流体以每秒10～10000个的频率制备成尺寸高度均一的微液滴，其中微液滴外的流体称为连续相，微液滴内的流体称为分散相。这些高度均一的微液滴在数字PCR等领域有着广泛而重要的应用。
随着液滴微流控技术的进一步推广应用，基于数字PCR的多指标检测等应用向液滴微流控技术提出了挑战。目前，多指标数字PCR检测大都使用多重PCR反应体系，当指标数较多时(比如超过十种)，不同指标的反应之间会出现相互影响，导致反应体系的设计和优化难度都呈指数级提升。为了解耦过高的重数带来的这种相互影响，一种较为直观的解决方法是将微液滴生成结构的阵列化排布，使用多个分散相入口和微液滴生成结构分别生成微液滴，并最终将所有的微液滴收集到同一个反应管中。对于数字PCR等多指标检测技术而言，这样的微液滴芯片设计带来了两个问题：第一，对于给定体积(一般为0.2mL)的反应管，能盛放的微液滴总数(总体积)是有限的，如果微液滴的种类数越多，那么平均每种微液滴的个数就越少；第二，如果所有微液滴在同一个反应管内进行反应，那么对于每个反应所共有的指标(比如阳性对照和阴性对照)就需要使用不同的微液滴生成结构分别进行重复的生成。因此，如何使用微流控芯片将多种不同组分的微液滴按需进行灵活的混合和分装，成为了基于微液滴的多指标分析技术中一个亟待解决的关键问题。
发明内容
为了解决上述关键问题，本发明公开一种用于多指标分析的微液滴生成芯片，所述微液滴生成芯片包括至少一个连续相入口、至少二组连续相管道、至少二个分散相入口、至少二个分散相管道、至少二个微液滴生成结构、至少一个微液滴分配结构和至少二个微液滴出口；连续相从所述连续相入口通入，然后并行分配到所述连续相管道中；所述分散相从所述分散相入口通入，然后分配到分散相管道中；每个分散相管道与其对应的每组连续相管道形成至少二个微液滴生成结构，从所述微液滴生成结构生成微液滴，至少二个微液滴生成结构生成的微液滴共同流入一个微液滴分配结构中，微液滴在所述微液滴分配结构进行混合、分装和/或分配，然后流入不同的微液滴出口，并流入不同的微液滴反应管，实现微液滴生成芯片的多指标分析。
在一种实施方式中，所述微液滴生成结构由一个所述分散相管道与二个所述连续相管道组成；或者/和由一个所述分散相管道与一个所述连续相管道组成。
在一种实施方式中，所述微液滴生成结构是流动聚焦微液滴生成结构和/或T型微液滴生成结构。
在一种实施方式中，所述微液滴生成芯片包括述四组连续相管道、四个分散相管道、四个流动聚焦微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口；其中二个微液滴生成结构生成的微液滴进入所述微液滴分配结构，混合后分装成两份，然后每份各自分别进入一个微液滴出口；另二个微液滴生成结构生成的微液滴各自分别直接进入一个微液滴出口。
在一种实施方式中，所述微液滴生成芯片包括述三组连续相管道、三个分散相管道、三个微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口；三个微液滴生成结构生成的微液滴进入所述微液滴分配结构，混合后分装成两份，然后每份各自分别进入一个微液滴出口。
在一种实施方式中，三个微液滴生成结构中两个是流动聚焦微液滴生成结构和一个T型微液滴生成结构；二个分散相管道通过所述T型微液滴生成结构生成微液滴。
在使用这种微液滴生成芯片时，可以在不同的分散相入口加入不同组分的分散相，每一种分散相都在不同的微液滴生成结构处生成微液滴，并通过微液滴分配结构进行混合和/或分装，以不同的组合形式到达一个或多个微液滴出口，分别收集到反应管内。本发明的一种用于多指标分析的微液滴生成芯片可以一次性生成多种不同组分的微液滴并进行灵活的混合、分配和/或分装，从而能够有效地用于多指标生物化学检测和多配方微球制备等应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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它的附图。
图1是本发明的第一种微液滴生成芯片结构示意图；和
图2是本发明的第二种微液滴生成芯片结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合下面结合实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：本发明的第一种微液滴生成芯片
图1为本发明的一种并行微液滴生成芯片的结构示意图，其是一种具有一个连续相入口、四个分散相入口、四个微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口的微液滴生成芯片结构，其中四个微液滴生成结构相同。该芯片包括一个连续相入口101、四个分散相入口111-114、四组连续相管道151-154、四个分散相管道161-164、四个流动聚焦微液滴生成结构121-124、一个微液滴分配结构131和两个微液滴出口141和142。使用时，在连续相入口101加入连续相，在分散相入口111-114分别加入不同组分的分散相，通过流量或压力驱动连续相和分散相分别通过四组连续相管道151-154、四个分散相管道161-164，接着分别在各自的微液滴生成结构121-124处生成微液滴，然后微液滴生成结构122和123生成的微液滴进入微液滴分配结构131，混合后分装成两份，其中一份在微液滴分配结构中与微液滴生成结构121生成的微液滴混合，最后汇合到微液滴出口141流出，被收集到一个反应管中，其中另一份在微液滴分配结构中与微液滴生成结构124生成的微液滴混合，最后汇合到微液滴出口142流出，被收集到另一个反应管中。
当用于多指标数字PCR分析时，分散相入口112和113分别加入阴性对照和阳性对照两种质控反应体系，分散相入口111和114分别加入两种含有不同待测核酸样本的实验反应体系A和B。两种质控反应体系分别通过微液滴生成结构122和123生成微液滴，并进入微液滴分配结构发生混合，然后被分装成两份，其中一份在微液滴分配结构中与微液滴生成结构121生成的微液滴混合，最后汇合到微液滴出口141流出，被收集到一个反应管中，成为含有阳性对照质控体系+阴性对照质控体系+实验反应体系A的多指标数字PCR样本，其中另一份在微液滴分配结构中与微液滴生成结构124生成的微液滴混合，最后汇合到微液滴出口142流出，被收集到另一个反应管中，成为含有阳性对照质控体系+阴性对照质控体系+实验反应体系B的多指标数字PCR样本。在实验过程中，只需分别使用一个微液滴生成结构进行质控反应体系的微液滴生成，即可为两个不同的实验反应体系提供两种质控反应体系，实现了不同组分微液滴的灵活组合和分装。
实施例二：本发明的第二种微液滴生成芯片
图2为本发明的一种并行微液滴生成芯片的结构示意图，其是一种具有一个连续相入口、四个分散相入口、三个微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口的微液滴生成芯片结构，其中三个微液滴生成结构不同。该芯片包括一个连续相入口201、四个分散相入口211-214、三组连续相管道251-253、三个分散相管道261-263、两个流动聚焦微液滴生成结构221-222和一个T型微液滴生成结构223、一个微液滴分配结构231和两个微液滴出口241和242。使用时，在连续相入口201加入连续相，在分散相入口211-214分别加入不同组分的分散相，其中分散相入口213和214加入的分散相在生成微液滴前发生混合，分散相入口211和212加入的分散相和上述混合分散相通过流量或压力驱动连续相和分散相分别通过三组连续相管道251-253、三个分散相管道261-263，接着分别在各自的微液滴生成结构221-223处生成微液滴，然后各微液滴生成结构生成的微液滴进入微液滴分配结构231，混合后分装成两份，分别从微液滴出口241和242流出，被收集到两个不同的反应管中。
当用于多指标数字PCR分析时，分散相入口211和212分别加入阴性对照和阳性对照两种质控反应体系，分散相入口213和214分别加入PCR反应预混液和待测核酸样本，其中反应预混液和待测核酸样本在生成微液滴前发生混合，成为实验反应体系，两种质控反应体系和一种实验反应体系分别通过微液滴生成结构221-223生成微液滴，并进入微液滴分配结构231发生混合。由于反应体系的总体积较大，不适合单个0.2mL反应管盛放，因此混合后的微液滴在微液滴分配结构231中被分装成两份，分别从微液滴出口241和242流出，被收集到两个不同的反应管中，成为两个重复的含有阳性对照质控体系+阴性对照质控体系+实验反应体系的多指标数字PCR样本。在实验过程中，只需分别加入预制的试剂和源于临床样本的待检测核酸，即可通过该微液滴生成芯片进行多指标数字PCR实验，具有便捷的操作和良好的临床应用前景。
应该理解到披露的本发明不仅仅限于描述的特定的方法、方案和物质，因为这些均可变化。还应理解这里所用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式方案的目的，而不是意欲限制本发明的范围，本发明的范围仅受限于所附的权利要求。
本领域的技术人员还将认识到，或者能够确认使用不超过常规实验，在本文中所述的本发明的具体的实施方案的许多等价物。这些等价物也包含在所附的权利要求中。

Claims (6)

1.用于多指标分析的微液滴生成芯片，其特征在于，所述微液滴生成芯片包括至少一个连续相入口、至少二组连续相管道、至少二个分散相入口、至少二个分散相管道、至少二个微液滴生成结构、至少一个微液滴分配结构和至少二个微液滴出口；连续相从所述连续相入口通入，然后并行分配到所述连续相管道中；所述分散相从所述分散相入口通入，然后分配到分散相管道中；每个分散相管道与其对应的每组连续相管道形成至少二个微液滴生成结构，从所述微液滴生成结构生成微液滴，至少二个微液滴生成结构生成的微液滴共同流入一个微液滴分配结构中，微液滴在所述微液滴分配结构进行混合和分装，然后流入不同的微液滴出口，并流入不同的微液滴反应管，实现微液滴生成芯片的多指标分析。
2.根据权利要求1所述的微液滴生成芯片，其特征在于，所述微液滴生成结构由一个所述分散相管道与二个所述连续相管道组成；或者/和由一个所述分散相管道与一个所述连续相管道组成。
3.根据权利要求1所述的微液滴生成芯片，其特征在于，所述微液滴生成结构是流动聚焦微液滴生成结构和/或T型微液滴生成结构。
4.根据权利要求1所述的微液滴生成芯片，其特征在于，所述微液滴生成芯片包括述四组连续相管道、四个分散相管道、四个流动聚焦微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口；其中二个微液滴生成结构生成的微液滴进入所述微液滴分配结构，混合后分装成两份，然后每份各自分别进入一个微液滴出口；另二个微液滴生成结构生成的微液滴各自分别直接进入一个微液滴出口。
5.根据权利要求1所述的微液滴生成芯片，其特征在于，所述微液滴生成芯片包括述三组连续相管道、三个分散相管道、三个微液滴生成结构、一个微液滴分配结构和两个微液滴出口；三个微液滴生成结构生成的微液滴进入所述微液滴分配结构，混合后分装成两份，然后每份各自分别进入一个微液滴出口。
6.根据权利要求5所述的微液滴生成芯片，其特征在于，三个微液滴生成结构中两个是流动聚焦微液滴生成结构和一个T型微液滴生成结构；二个分散相管道通过所述T型微液滴生成结构生成微液滴。
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