CN109825426A - 一体式液滴微流控芯片结构及制备方法、微流控芯片组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一体式液滴微流控芯片结构，将微滴生成、扩增和检测功能模块全部集成在同一个微流控芯片上，实现液滴生成到荧光检测的全过程封闭。本发明还涉及一体式液滴微流控芯片结构制备方法、微流控芯片组件。兼容正压或者负压驱动方式，压力响应时间短，可以实现液滴的快速生成，大大减少样品准备的时间。本发明无需要预先填充液滴生成油，操作简便，便于在数字PCR技术领域推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及PCR技术领域，尤其涉及一体式液滴微流控芯片结构及制备方法、微流控芯片组件。
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)可以实现DNA序列的体外扩增，是目前核酸检测的主要方法，也是生命科学研究和临床分子诊断领域的重要支撑技术，极大推动了生命科学等领域的快速发展。目前，PCR技术已经发展到第三代--数字PCR(Digital PCR,dPCR)，基本原理是将样品分配到大量反应单元中，每个单元包含一个或多个拷贝的目标分子(DNA模板)，对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对反应单元的荧光信号进行统计学分析，概括起来就是对目标分子进行“分而治之”。不同于传统PCR技术，数字PCR技术无需标准曲线和参照，对影响PCR反应效率的抑制物不敏感，是一种核酸分子绝对定量技术。数字PCR技术具有高灵敏度、高特异性和精确定量等优点，在极微量核酸样本检测、复杂背景下稀有突变检测、表达量微小差异鉴定和拷贝数变异检测等方面得到了广泛应用。
根据样品划分方式进行分类，数字PCR技术平台主要包括三类：大规模集成微流控芯片、微腔式和微滴式的数字PCR系统。其中大规模集成微流控芯片和微腔式数字PCR技术平台如Fluidigm公司的Bio-MarkTM HD系统和Life Technologies公司的QuantStudioTM 3D系统，工作流程繁琐，芯片制作过程复杂，对制作工艺要求较高，增加了检测成本；样品通量低，并且受制作工艺水平等因素的限制，动态范围等性能的提升空间有限，这大大限制了其应用范围。而微滴式数字PCR技术平台如Bio-Rad公司的QX200TM系统和RainDance公司的RaindropTM系统，采用两相流技术将样品分散在大量的液滴中，液滴数量及大小精确可控，可以根据实际需要选择合适的样品通量，应用范围更广。但是，上述微滴式数字PCR系统的样品划分、扩增和检测三个功能结构仍然相互独立，集成化和自动化程度不高。由于功能结构相互独立，移液过程中易造成液滴融合、破碎以及交叉污染等问题，在应用方面会有一定的局限性。因此，需要进一步提高数字PCR的集成化和自动程度，以便在临床检测中发挥更大的技术优势。
2015年，彭年才等人提出一种立体式液滴数字PCR芯片，利用浮力作用可以有效排除液滴收集腔内的气泡。但由于腔体竖直放置，液滴受浮力作用，容易积聚在腔体顶部，相互之间造成挤压，不易铺成单层且在扩增过程中液滴容易融合。2016年，FriedrichSchuler等人采用离心微流控技术，将数字PCR的液滴生成、扩增和检测功能结构集成在同一个芯片上。该方法通过改变液滴收集腔室内的高度，使气泡分布在腔体边缘，并没有彻底排除气泡；而在PCR扩增过程中，气泡容易导致液滴发生融合。2017年，景奉香等人制作玻璃基液滴收集腔，操作流程繁琐，不能实现液滴生成和收集结构的有效集成，也容易形成气泡。
2016年，法国Stilla Technologies公司推出NaicaTMCrystal系统，这是目前唯一商业化的一体式液滴数字PCR系统，实现了全封闭集成化设计，减少了人工操作，无交叉污染。但由于其液滴生成方式独特，使得该系统的加压及卸压时间大于30min，大大增加了PCR检测的整体时间，降低了检测效率；该系统的芯片需要预先填充液滴生成油，这对芯片的操作提出了较高要求，增加了操作难度；此外，芯片结构设计的固有特点使得液滴的体积不可调控，样品的检测通量受到限制，提升空间有限。
针对现有数字PCR存在的问题，需要开发集成度高、自动化程度高的新型一体式液滴微流控芯片，实现样品的快速、方便和高通量检测。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出的一种一体式液滴微流控芯片结构。本发明将微滴生成、扩增和检测功能模块全部集成在同一个微流控芯片上，实现液滴生成到荧光检测的全过程封闭。通过改变压力驱动模式，可以精确调控液滴的体积；根据样品总体积和实际需求，可以调控样品通量。提出一种新型的液滴收集腔结构，可以精确控制液体流动的前缘，便于排出气体，有效防止产生气泡；同时，利用树形通道和圆柱结构，可以实现液滴的均匀、单层平铺。通过并行设计多通道的结构，可以提高系统的检测通量。分散相样品和连续相油在压力驱动与微流道结构的作用下快速生成微液滴，生成的液滴直接流入与之相连的液滴收集腔内，而不需要进行移液等操作。液滴均匀、单层平铺在收集腔内，对液滴收集腔加热，可以进行PCR扩增及荧光检测。该芯片对外围的控制部件要求低，减少人工操作步骤，降低了操作难度，避免液滴损失和交叉污染等问题，在保证检测精度的同时大大提高了检测效率。采用PP、PC、COP、COC耐高温硬质聚合物作为芯片基材，以满足PCR反应的温度要求。采用热压成型技术制作液滴微流控芯片，利用热压键合方法实现芯片的封装键合。
本发明提供一体式液滴微流控芯片结构，包括由硬质聚合物制成的流道层、盖板；所述流道层端面嵌入式的设有液滴生成结构、液滴分散结构、液滴收集结构；所述盖板覆盖于所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构上，以使得盖板侧的所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构隔离外界环境；其中，
所述液滴生成结构与所述盖板形成用于生成液滴的微流道；所述液滴分散结构与所述盖板形成用于分散液滴的微流道；所述液滴收集结构与所述盖板形成用于收集液滴的微流道；所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构的微流道依次连通；
通过压力作用，液滴从液滴生成结构的微流道生成后，经液滴分散结构的微流道进行分散流至所述液滴收集结构，以使得液滴收集结构的微流道内存储单层的液滴。
优选地，所述液滴分散结构为多叉树型结构。
优选地，所述液滴分散结构的微流道的通道高度为HF1，所述液滴生成结构的微流道末端的通道高度为HS，其中，HS≤HF1。
优选地，所述液滴分散结构的微流道末端的通道高度为HF2，所述液滴收集结构的微流道的通道高度为HC，其中，HF2<HC。
优选地，所述液滴收集结构为扁平型通道，所述液滴收集结构的微流道的通道高度为HC，液滴直径d，则d<HC<2d。
优选地，所述液滴收集结构的微通道侧壁设有引导结构，用于引导所述液滴收集结构内的液滴向末端流动。
优选地，所述液滴收集结构的微通道中设置有柱状结构，用于支撑盖板和/或阻挡液滴流动。
优选地，远离液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡大于靠近液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡。
一体式液滴微流控芯片结构制备方法，包括以下步骤：
模具制作，利用紫外光刻和深硅刻蚀工艺在硅片表面刻蚀出流道结构，并进行表面改性，作为热压模具；
热压成型，将硬质聚合物塑料板与热压模具贴合在一起，加热到聚合物软化点以后施加压力并保持一定时间，降温后将塑料板从模具表面取下，完成流道层结构成形；
芯片键合，将热压成型的流道层与盖板贴合在一起，利用热压键合工艺密封芯片，得到一体式液滴微流控芯片结构；
表面改性，利用液相改性法对密闭通道进行疏水处理，使用硅烷试剂对键合好的微流控芯片结构进行疏水处理。
微流控芯片组件，包括：一体式液滴微流控芯片结构、油腔、样品腔、废液腔；所述油腔与所述样品腔连通液滴生成结构，所述废液腔连通液滴收集结构；所述油腔用于加载液态油，所述样品腔用于加载样品，所述废液腔用于收集废液。
优选地，所述废液腔连接正压或负压驱动装置。
优选地，若干所述一体式液滴微流控芯片结构共用一所述废液腔。
优选地，若干所述一体式液滴微流控芯片结构关于所述废液腔中心轴线旋转对称。
优选地，若干所述一体式液滴微流控芯片结构关于所述废液腔中心轴线镜像对称
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)芯片集成度和自动化程度高。
不同于传统的数字PCR技术，本发明将液滴生成、扩增和检测功能结构全部集成在同一个微流控芯片上，实现液滴生成到荧光检测的全过程封闭，无需移液等操作，减少了人工操作步骤，避免样品损失和产生交叉污染等问题，可以提高检测精度。兼容正压或者负压驱动方式，压力响应时间短，可以实现液滴的快速生成，大大减少样品准备的时间。通过改变压力驱动模式，可以精确调控液滴的体积；同时，可以调控样品通量，以满足多种应用需求。对外围控制部件的要求低，减少人工操作步骤，降低操作难度；可以根据样品实际检测通量要求，对一体式液滴微流控芯片进行集成，并且兼容现有排枪移液器等加样设备，大大提高样品检测通量和操作多样性。
(2)液滴单层均匀排列，提高液滴填充率。
液滴在收集结构内排列稀疏会增大芯片的尺寸，降低检测效率；液滴容易流动，难以实现在PCR扩增过程中进行原位实时检测；液滴排列过于密集会使液滴产生重叠和挤压，在扩增过程中容易融合或破碎，最终影响检测结果。因此，在保证液滴单层平铺的前提下，应该尽可能提高液滴的填充率，实现液滴均匀排列。
本发明采用液滴分散结构，使液滴从多个通道进入液滴收集结构中，在横向均匀排列开。在收集结构入口处形成台阶结构，有效防止液滴回流。液滴收集结构为宽、薄扁平型结构，在满足液滴流动特性要求的前提下，通过调整收集结构腔室的高度，使液滴能够单层平铺。收集结构内设置有交错排列的柱状结构，用于支撑盖板，防止腔体塌陷；柱状结构对液滴的流动有一定阻挡作用，降低液滴的流动速度，提高液滴的填充率；柱状结构的壁面对液滴有一定的黏附力，将液滴吸附在柱状结构附近，使液滴充分分散的同时，提高液滴的填充率。
(3)大大降低气泡生成。
液体在宽、薄扁平型腔室内流动时，在表面张力以及壁粘附力的作用下，两侧的流速会快于中间的流速，容易形成气泡。而气泡在PCR扩增过程中会不断膨胀收缩，影响液滴排列并造成液滴融合和破碎，对液滴扩增和荧光检测产生影响。
本发明在收集腔室两侧设置引导结构，通过引导结构减缓腔室两侧液体的流速，进而精确调控液体流动的前缘，使气液分界面保持水平，避免产生气泡。同时可根据液体前缘需要调整引导结构的形状和尺寸。将收集结构设计为细长状，通过减小收集结构腔室的宽度，也降低气泡产生的可能性。本发明无需预先填充液滴生成油，操作简单、方便。
(4)芯片材料与制作方法
目前实验室多采用硅橡胶PDMS和玻璃制作微流控芯片；其中，PDMS价格便宜、生物兼容性好且易于成型，便于进行原理验证。但PDMS材料强度较差，压力驱动时收集结构易发生变形；PDMS为多孔材料，对油相有很强的吸收能力，在扩增过程中容易产生气泡；此外，PDMS芯片不适合量产。采用玻璃制作芯片，加工成本高，不便于实现批量生产。本发明使用PP、PC、COP、COC等耐高温硬质聚合材料作为芯片基材，可靠性更高，满足批量生产需求。同时本发明兼容胶带密封和热压键合密封等多种封装键合方式。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明在一实施例中的单通道微流控芯片组件分解结构示意图；
图2为本发明在一实施例中单通道微流控芯片组件的流道层结构示意图；
图3为本发明在一实施例中液滴分散结构与液滴收集结构局部结构示意图；
图4为本发明在一实施例中液滴收集结构局部结构示意图；
图5为本发明在一实施例中的中心对称八通道微流控芯片组件结构示意图；
图6为本发明在一实施例中的中心对称八通道微流控芯片组件的流道层结构示意图；
图7为本发明在一实施例中的八通道微流控芯片组件结构示意图；
图8为本发明在一实施例中的八通道微流控芯片组件的流道层结构示意图；
图9为本发明在一实施例中的镜像对称十六通道微流控芯片组件结构示意图；
图10为本发明在一实施例中的镜像对称十六通道微流控芯片组件的流道层结构示意图；
图11是PCR扩增后的单层液滴阵列在明场的液滴阵列成像图；
图12是PCR扩增后的单层液滴阵列在荧光视场下的液滴阵列成像图。
图中标号：
单通道微流控芯片组件100、中心对称八通道微流控芯片组件200、八通道微流控芯片组件300、镜像对称十六通道微流控芯片组件400、流道层2、盖板3、液滴生成结构4、液滴分散结构5、液滴收集结构6、油腔10、油孔101、样品腔11、样品孔111、废液腔12、废液孔121、台阶结构13、引导结构14、柱状结构15。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一体式液滴微流控芯片结构，如图1、图2所示，包括由硬质聚合物制成的流道层2、盖板3；流道层2端面嵌入式的设有液滴生成结构4、液滴分散结构5、液滴收集结构6；盖板3覆盖于液滴生成结构4、液滴分散结构5、液滴收集结构6上，以使得盖板3侧的液滴生成结构4、液滴分散结构5、液滴收集结构6隔离外界环境；液滴生成结构、液滴分散结构、液滴收集结构的微流道依次连通；通过压力作用，液滴从液滴生成结构的微流道生成后，经液滴分散结构的微流道进行分散流至液滴收集结构，以使得液滴收集结构的微流道内存储单层的液滴。
其中，一体式液滴微流控芯片结构制备方法，包括以下步骤：
模具制作，利用紫外光刻和深硅刻蚀工艺在硅片表面刻蚀出流道结构，并进行表面改性，作为热压模具；
热压成型，将硬质聚合物塑料板与热压模具贴合在一起，加热到聚合物软化点以后施加压力并保持一定时间，降温后将塑料板从模具表面取下，完成流道层结构成形；
芯片键合，将热压成型的流道层与盖板贴合在一起，利用热压键合工艺密封芯片，得到微流控芯片结构；
表面改性，利用液相改性法对密闭通道进行疏水处理，使用硅烷试剂对键合好的微流控芯片结构进行疏水处理。
目前实验室多采用硅橡胶PDMS或玻璃制作微流控芯片。其中，PDMS价格便宜、生物兼容性好且易于成型，便于进行原理验证；但PDMS材料强度较差，压力驱动时收集模块易发生变形；PDMS为多孔材料，对油相有很强的吸收能力，在扩增过程中容易产生气泡；此外，PDMS芯片不适合量产。采用玻璃制作芯片，加工成本高，不便于实现批量生产。在一实施例中，流道层2为耐高温硬质聚合物材料，包括但不限于PP、PC、COP、COC聚合物，厚度为0.5-5mm，优选1-2mm。盖板3用于密封流道层2，盖板3为透明聚合物薄膜，包括但不限于PP、PC、COP、COC等聚合物薄膜；盖板3也可为是单面胶带，胶带基底为PET(聚酯)，胶层为硅胶。其中，盖板3的厚度为0.03-0.5mm，优选0.05-0.2mm，在满足芯片平整度以及强度要求的前提下，减小盖板3的厚度可以提高热传导效率，缩短PCR反应时间。
结合图1、图2所示，液滴生成结构4与盖板3形成用于生成液滴的微流道；在一实施例中，液滴生成结构4的微流道包括至少一个油路通道、一个样品通道，在压力驱动下，样品通道内的分散相样品被油路通道的连续相油剪切后形成液滴，应当理解，液滴形成原理为现有技术，在此不再赘述。在本实施中，剪切结构可以是流动聚焦结构或T型结构。分散相样品和连续相油在压力驱动下流经剪切结构，在剪切力与表面张力的作用下形成大小均一的液滴。
液滴分散结构5与盖板3形成用于分散液滴的微流道；在一实施例中，液滴分散结构5为树形通道，用于连接液滴生成结构4和液滴收集结构6；在一实施例中，如图3所示，液滴分散结构5为二叉树型结构；将单个液滴通道扩展为多通道结构，通道数为2N，液滴收集结构6入口宽度为W，液滴分散结构5末端多通道结构中单元通道的宽度为Wd，通道数2N和W、Wd的关系为：2NWd≤2W。液滴从多个入口流入液滴收集结构6，在横向稀释液滴，使液滴排列更加整齐，防止液滴挤压。
在一优选实施例中，液滴分散结构的微流道的通道高度为HF1，液滴生成结构的微流道末端的通道高度为HS，其中，HS≤HF1。液滴分散结构的微流道末端的通道高度为HF2，液滴收集结构的微流道的通道高度为HC，其中，HF2<HC。例如，树形通道的高度为Hd，液滴生成结构4末端通道的高度为H，液滴收集结构6腔室的高度为Hc，三者之间的关系为：H≤Hd<Hc。树形通道的高度小于液滴收集结构6腔室的高度，在液滴收集结构6腔室入口处形成一个向上的台阶结构13，液滴进入液滴收集结构6后受浮力作用向上浮动，防止液滴回流。
如图3、图4所示，液滴收集结构6与盖板3形成用于收集液滴的微流道；在一实施例中，液滴收集结构6用于储存和检测液滴，为便于对液滴进行荧光成像检测，在液滴进入液滴收集结构6后，需要将液滴平铺为单层；液滴收集结构6腔室的高度Hc与液滴直径d之间的关系为：d<Hc<2d，在保证液滴单层平铺的同时，避免出现因液滴挤压而造成流动不顺以及液滴融合。
液体在宽、薄扁平型腔室内流动时，在表面张力以及壁粘附力的作用下，两侧的流速会快于中间的流速，容易形成气泡。而气泡在PCR扩增过程中会不断膨胀收缩，影响液滴排列并造成液滴融合和破碎，对液滴扩增和荧光检测产生影响。在一优选实施例中，由于液滴数量很多，将液滴平铺为单层需要占用很大的面积，液滴收集结构6的腔室采用宽、薄的扁平型结构，液体在扁平型腔室内流动时，在表面张力以及壁粘附力的作用下，两侧的流速会快于中间的流速，容易产生气泡，会对PCR反应和荧光检测产生重要的影响。在腔室两侧设置引导结构14，通过引导结构14减缓腔室两侧液体的流速，进而调控液体流动的前缘，使气液分界面保持水平，避免产生气泡。
如图4所示，引导结构14的长度方向垂直于液体流动方向，引导结构14的形状和尺寸根据液体前缘需要进行调整；引导结构14包括矩形齿结构、梯形齿结构、三角形齿结构、波浪形齿结构、圆弧形齿结构、椭圆弧齿结构。例如，图4所示为矩形齿结构，其中，矩形齿长度L与液滴直径d的关系为：0.5d<L<d，矩形宽度B与液滴直径d的关系为：0.5d<B<2d，相邻矩形结构的间距X与液滴直径d的关系为：0.4d<X<0.8d。
将液滴收集结构6设计为长条形结构，尽量减小腔室的横向宽度，也减少气泡的产生，并便于排除气泡。在一优选实施例中，如图3、图4所示，液滴收集结构6腔室内分布有柱状结构15，柱状结构15，可用于支撑盖板，防止腔体塌陷；同时柱状结构15交错排列，对液滴的流动有一定阻挡作用，降低液滴的流动速度，使液滴排列更为紧密；同时，柱状结构15壁面对液滴有一定的黏附力，使液滴能够进一步分散开。
液滴在收集模块内排列稀疏会增大芯片的尺寸，降低检测效率；液滴容易流动，难以实现在PCR扩增过程中进行原位实时检测；液滴排列过于密集会使液滴产生重叠和挤压，在扩增过程中容易融合或破碎，最终影响检测结果。因此，在保证液滴单层平铺的前提下，应该尽可能提高液滴的填充率，实现液滴均匀排列。在一实施例中，柱状结构15采用矩形排列或者六角排列，柱状结构15包括圆柱、方柱、椭圆柱、三角柱，优选地，柱状结构15采用圆柱；液滴可吸附围绕在圆柱外壁周围，圆柱的直径D为0.1-2mm，优选0.2-1mm；相邻圆柱的间距T与液滴直径d的关系为：T≤20d。在柱状结构15面积不变并满足盖板3支撑强度要求的前提下，减小柱状结构15的直径D，对液滴流动的减速效果更好，更利于液滴分散排列，提高液滴的填充率。如图4所示，液滴收集结构6的尾部设有出口通道，与废液腔12相连，用于排气和收集废液。液滴单层平铺的总面积为Sd，柱状结构15阵列的总面积为Sl，液滴收集结构6的面积为Sc，三者之间的关系为：4Sd/3<Sc-Sl。为防止液滴过快到达液滴收集结构6末端，远离液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡大于靠近液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡；其中，在一实施例中，可通过在柱状结构15相同直径的情况下，靠近液滴分散结构5的若干柱状结构15之间的间距大于远离液滴分散结构5的若干柱状结构15之间的间距，使得液滴收集结构6末端的柱状结构15相对密集，进一步提高液滴的填充率；在另一实施例中，还可通过在若干柱状结构15之间的间距相同的情况下，增大远离液滴分散结构5的若干柱状结构15的直径，以增强柱状结构15的阻碍面积从而增强阻碍作用，防止液滴过快到达液滴收集结构6末端；特殊地，还可同时采用上述两种方式，以达到更佳的防止液滴过快到达液滴收集结构6末端的效果。
在生成完液滴以后，需要对芯片结构进行密封，才能进行PCR扩增。样品和油在PCR扩增过程中容易挥发，需要密封油腔10、样品腔11和废液腔12。采用固封或者液封方式密封液滴微流控芯片，在固封方式中，例如采用塑料盖或者塑料塞密封储液池，也可以用胶带密封储液池；在液封方式中，在储液池中加入与油相互不相容且不易挥发的液体，同时该液体低密度、耐高温惰性液体且不与油相反应，例如，液体石蜡等惰性液体。
微流控芯片组件，如图1-10所示，包括：一体式液滴微流控芯片结构、油腔10、样品腔11、废液腔12；如图2所示，油腔10与液滴生成结构4通过油孔101连通，样品腔11与液滴生成结构4通过样品孔111连通，废液腔12与液滴收集结构6通过废液孔121连通；油腔10用于加载液态油，样品腔11用于加载样品，废液腔12用于收集废液。如图11、图12所示，为PCR扩增后的单层液滴阵列在明场与荧光视场下的观测结果，可以看出液滴均匀单层平铺在液滴收集模块中，PCR扩增后可以明显区分开阴性和阳性液滴。
不同于传统的数字PCR技术，本发明将液滴生成、扩增和检测功能模块全部集成在同一个微流控芯片组件上，实现液滴生成到荧光检测的全过程封闭，无需移液等操作，减少了人工操作步骤，避免样品损失和产生交叉污染等问题，可以提高检测精度。兼容正压或者负压驱动方式，压力响应时间短，可以实现液滴的快速生成，大大减少样品准备的时间；通过改变压力驱动模式，可以精确调控液滴的体积；同时，可以调控样品通量，以满足多种应用需求；对外围控制部件的要求低，减少人工操作步骤，降低操作难度。可以根据样品实际检测通量要求，对一体式液滴微流控芯片进行集成，并且兼容现有排枪移液器等加样设备，大大提高样品检测通量和操作多样性。
在一实施例中，微流控芯片组件兼容正压驱动方式或负压驱动方式，采用正压驱动方式时通过控制样品相和水相的流速，可以调节液滴的体积；而采用负压驱动方式，对外围设备的要求低，操作简单，压力响应时间短，液体流动更加稳定，液滴的一致性更好。
在实际应用中，需要提高样品的检测通量，因此需要对一体式液滴微流控芯片进行集成，实现多个样品并行生成液滴；在一优选实施例中，若干一体式液滴微流控芯片结构共用一废液腔，若干一体式液滴微流控芯片结构关于废液腔中心轴线旋转对称或镜像对称。
如图1-4，为单通道微流控芯片组件100，其结构已详细描述，在此不再赘述。
如图5-6，为中心对称八通道微流控芯片组件200，八个通道共用同一个废液腔12，仅需在废液腔12处施加负压，八个通道便可同时生成液滴，提高样品检测通量；应当理解，中心对称微流控芯片组件也可实现双通道或四通道结构集成。
如图7-8，为八通道微流控芯片组件300，可以使用排枪并行加样，实现液滴并行生成；也可以根据实际需要选择使用单个或多个通道。应当理解，并行液滴微流控芯片也可以是双通道、四通道或六通道结构。
如图9-10，为镜像对称十六通道微流控芯片组件400，通过八通道微流控芯片组件300进行镜像对称，并共用废液腔12，可以进一步增加样品的检测通量。应当理解，镜像对称也可以是双通道、四通道、六通道、八通道结构。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一体式液滴微流控芯片结构，其特征在于：包括由硬质聚合物制成的流道层、盖板；所述流道层端面嵌入式的设有液滴生成结构、液滴分散结构、液滴收集结构；所述盖板覆盖于所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构上，以使得盖板侧的所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构隔离外界环境；其中，
所述液滴生成结构与所述盖板形成用于生成液滴的微流道；所述液滴分散结构与所述盖板形成用于分散液滴的微流道；所述液滴收集结构与所述盖板形成用于收集液滴的微流道；所述液滴生成结构、所述液滴分散结构、所述液滴收集结构的微流道依次连通；
通过压力作用，液滴从液滴生成结构的微流道生成后，经液滴分散结构的微流道进行分散流至所述液滴收集结构，以使得液滴收集结构的微流道内存储单层的液滴。
2.如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构，其特征在于：所述液滴分散结构的微流道的通道高度为HF1，所述液滴生成结构的微流道末端的通道高度为HS，其中，HS≤HF1；所述液滴分散结构的微流道末端的通道高度为HF2，所述液滴收集结构的微流道的通道高度为HC，其中，HF2<HC。
3.如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构，其特征在于：所述液滴收集结构为扁平型通道，所述液滴收集结构的微流道的通道高度为HC，液滴直径d，则d<HC<2d。
4.如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构，其特征在于：所述液滴收集结构的微通道侧壁设有引导结构，用于引导所述液滴收集结构内的液滴向末端流动。
5.如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构，其特征在于：所述液滴收集结构的微通道中设置有柱状结构，用于阻挡液滴流动；远离液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡大于靠近液滴分散结构的若干所述柱状结构的阻挡。
6.一体式液滴微流控芯片结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
模具制作，利用紫外光刻和深硅刻蚀工艺在硅片表面刻蚀出流道结构，并进行表面改性，作为热压模具；
热压成型，将硬质聚合物塑料板与热压模具贴合在一起，加热到聚合物软化点以后施加压力并保持一定时间，降温后将塑料板从模具表面取下，完成流道层结构成形；
芯片键合，将热压成型的流道层与盖板贴合在一起，利用热压键合工艺密封芯片，得到如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构；
表面改性，利用液相改性法对密闭通道进行疏水处理，使用硅烷试剂对键合好的一体式液滴微流控芯片结构进行疏水处理。
7.微流控芯片组件，其特征在于，包括：如权利要求1所述的一体式液滴微流控芯片结构、油腔、样品腔、废液腔；所述油腔与所述样品腔连通液滴生成结构，所述废液腔连通液滴收集结构；所述油腔用于加载液态油，所述样品腔用于加载样品，所述废液腔用于收集废液。
8.如权利要求7所述的微流控芯片组件，其特征在于：所述废液腔连接正压或负压驱动装置。
9.如权利要求7所述的微流控芯片组件，其特征在于：若干所述一体式液滴微流控芯片结构共用一所述废液腔。
10.如权利要求7-9任一项所述的微流控芯片组件，其特征在于：若干所述一体式液滴微流控芯片结构关于所述废液腔中心轴线旋转对称或镜像对称。
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