CN114713306A - 一种多相微流控液滴制备装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多相微流控液滴制备装置及制备方法，装置包括多个注射泵、液滴生成组件、固定组件以及液滴流通管道，液滴生成组件由多个液滴生成管道组合而成，注射泵与液滴生成管道的入液口连接，注射泵用于向液滴生成管道内注入样本试剂，各液滴生成管道的出液口均与液滴流通管道的入液口连接，固定组件用于将液滴生成管道固定在液滴流通管道的入液口处。本发明结构简单，无需复杂的加工工艺和昂贵的设备，可快速生成大量多相微流控液滴，保证多相微流控液滴稳定性的同时缩短了液滴制备时间，提高了生产效率。本发明可广泛应用于微流控液滴制备技术领域。

Description

一种多相微流控液滴制备装置及制备方法
技术领域
本发明涉及微流控液滴制备技术领域，尤其涉及一种多相微流控液滴制备装置及制备方法。
背景技术
聚合酶链反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加，随着科技的发展，PCR技术越来越多地被运用到考古、刑侦及其他生物科学技术领域。
数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术。基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。最终根据泊松分布原理以及阳性微滴的比例，分析软件可计算给出待检靶分子的浓度或拷贝数。数字PCR技术摆脱了对标准曲线的依赖，具有更高灵敏度和准确度，在基因突变检测、拷贝数变异检测、微生物检测、转基因食品检测以及下一代测序等方面均得到广泛应用。
微滴式数字PCR主要是将两种互不相溶的液体，以其中一种作为连续相(油)，另一种作为分散相(水)，在水/油两相表面张力和剪切共同作用下分散相以微小体积单元的形式存在于连续相中，从而形成液滴。这种液滴式的反应腔室具有体积小、样品间无扩散等优势。在微滴式数字PCR中，利用微滴发生器可以一次生成数万乃至百万个纳升甚至皮升级别的单个油包水微滴，作为数字PCR的样品分散载体。
目前微流控液滴的制备，一种是采用微滴发生器的方式，利用油相对水相的剪切作用实现将试剂分散生成微型液滴；另一种是采用微阵列芯片的方式，通过芯片设计将纳升液体封闭在高通量的微池中得到微小液滴。第一种制备方式只能简单形成两相液滴并且液滴的稳定性较差、生成速度较慢；第二种制备方式的加工工艺复杂、设备造价昂贵。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种低成本、高效率的多相微流控液滴制备装置及制备方法。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种多相微流控液滴制备装置，包括多个注射泵、液滴生成组件、固定组件以及液滴流通管道，所述液滴生成组件由多个液滴生成管道组合而成，所述注射泵与所述液滴生成管道的入液口连接，所述注射泵用于向所述液滴生成管道内注入样本试剂，各所述液滴生成管道的出液口均与所述液滴流通管道的入液口连接，所述固定组件用于将所述液滴生成管道固定在所述液滴流通管道的入液口处。
进一步，所述液滴生成组件的轴心线与所述液滴流通管道的轴心线重合。
进一步，所述液滴生成管道包括第一管道和多个第二管道，所述第一管道的轴心线与所述液滴流通管道的轴心线重合，多个所述第二管道均匀设置在所述第一管道周围。
进一步，各所述液滴生成管道的出液口平行排布。
进一步，各所述液滴生成管道的出液口交错排布。
进一步，所述液滴生成管道为PEEK管、PVC管、PP管以及PTFE管中的一种。
进一步，所述固定组件为铁氟龙管道，所述铁氟龙管道套设在所述液滴生成组件的外侧。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种多相微流控液滴制备方法，应用于前面所述的多相微流控液滴制备装置，包括以下步骤：
通过各所述注射泵分别向各所述液滴生成管道中注入预设的多个样本试剂；
通过所述液滴生成管道将所述样本试剂输送到所述液滴流通管道的入液口处，形成多相微流控液滴；
通过所述液滴流通管道输出所述多相微流控液滴。
本发明的有益效果是：本发明一种多相微流控液滴制备装置及制备方法，通过多个注射泵分别向各液滴生成管道中注入多个不同的样本试剂，通过液滴生成管道将样本试剂输送到液滴流通管道的入液口处，形成多相微流控液滴，通过液滴流通管道输出多相微流控液滴。本发明结构简单，无需复杂的加工工艺和昂贵的设备，可快速生成大量多相微流控液滴，保证多相微流控液滴稳定性的同时缩短了液滴制备时间，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种多相微流控液滴制备装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的液滴流通管道的入液口处的截面示意图；
图3为本发明实施例提供的液滴流通管道的入液口处的剖视图；
图4为本发明实施例提供的多相微流控液滴制备方法的步骤流程图。
附图标记：
10、注射泵；20、液滴生成管道；21、第一管道；22、第二管道；30、固定组件；40、液滴流通管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。
参照图1，本发明实施例提供了一种多相微流控液滴制备装置，包括多个注射泵10、液滴生成组件、固定组件30以及液滴流通管道40，液滴生成组件由多个液滴生成管道20组合而成，注射泵10与液滴生成管道20的入液口连接，注射泵10用于向液滴生成管道20内注入样本试剂，各液滴生成管道20的出液口均与液滴流通管道40的入液口连接，固定组件30用于将液滴生成管道20固定在液滴流通管道40的入液口处。
本发明实施例通过多个注射泵10分别向各液滴生成管道20中注入多个不同的样本试剂，通过液滴生成管道20将样本试剂输送到液滴流通管道40的入液口处，形成多相微流控液滴，通过液滴流通管道40输出多相微流控液滴。本发明实施例结构简单，无需复杂的加工工艺和昂贵的设备，可快速生成大量多相微流控液滴，保证多相微流控液滴稳定性的同时缩短了液滴制备时间，提高了生产效率。
可以理解的是，样本试剂可以是单细胞测序用于DNA/RNA扩增的试剂，试剂里主要包含的都是遗传信息物质。
进一步作为可选的实施方式，液滴生成组件的轴心线与液滴流通管道40的轴心线重合。
具体地，本发明实施例采用多根液滴生成管道20组合与液滴流通管道40形成同心轴的效果，利用不同液滴生成管道20输送互不相容的样本试剂，从而形成多相微流控液滴。液滴生成管道20有2根则形成两相液滴，有3根则形成3相液滴，有n根管道则可以形成n相液滴。
参照图2，进一步作为可选的实施方式，液滴生成管道20包括第一管道21和多个第二管道22，第一管道21的轴心线与液滴流通管道40的轴心线重合，多个第二管道22均匀设置在第一管道21周围。
具体地，图2(a)、图2(b)、图2(c)分别示出了三种不同布设方式的液滴生成管道20在液滴流通管道40的入液口处的截面示意图，其中图2(a)示出了相同管径的第一管道21和两个第二管道22的排布，图2(b)示出了大管径的第一管道21和四个小管径的第二管道22的排布，图2(c)示出了小管径的第一管道21和四个大管径的第二管道22的排布。可以理解的是，第一管道21的轴心线与液滴流通管道40的轴心线重合，而第二管道22则均匀设置在第一管道21周围，这样可以使得形成的多相微流控液滴稳定性更好。
进一步作为可选的实施方式，各液滴生成管道20的出液口平行排布。
参照图3，进一步作为可选的实施方式，各液滴生成管道20的出液口交错排布。
具体地，各个液滴生成管道20的出液口前端可以保持互相平行，也可以互相交错，但要保证组合管道中心处于与液滴流通管道40同心轴的位置。图3示出了一种交错排布的液滴生成管道20在液滴流通管道40的入液口处的剖视图，可以理解的是，在其他实施例中，具体排列方式可以根据实际生产需求进行设置。
进一步作为可选的实施方式，液滴生成管道20为PEEK管、PVC管、PP管以及PTFE管中的一种。
具体地，液滴生成管道20可以采用预设管径(如0.05mm*0.10mm)的PEEK管、PVC管、PP管或PTFE管，也可以采用其他材质的管道。
进一步作为可选的实施方式，固定组件30为铁氟龙管道，铁氟龙管道套设在液滴生成组件的外侧。
具体地，固定组件30用于将多根液滴生成管道20固定连接在液滴流通管道40的同心轴位置，固定组件30也可采用管道结构，如针头、铁氟龙管道等不同材料的管道，通过将固定组件30套设在液滴生成组件的外侧达到固定的作用。
在一些可选的实施例中，液滴流通管道40可以采用不同管径的铁氟龙管道、PVC管、PP管或石英管等不同材质的管道，具体管径可根据液滴生成管道20的数量、管径和排列方式确定。
以上是对本发明实施例的系统结构进行了说明，下面对本发明实施例的多相微流控液滴制备方法进行说明。
参照图4，本发明实施例提供了一种多相微流控液滴制备方法，应用于上述多相微流控液滴制备装置，包括以下步骤：
S101、通过各注射泵10分别向各液滴生成管道20中注入预设的多个样本试剂；
S102、通过液滴生成管道20将样本试剂输送到液滴流通管道40的入液口处，形成多相微流控液滴；
S103、通过液滴流通管道40输出多相微流控液滴。
具体地，本发明实施例通过多个注射泵分别向各液滴生成管道中注入多个不同的样本试剂，通过液滴生成管道将样本试剂输送到液滴流通管道的入液口处，形成多相微流控液滴，通过液滴流通管道输出多相微流控液滴，无需复杂的加工工艺和昂贵的设备，可快速生成大量多相微流控液滴，保证多相微流控液滴稳定性的同时缩短了液滴制备时间，提高了生产效率。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：包括多个注射泵、液滴生成组件、固定组件以及液滴流通管道，所述液滴生成组件由多个液滴生成管道组合而成，所述注射泵与所述液滴生成管道的入液口连接，所述注射泵用于向所述液滴生成管道内注入样本试剂，各所述液滴生成管道的出液口均与所述液滴流通管道的入液口连接，所述固定组件用于将所述液滴生成管道固定在所述液滴流通管道的入液口处。
2.根据权利要求1所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：所述液滴生成组件的轴心线与所述液滴流通管道的轴心线重合。
3.根据权利要求2所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：所述液滴生成管道包括第一管道和多个第二管道，所述第一管道的轴心线与所述液滴流通管道的轴心线重合，多个所述第二管道均匀设置在所述第一管道周围。
4.根据权利要求1所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：各所述液滴生成管道的出液口平行排布。
5.根据权利要求1所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：各所述液滴生成管道的出液口交错排布。
6.根据权利要求1所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：所述液滴生成管道为PEEK管、PVC管、PP管以及PTFE管中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种多相微流控液滴制备装置，其特征在于：所述固定组件为铁氟龙管道，所述铁氟龙管道套设在所述液滴生成组件的外侧。
8.一种多相微流控液滴制备方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的多相微流控液滴制备装置，其特征在于，包括以下步骤：
通过各所述注射泵分别向各所述液滴生成管道中注入预设的多个样本试剂；
通过所述液滴生成管道将所述样本试剂输送到所述液滴流通管道的入液口处，形成多相微流控液滴；
通过所述液滴流通管道输出所述多相微流控液滴。
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