CN115475666A - 向微液滴中注射试剂的微流控装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供一种向微液滴中注射试剂的微流控装置，该微流控装置包括：主通道(1)和一个或多个注射通道(2)，主通道(1)包括流入主通道(11)和流出主通道(12)，一个或多个注射通道(2)与流出主通道(12)交汇，流出主通道(12)的横截面积大于流入主通道(11)的横截面积。

Description

向微液滴中注射试剂的微流控装置

技术领域

本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控装置，具体涉及一种向微液滴中注射试剂的微流控装置。

背景技术

微流控液滴作为独立的微反应器具有高通量、集成化、自动化、低成本等显著优势，已经广泛应用于化学、生物学、材料学等各领域，如基于微流控技术的微液滴在单细胞分析、数字PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)、蛋白质结晶、抗体高通量筛选等方面都具有不可替代的作用。

充分利用微流控液滴作为一个微反应器，需要有效的对液滴进行操控。目前进行液滴操控的功能单元主要包括液滴的生成单元、液滴内试剂混合单元、液滴孵育单元、向液滴中引入试剂单元、液滴分选单元等。其中，向液滴中引入试剂的单元可以在液滴生成后将额外所需的试剂等加入到液滴中，这对于需要分步骤反应的化学、生物或酶反应等非常重要。

在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：在将额外所需的试剂等加入到液滴中时，液滴间的试剂存在交叉污染的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开要解决的技术问题在于提供一种向微液滴中注射试剂的微流控装置，解决了相关技术中将额外所需的试剂等加入到液滴中时，液滴间的试剂存在交叉污染的问题。

为了解决上述技术问题，本公开的具体实施方式提供一种向微液滴中注射试剂的微流控装置，包括：主通道和一个或多个注射通道，主通道包括流入主通道和流出主通道，一个或多个注射通道与流出主通道交汇，流出主通道的横截面积大于流入主通道的横截面积。

根据本公开的上述实施例，主通道在注射通道出口处的横截面积增大，以降低主通道内的压力，从而降低主通道与注射通道的压力差，可以至少部分地解决相关技术中将额外所需试剂等加入到液滴中时，液滴间的试剂存在交叉污染的问题，并因此可以实现降低液滴间试剂交叉污染风险的技术效果。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本公开所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本公开的说明书的一部分，其绘示了本公开的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本公开的原理。

图1为本公开具体实施例提供的一种向微液滴中注射试剂的微流控装置的结构示意图。

图2为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的结构示意图。

图3为图1中圆圈标示部分放大后的结构示意图。

图4为本公开具体实施方式提供的一种向微液滴中注射试剂的微流控装置的又一结构示意图。

图5为本公开具体实施方式提供的一种流入主通道和流出主通道连接处的放大结构示意图。

图6为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的另一结构示意图。

图7为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的又一结构示意图。

图8为本公开具体实施方式提供的一种试剂注入通道的结构示意图。

图9为本公开具体实施方式提供的一种试剂注入通道的另一结构示意图。

图10为本公开具体实施方式提供的一种主通道的结构示意图。

图11为本公开具体实施方式提供的一种试剂融合促进单元的结构示意图。

图12为本公开具体实施方式提供的一种电极组位于注射通道对面的微流控装置的结构示意图。

图13为本公开具体实施方式提供的一种电极组与注射通道位于同一侧的微流控装置的结构示意图。

图14为本公开具体实施方式提供的一种电极组与注射通道位于相邻侧的微流控装置的结构示意图。

图15为本公开具体实施方式提供的一种多个注射通道共用电极组的微流控装置的结构示意图。

图16为本公开具体实施方式提供的一种多个注射通道共用电极组的微流控装置的又一结构示意图。

图17为本公开具体实施方式提供的一种流入主通道和流出主通道相互垂直的结构示意图。

图18为本公开具体实施方式提供的一种注射通道与电极组一一对应的微流控装置的结构示意图。

图19为本公开具体实施方式提供的一种向微液滴中注射试剂的过程图片。

图20为本公开具体实施方式提供的一种针对不同主通道类型向微液滴中注射试剂的体积对比图。

图21为本公开具体实施方式提供的一种对应于图20所示的主通道类型向微液滴中注射试剂的最大体积注射比的对比图。

图22为本公开具体实施方式提供的一种对应于图20所示的主通道类型向微液滴中注射试剂后注射通道出口残留荧光素荧光信号强度的对比图。

图23为本公开具体实施方式提供的一种针对不同主通道类型向微液滴中注射试剂后试剂混合效果对比图。

附图标记说明：

1 主通道 2 注射通道

11 流入主通道 12 流出主通道

C1 第一交汇点 111 第二轴向中心线

121 第一轴向中心线 P 垂点

S1 第一线段 21 轴向中心线

L1 第一垂直距离 L2 第二垂直距离

122 第一流出主通道 123 第二流出主通道

C2 第二交汇点 C3 第三交汇点

1221 第三轴向中心线 1231 第四轴向中心线

P1 第一平面 P2 第二平面

S2 第二线段 S3 第三线段

L3 第三垂直距离 L4 第四垂直距离

22 试剂注入通道 23 试剂出口通道

3 试剂融合促进单元 31 电极组

311 第一正极 312 第一负极

313 第二正极 314 第二负极

315 第三正极 316 第三负极

D 微液滴 R 试剂

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本公开所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本公开内容的实施例后，当可由本公开内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本公开内容的精神与范围。

本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，但并不作为对本公开的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本公开，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

在实现本公开构思的过程中，发明人发现在将试剂加入微液滴时，目前最常用的微流控芯片为微液滴注射芯片，该微液滴注射芯片主要结构包括：一个用于液滴流动的主通道，一个用于注射试剂的注射通道等。注射通道通过一个细口与主通道连接，试剂通过注射通道可以注射到微液滴中。由于在试剂注射过程中试剂与微液滴直接接触，微液滴与注射通道的试剂可能发生物质交换，导致微液滴内物质残留在注射通道出口，残留的微液滴内物质会在下一轮试剂注射过程中进入下一个微液滴中，从而导致微液滴之间物质的交叉污染。

图1为本公开具体实施例提供的一种向微液滴中注射试剂的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图1所示，向微液滴中注射试剂的微流控装置可以包括主通道1和一个或多个注射通道2，主通道1包括流入主通道11和流出主通道12。注射通道2的个数可以是一个、两个、三个及三个以上。

具体地，一个或多个注射通道2与流出主通道12交汇，流出主通道12的横截面积大于流入主通道11的横截面积。

在本公开的实施例中，流出主通道12的横截面是指垂直于流出主通道12的轴线形成的截面，流出主通道12的横截面的形状可以是圆形、三角形、长方形、正方形、菱形、多边形中的一种。流入主通道11的横截面是指垂直于流入主通道11的轴线形成的截面，流入主通道11的横截面的形状可以是圆形、三角形、长方形、正方形、菱形、多边形中的一种。与流出主通道12交汇的注射通道2可以为一个，也可以是两个、三个或三个以上注射通道2同时与流出主通道12交汇。

通过本公开的实施例，注射通道2与流出主通道12交汇，并且流出主通道12的横截面积大于流入主通道11的横截面积，在相同流速条件下，流出主通道12的横截面积大于流入主通道11的横截面积，流出主通道12内的压力小于流入主通道11的压力，即流出主通道12与注射通道2之间的压力差，小于流入主通道11与注射通道2之间的压力差，从而降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，同时还促使试剂R与微液滴D良好迅速混合。由于仅增加流出主通道12的横截面积，而不是整体增加主通道1的横截面积，因此，不会导致微液滴D无法与注射通道2出口处的试剂R接触，即在降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险的同时，不会导致试剂R注射失败。

下面参考图2～图18，结合具体实施例对图1所示的向微液滴中注射试剂的微流控装置做进一步说明。

图2为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图2所示，当注射通道2为多个时，所有注射通道2与流出主通道12形成的至少一个第一交汇点C1均位于垂直于流出主通道12的第一轴向中心线121的同一个平面内。

在本公开的实施例中，一个注射通道2可以与流出主通道12形成一个第一交汇点C1。两个、三个或多个注射通道2也可以与流出主通道12形成一个第一交汇点C1。两个、三个或多个注射通道2也可以与流出主通道12形成两个、三个或多个第一交汇点C1，此时，第一交汇点C1分布在垂直于流出主通道12的第一轴向中心线121的同一个平面内，并且位于流出主通道12的四周(即一圈)。

在本公开的一个可选实施例中，不同注射通道2中的试剂R可以不同，可以同时向微液滴D注射不同的试剂R，实现多种试剂的同时注射。不同注射通道2中的试剂R还可以相同，从而提高试剂R的注射体积，即提高最大体积注射比(最大体积注射比＝注射到微液滴中的试剂最大体积/原始微液滴体积)，最大体积注射比最高可达到3。

在本公开的一个可选实施例中，向一个微液滴D注射试剂R的体积等于注射通道2的注射流速与注射频率的比值。

在本公开的实施例中，再次参见图2，在靠近流入主通道11处一个或多个注射通道2与流出主通道12交汇。

在本公开的一个可选实施例中，流入主通道11的最大宽度可以为10微米～500微米，例如可以为15微米、20微米、25微米、30微米、40微米、80微米、100微米、150微米、180微米、200微米、250微米、300微米、350微米、450微米、500微米等。

在本公开的实施例中，注射通道2在靠近流入主通道11处与流出主通道12交汇，注射通道2向主通道1内的微液滴D注射试剂R时，主通道1的横截面积(即主通道1的内部空间)突然增大，导致主通道1的内部压力突然变小，降低主通道1与注射通道2之间的压力差，进而降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险。同时由于仅有部分主通道1的内部压力减少，因此，不会造成微液滴D与注射通道2出口处的试剂R无法接触，因而不会导致试剂R注射失败。

图3为图1中圆圈标示部分放大后的结构示意图。

在本公开的一个可选实施例中，如图3所示，第一交汇点C1垂直于流入主通道11的第二轴向中心线111的垂点P与流入主通道11的最短距离可以是2.5微米～250微米。

在本公开的实施例中，垂点P与流入主通道11的最短距离是指垂点P到流入主通道11最右侧轴向截面的垂直距离。在图3中，垂点P与流入主通道11的最短距离是图中双向箭头所指的距离。

在本公开的实施例中，垂点P与流入主通道11的最短距离是2.5微米～250微米，主通道1的内部空间突然增大，导致主通道1的内部压力突然变小，降低主通道1与注射通道2之间的压力差，注射通道2向主通道1内的微液滴D注射试剂R时，既能降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，又不会导致试剂R注射失败。

图5为本公开具体实施方式提供的一种流入主通道和流出主通道连接处的放大结构示意图。

在本公开的实施例中，如图5所示，第一交汇点C1到第一轴向中心线121的第一垂直距离L1，大于流入主通道11在相应注射通道2方向的侧壁到流入主通道11的第二轴向中心线111的第二垂直距离L2。

在本公开的实施例中，主通道1在注射通道2与流出主通道12交汇侧的内部空间突然增大(即向注射通道2的方向突然增大)，致使主通道1的内部压力突然变小，降低主通道1与注射通道2之间的压力差，注射通道2向主通道1内的微液滴D注射试剂R时，既能降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，又不会导致试剂R注射失败。

在本公开的一个可选实施例中，第一垂直距离L1可以比第二垂直距离L2大2.5微米～250微米。

在本公开的一个可选实施例中，第一垂直距离L1可以比第二垂直距离L2大2.5微米、5微米、10微米、15微米、30微米、50微米、80微米、120微米、150微米、180微米、200微米、220微米等。

在本公开的一个可选实施例中，第二垂直距离L2与第一垂直距离L1的比值范围可以为1.1～5。例如，具体比值可以为1.5、1.8、2、2.5、3、4等。

再次参见图3，流入主通道11的第二轴向中心线111与第一交汇点C1所在的平面，与流入主通道11和流出主通道12连接处相交形成的第一线段S1可以为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种。实验表明，第一线段S1的形状并不会影响微流控装置的实施效果，而且对最大注射体积、最大体积注射比也没有什么不良影响。

如果第一线段S1为弧线或部分呈弧线，注射通道2与流出主通道12的交汇点可以位于第一线段S1的底端处。

图4为本公开具体实施方式提供的一种向微液滴中注射试剂的微流控装置的又一结构示意图。

在本公开的实施例中，如图4所示，流入主通道11的第二轴向中心线111与一个或多个注射通道2的轴向中心线21的夹角为0度～90度。第二轴向中心线111与轴向中心线21的夹角也可以为0度，如图4所示；也可以为90度，如图3所示。

在本公开的实施例中，第二轴向中心线111与轴向中心线21的夹角小于90度时，可以减少微流控装置的体积，节省空间。

图6为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的另一结构示意图。

在本公开的实施例中，如图6所示，当注射通道2为多个时，多个注射通道2与流出主通道12形成的多个交汇点位于垂直于流入主通道11的第二轴向中心线111的不同平面内。

可选地，主通道1的内部空间可以连续两次、三次或多次增大，不同内部空间的主通道1与至少有一个注射通道2交汇，不同注射通道2中的试剂R可以不同，可以向同一个微液滴D注射不同的试剂R，也可以向相邻的微液滴D注射不同试剂R，导致相邻微液滴D注射的试剂R不同。

在本公开的一个可选实施例中，流出主通道12包括第一流出主通道122和第二流出主通道123。第一流出主通道122比第二流出主通道123更加靠近流入主通道11，第一流出主通道122的横截面积大于流入主通道11的横截面积，第二流出主通道123的横截面积大于第一流出主通道122的横截面积。

具体地，主通道1的内部空间连续两次增大，不同注射通道2中的试剂R可以不同，可以向同一个微液滴D注射不同的试剂R，也可以向相邻的微液滴D注射不同试剂R，导致相邻微液滴D注射的试剂R不同。

在本公开的一个可选实施例中，至少一个注射通道与第一流出主通道122形成的至少一个第二交汇点C2位于垂直于第一流出主通道122的第三轴向中心线1221的第一平面P1内，剩余注射通道与第二流出主通道123形成的至少一个第三交汇点C3位于垂直于第二流出主通道123的第四轴向中心线1231的第二平面P2内。

在本公开的一个可选实施例中，第一平面P1靠近流入主通道11，第二平面P2靠近第一流出主通道122。

在本公开的一个可选实施例中，流入主通道11距离第一平面P1的最短距离是2.5微米～250微米，第一流出主通道122距离第二平面P2的最短距离是2.5微米～250微米。

在本公开的一个可选实施例中，第二轴向中心线111与第二交汇点C2所在的平面，与流入主通道11和第一流出主通道122交接处相交形成的第二线段S2为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种。第三轴向中心线1221与第三交汇点C3所在的平面，与第一流出主通道122和第二流出主通道123交接处相交形成的第三线段S3为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种。实验表明，第二线段S2或/和第三线段S3的形状并不会影响微流控装置的效果，而且对最大注射体积、最大体积注射比也没有什么影响。

在本公开的一个可选实施例中，第二轴向中心线111与轴向中心线21的夹角为0度～90度(包括0度和90度)，第三轴向中心线1221与轴向中心线21的夹角为0度～90度(包括0度和90度)。

在本公开的实施例中，主通道1的内部空间可以连续两次、三次或三次以上增大，不同注射通道2中的试剂R可以不同。因此，可以向同一个微液滴D注射不同的试剂R，也可以向相邻的微液滴D注射不同试剂R，导致相邻微液滴D注射的试剂R不同。一般情况下，每个微液滴D至少注射一种试剂R。例如可以向第1、3、5、…等微液滴D注射一种试剂，向第2、4、6、…等微液滴D注射另一种试剂；还可以连续向同一个微液滴D注射不同试剂。另外，可以向第1、4、7、…等微液滴D注射第一种试剂，向第2、5、8、…等微液滴D注射第二种试剂，向第3、6、9、…等微液滴D注射第三种试剂；还可以连续向同一个微液滴D注射不同第一、第二、第三种试剂，从而提高试剂R的注射体积，即提高最大体积注射比(最大体积注射比＝注射到微液滴中的试剂最大体积/原始微液滴体积)，最大体积注射比最高可达到3。

图7为本公开具体实施方式提供的一种具有多个注射通道的微流控装置的又一结构示意图。

在本公开的实施例中，如图7所示，第二交汇点C2到第三轴向中心线1221的第三垂直距离L3，大于流入主通道11在相应注射通道方向的侧壁到第二轴向中心线111的第二垂直距离L2。第三交汇点C3到第四轴向中心线1231的第四垂直距离L4，大于第一流出主通道122在相应注射通道方向的侧壁到第三轴向中心线1221的第三垂直距离L3。

具体地，主通道1在注射通道2与第一流出主通道122交汇侧的内部空间突然增大(即向注射通道2的方向突然增大)，为注射通道2向第一流出主通道122注入试剂提供缓冲空间，即第一次降低主通道1的内部压力，从而降低第一流出主通道122与注射通道2之间的压力差，注射通道2具有较长的时间向第一流出主通道122注入试剂，注射通道2向第一流出主通道122内的微液滴D注射试剂R时，既能降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，又不会导致试剂R注射失败，还能实现较大的注射体积。主通道1在注射通道2与第二流出主通道123交汇侧的内部空间突然增大(即向注射通道2的方向突然增大)，为注射通道2向第二流出主通道123注入试剂提供缓冲空间，即第二次降低主通道1的内部压力，从而降低第二流出主通道123与注射通道2之间的压力差，注射通道2具有较长的时间向第二流出主通道123注入试剂，注射通道2向第二流出主通道123内的微液滴D注射试剂R时，既降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，又不会导致试剂R注射失败，还可以进一步增加微液滴D的最大试剂注射体积，促进试剂与微液滴良好迅速混合，实现“一石四鸟”的技术效果。

在本公开的一个可选实施例中，注射通道2的内部空间还可以同时向四周增加，如图8所示，还可以不向注射通道2的方向增大，而是向其他方向增大。

在本公开的一个可选实施例中，第三垂直距离L3可以比第二垂直距离L2大2.5微米～250微米。第四垂直距离L4可以比第三垂直距离L3大5微米～250微米。

在本公开的一个可选实施例中，第三垂直距离L3可以比第二垂直距离L2大2.5微米、5微米、10微米、15微米、30微米、50微米、80微米、120微米、150微米、180微米、200微米、220微米等。第四垂直距离L4可以比第三垂直距离L3大2.5微米、5微米、10微米、15微米、30微米、50微米、80微米、120微米、150微米、180微米、200微米、220微米等。

在本公开的一个可选实施例中，第二垂直距离L2与第三垂直距离L3的比值范围可以为1.1～5。例如，第二垂直距离L2与第三垂直距离L3的比值可以为1.5、1.8、2、2.5、3、4等。第三垂直距离L3与第四垂直距离L4的比值范围可以为1.1～5。例如，第三垂直距离L3与第四垂直距离L4的比值可以为1.5、1.8、2、2.5、3、4等。

图8为本公开具体实施方式提供的一种试剂注入通道的结构示意图。

图9为本公开具体实施方式提供的一种试剂注入通道的另一结构示意图。

在本公开的实施例中，如图8、9所示，一个或多个注射通道2中的每个注射通道可以包括试剂注入通道22和试剂出口通道23。

在本公开的一个可选实施例中，试剂注入通道22垂直于轴向的截面积可以大于、小于或等于试剂出口通道23垂直于轴向的截面积。注射通道的形状可以为注射器、瓶子形、漏斗形或锥形等。

在本公开的一个可选实施例中，试剂注入通道22的轴向中心线和试剂出口通道23的轴向中心线不在同一条直线上，例如，二者之间的角度可以为90度到180度。

在本公开的一个可选实施例中，试剂注入通道22的最大宽度可以为10微米～500微米，例如可以为10微米、50微米、80微米、100微米、120微米、150微米、200微米、250微米、350微米、400微米、450微米等。试剂出口通道23的最大宽度可以为5微米～100微米，例如可以为5微米、10微米、15微米、20微米、30微米、50微米、70微米、80微米等。

图10为本公开具体实施方式提供的一种主通道的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图10所示，流入主通道11的第二轴向中心线111和流出主通道12的第一轴向中心线121之间的夹角为90度～180度，例如，二者之间的夹角为90度、120度、150度、180度等。

在本公开的一个可选实施例中，流入主通道11的垂直于轴向的截面可以为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种。流出主通道12的垂直于轴向的截面可以为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种。一个或多个注射通道2中的每个注射通道的垂直于轴向的截面可以为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种。

图11为本公开具体实施方式提供的一种试剂融合促进单元的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图11所示，向微液滴中注射试剂的微流控装置还可以包括试剂融合促进单元3。

具体地，试剂融合促进单元3设置在流入主通道11和流出主通道12连接处，试剂融合促进单元3用于促进试剂R与微液滴D融合。试剂融合促进单元3例如可以包括电极组、声波发射器、紫外线发射单元等。此外，还可以在试剂R和/或微液滴D中增加化学试剂，降低试剂R与微液滴D之间油水界面的表面活性剂浓度，或诱导试剂R与微液滴D之间油水界面的融合，促进试剂R与微液滴D之间油水界面的融合，试剂R进入微液滴D后可以在较短时间内完成混合。

在本公开的实施例中，试剂融合促进单元3可以破坏试剂R与微液滴D之间油水界面的稳定性，促进试剂R与微液滴D之间油水界面的融合，试剂R进入微液滴D后可以在较短时间内完成混合，混合效率高。

图12为本公开具体实施方式提供的一种电极组位于注射通道对面的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图12所示，试剂融合促进单元3可以包括电极组31。

具体地，电极组31可以包括顺序排列的第一正极311、第一负极312和第二正极313，或者电极组31可以包括顺序排列的第二负极314、第三正极315和第三负极316。

在本公开的实施例中，向电极组31的正极施加交流电，电极组31形成电场，产生介电力，破坏试剂R与微液滴D之间油水界面的稳定性，促进试剂R与微液滴D之间油水界面的融合，试剂R进入微液滴D后可以在较短时间内完成混合。

图13为本公开具体实施方式提供的一种电极组与注射通道位于同一侧的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图13所示，电极组31与注射通道2可以位于主通道1的同侧。此外，电极组31也可以为试剂融合促进单元3，本公开不以此为限。

在本公开的一个可选实施例中，电极组31与注射通道2也可以位于主通道1的相对侧。

图14为本公开具体实施方式提供的一种电极组与注射通道位于相邻侧的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图14所示，电极组31与注射通道2也可以位于主通道1的相邻侧面。此外，电极组31也可以为试剂融合促进单元3，本公开不以此为限。

图15为本公开具体实施方式提供的一种多个注射通道共用电极组的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图15所示，多个注射通道2共用同一组电极组31。此处的电极组31也可以为试剂融合促进单元3，本公开不以此为限。

图16为本公开具体实施方式提供的一种多个注射通道共用电极组的微流控装置的又一结构示意图。

在本公开的实施例中，如图16所示，流入主通道11的第二轴向中心线111和流出主通道12的第一轴向中心线121之间的夹角为90度时，多个注射通道2共用同一组电极组31。电极组31也可以为试剂融合促进单元3，第二轴向中心线111和第一轴向中心线121之间的夹角也可以为其他角度，例如100度、120度、150度等，本公开不以此为限。

图17为本公开具体实施方式提供的一种流入主通道和流出主通道相互垂直的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图17所示，流入主通道11的第二轴向中心线111和流出主通道12的第一轴向中心线121之间的夹角为90度时，电极组31与注射通道2可以位于主通道1的同侧。电极组31也可以为试剂融合促进单元3，第二轴向中心线111和第一轴向中心线121之间的夹角也可以为其他角度，例如100度、120度、150度等，本公开不以此为限。

图18为本公开具体实施方式提供的一种注射通道与电极组一一对应的微流控装置的结构示意图。

在本公开的实施例中，如图18所示，电极组31与一个或多个注射通道2一一对应，即电极组31与注射通道2一一对应。电极组31也可以为试剂融合促进单元3。

下面参考图19～图23，结合具体实验验证上述实施例中的微流控装置的有益技术效果。

图19为本公开具体实施方式提供的一种向微液滴中注射试剂的过程图片。

在本公开的实施例中，如图19所示，连续拍摄5张向微液滴D注射试剂R的图片，可以看出微液滴D(黑色部分)没有微液滴内物质残留在注射通道2的注射口处，不会造成相邻微液滴D之间交叉污染的风险。通过第4、5张图可以看出，试剂R与微液滴D良好迅速混合，可以向微液滴D中注射的试剂R体积范围在5pL到130pL之间，最大体积注射比可达到3。

图20为本公开具体实施方式提供的一种针对不同主通道类型向微液滴中注射试剂的体积对比图。

在本公开的实施例中，如图20所示，图20最左边所示的微流控装置为相关技术使用的微流控装置，图20中间及最右边所示的微流控装置为本公开使用的微流控装置。本公开提供的微流控装置的主通道1在注射试剂R处的垂直于轴线的截面突然增大，为注射通道2向流出主通道12注入试剂提供缓冲空间，即流出主通道12与注射通道2之间的压力差，小于流入主通道11与注射通道2之间的压力差，注射通道2具有较长的时间向流出主通道12注入试剂，从而降低相邻微液滴D之间交叉污染的风险，同时还可以实现较大的注射流速，较长的注射时间，进而实现较大的注射体积。

图21为本公开具体实施方式提供的一种对应于图20所示的主通道类型向微液滴中注射试剂的最大体积注射比的对比图。

在本公开的实施例中，如图21所示，结合图20可知，图21中最左边所示的最大体积注射比对应于图20最左边所示的微流控装置；图21中中间所示的最大体积注射比对应于图20中间所示的微流控装置；图21中最右边所示的最大体积注射比对应于图20最右边所示的微流控装置。图20最左边所示的微流控装置为相关技术使用的微流控装置，图20中间及最右边所示的微流控装置为本公开使用的微流控装置。最右边所示的微流控装置对应的最大体积注射比最大，最大体积注射比可以达到3，而且微液滴D内物质不会残留在注射通道2的注射口处，不会造成相邻微液滴D之间交叉污染的风险，而且试剂R与微液滴D良好迅速混合，混合效率高。中间所示的微流控装置对应的最大体积注射比较大，而且在注射通道2的注射口处几乎不会残留微液滴D内物质，极大地降低了相邻微液滴D之间交叉污染的风险。最左边所示的微流控装置对应的最大体积注射比最小，最大体积注射比小于1，而且微液滴D内物质会残留在注射通道2的注射口处，无法避免相邻微液滴D之间交叉污染，而且试剂R与微液滴D混合效果较差。

图22为本公开具体实施方式提供的一种对应于图20所示的主通道类型向微液滴中注射试剂后注射通道出口残留荧光素荧光信号强度的对比图。

在本公开的实施例中，如图22所示，图22中最左边所示的荧光强度图片对应于图20最左边所示的微流控装置；图22中中间所示的荧光强度图片对应于图20中间所示的微流控装置；图22中最右边所示的荧光强度图片对应于图20最右边所示的微流控装置。通过检测残留在注射通道2的注射口处荧光素的荧光信号强度，不难发现，最左边所示的微流控装置的微液滴D内物质会残留在注射通道2的注射口处，中间所示的微流控装置的微液滴D内物质在注射通道2的注射口处稍微有残留，最右边所示的微流控装置的微液滴D内物质不会残留在注射通道2的注射口处。

图23为本公开具体实施方式提供的一种针对不同主通道类型向微液滴中注射试剂后试剂混合效果对比图。

在本公开的实施例中，如图23所示，图23中左边部分为本公开具体实施例提供的两种不同主通道类型的微流控装置，图23中右边部分上面的曲线(带有正方形的曲线)为左边部分上面主通道类型的微流控装置对应的面积比(色素液滴)，图23中右边部分下面的曲线(带有圆形的曲线)为左边部分下面主通道类型的微流控装置对应的面积比(色素液滴)。可以看出左边部分下面主通道类型的微流控装置与上面主通道类型的微流控装置相比，左边部分下面主通道类型的微流控装置可以在更短的时间内实现较理想的微液滴D和试剂R混合。相关技术中，微液滴D和试剂R混合主要靠分子扩散，试剂注射后混合效果较差。

以上仅为本公开示意性的具体实施方式，在不脱离本公开的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本公开保护的范围。

Claims (31)

1.一种向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，该微流控装置包括：主通道(1)和一个或多个注射通道(2)，所述主通道(1)包括流入主通道(11)和流出主通道(12)，

所述一个或多个注射通道(2)与所述流出主通道(12)交汇，所述流出主通道(12)的横截面积大于所述流入主通道(11)的横截面积。

2.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，当注射通道(2)为多个时，所有注射通道(2)与所述流出主通道(12)形成的至少一个第一交汇点(C1)均位于垂直于所述流出主通道(12)的第一轴向中心线(121)的同一个平面内。

3.根据权利要求2所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，在靠近所述流入主通道(11)处所述一个或多个注射通道(2)与所述流出主通道(12)交汇。

4.根据权利要求3所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第一交汇点(C1)垂直于所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)的垂点(P)与所述流入主通道(11)的最短距离是2.5微米～250微米。

5.根据权利要求2所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第一交汇点(C1)到所述第一轴向中心线(121)的第一垂直距离(L1)，大于所述流入主通道(11)在相应注射通道(2)方向的侧壁到所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)的第二垂直距离(L2)。

6.根据权利要求5所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第一垂直距离(L1)比所述第二垂直距离(L2)大2.5微米～250微米。

7.根据权利要求5所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第二垂直距离(L2)与所述第一垂直距离(L1)的比值范围为1.1～5。

8.根据权利要求2所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)与所述第一交汇点(C1)所在的平面，与所述流入主通道(11)和所述流出主通道(12)连接处相交形成的第一线段(S1)为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种。

9.根据权利要求2所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)与所述一个或多个注射通道(2)的轴向中心线(21)的夹角为0度～90度。

10.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，当注射通道(2)为多个时，多个注射通道(2)与所述流出主通道(12)形成的多个交汇点位于垂直于所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)的不同平面内。

11.根据权利要求10所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流出主通道(12)包括第一流出主通道(122)和第二流出主通道(123)，

所述第一流出主通道(122)比所述第二流出主通道(123)更加靠近所述流入主通道(11)，所述第一流出主通道(122)的横截面积大于所述流入主通道(11)的横截面积，所述第二流出主通道(123)的横截面积大于所述第一流出主通道(122)的横截面积。

12.根据权利要求11所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，至少一个注射通道与所述第一流出主通道(122)形成的至少一个第二交汇点(C2)位于垂直于所述第一流出主通道(122)的第三轴向中心线(1221)的第一平面(P1)内，剩余注射通道与所述第二流出主通道(123)形成的至少一个第三交汇点(C3)位于垂直于所述第二流出主通道(123)的第四轴向中心线(1231)的第二平面(P2)内。

13.根据权利要求12所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第一平面(P1)靠近所述流入主通道(11)，所述第二平面(P2)靠近所述第一流出主通道(122)。

14.根据权利要求13所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)距离所述第一平面(P1)的最短距离是2.5微米～250微米，所述第一流出主通道(122)距离所述第二平面(P2)的最短距离是2.5微米～250微米。

15.根据权利要求12所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第二轴向中心线(111)与所述第二交汇点(C2)所在的平面，与所述流入主通道(11)和所述第一流出主通道(122)交接处相交形成的第二线段(S2)为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种，

所述第三轴向中心线(1221)与所述第三交汇点(C3)所在的平面，与所述第一流出主通道(122)和所述第二流出主通道(123)交接处相交形成的第三线段(S3)为弧线、直线、曲线和折线中的至少一种。

16.根据权利要求12所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第二轴向中心线(111)与所述轴向中心线(21)的夹角为0度～90度，所述第三轴向中心线(1221)与所述轴向中心线(21)的夹角为0度～90度。

17.根据权利要求12所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第二交汇点(C2)到所述第三轴向中心线(1221)的第三垂直距离(L3)，大于所述流入主通道(11)在相应注射通道方向的侧壁到所述第二轴向中心线(111)的第二垂直距离(L2)，

所述第三交汇点(C3)到所述第四轴向中心线(1231)的第四垂直距离(L4)，大于所述第一流出主通道(122)在相应注射通道方向的侧壁到所述第三轴向中心线(1221)的第三垂直距离(L3)。

18.根据权利要求17所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第三垂直距离(L3)比所述第二垂直距离(L2)大2.5微米～250微米，所述第四垂直距离(L4)比所述第三垂直距离(L3)大2.5微米～250微米。

19.根据权利要求18所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述第二垂直距离(L2)与所述第三垂直距离(L3)的比值范围为1.1～5，所述第三垂直距离(L3)与所述第四垂直距离(L4)的比值范围为1.1～5。

20.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，当注射通道(2)为多个时，不同注射通道(2)中的试剂不同。

21.根据权利要求20所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，相邻微液滴(D)注射的试剂(R)不同。

22.根据权利要求20所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，每个微液滴(D)至少注射一种试剂(R)。

23.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述一个或多个注射通道(2)中的每个注射通道包括试剂注入通道(22)和试剂出口通道(23)。

24.根据权利要求23所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述试剂注入通道(22)的最大宽度为10微米～500微米，所述试剂出口通道(23)的最大宽度为5微米～100微米。

25.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)的最大宽度为10微米～500微米。

26.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)的第二轴向中心线(111)和所述流出主通道(12)的第一轴向中心线(121)之间的夹角为90度～180度。

27.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述流入主通道(11)的垂直于轴向的截面为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种，所述流出主通道(12)的垂直于轴向的截面为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种，所述一个或多个注射通道(2)中的每个注射通道的垂直于轴向的截面为圆形、正方形、长方形、三角形和多边形中的至少一种。

28.根据权利要求1所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，该微流控装置还包括：

试剂融合促进单元(3)，设置在所述流入主通道(11)和所述流出主通道(12)连接处，用于促进试剂与微液滴融合。

29.根据权利要求28所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述试剂融合促进单元(3)包括电极组(31)。

30.根据权利要求29所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述电极组(31)包括顺序排列的第一正极(311)、第一负极(312)和第二正极(313)，或者所述电极组(31)包括顺序排列的第二负极(314)、第三正极(315)和第三负极(316)。

31.根据权利要求29所述的向微液滴中注射试剂的微流控装置，其中，所述电极组(31)与所述一个或多个注射通道(2)一一对应。

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