CN115970773A - 离心式微流控芯片 - Google Patents

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蒋兴宇
耿春阳
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Southwest University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了离心式微流控芯片。该离心式微流控芯片包括沿样液运动方向依次设置的处理结构和回流结构，回流结构包括：弧形通道、回收室和回流通道。本发明所提供的离心式微流控芯片添加了回流结构，在离心状态下，微流控芯片完成样液的处理后，包含产物的样液进入弧形通道。由于样液和弧形通道与回流通道的接触角较大，通道尺寸越小的位置，表面张力作用就越强，而回流通道的尺寸又比弧形通道更大，所以在微流控芯片停止旋转后，弧形通道中的样液就会在表面张力作用下进入回流通道并进一步进入位于圆心的回收室。在需要对反应产物进行回收或检测时，可直接对相对位置不变的回收室进行操作处理，避免了定位问题。

Description

离心式微流控芯片
技术领域
本申请涉及微流控芯片技术领域，尤其是涉及离心式微流控芯片。
背景技术
离心式微流控芯片是目前包括免疫分析、核酸检测等在内的一些领域中常用的一类微流控芯片，通过离心力驱动微流体的流动，从而实现对样品的检测。但在其应用过程中发现，对完成处理后的样品进行自动回收时，需要对产物所在的小室根据基准点和小室距离圆心的位置和角度等参数进行复杂的处理以完成定位，然后才能通过机械手完成回收操作。因此，有必要提供一种能够简化操作的微流控芯片。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种离心式微流控芯片，该芯片能够有效解决定位难题，使操作更加简单。
本申请的第一方面，提供离心式微流控芯片，该离心式微流控芯片包括沿样液运动方向依次设置的处理结构和回流结构，回流结构包括：
弧形通道，弧形通道与处理结构连通；
回收室，回收室位于离心式微流控芯片的圆心；
回流通道，回流通道连通弧形通道和回收室，回流通道在沿远离回收室的方向上尺寸逐渐变小，并且回流通道的尺寸大于弧形通道的尺寸；
其中，弧形通道和回流通道具有疏液内壁，能够使流经弧形通道的样液沿离心力的反方行通过回流通道回流到回收室中。
根据本申请实施例的离心式微流控芯片，至少具有如下有益效果：
本申请实施例所提供的离心式微流控芯片添加了回流结构，在离心状态下，微流控芯片完成样液的处理后，包含产物的样液进入弧形通道。由于弧形通道和回流通道的疏液内壁，样液和弧形通道与回流通道的接触角较大，滑动角较小，使得样液在两个通道中无法滑动铺展，在通道尺寸越小的位置，表面张力作用就越强，而回流通道的尺寸又比弧形通道更大，所以在微流控芯片停止旋转后，弧形通道中的样液就会在表面张力作用下进入回流通道并进一步进入位于圆心的回收室。这样，在需要对反应产物进行回收或检测时，可以直接对相对位置不变的回收室进行操作处理，避免了定位问题。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液内壁为超疏液内壁。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液内壁为疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液内壁为超疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液内壁为修饰有疏液涂层的内壁。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液涂层为超疏液涂层。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液涂层为疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和回流通道的疏液涂层为超疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，超疏水涂层的原料包括聚合物和微纳颗粒。
在本申请的一些实施方式中，聚合物包括低表面能聚合物。
在本申请的一些实施方式中，低表面能聚合物包括低表面能的聚硅氧烷。
在本申请的一些实施方式中，聚合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
在本申请的一些实施方式中，低表面能为表面能低于100mN/m。
在本申请的一些实施方式中，低表面能为表面能低于50mN/m。
在本申请的一些实施方式中，低表面能为表面能低于25mN/m。
在本申请的一些实施方式中，微纳颗粒包括二氧化硅纳米颗粒。
在本申请的一些实施方式中，微纳颗粒经偶联剂修饰。
在本申请的一些实施方式中，偶联剂为硅烷偶联剂。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道在沿样液的流动方向上尺寸逐渐减小或保持不变。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道在沿样液的流动方向上与圆心的距离逐渐变大或保持不变。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道在沿样液运动方向的下游还设置有废液室。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和废液室通过第一连接管道连通，第一连接管道具有疏液内壁，第一连接管道的尺寸小于弧形通道沿样液运动方向的末端的尺寸。
在本申请的一些实施方式中，弧形通道和处理结构通过第二连接管道连通，第二连接管道具有疏液内壁。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液内壁为超疏液内壁。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液内壁为疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液内壁为超疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液内壁为内壁修饰有疏液涂层。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液涂层为超疏液涂层。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液涂层为疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，第一连接管道和第二连接管道的疏液涂层为超疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，处理结构包括沿样液运动方向依次设置的：
进样室，进样室用于输入样液，样液中含有第一封装体，第一封装体包括核酸分子；
去封装单元，去封装单元用于将核酸分子从第一封装体中释放；
扩增单元，扩增单元用于扩增释放后的核酸分子；
再封装单元，再封装单元用于将核酸分子形成第二封装体，再封装单元和弧形通道相连通。
在本申请的一些实施方式中，进样室与去封装单元通过第三连接管道连通，去封装单元与扩增单元通过第四连接管道连通，扩增单元与再封装单元通过第五连接管道连通，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道具有疏液内壁。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液内壁为超疏液内壁。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液内壁为疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液内壁为超疏水内壁。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液内壁为内壁修饰有疏液涂层。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液涂层为超疏液涂层。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液涂层为疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，第三连接管道、第四连接管道和第五连接管道的疏液涂层为超疏水涂层。
在本申请的一些实施方式中，扩增单元包括相互连通的扩增室和缓冲液室，扩增室位于缓冲液流动方向的下游。在本申请的一些实施方式中，扩增室用于进行核酸扩增反应，扩增反应的具体类型包括但不限于传统的PCR扩增、环介导等温扩增(LAMP)、解旋酶依赖性扩增(HDA)、重组酶聚合酶扩增(RPA)、重组酶介导等温核酸扩增(RAA)、交叉引物扩增(CPA)、滚环扩增(RCA)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增(SDA)、切口酶扩增反应(NEAR)、多重置换扩增(MDA)、转录介导扩增(TMA)、信号介导RNA扩增(SMART)、单引物等温扩增(SPIA)、嵌合引物介导等温扩增(ICAN)、连接酶链反应(LCR)、网状分枝扩增法(RAM)。
本申请的第二方面，还提供前述的离心式微流控芯片在核酸数据存储、读取中的应用。
在本申请的一些实施方式中，核酸数据存储、读取为DNA的数据存储、读取。
本申请的第三方面，还提供一种核酸数据的无损读取方法，该无损读取方法包括以下步骤：
提供含有第一封装体的样液，第一封装体包括核酸分子，核酸分子存储有数据信息；
将样液输入前述的离心式微流控芯片的进样室；
调整离心式微流控芯片的转速，使样液依次经过去封装单元、扩增单元和再封装单元完成去封装、扩增和再封装，从回收室回收第二封装体；
对第二封装体进行去封装，收集核酸分子并测序，将测序结果解码为数据信息。
本申请实施例所提供的离心式微流控芯片所提供的回流结构设计可以在不依赖额外的外部动力源的情况下，驱使第二封装体返回到中心的回流室，避免了定位难题，因而可以使核酸数据存储以及读取更为简便有效。另外，结合特定的疏液修饰方法，微流控芯片中的腔室在不同转速条件下的开闭、样液在其中的流通更为精准。而且，设计了包括去封装单元、扩增单元以及再封装单元在内的处理结构，这样，在核酸数据的存储和读取过程中，通过对释放出来的核酸分子再次封装形成第二封装体，弥补第一封装体在核酸分子释放读取过程中原始样本的损失，实现核酸数据的无损读取。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请的一个实施例中的离心式微流控芯片的局部示意图。
图2是本申请的一个实施例中的离心式微流控芯片的去封装室(a)、扩增室(b)和再封装室(c)的局部示意图。
图3是本申请的一个实施例中的离心式微流控芯片的模拟实验中不同过程的照片以及对应过程中核酸和封装体的示意图。
图4是本申请的一个实施例中再封装实验的电泳结果。
附图标记：弧形通道110、回收室120、回流通道130、去封装室200、去封装第一小室201、去封装第二小室202、第一栅栏210、扩增室300、扩增第一小室301、扩增第二小室302、缓冲液室310、第二栅栏320、再封装室400、再封装第一小室401、再封装第二小室402、第一原料室410、第二原料室420、第三栅栏430、废液室500、进气孔600、样液700、第一连接管道810、第二连接管道820、第三连接管道830、第四连接管道840、第五连接管道850。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，约的含义是指在本数±20％、10％、8％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.2％、0.1％等的范围内。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。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参考图1，示出了本申请一个实施例中离心式微流控芯片的局部示意图。该离心式微流控芯片设有一个回流结构，回流结构包括弧形通道110、回收室120和回流通道130。回流通道130在沿远离回收室120的方向上尺寸也逐渐变小(也即从d端到c端，回流通道130的尺寸逐渐变小)，同时回流通道130的尺寸大于弧形通道110的尺寸。回流通道130连通弧形通道110和回收室120。回收室120位于离心式微流控芯片的圆心，离心式微流控芯片在工作时以圆心位置为中心转动，因而其圆心的相对位置不发生改变。
在其中一些具体的实施方式中，回流通道130与弧形通道110的连通方式至少可以是回流通道130连接于弧形通道110的中部，中部的具体位置至少可以理解为弧形通道110沿样液流动方向的末端(b端)或起始端(a端)外的其它任意位置，进一步可以是弧形通道110沿样液700的流动方向的1％～99％、5％～95％、10～90％、15～85％、20～80％、25～75％、30～70％、35～65％、40～60％、45～55％长度(a端到b端的通道长度)的任意位置，例如弧形通道110在其由a端开始1％、2％、3％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％长度的位置与回流通道130相连通。
回流通道130或弧形通道110的尺寸至少可以理解为其垂直于样液700的流动方向的截面面积，由通道截面的宽度和高度所决定。回流通道130的尺寸大于弧形通道110的尺寸至少是回流通道130的尺寸最小处c端的尺寸要大于弧形通道110的尺寸最大处a端的尺寸。为了使回流通道130整体的平滑性，便于样液在其中转运，回流通道130的尺寸在沿远离回收室120的方向上逐渐变小是指其高度和宽度都逐渐发生改变，以此使得尺寸逐渐变小。回流通道130的最大尺寸(d端的尺寸)与处理结构送入弧形通道110的样液700的量有关，送入弧形通道110的样液700的量越大，回流通道130的最大尺寸也就越大。例如，当送入弧形通道110的样液700的量约为10μl时，回流通道130的最大尺寸在(1～2)×(1～2)mm2，依此类推。
在其中一些实施方式中，弧形通道110为圆弧形通道，例如可以是以离心式微流控芯片的圆心作为圆心的具有设定圆心角和半径的圆弧形通道，在这种情况下，半径与回流通道130的长度以及离心式微流控芯片的处理结构的具体设置有关，而圆心角根据处理结构的具体设置可以任意调整，在此不再赘述。对于上述的弧形通道110，其在沿样液700的流动方向上离圆心的距离保持不变。当然，可以理解的是，根据样液700在其中的运动过程，弧形通道110也可以是在沿样液700的流动方向上与圆心的距离逐渐变大，也即，弧形通道110的半径沿样液700的流动方向逐渐变大，表现为朝向远离圆心的方向逐渐扩张。
参考图1，对回流结构的原理进一步解释如下：
当离心过程中样液700的一部分在离心力作用下进入弧形通道110中，此时，在弧形通道110中的样液700受到三个不同方向上的表面张力(毛细力)作用，包括靠近a端的液面的表面张力的压强p1、靠近b端的液面的表面张力的压强p3和靠近c端的液面的表面张力的压强p2。通道尺寸越小的位置，表面张力的作用就越强，所以压强p2<p1<p3，因而，样液700在表面张力的作用下会产生由尺寸较小的位置向尺寸较大的位置转移的趋势。在设定的转速下，由于还有另外的离心力作用，样液700留在弧形通道110中。但当转动停止时，由于回流通道130的c端的尺寸要比弧形通道110的尺寸都更大，所以样液700会在表面张力作用下转移到回流通道130中，并进一步在表面张力作用下运动到回收室120中。这样，样液700的位置就固定到离心式微流控芯片的圆心位置。无论是需要对样液700中的产物进行回收，或者采集图像信息等操作都可以直接对准圆心位置进行操作。而现有的离心式微流控芯片在自动化操作过程中需要根据设定的基准点、目标区域距离圆心的位置和角度等相关参数信息进行编程，以此完成对样液的定位，从而控制摄像机或者机械手等机器进行操作。这样，通过回流结构的设置就可以在完成处理后，在不依赖外部的额外动力源(例如注射泵等)的情况下，将含有产物的样液自驱动运送到圆心处，降低了在自动化操作时的定位难度，操作更加简便。
上述原理的实现除了回流结构的设置外，还依赖于弧形通道110和回流通道130的内壁与样液700的亲疏液性，在此，弧形通道110和回流通道130的内壁为疏液内壁，其中，疏液中的“液”是指样液，换言之，要求样液700在弧形通道110和回流通道130的内壁的接触角大于90度。进一步的，疏液内壁可以是具有超疏液内壁，具有超疏液特性，要求样液700在弧形通道110和回流通道130的内壁的接触角大于150度同时滑动角小于10度。以样液700为亲水性液体(例如水溶液)为例，样液700在弧形通道110和回流通道130中发生回流运动到回收室120中还要求弧形通道110和回流通道130具有疏水内壁，更进一步可以是超疏水内壁(接触角大于150度且滑动角小于10度)。疏水内壁与样液之间产生的毛细作用力(表面张力)能够驱动样液的运动完成回流。而相比于普通的疏水内壁，超疏水内壁具有优良性能，这样样液和内壁的界面表面张力足够大同时摩擦阻力极小，因而能够高效利用液体的表面张力驱动样液700在通道中运动，实现更加精准的回流运动控制，具体而言，超疏水内壁控制精度高，与理论计算的离心阈值的误差小，因而对于处理结构可以在有限的离心转速区间内可以设置更多的分级，进入回流结构的转速要求也可以更低。在其中一些具体的实施方式中，样液700在弧形通道110和回流通道130的内壁的接触角大于155度、大于160度、大于165度。在其中一些具体的实施方式中，样液700在弧形通道110和回流通道130的内壁的滑动角小于9度、8度、7度、6度、5度。
决定内壁疏水性的因素包括材料表面的粗糙度和材料的化学成分，因此至少可以通过在内壁修饰低表面能物质或在内壁构造微纳米粗糙结构中的至少一种方式来实现。基于上述原理，具体可以通过诸如模板法、刻蚀法、相分离法、化学气相沉积法、静电纺丝法、层层组装法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、溶液沉浸法等得到疏水性的通道内壁。
在其中一些具体的实施方式中，弧形通道110和回流通道130具有的超疏水性内壁通过在内壁上修饰疏水涂层来实现，也即疏液内壁为修饰有疏液涂层的内壁。进一步的，疏水涂层可以是超疏水涂层，疏水涂层具体可以采用包含聚合物和微纳颗粒的原料的疏水涂层试剂通过加工工艺完成，加工的具体方法至少可以采用将疏水涂层试剂覆于通道内壁后干燥的方式完成。进一步的，微纳颗粒的直径D50为1nm～1μm，1nm～100nm，5nm～50nm，5nm～20nm，例如可以是1nm、2nm、3nm、5nm、10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1μm。在其中一些优选的实施方式中，微纳颗粒的直径D50约为15nm。在其中一些具体的实施方式中，微纳颗粒可以是无机微纳颗粒、有机微纳颗粒、杂化微纳颗粒、金属微纳颗粒等等。无机微纳颗粒的非限制性实例包括碳、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、铝硅酸盐、氢氧化铝、磷酸锌、磷酸铝、硫酸锌、硫酸钡等其中至少一种。有机微纳颗粒的非限制性实例包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等其中至少一种。杂化微纳颗粒的非限制性实例包括MOF(如ZIF、UiO、MIL、PCN)、COF等其中至少一种。金属微纳颗粒的非限制性实例包括铁、铜、锌等其中至少一种。在其中一些具体的实施方式中，聚合物为低表面能的聚合物，利用低表面能聚合物和微纳颗粒的共同作用实现内壁的疏水特性。低表面能的聚合物包括但不限于低表面能的有机硅树脂(例如聚硅氧烷)、氟碳树脂、氟硅树脂、环氧树脂等。在其中一些具体的实施方式中，聚合物中包括最为常用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。其中，低表面能是指表面能低于100mN/m，进一步表面能低于50mN/m，低于25mN/m、22mN/m、20mN/m。由于微纳颗粒和聚合物之间相容性较差，为避免团聚影响稳定性，可以通过对微纳颗粒进行疏水改性以进一步改善微纳颗粒与聚合物之间的界面性能，具体的疏水改性方式包括但不限于采用偶联剂等，例如硅烷偶联剂：1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)、十八烷基三氯硅烷(OTS)、氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、氟化聚(六氟甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)聚合物(PFG)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、乙氧基三甲基硅烷(TMES)、KH-550、KH-560、KH-570等等。微纳颗粒和偶联剂的质量体积比例根据具体的种类有所区别，在其中一些具体的实施方式中，质量体积比为1g微纳颗粒：0.1～1ml偶联剂，进一步可以是1g微纳颗粒：0.3～0.6ml偶联剂，更进一步为1g二氧化硅微纳颗粒：0.3～0.6ml偶联剂，更进一步为1g二氧化硅微纳颗粒：0.3～0.6ml PFDTES。在其中一些具体的实施方式中，微纳颗粒和聚合物的质量比为1：(0.1～10)，，进一步，微纳颗粒和聚合物的质量比约为1：(0.2～5)、1：(0.5～3)、1：(1～2)、2：3。
可以理解的是，上述实施方式仅以样液700为亲水性液体为例进行说明，在样液700为油性液体时，弧形通道110和回流通道130的内壁可以是疏油性内壁或超疏油性内壁，只需满足其具有对应的疏液或超疏液特性即可。同样的，对于疏油性内壁或超疏油性内壁的实现，可以是在其内壁上修饰有疏油或超疏油的涂层，只需满足其属于对应的疏液涂层或超疏液涂层即可。此外，疏水和疏油、以及超疏水和超疏油并非是完全对立的，在其中一些实施方式中，可以考虑超双疏性的内壁，即对水性和油性的样液均具有疏液或超疏液的特性，例如至少可以是以包含磷酸铝水溶液与氟硅烷修饰的二氧化硅微纳颗粒的涂层试剂制备超双疏涂层。
离心式微流控芯片除回流结构外，在沿样液运动方向上回流结构的上游还设有与回流结构相连通的处理结构。根据离心式微流控芯片的用途不同，其处理结构也有所区别。
随着数字信息量的指数级增长，包括DNA在内的核酸分子被认为是数据存储的很有潜力的替代存储媒介。与传统的存储媒介如光盘、磁带等相比，这些核酸分子具有更高的数据存储密度和保存时间。例如，一种集成了核酸分子合成、存储和测序的端到端核酸数据存储系统已经被开发出来用于自动化存取核酸数据。然而，上述这种方式难以解决系统小型化的问题。为此，可以考虑采用上述的离心式微流控芯片来解决，在其中的处理结构中集成多个功能单元。下文中以用于核酸分子数据存储的离心式微流控芯片对其中的处理结构进行进一步的说明。
在其中一些具体的实施方式中，核酸分子数据存储通过将核酸分子封装形成具有保护作用的封装体中来完成存储，例如起到抗氧化、抗自由基、抗水汽、抗高低温、抗紫外、抗日光、抗酶反应等其中至少一种作用的封装体。为此，封装体的材料可以是有机材料、无机材料、有机-无机复合材料等其中至少一种。其中，有机材料包括但不限于聚甲醛、聚乙醚、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯、聚乙烯等其中至少一种，无机材料包括但不限于二氧化硅、碳酸钙、磷酸钙等其中至少一种，有机-无机复合材料包括但不限于金属有机框架MOFs(如ZIF、UiO、PCN、MIL)、共价有机框架COFs(如Py-Azine、TpPa-1、TPB-DMTP、TpOMe-Pa1、DhaTph、LZU1)等。可以理解的是，封装体至少可以以在核酸分子外形成壳体，或与核酸分子形成固态共混物的方式完成封装。封装体的具体直径例如可以是0.01μm～1mm，进一步，可以是在0.02μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上、0.2μm以上、0.5μm以上、1μm以上、2μm以上、5μm以上、10μm以上，同时在500μm以下、200μm以下、100μm以下、50μm以下、20μm以下等。例如，直径在0.02～500μm、0.1～200μm、1～100μm、2～50μm、5～20μm等。
在完成封装后，如果需要读取其中存储的信息，首先需要对其进行去封装处理，将核酸分子从封装体中释放出来，然后通过测序并根据原有的编码方式解码读取其中存储的信息。可以理解的是，采用二代测序等方式时还需要预先通过扩增的方式对核酸分子的量进行放大以便于后续测序。在其中一些具体的实施方式中，扩增可以采用传统的聚合酶链反应(PCR)扩增。在另外一些具体的实施方式中，扩增程序采用等温扩增的方式以简化微流控芯片对加热部件的要求，例如环介导等温扩增(LAMP)、解旋酶依赖性扩增(HAD)、重组聚合酶扩增(RPA)、重组酶介导等温核酸扩增(RAA)、交叉引物扩增(CPA)、滚环扩增(RCA)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增(SDA)、切口酶扩增反应(NEAR)、多重置换扩增(MDA)、转录介导扩增(TMA)、信号介导RNA扩增(SMART)、单引物等温扩增(SPIA)、嵌合引物介导等温扩增(ICAN)等技术，进一步可以采用RPA技术，其速度快、对温度要求低、适用性广。当然，也可以采用连接酶链反应(LCR)、网状分枝扩增法(RAM)等方法进行扩增。在测序后还需要对核酸分子进行重新封装，归于原处，弥补原始样本的损失，以此实现核酸样本的无损提取。可以理解的是，核酸分子可以是DNA分子或RNA分子，出于稳定性以及扩增和测序的简便性考虑，核酸分子优选采用DNA分子。
综上几点，在其中一些具体的实施方式中，在离心式微流控芯片上同时集成了去封装、扩增和再封装三个功能。继续参考图1，处理结构包括沿样液运动方向依次设置的进样室、去封装单元、扩增单元、再封装单元。
在其中一些具体的实施方式中，为了避免机器加样操作时的定位难题，进样室同样设置在离心式微流控芯片的圆心位置。在这种情况下，进样室与回收室120为同一个腔室，即在加样时，从回收室120输入样液，最终带有产物的样液700通过回流结构回到回收室120进行回收或采集图像信息等其它操作。在其它一些实施方式中，进样室也可以设置为与回收室120不同的另一个腔室。
在其中一些具体的实施方式中，沿样液运动方向在进样室的下游设置的去封装单元包括去封装室200，去封装室200中可以通过预载的方式加入一定量的去封装试剂。根据封装体的材料类型的不同，去封装试剂也有所不同。例如，对于碳酸钙为主要成分的封装体，去封装试剂可以是乙二胺四乙酸(EDTA)；对于金属有机框架为主要成分的封装体，去封装试剂可以是柠檬酸盐缓冲液。
在其中一些具体的实施方式中，沿样液运动方向在去封装单元的下游设置的扩增单元包括缓冲液室310和扩增室300，扩增室300位于去封装室200的下游，扩增室300也位于缓冲液室310的下游。在其中一些实施方式中，去封装室200和缓冲液室310之间并无直接的上下游关系。在其中一些实施方式中，扩增室300内预装载有扩增试剂，例如扩增反应所用的酶、dNTP等。
在其中一些具体的实施方式中，沿样液运动方向在扩增单元的下游设置的再封装单元包括再封装室400。考虑到再封装反应，在其中一些实施方式中，在再封装室400的上游还单独设置有仅与再封装室400相连通的至少一个再封装原料室。在其中一些实施方式中，在再封装室400的上游至少设置有单独与再封装室400相连通的第一原料室410和第二原料室420。例如，再封装形成碳酸钙封装体时，第一原料室410和第二原料室420中分别装载氯化钙和碳酸钠溶液；再封装形成金属有机框架封装体时，第一原料室410和第二原料室420中分别装载有机配体和金属离子溶液。而再封装室400的下游连接有回流结构的弧形通道110。
在其中一些具体的实施方式中，在弧形通道110的下游，还设置有废液室500，防止弧形通道110内部的样液过多或者离心转速过大，从而对多余的样液进行收纳。
在其中一些实施方式中，弧形通道110沿样液700在其中的流动方向上尺寸逐渐变小(也即从a端到b端，弧形通道110的尺寸逐渐变小)，从而使其中的样液在特定的转速下，在表面张力和离心力作用下逐渐流向废液室500，将弧形通道110直接作为疏液阀门使用。可以理解的是，弧形通道110沿样液700在其中的流动方向上尺寸也可以保持不变。在其中一些具体的实施方式中，弧形通道110和废液室500之间通过第一连接管道810连接，第一连接管道810的内壁具有疏液或超疏液特性，成为单独的疏液阀门。为此，第一连接管道810的尺寸最好同样能够小于弧形通道110沿样液700运动方向的末端(b端)的尺寸。以此形成的疏液阀门可以保证样液700能够优先通过回流通道130返回到圆心而不会提前进入废液室500。其中，弧形通道110的尺寸逐渐减小或保持不变至少可以指其垂直于样液700的流动方向的截面面积逐渐减小或保持不变，可以通过截面的高度和宽度中的至少一种逐渐减小或保持不变，或者两者同时减小。第一连接管道的尺寸与弧形通道110末端的尺寸的相对关系同理。
在其中一些具体的实施方式中，进样室和去封装单元通过第三连接管道830连通，去封装单元与扩增单元通过第四连接管道840连通，扩增单元与再封装单元通过第五连接管道850连通，第三连接管道830、第四连接管道840和第五连接管道850具有疏液内壁。类似的，疏液内壁进一步可以是超疏液内壁、疏水内壁、超疏水内壁，其至少可以通过在内壁上修饰疏液涂层、超疏液涂层、疏水涂层、超疏水涂层来实现。
在其中一些具体的实施方式中，处理结构与弧形通道110通过第二连接管道820连通，第二连接管道820具有疏液内壁。进一步的，再封装室400(或再封装第二小室402)与弧形通道110通过第二连接管道820连通。类似的，疏液内壁进一步可以是超疏液内壁、疏水内壁、超疏水内壁，其至少可以通过在内壁上修饰疏液涂层、超疏液涂层、疏水涂层、超疏水涂层来实现。利用这些具有疏液或超疏液内壁的第二连接管道820、第三连接管道830、第四连接管道840、第五连接管道850作为阀门使用，控制样液在不同腔室之间流动的开关的转速阈值更为准确。
在其中一些具体的实施方式中，在其中部分腔室如去封装室200、缓冲液室310、第一原料室410、第二原料室420、再封装室400靠近圆心的位置设置有若干进气孔600，以平衡内外气压，防止大气压对流体操控的影响。
参考图2的a，在其中一些具体的实施方式中，去封装室200中设置有第一栅栏210，第一栅栏210将去封装室200分隔成去封装第一小室201和去封装第二小室202。参考图2的b，在其中一些具体的实施方式中，扩增室300中设置有第二栅栏320，第二栅栏320将扩增室300分隔成扩增第一小室301和扩增第二小室302。参考图2的c，在其中一些具体的实施方式中，再封装室400中设置有第三栅栏430，第三栅栏430将再封装室400分隔成再封装第一小室401和再封装第二小室402。利用栅栏的结构来精确地控制下一步反应的试剂量，只有进入去封装第二小室202、扩增第二小室302、再封装第二小室402中的反应液才能进入后续腔室参与反应，其余保留在去封装第一小室201、扩增第一小室301、再封装第一小室401中的反应液会被栅栏所阻拦，从而有效实现试剂的定量控制。
在其中一些具体的实施方式中，进样室与回收室120为同一腔室，因而回收室120与去封装单元通过第三连接管道830连接，进一步回收室120与去封装室200或去封装第一小室201通过第三连接管道830连接。
在其中一些具体的实施方式中，去封装单元与扩增单元通过第四连接管道840连接例如可以是去封装室200(或去封装第二小室202)与扩增室300(或扩增第一小室301)通过第四连接管道840连接。
在其中一些具体的实施方式中，扩增单元与再封装单元通过第五连接管道850连接例如可以是扩增室300(或扩增第二小室302)与再封装室400(或再封装第一小室401)通过第五连接管道850连接。
除了上述的第一连接管道810、第二连接管道820、第三连接管道830、第四连接管道840、第五连接管道850之外，用来在去封装室200、去封装第一小室201、去封装第二小室202、扩增室300、扩增第一小室301、扩增第二小室302、缓冲液室310、再封装室400、再封装第一小室401、再封装第二小室402、第一原料室410、第二原料室420、废液室500等腔室之间相互连通的其它任一或更多的微管道的内壁同样也可以是超疏液性的内壁，以此可以更好地满足对于样液等流体的控制要求，使其在不同腔室之间流动的转速的阈值要求更加精准。
此外，需要说明的是，腔室(或管道、通道)之间的连通是指两个腔室(或管道、通道)物理上相互连接，但受限于通道的表面张力(毛细力)，在其中部分连通或连接的管道、通道、腔室中，只有例如在满足特定的转速等条件的情况下，表面张力和离心力的合力才会使其中的样液或反应原料等反应液能够从其中一个腔室进入另一个腔室。样液或缓冲液的下游是指这些反应液流动方向的下游，进一步考虑到离心式微流控芯片的基本工作原理，一腔室(或管道、通道)位于另一腔室(或管道、通道)的下游是指在一腔室(或管道、通道)与另一腔室(或管道、通道)相互连通的同时，一腔室(或管道、通道)与微流控芯片的圆心的距离比另一腔室(或管道、通道)与微流控芯片的圆心的距离更远，从而在转动过程中，在离心力作用下能够由一腔室(或管道、通道)进入另一腔室(或管道、通道)。
结合图1，对其中一些具体实施方式中的处理结构和回流结构的具体原理和反应过程说明如下：
(1)由回收室120输入样液后，微流控芯片开始转动，从而将样液送入去封装室200，样液与其中预装载的去封装试剂反应，将样液中封装核酸分子的第一封装体溶解，从而让核酸分子从中释放到样液中。
(2)增加转速，使去封装室200中包含游离核酸分子的样液和缓冲液室310中的缓冲液送入预装载扩增试剂的扩增室300中反应，从而对样液中的核酸分子进行扩增。
(3)扩增完成后，继续增加转速，使扩增室300中的扩增产物以及第一原料室410和第二原料室420中的再封装原料送入再封装室400，重新对核酸分子进行封装，将核酸分子形成第二封装体。
(4)再封装完成后，继续增加转速，载有核酸分子形成的第二封装体的样液被送入弧形通道110，停止转动后，在毛细力作用下样液由弧形通道110进入回流通道130，然后重新回到回收室120中。可以对其进行回收或采集图像信息等操作。
在其中一些实施方式中，为了方便核酸分子的封装和去封装，样液中的核酸分子被固定到载体上，然后在载体上进行封装和去封装。具体的，核酸分子可以通过包括但不限于静电吸附、化学键合、生物素-亲和素等其中至少一种方式固定到载体。化学键合的方式包括但不限于氨基与羧基成键、金属与巯基成键、氨基与醛基成键、金属与核酸形成配位键等。其中，常见的载体包括纳米球，例如具有纳米尺度大小的微球，其优选为二氧化硅微球，例如单分散球形二氧化硅，其比表面积大、分散性好，并且具有良好的光学性能和稳定性。作为载体使用可以固定更多的核酸片段从而提高数据载量，而良好的分散性可以保证在封装和再封装过程中在各个纳米球表面都能够形成封装体，避免聚集影响封装和保护效果。此外，通过对纳米球本身的粒径、荧光标记修饰等手段控制固定有不同核酸分子的纳米球的参数作为后续读取过程中的索引条件，从而进行定向读取。例如，对封装后的纳米球通过流式细胞仪分选，选择特定粒径、荧光标记的纳米球进行去封装和数据读取，从而避免需要整库访问的缺陷。另外，核酸分子封装形成的第一封装体与再封装时封装形成的第二封装体可以是相同结构的封装体，当然，在其中一些实施方式中，第一封装体和第二封装体也可以不同。
在另外一些实施方式中，核酸分子直接和封装材料混合反应实现封装，形成第一封装体；第一封装体直接与去封装试剂混合反应实现去封装。例如可以是核酸分子直接和封装材料混合共沉淀形成封装体。例如，核酸分子通过和鱼精蛋白的混合并结合封装材料共沉淀形成封装体，而后通过诸如肝素钠的方式针对从封装体中释放出的鱼精蛋白-核酸的复合体进一步将核酸分子从鱼精蛋白上释放。
在上述一些具体的实施方式中，样液为样品溶液(或分散液)，具体为包含核酸分子的溶液或分散液。根据处理结构和回流结构对应的功能，在进样室中加入的样液为含有第一封装体的分散液(例如为悬浊液)，通过去封装处理后，核酸分子从第一封装体中释放，样液变为核酸分子的溶液；而在扩增、再封装后，样液又重新变为含有第二封装体的分散液，最终含有第二封装体的分散液通过弧形通道和回流通道回流到回收室。
需要说明的是，根据微流控芯片具体应用的不同，检测或处理的靶标物质除了上述的核酸分子之外，还可以是其它任选的生物大分子、小分子、离子、生物体等，例如可以是抗原、抗体或其片段、半抗原、配体、受体、蛋白质、多肽、多糖、寡糖、单糖、脂质、脂多糖、脂蛋白、糖蛋白、类固醇、阴离子、阳离子、病毒、细菌、细胞等其中至少一种。因此，样液除上述的核酸溶液，或者含有上述至少一种靶标物质的人工配制的溶液或分散液外，还可以是来源于环境样本或生物样本的溶液或分散液。其中，环境样本包括但不限于水体(例如生活用水、工业用水、医疗用水、农业用水以及其它各类污水废水，或者河流、海洋水体等)、空气、土壤、堆肥、淤泥(例如河道淤泥、废水沉淀池淤泥等)、火山灰、冻土、食品(例如固体食物、流体食物、饮料等)中的至少一种；生物样本包括但不限于体液(例如血液、组织液、淋巴液、脑脊液等细胞外液，尿液、汗液、痰液、唾液、胃液、肠液、胰液、胆汁、前列腺液、阴道分泌物、精液等分泌物，浆膜腔积液、关节腔积液、支气管肺泡灌洗液、羊水等)、皮肤、粪便、肠道内容物、组织学样本(例如通过手术、内镜或经皮穿刺活检获取的样本)中的至少一种。
本申请还提供前述的离心式微流控芯片在核酸数据存储、读取中的应用。在本申请中首次提出类光盘的离心式微流控芯片应用在核酸数据存储领域，通过该微流控芯片对以核酸形式存储数据的存储媒介进行读取、存储等操作。该离心式微流控芯片所提供的回流结构设计可以在不依赖额外的外部动力源的情况下，驱使第二封装体返回到中心的回流室，避免了定位难题，因而可以使核酸数据的存储以及读取更为简便有效。另外，结合特定的疏液修饰方法，微流控芯片中的腔室在不同转速条件下的开闭、样液在其中的流通更为精准。而且，设计了包括去封装单元、扩增单元以及再封装单元在内的处理结构，这样，在核酸数据的存储和读取过程中，通过对释放出来的核酸分子再次封装形成第二封装体，可以弥补第一封装体在核酸分子释放读取过程中原始样本的损失，实现核酸数据的无损读取。
出于稳定性以及扩增和测序的简便性考虑，在其中的一些具体的实施方式中，核酸数据存储、读取为DNA的数据存储、读取。
本申请实施例还提供一种核酸数据的无损读取方法，该无损读取方法包括以下步骤：
提供含有第一封装体的样液，第一封装体包括核酸分子，核酸分子存储有数据信息；
将样液输入前述的离心式微流控芯片的进样室；
调整离心式微流控芯片的转速，使样液依次经过去封装单元、扩增单元和再封装单元完成去封装、扩增和再封装，从回收室回收第二封装体；
对第二封装体进行去封装，收集核酸分子并测序，将测序结果的碱基序列解码为数据信息。
其中，数据信息包括但不限于文本、音频、视频等不同类型的信息，例如书籍、期刊、病历、邮件、网页、电子邮件、短信、通话记录、图纸、图画、照片、广播、短视频、电影等。在其中一些具体的实施方式中，核酸分子存储数据信息的方式是将数据信息以特定的编码方式转换为核酸分子的碱基序列进行存储，包括但不限于通过直接转换、线性分组码、喷泉码、卷积码等方式进行存储，而将碱基序列解码为数据信息同样是根据对应的编码方式进行解码。在其中一些具体的实施方式中，测序的方式包括但不限于NGS测序、纳米孔测序等。
在本方案中首次将类光盘的离心式微流控芯片应用到核酸数据的存储、读取中，利用其回流结构，在不依赖额外的外部动力源的情况下，驱使第二封装体返回到中心的回流室，避免了定位难题，使核酸数据的读取过程更为简便。同时，去封装单元、扩增单元以及再封装单元的结构设计通过将核酸分子进行二次封装，可以弥补原始样本的损失，实现无损读取。
以下结合具体的实施例对上述实施方式进行说明。
实施例1
本实施例提供一种超疏水试剂，具体制备过程包括以下步骤：
(1)将1g二氧化硅纳米颗粒(D50为15nm左右)添加到装有40mL甲苯的50mL离心管中，并用超声仪以300W的功率进行超声处理30分钟。
(2)超声处理后，加入0.6mL 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)并在室温条件下磁力搅拌48小时，用无水乙醇清洗硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒，烘干。
(3)将步骤(2)制得的硅烷修饰的二氧化硅纳米颗粒与聚二甲基硅氧烷(PDMS)按照2：3的质量比混合并加入到10mL乙酸乙酯中，用超声仪以300W的功率超声处理30分钟，室温条件下磁力搅拌1小时，得到超疏水试剂。
实施例2
本实施例提供一种离心式微流控芯片，参考图1和图2，该离心式微流控芯片包括沿样液运动方向依次设置的处理结构和回流结构，处理结构包括沿样液运动方向依次设置的进样室、去封装单元、扩增单元、再封装单元。去封装单元包括去封装室200，去封装室200中设置有第一栅栏210，第一栅栏210将去封装室200分隔成去封装第一小室201和去封装第二小室202。扩增单元包括缓冲液室310和扩增室300，扩增室300位于去封装室200的下游，扩增室300也位于缓冲液室310的下游。扩增室300中设置有第二栅栏320，第二栅栏320将扩增室300分隔成扩增第一小室301和扩增第二小室302。再封装单元包括再封装室400，在再封装室400的上游设置有单独与再封装室400相连通的第一原料室410和第二原料室420。再封装室400中设置有第三栅栏430，第三栅栏430将再封装室400分隔成再封装第一小室401和再封装第二小室402。回流结构包括弧形通道110、回收室120和回流通道130。弧形通道110沿样液700在其中的流动方向上尺寸逐渐变小，回流通道130在沿远离回收室120的方向上尺寸逐渐变小，同时回流通道130的尺寸大于弧形通道110的尺寸。回流通道130连通弧形通道110和回收室120，回收室120位于离心式微流控芯片的圆心。回收室120同样是进样室。在弧形通道110的下游，还设置有废液室500，弧形通道110和废液室500之间通过第一连接管道810连接。第一连接管道810的尺寸小于弧形通道110的末端(b端)的尺寸。再封装第二小室402与弧形通道110通过第二连接管道820连通，回收室120与去封装室200或去封装第一小室201通过第三连接管道830连接，去封装第二小室202与扩增第一小室301通过第四连接管道840连接，扩增第二小室302、第一原料室410和第二原料室420与再封装第一小室401通过第五连接管道850连接。去封装室200、缓冲液室310、第一原料室410、第二原料室420、再封装室400靠近圆心的位置设置有若干进气孔600。
将实施例1中制得的超疏水试剂加入到回流通道130、弧形通道110、第一连接管道810、第二连接管道820、第三连接管道830、第四连接管道840、第五连接管道850中，干燥后即可在回流通道130、弧形通道110、第一连接管道810、第二连接管道820、第三连接管道830、第四连接管道840、第五连接管道850的内壁形成超疏水涂层。
在去封装室200预装载有EDTA溶液，在缓冲液室310中预装载有RPA缓冲液，扩增室300中预装载有RPA反应试剂，在第一原料室410和第二原料室420中分别预装载有氯化钙溶液和碳酸钠溶液。
实施例3
采用实施例2中的离心式微流控芯片进行模拟实验，参考图3，如图3中的a所示，以绿色染料作为封装的核酸样本加入到离心式微流控芯片的圆心位置的回收室(1)中。如图3中的b所示，然后用定制的转子旋转微流控芯片10秒钟，转速为350rpm，将绿色染料送入预装载EDTA溶液(以红色染料进行模拟)的去封装室(2)进行去封装处理。如图3的c所示，转速归零静置15分钟后，增加转速至450rpm，将去封装的核酸样本和缓冲液室(3)中的扩增缓冲液(以红色染料模拟)送入预装载扩增试剂的扩增室(5)。在39℃条件下加热芯片1小时进行等温扩增。如图3的d所示，继续增加转速至550rpm，将扩增后的核酸和第一原料室(4)和第二原料室(6)中的再封装试剂(以蓝色染料模拟)送入再封装室(7)中进行再次封装。最后，如图3的e所示并结合图1，再封装的核酸样本在750rpm转速下被离心力驱使进入超疏水涂层修饰的弧形通道中，在超疏水弧形通道的毛细作用下经过回流通道返回圆心处的回收室(1)中。其中，a～e下方为各自步骤中靶核酸以及封装壳体的形态和数量的示意。
实施例4
再封装实验
参考实施例3进行实验组实验，取形成第一封装体的DNA的样本，利用实施例2提供的离心式微流控芯片进行去封装-扩增-再封装处理，从芯片中心的回收室提取再封装的DNA样本，与芯片外的对照实验结果进行比较。
其中，第一封装体的形成过程参考下面对照组实验中步骤1的封装方法，第一封装体中包括7条核酸分子，序列分别如下：
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCAAAGAAAGGGAAGGAACGCTCGCCCAAGCGACCTATCGCCCGCACATTCGTGCATCCGGCCGATTGCTAGATGATGCTTTCAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.1)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCAAGAAAGGGAAGGAAACACACATGCAACCACACGACCTCACGACCCATCTCACGTTCTAGCGACTTCGCAGAACCGGAGACAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.2)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCACCCAACCAATACCAACACACATGCAACCACACGACCTCACGACCCATCTCACGTTCTAGCGACCGTATCGCCAAGGCGTCAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.3)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCCCAACCAATACCTACCAGATAGGTAAATAGCCACAGACACAACCACTAACGGAGAGACGTAAAGCGTTTGACAGTAGTCTCAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.4)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCCAACCAATACCTTCACCCACCACACGCCCAGCCGCTCTGACGACCTCCCTGCCCACACGTAAAGATAGATTTCAATGAGCCAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.5)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCAAGGACGAGTTTAAAGATCGAGACAGCTAGGAACCAACTCAACCATGGACCTACTACTAGCGACCTAGCACTTGATCATTCAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.6)。
TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATCGGACGAGTTTAAAGAAATCGAGACAGCTAGGAACCAACTCAACCATGGACCTACTACTAGCGACTGCTATCCGGTGGTAACAAGGGTTCATAAGTGCTTCGTGCAGATTC(SEQID No.7)。
扩增引物序列：
正向引物：TCTGCAAGTAGCCAAGGGTAAGCAAGGATC(SEQ ID No.8)；
反向引物：GAATCTGCACGAAGCACTTATGAACCCTTG(SEQ ID No.9)；
扩增试剂采用商业化试剂盒TwistAmp Basic Kit，试剂盒中包含了等温扩增所需的酶和dNTP以及缓冲液。
对照组实验方法如下：
1.封装：取10μl DNA溶液(20ng/μl)、1μl鱼精蛋白溶液(0.4mg/mL)与50μl氯化钙溶液(20nM)混合均匀，再加入50μl碳酸钠溶液(0.2nM)，涡旋震荡30秒，静置20分钟。离心去除上清液，加入等量去离子水，反复离心清洗3次。取100μl去离子水重悬矿化沉淀，得到碳酸钙和DNA共沉淀形成的第一封装体的悬浮液。
2.去封装：取50μl矿化沉淀悬浮液，加入50μl EDTA溶液(0.1M)和1μl肝素钠溶液(15mg/mL)，用移液枪吹打混匀，静置15分钟。
3.扩增：取10μl去封装之后的样本，加入到50μl体系的扩增体系中，在39℃条件下加热1小时，得到扩增产物。
4.再封装：按照步骤1，取10μl扩增产物重新进行封装形成第二封装体。
上述步骤2-4分别对应离心式微流控芯片中的去封装单元、扩增单元和再封装单元中的反应。
对实验组和对照组再封装的产物重新去封装后进行凝胶电泳分析，均显示出长度为140bp的DNA目标条带。表明采用实施例所提供的微流控芯片可以较为便捷准确地实现DNA存储的封装-扩增-去封装的全流程反应，集成了多个功能单元，全部操作流程的实现更加简便。
实施例5
本实施例提供一种核酸数据的存储、读取方法：
将图片文件以特定的编码方式存储在1000条100bp的DNA内，并按照实施例4中的封装方法将其形成第一封装体，制得含有第一封装体的样本，利用实施例2提供的离心式微流控芯片进行去封装-扩增-再封装处理，从芯片中心的回收室提取再封装的DNA样本，NGS测序，并将测序结果重新解码为图片文件。其中，编码及解码的方式参考Yaniv Erlich,Dina Zielinski.DNA Fountain enables a robust and efficient storagearchitecture.Science,03Mar 2017,355(6328):950-954,。
结合以上实验结果可以看出，本申请实施例所提供的离心式微流控芯片，引入超疏水修饰辅助流体控制，仅需要额外提供一个转子既可满足所有的流体驱动要求，不需要其他仪器设备辅助。该离心式微流控芯片集成了去封装、DNA扩增和封装等功能，预先装载了所需试剂。在使用时只需要在圆心的回收室加入DNA样本，逐步增加离心转速，离心力既可驱动DNA样本和试剂依次进入后续腔室，完成去封装、DNA扩增和封装。最后，再次封装完毕的DNA样本将在毛细作用力的驱动下返回圆心处的回收室，该结构设计也避免了离心式微流控芯片操作过程中常见的定位难题。并且利用等温扩增方法替代传统的PCR技术，最大程度上提高了DNA数据存储系统的小型化和自动化水平，可以实现数据的无损读取。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (12)

1.离心式微流控芯片，其特征在于，包括沿样液运动方向依次设置的处理结构和回流结构，所述回流结构包括：
弧形通道，所述弧形通道与所述处理结构连通；
回收室，所述回收室位于所述离心式微流控芯片的圆心；
回流通道，所述回流通道连通所述弧形通道和所述回收室，所述回流通道在沿远离所述回收室的方向上尺寸逐渐变小，并且所述回流通道的尺寸大于所述弧形通道的尺寸；
其中，所述弧形通道和所述回流通道具有疏液内壁，能够使流经所述弧形通道的所述样液沿离心力的反方向通过所述回流通道回流到所述回收室中；
优选地，所述疏液内壁为超疏液内壁；
优选地，所述疏液内壁为疏水内壁；
优选地，所述疏液内壁为超疏水内壁。
2.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述弧形通道和所述回流通道的所述疏液内壁为修饰有疏液涂层的内壁；
优选地，所述疏液涂层为超疏液涂层；
优选地，所述疏液涂层为疏水涂层；
优选地，所述疏液涂层为超疏水涂层。
3.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述疏水涂层的原料包括聚合物和微纳颗粒。
4.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述弧形通道在沿所述样液的流动方向上尺寸逐渐减小或保持不变。
5.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述弧形通道在沿所述样液的流动方向上与所述圆心的距离逐渐变大或保持不变。
6.根据权利要求1所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述弧形通道在沿样液运动方向的下游还设置有废液室，所述弧形通道与所述废液室通过第一连接管道连通，所述第一连接管道具有疏液内壁，所述第一连接管道的尺寸小于所述弧形通道沿所述样液运动方向的末端的尺寸。
7.根据权利要求1至6任一项所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述处理结构包括沿样液运动方向依次设置的：
进样室，所述进样室用于输入样液，所述样液中含有第一封装体，所述第一封装体包括核酸分子；
去封装单元，所述去封装单元用于将所述核酸分子从所述第一封装体中释放；
扩增单元，所述扩增单元用于扩增释放后的所述核酸分子；
再封装单元，所述再封装单元用于将所述核酸分子形成第二封装体，所述再封装单元和所述弧形通道相连通。
8.根据权利要求7所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述扩增单元包括相互连通的扩增室和缓冲液室，所述扩增室位于缓冲液流动方向的下游。
9.根据权利要求8所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述扩增室用于进行核酸扩增反应。
10.根据权利要求7所述的离心式微流控芯片，其特征在于，所述进样室与所述去封装单元通过第三连接管道连通，所述去封装单元与所述扩增单元通过第四连接管道连通，所述扩增单元与所述再封装单元通过第五连接管道连通，所述第三连接管道、所述第四连接管道和所述第五连接管道具有疏液内壁。
11.权利要求1至10任一项所述的离心式微流控芯片在核酸数据存储、读取中的应用。
12.核酸数据的无损读取方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供含有第一封装体的样液，所述第一封装体包括核酸分子，所述核酸分子存储有数据信息；
将所述样液输入权利要求7～10任一项所述的离心式微流控芯片的进样室；
调整所述离心式微流控芯片的转速，使所述样液依次经过去封装单元、扩增单元和再封装单元完成去封装、扩增和再封装，从回收室回收第二封装体；
对所述第二封装体进行去封装，收集所述核酸分子并测序，将测序结果解码为数据信息。
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