CN210151104U - 一种微流控芯片及包括其的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种微流控芯片及包括其的系统，该芯片包括：基板；以及形成在所述基板内的第一管道、第二管道以及第三管道，其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm，形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗。

Description

一种微流控芯片及包括其的系统
技术领域
本实用新型属于微流控技术领域，涉及一种微流控芯片以及包括该微流控芯片的系统，尤其是用于生物培养检测分选的微流控芯片及包括其的系统，以及使用其的方法。
背景技术
传统的微生物选育一般采用平板涂布培养获得单菌落，再用摇瓶规模发酵培养验证。由于普通的微生物经过初筛、复筛等流程，到确认满足生产需要，一般要经过几个月到几年的时间，采用这种选育方法，筛选周期长。其次，采用传统选育方法，摇瓶水平发酵培养及评价过程，需要足够的人力和实验空间、培养空间，筛选效率往往只能达到101～2/每批次，造成筛选通量低。再次，诱变筛选工作的成功与否和筛选数量密切相关，如要获得目标性状突变株，需要大量的筛选样品量，使研发人员的工作量非常大。最后，传统选育方法，建立在固体培养或者大体积液体培养的基础上，造成了培养、检测用物料和资源的重大浪费，物料浪费严重。
为了解决上述问题，发展了微孔板培养筛选技术和微流控技术。微孔板筛选技术将培养体系从摇瓶水平的50～100毫升降低到几毫升至几十微升，可以同步实现24、48乃至384、1536等多个样品的培养，再配合相应的自动化监测设备，实现某些过程参数的在线监测。为了提高微孔板的筛选效率，围绕多孔板体系开发了包括自动化单克隆挑选设备、自动灭菌培养基制备设备、自动培养基分装系统、自动细菌平板稀释仪等在内的专业配套设备，大大提高了工作效率。微孔板培养筛选技术尽管在一定程度上解决了通量问题，减少了研发工作者的工作量，减少了培养物料的使用，但是耗时长，难实现快速分选。微流控技术是上世纪九十年代在分析化学领域发展起来的，它是基于微管道网络结构，实现微量样品的制备、进样、反应、分离、检测于一体的微型分析实验装备。微流控技术具有极高的效率，由于结构微小，易在芯片上一次集成上百个微生物培养单元，可节省大量的培养基；采用软件集成操作，可在芯片上模拟整个实验流程操作。
专利文献1于2013年公开了一种基于微流控芯片的加压细胞培养系统和方法，包括微流控芯片、压力驱动装置、连接管道和压力检测装置，所述微流控芯片中含有通道，所述压力驱动装置包括与之相匹配的用于盛放培养基的容器、所述容器通过连接管道与所述微流控芯片连接，所述动力驱动装置推动容器中的培养基进入微流控芯片，所述压力检测装置通过连接管道与所述微流控芯片连接。该系统可方便地进行细胞在剪切力和压力作用下的培养及相关研究，该细胞加压培养系统拆装方便，便于携带，但是不能实现微生物的培养和检测功能。
专利文献2于2013年公开了一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，主要包括液滴微流控芯片系统(1)、光路系统(2)、数据采集分析系统(3) 构成；其中液滴微流控芯片系统(1)将待检测微生物包埋形成独立单液滴微反应小室，通过光路系统(2)进行单液滴微反应小室内微生物样品的激光诱导荧光检测信号传输，并由数据采集分析系统(3)通过计算机软件对采集得到的信号进行检测分析。该实用新型的适于激光诱导荧光检测分析，只能是实现微液滴单元样品的检测，无法实现培养和分选功能。
专利文献3于于2016年公开了一种单细胞分离微流控芯片，包括基体、以及形成于基体上的微通道，该微通道包括细胞进样口、单细胞收集池、以及依次连通于细胞进样口和单细胞收集池之间的细胞分离单元和液滴输出通道，所述细胞分离单元和液滴输出通道的接合处形成有液滴发生包裹单元，该液滴发生包裹单元与一油相输送通道连通，所述细胞分离单元用以将单排排列的细胞输送至液滴发生包裹单元。本实用新型采用螺旋盘式微通道对细胞溶液进行处理，使得细胞能够单排排列在管道中，通过液滴包裹单元实现了对细胞进行单个包裹，并且还是实现了不同生理状态同种细胞的分选，但是无法实现微生物的在线培养与实时监测。
虽然上述专利文献中均涉及了微流控芯片，但是由于微生物的选育是一个特殊的生物过程，需要先接种培养，再进行检测评价，最后才能选出目标微生物。因此，需要一种能够替代传统接种、摇瓶培养和传统检测的新装置，实现微生物微体积、高通量长时间连续培养、实时在线检测，并且通过生长性能、性状进行微生物分选。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：中国专利申请公开CN104099247A；
专利文献2：中国专利申请公开CN104007091A；
专利文献3：中国专利申请公开CN105944775A。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，在微流控技术的基础上，提供一种通过微生物液滴的生成、往复、检测、切割、融合、筛选操作，实现微生物在线高通量培养的用于微生物培养检测分选的微流控芯片系统及其使用方法。
本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。
1.一种微流控芯片，其包括：
基板；以及
形成在所述基板内的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm，
形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗。
2.根据方案1所述的芯片，其中，
所述第一管道在第一连通部位的上游分支为第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d，
其中第一检测窗和第二检测窗形成在第一管道a上。
3.根据方案1或2所述的芯片，其中，
所述基板和第一管道、第二管道和第三管道由自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)形成，
优选由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。
4.根据方案1～3中任一项所述的芯片，其中，
所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为 2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，
进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
5.根据方案1～4中任一项所述的芯片，其中，
在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为 0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
6.根据方案1～5中任一项所述的芯片，其中，
所述基板上包括2个孔，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm，用于容纳融合电极。
7.一种微流控芯片系统，其包括：
基板；以及
形成在所述基板上的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm，
形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗；
与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道。
8.根据方案7所述的微流控芯片系统，其中，
所述第一管道在第一连通部位的上游分支为第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d，
其中第一检测窗和第二检测窗形成在第一管道a上，
通过第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d上的第一连接口和第二连接口密封连接毛细管道，
通过第二管道以及第三管道分别通过第三连接口和第四连接口密封连接毛细管道。
9.根据方案7或8所述的微流控芯片系统，其中，
所述基板和第一管道、第二管道和第三管道由自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)形成，优选由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。
10.根据方案7～9中任一项所述的微流控芯片系统，其中，
第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为 2.5×10- 3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
11.根据方案7～10中任一项所述的微流控芯片系统，其中，
所述毛细管道为硬质管，以及
进一步优选所述毛细管道为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
12.根据方案7～11中任一项所述的微流控芯片系统，其中，与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道的密封连接部位位于所述基板内部。
附图说明
图1为本实用新型一种微流控芯片的结构示意图。
图2为本实用新型一种微流控芯片的示意图。
图3为本实用新型一种微流控芯片系统的示意图。
图4为本实用新型微流控芯片用于微液滴定量分割与融合功能的结构示意图。
图5为本实用新型一种微液滴定量分割与融合过程的示意图。
图6为本实用新型一种微液滴定量分割与融合方法的示意图。
图7为本实用新型另一种微液滴定量分割与融合方法的示意图。
图8为本发明微流控芯片系统与动力源和阀的连接示意图。
符号说明：
1(1a、1b、1c、1d) 第一管道
2 第二管道
3 第三管道
4 基板
7 孔
8 孔
9 第一检测窗
10 第二检测窗
11(11’、11”、11”’) 第一连接口
12 第二连接口
21 第三连接口
31 第四连接口
13 第一连通部位
14 第二连通部位
15 分支部位
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本实用新型具体方案的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型的限定。
图1示出了本实用新型所述的一种微流控芯片的结构示意图，其至少包括基板4，以及形在基板上的第一管道1、第二管道2以及第三管道3。
具体来说，在本实用新型的微流控芯片中，形成在所述基板4内的第一管道1、第二管道2以及第三管道3是指在基板4内部形成的第一管道1、第二管道2以及第三管道3。
所述基板4为微流控芯片基板，由自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)形成，第一管道1、第二管道2以及第三管道3形成于基板4内部，在本实用新型的一个具体实施方式中，基板和管道一起雕刻成型。
本实施方式中，所述管道材质选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
在本实施方式中，对于所述管道横截面形状没有限制，可以是圆形、矩形、椭圆形等任何便于成型及便于液滴流通的形状，所述管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2。
进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。本领域技术人员可以根据芯片基板的大小，待培养检测分选的液滴的需求，合理设置管道的粗细。
在一个具体的实施方式中，本实用新型的管道横截面为正方形，其边长的范围为0.5-2mm。
在一个具体的实施方式中，所述第一管道、第二管道以及第三管道的横截面积可以彼此相同，也可以不相同。第一管道、第二管道以及第三管道本身也可以是变径的，即第一管道、第二管道和第三管道的横截面积不是恒定的。在本实用新型中，只要第一管道、第二管道和第三管道的横截面积的范围满足上述限定即可。
如图1所示，基板4内形成有第一管道1、第二管道2以及第三管道3，所述第一管道1，其两端分别包括第一连接口11和第二连接口12，第一管道1用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道1中容纳第二部分液滴a2和新液滴c。第二管道2，其一端包括第三连接口21，另一端与第一管道1连通，第二管道2用于容纳切割后的第一部分液滴a1。第三管道3，其一端包括第四连接口31，另一端与第一管道1连通，第三管道3用于容纳切割后的第二部分液滴a2。第一管道1和第二管道2的第一连通部位13位于第三管道3和第一管道1 的第二连通部位14的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为 1000μm～1500μm。
第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离和液滴的大小、管道的截面积相关，在本实用新型中，所述距离为500μm～2000μm，优选 750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。具体来说，所述距离可以为 600μm、700μm、800μm、900μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm、 1600μm、1700μm、1900μm。
本实用新型的芯片还包括形成在第一管道1上的第一检测窗9和第二检测窗10，第一检测窗9和第二检测窗10只要可以用于在该位置实现对在芯片管道中运动的微液滴进行监控和检测即可，对于检测窗的具体形式没有任何限定，如果芯片和管道本身是由透明材料形成的，则第一检测窗9和第二检测窗10为第一管道1上的两个检测位点。如果芯片和管道本身的材料不是透明的，则需要在管道本身上形成两个透明的部位，以用作第一检测窗9和第二检测窗10。
在一个具体的实施方式中，对于形成第一检测窗9和第二检测窗10的大小没有具体的限定，由于两个检测窗为第一管道上的一段区域，对于该区域在管道上的长度而言，该长度可以为例如200μm～1mm，优选为 500μm～1mm，利用这样的长度的检测窗可以更为有效和准确地对在管道中运动的微液滴进行监控和检测。
当芯片在使用时，在芯片内部有微液滴进行传输时，第一检测窗9和第二检测窗10可以分别用作液滴识别点和液滴检测点，例如液滴识别点可以基于激光系统来检测液滴是否到达该检测窗，同时液滴检测点可以用于例如通过光谱系统来检测通过该检测窗的液滴的光谱信息。
第一管道1、第二管道2以及第三管道3形成在芯片基板4内部，所述第一管道的第一连接口11和第二连接口12、第二管道的第三连接口21，第三管道的第四连接口31均位于基板4的边缘。
当然，本领域技术人员完全可以理解，图1仅仅为示例性的示出了本实用新型涉及的芯片的一个例子，可以采用任何本领域技术人员已知的方法来构建芯片中的各部件。
具体来说，本实用新型的芯片可以用来实现微液滴的分割和融合操作，图1也示出了当一个待切割液滴a和一个待融合液滴b从第一连接口11进入第一管道1进行切割和融合的连接结构。
在一个具体的实施方式中，例如第一管道1通过第一连接口11和毛细管道与位于芯片外部的第一动力源连通，第一管道1通过第二连接口12和毛细管道与位于芯片外部的第一阀连通，第二管道2通过第三连接口21和毛细管道分别与位于芯片外部的第二动力源和位于芯片外部的第二阀连通，第三管道3通过第四连接口31和毛细管道与位于芯片外部的第三阀连通。在本实施例中，毛细管道一端插接于位于基板边沿的第一管道、第二管道及第三管道的连接口，另一端与动力源和阀相连通，具体的连通方式如图4所示。
在本实用新型中通过使用动力源可以实现高精度，平稳无脉动的液体传输。在本实用新型具体实施方式中，第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。在本实用新型中，对于动力源的量程的大小没有限定，本领域技术人员可以根据需要进样的样品的多少来适当的选定合适量程的注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵。
在本实用新型中通过使用阀门，以及通过打开和关闭阀门来改变各密闭管道内的压力，通过压力的变化来控制各管道内液滴的流动方向。在本实用新型中，第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种。优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
在一些具体的实施方式中，本领域技术人员也可以理解，阀门也可以通过其他形式的机构或部件来代替，例如可以采用用作动力源的注射泵来当做阀门，只要是可以实现通过打开和关闭改变密闭管道内的压力即可。
在本实用新型中，第一管道、第二管道、第三管道仅用来表示不同类型的管道，并不意在限定管道的数量，第一管道可以为数个第一管道，第二管道可以为数个第二管道，第三管道可以为数个第三管道。
在本实用新型中，第一阀、第二阀、第三阀仅是用来表示发挥不同作用的阀，并不意在限定阀的数量，第一阀可以为数个第一阀，第二阀可以为数个第二阀，第三阀可以为数个第三阀。
在本实用新型中，第一动力源、第二动力源仅是用来表示发挥不同作用的动力源，并不意在限定动力源的数量，第一动力源可以为数个第一动力源，第二动力源可以为数个第二动力源。
在本实用新型的芯片使用是，可以通过下述毛细管道将芯片与动力源和阀连接，在本实用新型的具体实施方案中，如下所述，毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5 mm2，进一步优选为0.25～1mm2。
所述管道连接口和毛细管连接，连接处进行密封处理，再通过毛细管与动力源和/或阀连通。为保证动力源压力的稳定传导，所述毛细管为硬质管，管路无柔性变化。进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK 管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
在本实用新型的一个具体实施方案中，第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一动力源驱动，通过第一管道的第一连接口向管道内产生压力，从而推动液体a或液滴b从第一连接口进入第一管道中，并控制液滴在管道中运动。
第二管道通过第三连接口和毛细管道与第二阀连通，当第一动力源驱动，仅第二阀开启时，可控制第一管道内的液滴a向第二管道内流动；第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通，当第一动力源驱动，仅第三阀开启时，可控制第一管道内的液滴a向第三管道内流动。通过第二阀和第三阀的交替开启，则可以完成液滴a的切割。
第二管道通过第三连接口和毛细管道与第二动力源连通，第二动力源驱动时，通过第二管道的第三连接口向管道内产生压力，从而推动待融合液滴 a1进入停留在第一管道和第二管道第一连通部位的液滴b中，完成液滴的融合。
第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，当第一动力源驱动，仅第一阀开启，可推动融合后的液体c从第二连接口流出。
芯片基板内的第一管道用于容纳例如，待分割液滴a和待融合液滴b，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
在本实用新型的一种实施方式中，如图1所示，所述芯片基板上有2 个孔(7、8)，所述孔(7、8)位于第一管道1和第二管道2的第一连通部位13 附近，其位置并不固定，可以分别位于第二管道2的两侧，也可以分别位于第一管道1的两侧，所述孔(7、8)与所述第一管道1和第二管道2的第一连通部位13的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm，所述孔(7、8)用于容纳另外设置的融合电极的正负两极(图1中未示出)，本领域技术人员可以根据芯片设计需求在上述范围内设置孔(7、8) 位置。加载在所述融合电极上的电压频率为0-20000Hz，优选1000-10000Hz，所述电极电压为1-5000V，优选500-1000V。当所述融合电极连通电源，产生电场作用在第一连通部位处的液滴处，所述电场可以是交变电场或恒定电场中的任意，电极施加的电压为1-5000V，优选500-1000V。通过施加这样的电场可以进一步促进待融合液滴a1和停留在第一管道1和第二管道2的第一连通部位13液滴b相融合。
另外，在本实用新型中，对于孔(7、8)的具体形状和孔的大小没有限定，只要可以用来放置另外设置的融合电极即可。融合电极通常包括正负两极。
在本领域技术人员实施过程中，可以根据本实用新型所述原理，在芯片上设置数个第一管道、第二管道和第三管道分别用于不同液体的切割融合，也可以将在第一管道的第一连接口、第二管道的第三连接口拓展为数个，分别连接不同的动力源，推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
通过采用数个第一管道1和数个第二管道2可以实现分别推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道1或第二管道2中。本领域技术人员可以根据液滴切割和融合的需求，采用本实用新型所述切割融合装置连接原理，设计相应的液滴切割和融合装置。同样上述第一管道1a、第一管道1b、以及第一管道1c，第二管道2a、第二管道2b、以及第二管道ac 仅仅是为示意性的，第一管道1可以是由n个不同的分管道构成，第二管道可以由m个不同的分管道构成，其中，n和m可以是相同，也可以是不同的，n和m可以各自选自1～20中的整数。
同样，待分割液滴aa、待分割液滴ab、待分割液滴ac和待融合的液滴 ba、待融合的液滴bb、以及待融合的液滴bc也是示意性的。基于n个第一管道和m个第二管道可以用于进样n种不同的待分割液滴a，以及m种不同的待融合液滴b。
进一步，针对m个第一管道1和n个第二管道2，同样可以采用m个第一动力源和n个第二动力源来分别用于控制推动不同的液滴，当然如果设计合理，也可以考虑合并其中的一些动力源来实现分别推动n种不同的待分割液滴，以及m种不同的待融合液滴b。
在本实用新型一个具体的实施方式中，本实用新型涉及一种微流控芯片，如图2所示，基板4内形成有第一管道1a、第一管道1b、第一管道1c、第一管道1d、第二管道2以及第三管道3，所述第一管道1a，其两端分别包括第一连接口11和第二连接口12，第一管道1b，其一端分别包括第一连接口11’，另一端与第一管道1a在分支部位15合并，第一管道1c，其一端分别包括第一连接口11”，另一端与第一管道1a在分支部位15合并，第一管道1d，其一端分别包括第一连接口11”’，另一端与第一管道1a在分支部位 15合并。第二管道2，其一端包括第三连接口21，另一端与第一管道1连通，第二管道2用于容纳切割后的第一部分液滴a1。第三管道3，其一端包括第四连接口31，另一端与第一管道1连通，第三管道3用于容纳切割后的第二部分液滴a2。第一管道1和第二管道2的第一连通部位13位于第三管道3和第一管道1的第二连通部位14的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离为500μm～2000μm，优选 750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。
进一步分支部位15位于第一连通部位13的上游，且分支部位15和第一连通部位13之间的距离为500μm～5000μm，优选1000μm～3000μm，优选为2000μm～3000μm。
在上述具体的实施方式中，第一检测窗9和第二检测窗10形成在第一管道1a上，如图2所示。
如图2所示，第一连接口11’、11”、11”’，以及第三连接口21和第四连接口31可以分别连接不同的动力源和阀，用于实现油相和水相的进样，其中水相和油相的进样系统是可以切换的，例如在芯片刚刚开始启动时，与上述连接口连接的是油相进样系统，从而使芯片内部充满介质油。而在开始进样微生物液滴时，其中部分进样系统可以开始进样水相，例如可以用于进样用于培养的微生物液滴、用于反应的酶反应体系，以及用于培养的新鲜培养基、化学因子、基质反应液等等，图8显示了芯片和/或芯片系统通过毛细管道与各动力源和阀连接的一种方式。
在本实用新型的一个具体的实施方式中，例如与第一连接口11’连接的是油相进样系统，与第一连接口11”连接的是水相进样系统，与第一连接口 11”’连接的是水相进样系统，与第三连接口21连接的是水相进样系统，与第四连接口31连接的是阀系统。
在本实用新型的芯片和/或芯片系统使用的过程中，例如，第一连接口 11’连接的油相进样系统向芯片中通入油相，同时，与第一连接口11”连接的水相进样系统根据需要在给定的进样时间，脉冲式地通入水相样品，由此在第一管道1b和第一管道1c连通处形成油包水的微液滴，例如待用于接种菌液的新鲜培养基或者包含用于酶反应的基质溶液，可以参见图2和图8。
动力源继续推动上述形成的微液滴向右方运动至第一管道1d和第一管道1b的连通处。然后停止推动该微液滴的运动，第一连接口11”’连接的动力源推动另外的水相溶液(例如可以是用于添加的某种化学因子溶液或者用于反应的包含另外一种基质的溶液)与停止在第一管道1d和第一管道1b处的微液滴中，形成如上文所述的待融合液滴b，具体来说该待融合液滴b可以是添加了某种化学因子的新鲜培养基，或者是综合了不同的反应基质(或底物)的反应物溶液。
在芯片开始使用时，在图2所示的第一管道1b中容纳油相(例如用作介质的矿物油)，在第二管道2中容纳水相，如待接种的菌液或者待反应的酶溶液。在第一管道1a和第二管道2的第一连通部位13处形成油包水的液滴即待分割液滴a，例如待接种的菌液，或包含可以用于与反应物反应的酶溶液。
在芯片和/或芯片系统开始使用的过程中，首先形成待分割液滴a，其次在第一管道中进行培养，再利用上述本实用新型的可以实现切割与融合的结构形成待融合液滴b，然后进行切割与融合与待分割液滴a切割和融合形成新液滴c。此外，第二管道2开始容纳水相，等菌液全部行程油包水的液滴后，就重新装入油相，第二管道在芯片运行的过程中作为上述第二管道进行切割与融合。
因此，如上所述，本实用新型的图1和图4示出的是用于实现切割和融合的基础芯片结构，图2和图8示出的是本实用新型的芯片和/或芯片系统的一个具体的实施方式，本领域技术人员可以理解，在图2所示的芯片中，当其局部的结构与图1的结构相同，其动力源和阀的结构能够实现图4所示的结构既可以实现液滴的融合和切割，在利用如图2所示的芯片进行操作时，无论是在芯片中首先形成被介质油包围的待切割液滴a，还是形成被介质油包围的待融合液滴b，均可以采用图1和图4所示的基础结构来实现，实现之后，图2所示的芯片还可以利用图1和图4所示的基础结构来实现形成被介质油包围的新液滴c。重复实现上述过程，可以形成数个～数百个新液滴c。
当然，进样系统和阀系统是通过与上述这些进样口密封连接的毛细管道连接。如上所述进样系统通常主要包括用于放置待进样的液体的容器、用于进样的管道和动力源。动力源如上所述，选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵中的任一种，优选为注射泵。阀也如上所述，可以选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种，优选为旋转阀。
本领域技术人员可以理解，上述与第一连接口11’、11”、11”’、以及第三连接口21、第四连接口31连接的进样系统和阀仅仅是一个例子。根据芯片处于的状态，这些进样系统和阀之间的关系是可以替换的。
如图2所示的本实用新型的芯片，第一连接口11通过毛细管路与第一培养管路连接，第二连接口12通过毛细管路与第二培养管路连接。第一培养管路和第二培养管路也可以由毛细管路构成，可以根据需要培养、需要反应体系对于培养时间和反应时间的要求来设计第一培养管路、第二培养管路的长度。
同时通过控制与本实用新型芯片连接的动力源等，微液滴在芯片中流动的方向可以反转。如上所述，形成的数个～数百个新液滴c可以在第一培养管路中培养，并且根据需要，还可以通过动力源的控制实现微液滴运动方向的反转，从而使得微液滴在管道中的实现往复运动。
如图2所示，在一个具体的实施方式中，在本实用新型的芯片上的第一管道1a上设置第一检测窗9和第二检测窗10，对于第一检测窗9和第二检测窗10的描述如上所述。
此外，在第一管道1a上，对于第一检测窗9和第二检测窗10之间的距离没有限定，只要可以分别实现对于在管道中流动的微液滴的识别和检测即可，例如第一检测窗9和第二检测窗10之间的距离(以沿着管道的距离为例) 可以为1cm～10cm，优选为3cm～5cm。第一检测窗9和第二检测窗10可以分别用作微液滴的识别窗口和微液滴的检测窗口。
在一个具体的实施方式中，第一检测窗9用作微液滴的识别窗口，第二检测窗10用作微液滴的光学检测窗口。
如上所述，微液滴的识别可以通过与芯片外部设置的激光系统配合来实现，当激光系统持续发射一束激光照射到第一检测窗9时，如果有微液滴通过该第一检测窗9，则激光系统电压会发生变化，外部的记录系统可以记录下激光电压的变化，并可以触发一些动作的发生。
微液滴的检测可以通过与芯片外部设置的光谱系统配合来实现，例如，可以设置一个光谱检测器，检测通过该第二检测窗10的微液滴的吸光度值，该吸光度值可以反映例如是微生物培养体系的微生物的生长程度，或者反映如果是带有颜色变化的反应体系的颜色变化。
本实用新型还涉及一种微流控芯片系统，其包括：基板；以及形成在所述基板上的第一管道、第二管道以及第三管道，其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm，形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗；与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道。
图3示出了本实用新型的一种微流控芯片系统示意图，其中图3中在芯片基板外部的管道表示毛细管道。其中，与图2所示的结构一样，所述第一管道在第一连通部位的上游分支为第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d，其中第一检测窗和第二检测窗形成在第一管道a上，通过第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d上的第一连接口和第二连接口密封连接毛细管道，通过第二管道以及第三管道分别通过第三连接口和第四连接口密封连接毛细管道。
其中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道的密封连接部位位于所述基板内部。
在本实用新型中对于上述密封连接没有具体的限定，例如在芯片完成结构设计后，在雕刻机上进行加工，然后通过热压机对芯片基板进行压合，将毛细管深入芯片侧面深孔中，注入胶水进行密封结合。
本实用新型中的芯片系统中的毛细管道为硬质管，以及进一步优选所述毛细管道为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
如上所述，本实用新型的芯片可以用于实现微液滴的定量分割与融合。
图5为本实用新型一种不同微液滴定量分割与融合过程的示意图。图6 示出了本实用新型所述微液滴定量分割与融合的方法步骤，所述一种微液滴定量分割与融合的方法包括如下几个步骤。下面可以参考图5和图6对本实用新型的微液滴定量分割与融合的方法进行说明。
具体来说，如图6所示，步骤S110，打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道；步骤S120，打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中；步骤S130，关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中；步骤S140，关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位；步骤S150，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中；步骤S160，第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口方向运动。
其中，第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c。第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1。第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选 750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μ。
在本方法中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5 mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选所述毛细管为硬质管，进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管 (PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种，优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
在本实用新型的装置或本实用新型的芯片的使用的过程中，首先向全部管道和/或全部毛细管道内注满油性介质，所述待分割液滴a和待融合液滴b 在管道中是被油相分割开的。
在步骤S110中，打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道。
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连接。第一动力源驱动，对第一管道内产生压力，第二阀和第三阀关闭，第一阀打开，位于第一管道内的液滴在第一动力源的推动下，向连接第一阀的第二连接口方向运动。
在本实用新型的其他实施方式中，通过毛细管路与第一管道的动力源可以为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
在步骤S120中，打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中。
当第一动力源驱动，对第一管道内产生压力，第二阀打开，第一阀关闭，第三阀的状态保持不变仍处于关闭状态，第一管道内的液滴a在第一动力源的推动下，到达第一管道和第二管道的第一连通部位，并向连接第二阀的第二管道的第三连接口方向运动，这时液滴a的一部分a1进入第二管道中，仍有一部分a2位于第一管道中，此时，液滴a的两个部分并未分开，a1和a2 仍为一个整体。
在步骤S130中，关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中；
此时，第一动力源继续驱动，第二阀关闭，第三阀开启，液滴a留在第二管道内的部分a1保持不动，液滴a留在第一管道内的部分a2在第一动力源的推动下，继续在第一管道内运动，经过第一管道和第三管道的第二连通部位，再向第三管道连接第三阀的第四连接口方向运动，这时液滴a被切割成了2个部分，第一部分是位于第二管道内的液滴a1，其位置靠近第一管道与第二管道的第一连通部位，第二部分是位于第三管道内的液滴a2，其中液滴a1的体积大于或等于液滴a2的体积。
此外，第一部分液滴a1占所述待分割液滴a的液体体积的20％～90％，优选40％～90％，例如可以占所述待分割液滴a的液体体积的20％、30％、 40％、50％、60％、70％、80％、以及90％等。
在本步骤中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离是液滴切割的关键指标，距离过长会影响切割效率，距离过短会让液滴切割比例难以控制，在本实用新型中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为 500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μ。
在S140步骤中，关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位。
在上个步骤中，液滴a的切割完成。在本步骤中，关闭第三阀，打开第一阀，驱动第一动力源，推动待融合的液滴b进入第一管道，向第一管道与第一阀的第二连接口方向运动，到达第一管道和第二管道的第一连通部位，此时已经完成切割的液滴a1位于第二管道内，靠近第一管道与第二管道的第一连通部位。
在本步骤中，液滴b的体积可以调节，本领域技术人员可按照待融合液滴的比例通过动力源对液滴进行b的体积控制。
在S150步骤中，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中。
在本步骤中，第一动力源停止驱动，液滴b停留在第一管道和第二管道的第一连通部位，第二动力源驱动，推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，形成新的液滴c，位于第一管道中，停留在第一管道和第二管道的第一连通部位处。给定量的第一部分液滴a1体积小于整个液滴a1 的体积，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中。通过调节第二动力源使得第二动力源推动的给定量的第一部分液滴a1占第一部分液滴a1总体的比例为20％～90％，优选为40％～90％，例如可以是30％，40％，50％，60％， 60％，70％，80％等。
在步骤S160中，第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口运动。
在本步骤中，第二动力源关闭，第一动力源驱动，第一阀处于开启状态，第一管道中的新液滴c，在第一动力源的推动下，向连接第一阀的第二连接口方向运动。
以上是本实用新型所述分割和融合方法的一种实施方式，本实用新型的所述分割和融合方法还包括促进液滴融合的步骤，具体的步骤如图7所示，即在步骤S140和步骤S150之间增加一个步骤S141。步骤S141包括，开启融合电极，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合。
在本步骤中，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位时，打开融合电极电源，融合电极在第一连通部位处形成交变电场，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，融合电极形成的电场促进所述液滴a1和所述液滴b的融合形成融合后的液滴c，融合电极电源关闭。本步骤在液滴融合时起到促进作用，并非本实用新型的必要步骤。
如上所述，在本实用新型的芯片和/或芯片系统中，可以实现微液滴的切割和融合，当切割和融合后的微液滴，可以继续在第一管道、与第一管道连接的第一培养管路和第二培养管路中运动，从而实现微生物的进一步培养或使反应体系的反应进一步进行。在整个运动过程中，微液滴的存在和状态可以通过设置在芯片和/或芯片系统上的第一检测窗和第二检测窗来进行监控。
在本实用新型的另一个具体的实施方式中，当利用如图2和图3所示的微流控芯片和/或系统进行微液滴的处理时，可以通过如下的方法来操作，该方法包括如下步骤。
在第一步骤(S1)中，液滴生成(待分割液滴a前体的生成)，与第一管道(具体来说，与第一管道1b)连通的动力源驱动油相在第一管道中流动，与第二管道连通的动力源驱动含有微生物的水相样品脉冲式定量进入到充满油相的芯片中，并且在第一连通部位13处形成油包水的微生物液滴(通过随后的培养，形成待分割液滴a)，完成含有微生物样品进样；
在第二步骤(S2)中，微生物培养(即培养形成待分割液滴a的步骤)，与第一管道(具体来说，例如是与第一管道1a)连通的动力源驱动形成的油包水的微生物液滴在第一连接口11与第二连接口12之间往复循环运动培养形成待分割液滴a，由第一检测窗9识别微生物液滴从而对其进行识别，由第二检测窗10对液滴微生物状态指标进行检测；
在第三步骤(S3)中，待融合液滴b生成，通过与第一管道(具体来说，与第一管道1c)连通的动力源驱动水相溶液，在第一管道1b和第一管道1c连通处形成油包水的微液滴；当微液滴向右方运动至至第一管道1d和第一管道1b的连通处。然后停止推动该微液滴的运动，第一连接口11”’连接的动力源管道中的液体(如含有培养基单因子成分的水相)与停止在第一管道1d 和第一管道1b处的微液滴中，形成如上文所述的待融合液滴b，通过这样的过程，可选择性重新调整液滴成分，形成待融合液滴b，并通过分支部位 15进入第一管道中；
在第四步骤(S4)中，待分割液滴a切割，微生物液滴即待分割液滴a由第一连接口11朝第二连接口12的方向在第一管道1a中移动，经过第一检测窗9检测识别，对目标微生物液滴在第一连通部位13处进行切割，一部分微生物液滴进入第二管道2中，余下部分进入第三管道3中分选流出，或可逐一存样；
在第五步骤(S5)中，液滴融合，当待融合液滴b经过第一检测窗9处识别后，微生物液滴达到第一连通部位13时，由第二管道21注入上述一部分微生物液滴与待融合液滴b融合，形成新目标微生物液滴c；
在第六步骤(S3)中，液滴培养和筛选，循环重复第二步骤至第五步骤。
同样，本领域技术人员可以理解，上述油相进样系统，水相进样系统，以及阀系统可以分别各自实现第一动力源、第二动力源、第一阀、第二阀和第三阀的作用。
具体来说，图8示出了一个与不同的动力源和阀连接的芯片和/或芯片系统。图8中还使出了第一检测窗9和第二检测窗10的位置。此外，如图 8所示，当与第一连接口11和第二连接口12连接的毛细管路外部的动力源进行切换的时候，可以使在体系中运动的微液滴的运动反向反转，从而进行往复运动培养，并且改变通过第一检测窗9和第二检测窗10的微液滴的走向，检测处于不同培养周期或者反应阶段的微液滴。
具体来说，本实用新型的水相例如可以为含有培养基单因子成分的水溶液，或用于接种的微生物培养液。
进一步，在本实用新型所述的芯片中可以包括1-500个微液滴。
利用本实用新型的芯片和芯片系统能够实现微生物微滴在线培养与检控，通过液滴微生物生长状况进行微生物菌株筛选；此外，还能够通过更换新鲜培养基、添加化学因子，实现微生物的微生物继代培养、培养优化、适应性进化等功能。
实施例
实施例1
第一管道、第二管道、第三管道为形成在芯片基板内的管道，芯片基板尺寸为3cm*5cm*4mm(长*宽*厚)，芯片基板所用材质为PMMA，形成于芯片基板内的第一管道、第二管道、第三管道为横截面为正方形的管道，其横截面积为1mm2(其边长为1mm)，第一管道分别与第二管道、第三管道相连通，第一管道与第二管道的第一连通部位位于第一管道与第三管道的第二连通部位的上游，第一连通部位和第二连通部位的距离为1.5mm。管道中充满了油性介质。
第一管道的第一连接口连接有注射泵A，第二连接口连接有旋转第一阀，第二管道的第三连接口连接有注射泵B和旋转第二阀，第三管道的第四连接口连接有旋转第三阀，管道和注射泵、旋转阀通过毛细管连接，毛细管内径为1.0mm、材质为聚四氟乙烯。
在本实施例中，使用的注射泵A和注射泵B均为工业注射泵，注射泵所带阀头为三通阀，购买自河北保定兰格恒流泵有限公司的工业注射泵 MSP1-C2。
第一阀、第二阀和第三阀均为购买自南京润泽流体控制设备有限公司 Mrv-01高压二通阀。
启动注射泵A，打开旋转第一阀，向第一管道内推入2μl体积大小的待分割液滴a和2μl体积大小的待融合液滴b；液滴a和液滴b被管道中的油性介质油相中断。在本实施例中，待分割液滴为含有大肠杆菌BL21的微生物培养液，液滴b为新鲜的LB培养基。介质油相为矿物油。
关闭旋转第一阀，打开旋转第二阀，继续驱动注射泵A，推动液滴a运动到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中a的70％部分为液滴a1，即约1.4微升进入第二管道中，此时关闭旋转第二阀，打开旋转第三阀，继续驱动注射泵A，液滴a剩余30％部分约0.6微升液滴a2全部进入第三管道中，最终液滴a被切断为2个部分液滴a1和液滴a2；液滴a1保留在第二管道中，另一部分液滴a2进入第三管道，关闭旋转第三阀，完成了液滴的切割。切割液滴a主要是为了切合液滴a使a的底面与管道A平行，减少中间间隔油相量，再定量注入切合液滴A的部分溶液进入待融合b中，从而实现注入量高精确度。由于液滴a是被管路中油相切断，所以液滴b的一端与第一管道通道平齐，为之后的精确定量进样奠定基础。
打开旋转第一阀，继续驱动注射泵A，推动液滴b移动到第二管道与第一管道交接处，停止推动，驱动注射泵B推动液滴a部分(a1)定量进入液滴 b中形成新液滴c。
启动注射泵A，推动新液滴c向前运动，残余的液滴a1部分驻留在B 通道中，完成液滴a和液滴b的物质定量交换。
循环重复上述步骤，从而实现对将多个包含大肠杆菌BL21的培养液接种到新鲜的LB培养基中。
实施例2
采用与实施例1同样的材质如图2所示，形成微流控芯片。在实施例2 中，基板的长为7.5cm，宽为5cm。
此外，在实施例2中，动力源的配置如图8所示，其中动力源和阀采用与实施例1相同的方法。
在实施例2中，在芯片使用前全部充满油相，然后通过上述动力源在灭菌的状态下向第二管道2进样用于接种的菌液，在第一连通部位13处形成油包水的微滴。完成进样后，第二管道2中再次充满油相。接下来，在动力源的作用下，在第一连通部位13处形成的油包水的微滴第一管道1a中往复来回运动，进行液滴中菌种培养，经培养后成为待分割液滴a。其中第一检测窗9用作液滴识别点，识别液滴的位点；第二检测窗10液滴检测点，用于菌浓度OD检测。
然后，通过动力源从第一连接口11’向芯片中通入油相，利用动力源，通过第一连接口11”根据需要控制进样时间段，从而间断地向芯片中进水相的培养基，在第一管道1b和第一管道1c连通处形成油包水的培养基液滴。可选择下述步骤，当微液滴向右方运动至第一管道1d和第一管道1b的连通处，然后停止推动该微液滴的运动，与第一连接口11”’连接的动力源推送氯化钠溶液进入与停止在第一管道1b和第一管道1d处形成的培养基液滴中(改变培养基中的培养因子的浓度)，形成待融合液滴b，进入第一管道中，位于待分割液滴a左边，在第一管道1a中推动液体由第一连接口11向第二连接口12运动。
待分割液滴a和待融合液滴b重复上述实施例1中分割与融合的过程。完成所有液滴分割与融合后，再次进行微生物新液滴培养，可通过第二检测窗10再次检测液滴OD值。
工业实用性
本实用新型的用于微生物培养与检测的微流控芯片及其使用方法可以在微流控芯片领域制造并使用。本实用新型适用于微生物的生长测定、适应性进化、耐药机理研究和培养优化，同时也可以适用于对复杂反应过程进行模拟。
尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。
在本实用新型中列举的数值范围均包括该数值范围的两个端点的数据，也包括该数值范围中具体的每一个数值，并且该数值可以与端点任意组合组成新的小范围。

Claims (12)

1.一种微流控芯片，其特征在于，其包括：
基板；以及
形成在所述基板内的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，
形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，
所述第一管道在第一连通部位的上游分支为第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d，第一检测窗和第二检测窗形成在第一管道a上。
3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，
所述基板和第一管道、第二管道和第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种。
4.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，
所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2。
5.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，
所述基板上包括2个孔，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm，用于容纳融合电极。
6.一种微流控芯片系统，其特征在于，其包括：
基板；以及
形成在所述基板上的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，形成在第一管道上的第一检测窗和第二检测窗；
与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片系统，其特征在于，所述第一连通部位和第二连通部位之间的距离为750μm～1800μm。
8.根据权利要求6所述的微流控芯片系统，其特征在于，所述第一连通部位和第二连通部位之间的距离为1000μm～1500μm。
9.根据权利要求6所述的微流控芯片系统，其特征在于，
所述第一管道在第一连通部位的上游分支为第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d，
其中第一检测窗和第二检测窗形成在第一管道a上，
通过第一管道a、第一管道b、第一管道c以及第一管道d上的第一连接口和第二连接口密封连接毛细管道，
通过第二管道以及第三管道分别通过第三连接口和第四连接口密封连接毛细管道。
10.根据权利要求6或9所述的微流控芯片系统，其特征在于，
所述基板和第一管道、第二管道和第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，
第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2。
11.根据权利要求6或9所述的微流控芯片系统，其特征在于，
所述毛细管为硬质管，以及所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
12.根据权利要求6或9所述的微流控芯片系统，其特征在于，与第一管道、第二管道以及第三管道密封连接的毛细管道的密封连接部位位于所述基板内部。
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