CN213669345U - 一种微滴快速生成芯片 - Google Patents

Abstract

一种微滴快速生成芯片，包括芯片本体，及其内部设置的腔室、管道，所述腔室包括进油相的油相腔室、进水相的水相腔室及排样腔室，所述油相腔室连接的第一管道、水相腔室连接的第二管道、排样腔室连接的第三管道相互连通，所述第一管道、第二管道靠近相互连通点端设置有盘管通道，距离连通点100‑500μm处设置一组用于芯片液滴大小参比的可视标识。本实用新型能够快速实现皮升级液滴的生成，且液滴成分均匀，大小可控。

Description

一种微滴快速生成芯片

技术领域

本实用新型属于微流控技术领域，特别涉及一种微滴快速生成芯片。

背景技术

微流控芯片微滴技术是一种基于微流控芯片的操控微小体积液体的新技术。在生化实验中，利用这些分散的微液滴单元来替代实验室中的发酵罐、烧杯、反应器等，实现生化反应及检测的微量化，有助于减少反应试剂、减短反应时间、调控局部反应条件、增加反应精度等，显现出巨大的应用潜力。

微液滴作为微反应器单元，要让其真正发挥其潜在的应用技术，其先决条件是要稳定地产生非常均匀的、尺寸和结构精确控制的微液滴。然而要产生上述微液滴，一方面取决于微流体进样系统如注射器、蠕动泵、活塞泵等精准控制进液量，另一方面取决于芯片的设计。注射器、蠕动泵、活塞泵等这些进样装置对于实现皮升级的流体时，其控制十分吃力，常常出现滞后、稳定时间长、重复性差、脉冲效应等一系列问题，因此，需要同时在芯片上进行改进，合理设计结构，实现每分钟产生成千上万个尺寸均一的、体系稳定的皮升级微液滴。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种液滴快速生成芯片。该芯片可以用于快速制备大量的大小均一、混合均匀的微液滴，微液滴平铺于芯片上，在显微镜或者成像仪下参照液滴生成处一组用于芯片液滴大小参比的可视标识，判断液滴的大小。

一种微滴快速生成芯片，包括芯片本体，及其内部设置的腔室、管道，所述腔室包括进油相的油相腔室、进水相的水相腔室及排样腔室，所述油相腔室连接的第一管道、水相腔室连接的第二管道、排样腔室连接的第三管道相互连通，在第一管道、第二管道、第三管道的连通点处油相和水相形成油包水的混合均匀的稳定的微液滴。所述第一管道、第二管道靠近相互连通点处设置有蛇形通道，所述蛇形通道对液流起到减小或缓冲液流压力的作用；所述芯片中距离连通点100-500 μm处设置有一组用于芯片液滴大小参比的可视标识；微液滴在第一管道、第二管道、第三管道的连通点处形成，微液滴的大小可参照芯片中的可视标识判断，若大小需要调整，可通过进样系统如注射器、蠕动泵、活塞泵等进一步控制，最终使液滴稳定、大小均一。

优选的，所述水相腔室及第二管道为2个或以上的水相腔室与管道并联结构，所述并联结构相交点位于第一管道、第二管道、第三管道相互连通点上端0.2-0.5 mm。更进一步，所述2个或以上的水相腔室与管道，可以通过水相腔室外接不同水相，这样便于根据需要，改变水相中不同因子的成分与含量。

优选的，所述第一管道，一端与油相腔室连接，另一端设有分支第一管道a、第一管道b，所述第一管道a、第一管道b中设置有蛇形通道。所述第一管道a、第一管道b与第二管道、第三管道在连通点处交汇。

进一步优选的，所述蛇形通道为来回折叠的U型通道或S型通道。液体通过折叠的蛇形通道时，降低液压，这对于微流体系的稳定至关重要，同时通过反复来回折叠结构，增加了芯片空间利用度。

优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道的横截面积的范围为0.4×10-4 mm2–

12×10-4 mm2。

优选的，所述油相腔室和所述水相腔室内设置有进样口、分流挡板、过滤孔道。所述进样口外接毛细管，液样从进样口进入，由于芯片管道口径小于毛细管，液体进入芯片管道中容易造成较大的冲力，在分流挡板的作用下，缓冲液压，然后经过滤孔道流入管道中。

进一步优选的，所述油相腔室过滤孔道由不同尺寸的孔组成，更进一步优选的，所述油相腔室过滤孔道的孔由三个梯度尺寸组成，其分别为100-120 μm、50-80 μm、10-20 μm。所述水相腔室过滤孔道尺寸大小为20-60 μm。所述过滤管道，一方面可以进一步缓冲液压，另一方面更有效的去除杂质，以免造成芯片管道的堵塞。

优选的，所述一组用于芯片液滴大小参比的可视标识为长度尺寸30 μm、20 μm、15μm、10 μm、8 μm的长条形的可视标识。所述可视标识用作观察微液滴长度的标尺，在显微镜或者成像仪下查看液滴的大小。

优选的，所述油相腔室、水相腔室外设置有燕尾定位挡块，所述排样腔室外设置有微孔环形阵列。所述燕尾定位挡块和微孔环形阵列用于对腔室的定位。

优选的，在所述芯片中第一管道、第二管道、第三管道相互连通点处生成体积0.2-200 pL的微液滴。

本实用新型一种液滴快速生成芯片通过腔室中的分流与过滤结构，以及管道中的蛇形通道，有效地降低进样压力；通过多个水相腔室进样改变液滴中的因子的成分和浓度；同时第一管道的油相通过分支在与第二管道、第三个管道相互连通处与液相相汇合，两侧油相包水相，形成微液滴，有利于制备大小均一的微液滴体系；最后通过一组可视标识，参照比对微液滴大小，有利于微液滴生成的控制。

附图说明

图1为本实用新型微滴快速生成芯片的结构示意图；

图2为本实用新型微滴快速生成芯片的蛇形通道局部放大图；

图3为本实用新型微滴快速生成芯片的油相腔室局部放大图；

图4为本实用新型微滴快速生成芯片的水相腔室局部放大图。

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发明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发明的较佳实施方式，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，下面将结合附图以下具体实施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滴快速生成芯片的结构示意图，至少包括芯片本体，及其内部设置的腔室、管道。

具体来说，本实用新型微滴快速生成芯片的芯片本体1中，设置包括进油相的油相腔室2、进水相的水相腔室3及排样腔室4，所述油相腔室2连接的第一管道5、水相腔室连接的第二管道6、排样腔室4连接的第三管道7相互连通，所述第一管道5、第二管道6靠近相互连通点9处设置有蛇形通道8，所述芯片中距离连通点100-500μm处设置有一组用于芯片液滴大小参比的可视标识。

所述芯片本体1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)中的任一种材料形成，油相腔室2、水相腔室3、排样腔室4、第一管道5、第二管道6以及第三管道7形成于芯片本体内部。

本实施方式中，第一管道5、第二管道6以及第三管道7横截面积形状没有限制，可以是圆形、矩形、椭圆形等任何便于开模成型及任意便于液滴流通的形状，优选圆形。所述管道的横截面积范围为（0.4-12）×10^-4 mm²，优选为（1-10）×10^-4 mm²，进一步优选（5-10）×10^-4 mm²。

在一个具体实施方式中，所述第一管道5、第二管道6以及第三管道7横截面积可以彼此相同，也可以彼此不同；同一管道内部内径可以相同，也可以是变径的。无论管道如何变，只要横截面积满足上述限定即可。

在一具体实施方式中，所述水相腔室及第二管道为2个或以上的水相腔室与管道并联结构，所述并联结构相交点位于第一管道5、第二管道6、第三管道7相互连通点9上方0.2 -0.5 mm。这种方式有利于不同水相液体的加样，尤其是在生化实验操作中，往往存在不同梯度因子的培养基，即保持基本培养基成分不变，改变某一种或某几种培养因子，或者在酶与底物催化反应实验中，保持底物不变，改变酶的含量等。水相腔室3与第二管道6作为一个结构单元，其数量的增减根据具体实验进行设计，其相交点位于第一管道5、第二管道6、第三管道7相交点的前端。

如图1所示，在一实施方式中，所述第一管道5，其一端与油相腔室2连接，另一端设有分支第一管道5a、第一管道5b，所述第一管道5a、第一管道5b中设置有蛇形通道8。进一步，蛇形通道8不限数量，可以为一个或者多个。同时根据需要，第一管道还可以2个以上的多分支，多分支上设置不限数量的蛇形通道8。

如图2所示，在一具体实施方式中，所述蛇形通道为来回折叠的管路，进一步优选U型通道或S型通道。

在一具体实施方式中，所述微滴快速生成芯片在第一管道5、第二管道6、第三管道7相互连通点9区域为透明的，便于观察此处生成的微液滴的大小。通过所述芯片生成的微液滴体积为0.2-200 pL。更进一步，整个芯片均可以是透明的。

如图1所示，为了便于观察液滴的大小和均一性，在一具体实施方式中，在距离第一管道5、第二管道6、第三管道7相互连通点9的100-500 μm处，设置有一组可视标识10。所述可视标识10为一组代表固定长度的长条形标识。具体来说，在本实用新型中，可视标识10的长度尺寸并非固定不变，其可根据需要观察液滴的长度进行调整，优选长度尺寸分别为30 μm、20 μm、15 μm、10 μm、8 μm的长方形标识。

在本实用新型的一具体实施方式中，如图1、图3所示，所述油相腔室和所述水相腔室内设置有进样口11、分流挡板12、过滤孔道13。进样口11外接毛细管，分流挡板12设置为多个小挡板，过滤孔道13为网状孔道，其形状不做限定，如为方形、圆形、椭圆等。因其作为过滤用的，需要让细胞通过孔道同时阻止杂质通过防止造成管道堵塞，因此，其尺寸需要进一步限定。进一步，在一具体实施方式中，所述过滤孔道由不同尺寸的孔组成，其中，所述油相腔室过滤孔道的孔由三个梯度尺寸组成，其分别为100-120 μm、50-80 μm、10-20 μm；所述水相腔室过滤孔道尺寸大小为20-60 μm。

在一实施方式中，为了方便腔室外接毛细管，在所述油相腔室、水相腔室外设置有燕尾定位挡块14，所述排样腔室外设置有微孔环形阵列。本实用新型中采用的是燕尾定位挡块、微孔环形阵列，也可以采用其他的便于识别和美观的形状进行定位标定。

利用本实用新型，能够快速实现皮升级液滴的生成，且液滴成分均匀，大小可控；此外，还能够通过添加/改变液滴中的成分，如化学因子、酶等，实现液滴成分的可变性。

实施例

一种微滴快速生成芯片本体尺寸为1.5cm*1cm*0.5cm(长*宽*厚)，芯片基板所用材质为PMMA，其内部设置的与所述油相腔室连接的第一管道、与水相腔室连接的第二管道、与排样腔室连接的第三管道，第一管道、第二管道、第三管道横截面为圆形，横截面大小为8×10^-4 mm²。所述第一管道、第二管道、第三管道靠近相互连通点处设置有来回折叠的U型盘管通道。所述第一管道，一端与油相腔室连接，另一端设有两个分支，分支结合点位于于第一管道、第二管道、第三管道相互连通点上方0.3 mm处。所述油相腔室和所述水相腔室内设置有进样口、分流挡板、过滤孔道。所述油相腔室过滤孔道的孔由三个梯度尺寸组成，其分别为100 μm、50 μm、20 μm，所述水相腔室过滤孔道尺寸大小为60 μm。所述油相腔室、水相腔室外设置有燕尾定位挡块，所述排样腔室外设置有有微孔环形阵列。所述芯片中，距离第一管道、第二管道、第三管道连通点300 μm处设置有一组长方形的可视标识，其尺寸分别为30 μm、20 μm、15 μm、10 μm、8 μm。本实用新型芯片用于生成体积150-180 pL的微液滴。

Claims (10)

1.一种微滴快速生成芯片，包括芯片本体，及其内部设置的腔室、管道，其特征在于，所述腔室包括进油相的油相腔室、进水相的水相腔室及排样腔室，所述油相腔室连接的第一管道、水相腔室连接的第二管道、排样腔室连接的第三管道相互连通，所述第一管道、第二管道靠近相互连通点处设置有蛇形通道，所述芯片中距离连通点100-500 μm处设置一组用于芯片液滴大小参比的可视标识。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述水相腔室及第二管道为2个或以上的水相腔室与管道并联结构，所述并联结构相交点位于第一管道、第二管道、第三管道相互连通点上方0.2 - 0.5 mm处。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一管道，一端与油相腔室连接，另一端设有分支第一管道a、第一管道b，所述第一管道a、第一管道b中设置有蛇形通道。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道的横截面积的范围为0.4×10^-4- 12×10^-4 mm²。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述油相腔室和所述水相腔室内设置有进样口、分流挡板、过滤孔道。

6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述油相腔室过滤孔道由不同尺寸的孔组成，所述液滴腔室过滤孔道为同一孔径。

7.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，所述油相腔室过滤孔道由三个梯度尺寸组成，其分别为100-120 μm、50-80 μm、10-20 μm；所述水相腔室过滤孔道尺寸大小为20-60 μm。

8.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述一组用于芯片液滴大小参比的可视标识是一组长度尺寸分别为30 μm、20 μm、15 μm、10 μm、8 μm的长条形可视标识。

9.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述油相腔室、水相腔室外设置有燕尾定位挡块，所述排样腔室外设置有微孔环形阵列。

10.根据权利要求1-9中任一所述的芯片，其特征在于，在所述芯片中第一管道、第二管道、第三管道相互连通点处生成体积0. 2-200 pL的微液滴。

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