[发明专利]一种基于液体残留的超微量液滴操控装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学中的微流控液滴分析领域，具体是涉及一种基于液体残留的超微量液滴操控装置及方法。

背景技术

微量的液体操控方法和装置在当前分析化学领域的发展中起着越来越重要的作用。一方面，液体操控体积的降低减少了对珍稀样品的需求量，显著降低了实验难度和成本。另一方面，微体系的体积效应避免了对超微量样品的过度稀释，从而实现了常规大体积体系难以完成的化学分析任务，如单细胞和单分子分析。微流控芯片技术通过微机电加工技术，在玻璃或者塑料等基片上加工网络化的微米级通道，并结合压力、电、磁、光、声、热等驱动和控制方法对通道内的超微量液体进行操控，从而完成微量生化反应与分析。微流控技术已经成为微量液体操控的平台技术，广泛应用于化学和生物分析、化学合成、药物筛选、医学诊断、组学研究等领域。

基于液滴的微流控技术是近年来快速发展的一种新型微量液体操控和生化分析技术。液滴微流控技术通过对微通道或微结构中不互溶的两相液体的操控，实现皮升至纳升级油包水型(或水包油型)液滴反应器的定量生成、混合、分裂、筛选等，从而可在超微量体积上完成常规化学和生物反应所需的液体操控操作。与连续流(单相)微流控技术相比，液滴微流控技术消除了微反应器中反应物或产物的稀释与扩散，且显著提高了反应器中传质和传热速度。同时，生物兼容的油水界面也为超微量生化反应提供了温和均一的微环境，有效提高了其反应效率。

目前，多数的液滴系统均采用具有T型或者十字聚焦型通道的微芯片进行液滴的形成和操控。一般通过调节通道的尺寸和两相流速来调节液滴的大小和生成频率(Thorsen T,Roberts R W,Arnold F H,Quake S R.,Phys.Rev.Lett.,2001,86:4163～4166；Anna S L,Bontoux N,Stone H A.,Appl.Phys.Lett.,2003,82:364～366)。为了向液滴内注入样品或者试剂溶液进行生化反应测定，主要采用两类方法：一种是采用T型通道将连续试样注入到不同的液滴中(Zheng B,Ismagilov R F.,Angew.Chem.Int.Ed.,2005,44:2520～2523)；另一种是采用流体压力或电动的方法将两个或者多个含有不同组分的液滴进行融合(Niu X,Gulati S,Edel J B,deMello A J.,Lab Chip,2008,8:1837～1841；Mazutis L,Araghi A F,Miller O J,Baret J C,Frenz L,Janoshazi A,Taly V,Miller B J,Hutchison J B,Link D,Griffiths A D,Ryckelynck M.,Anal.Chem.,2009,81:4813～4821)。这类基于微通道网络的液滴操控技术具有液滴生成和操控速度快，自动化程度高等优点，特别适合需要进行大规模液滴操控的应用场合。然而，这类液滴技术也存在一些明显的局限性。首先，这类方法难以快速生成不同化学组成和浓度的液滴，限制了其在以多样品为主要特征的高通量药物筛选等方面的应用。其次，为了实现试样加入和液滴融合所采用的压力或电动方法，均需要对液滴和油相的组成、液滴的流速、位置进行精确控制，操作难度大，其所需芯片的成本也较高。此外，由于液滴存储于封闭的芯片通道中，难以直接从液滴中取样进行下一步的分析测定。