[发明专利]液滴向上及向下分选、原滴下沉、注物上浮式微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片及对应的微流控方法。

背景技术

当今世界经济中，生物技术、生命科技、化工科技等领域的药品研发、医学检测、食品开发、生物催化、化学实验等过程复杂而漫长，涉及的学科门类众多，而当前实际的研发、生产以及实验场合，大多仍然采用传统方法，包括使用取液器、取液枪、试剂盒等工具，多采用人工或半人工的方式进行，自动化程度不高，效率低下，并且整个过程样品、原料使用量偏高，浪费严重，使得相关的材料、人力、管理等成本居高不下。随着科技的进步以及时代的发展，很多复杂的检测、实验都可以在几平方厘米甚至更小的芯片上实现，这就是微流控技术，它被称为“改变世界”的七种技术之一。

液滴，也叫液滴型微反应器，是下一代生化分析工具，皮升至微升级的液滴，在酶、细胞、蛋白、细菌等检测与筛选、基因测序、稀缺样本参与的生物化学实验中，必将扮演重要的角色，具有非常诱人的应用前景。

但在当下，微流控技术在更多的领域主要处于研发试验阶段，实际在国民经济中得到应有的不多，主要原因是微流控技术在很多应用中遇到难以解决的问题，其中最重要的一个瓶颈技术：如何把微样本中高活性、高品质或其它具有特定参数特征的部分筛选出来，具体筛选对象包括酶、蛋白、细菌、细胞、病毒等，这个技术关系到获得样本的品质，影响深远。

国外有学者采用高压电极产生电场的方式，在带有分叉结构的通道中，检测液滴参数后，按照预先设定的参数阈值，有选择的通过电极接通电信号，产生的电场使附近的液滴受到介电力的“拉拽”，改变该液滴的运动方向，进而完成液滴的筛选。

但上述方式采用了较强的电场，其对液滴以及液滴内部的样本产生了不良影响，甚至导致使用这种方法筛选出的样本的活性、功效、性能、状态发生了不可逆的变化，影响了后续的应用。

本发明克服了上述技术的缺陷，在实现液滴筛选环节中不使用强电场，而是利用液滴自身的重力以及液滴在液体中的浮力，实现液滴的无损筛选。

本发明具有非常好的应用前景与市场预期。

发明内容

在本发明的微流控芯片，适用对象可以是内部含有样本的液滴，也可以针对内部不含有样本的液滴，其中，液滴中含有样本的情形，样本包括活性样本与非活性样本两种。

本发明的微流控芯片，用于实施分选或筛选的适用对象，包括体积在皮升至微升级别的液滴，也包括上述范围之外的液滴。

在可供液体及液滴流动的通道内，液滴与液滴之间、液滴与通道之间，存在与前述液滴不相溶的液体。

液滴周围液体中可以包含如下多种成分中的若干种：表面活性剂、增加液滴稳定性物质、抑制液滴相互融合物质、上述以外对液滴内样本可以施加影响的物质，也可以不包含上述物质。

上述对液滴内样本可以施加影响的物质包括但不限于：氧气、二氧化碳、盐、消毒液、增稠剂、减稠剂。

上述的通道指包含若干个端口，既可以采用空腔结构形式，也可以采用通过端口与外界连通的非空腔结构形式，包括但不限于：可容液滴运动的空腔结构、微通道、导管、局部开放的水槽结构等，本发明可以采用微流控芯片实现，也可借助其它带有微通道结构的器物实现。

通过上述与液滴不相溶的液体的驱动，液滴在带有分叉结构的上述通道内运动，实现液滴分选处的通道的分叉结构的多个分支中，至少有一个分支在重力方向上的投影分量不为零，用于确保重力或浮力能够作用到液滴，实现针对液滴的操控。

所述实现液滴分选的通道分叉形式，包含一分二、一分三、一分四、一分五、一分N，这里的一分N指一分五路以上的分支情形。

上述用于液滴分选的通道分叉结构，在重力方向上的投影分量不为零的实现，选择如下方法、措施中的一种或多种：

（1）实现液滴分选的通道制作时，沿液滴运动方向，实现液滴分选的通道分叉结构的分支方向由水平向垂直过度，或由水平变为垂直；

（2）实现液滴分选的通道制作时，沿液滴运动方向，实现液滴分选的通道分叉结构的分支方向与地球水平面呈一定夹角，具体分为下述不同情况：

用于密度小于周围液体的液滴的筛选时，该实现液滴分选的通道分叉结构的分支在液滴运动方向的矢量与重力矢量反向或夹角为钝角，即以水平面为参照，在液滴运动方向，通道分叉结构的分支包含向上倾斜的部分，用于实现液滴借助浮力自动经向上倾斜的通道分支“上浮”运动；