[发明专利]微液滴生成装置

说明书

本发明提供一种微液滴生成装置，所述微液滴生成装置包括水平方向布置的二个连续相管道和一个垂直方向布置的离散相管道，每个所述连续相管道依次包括均一连续相主管道、逐渐变窄的连续相缓冲管道和均一连续相微液滴生成管道，所述离散相管道依次包括均一离散相主管道、离散相缓冲管道和均一离散相微液滴生成管道。该装置减少两相液体中的气泡在主管道与流动聚焦管道的十字结构之间堆积，从而可靠生成均一的微米量级微液滴。

技术领域

本发明涉及微液滴数字PCR技术领域，具体涉及一种微液滴生成装置。

背景技术

微液滴数字PCR技术(droplet digital PCR，ddPCR)是一种基于单分子PCR的核酸绝对定量分析技术。微液滴数字PCR技术以其高灵敏度、高准确性的优势正成为业界下一个革命性技术。近几年来，随着微纳米制造技术和微流体技术(micro-nanofabrication andmicrofluidics)的发展，微液滴数字PCR技术遇到了突破技术瓶颈的最佳契机。该技术借助微流控芯片，生成直径为数微米到数百微米的液滴；微液滴包裹单分子或单细胞，达到反应与检测全封闭，全集成。微液滴数字PCR系统工作原理是：首先通过特殊的微液滴生成仪将待测样品均分到大量纳升级(直径为数微米到数百微米)的“油包水”微液滴中，微液滴的数量在百万级别。由于微液滴数量足够多，微液滴之间被油层相互隔离，因此每个微液滴相当于一个“微型反应器”，微液滴中只含有待测样品的DNA单分子；然后，针对这些微液滴分别进行PCR扩增反应，并通过微液滴分析仪逐个对液滴的荧光信号进行检测，有荧光信号的微滴判读为1，没有荧光信号的微滴判读为0。最后，根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例即可得出待测样品的目标DNA分子数目，实现对核酸样本的绝对定量。

微液滴PCR技术的一个核心器件是微液滴生成装置。为了满足临床检验的需求，微液滴生成装置需要具备以下特点：可靠生成均一的微米量级“油包水”和/或“水包油”微液滴。如图1所示，微液滴生成结构设计可以分成三种形式：同轴流动、交叉流动和流动聚焦。三种结构中，流动聚焦式流道最为复杂，但其有效几何结构可以通过离散相(“水相”样品)和连续相(“油相”样品)的流量进行调节,因而在控制液滴大小上有很大的灵活性。流动聚焦式流道的液滴生成频率可以达到每秒上千，液滴尺寸20微米以下。

一个典型流动聚焦式流道中的“油包水”微液滴生成过程如图2所示：“油相”样品在外界气压作用下，从水平方向流入微米级别管道；“水相”样品在外界气压作用下，从垂直方向流入微米级别管道。两种不相溶的液体在“十字”微流体结构处交汇。由于“油相”样品和“水相”样品的液体表面张力差和外加压力所产生的剪切力，“水相”样品在十字结构处被“油相”样品从连续相分割为离散的微液滴。微液滴为“油包水”的形式，外部是“油相”样品。

微液滴的尺寸一般小于100微米，因此流动聚焦管道的宽度与微液滴尺寸相当，也在100微米左右。实际应用中，两相液体从进样口到流动聚焦管道的十字结构，还需要流经一段主管道。主管道的宽度一般远大于100微米(例如200微米～500微米)，目的是降低流体运动的流阻。主管道与流动聚焦管道的十字结构由于尺寸不匹配，二者之间会有一段缓冲流道。两相溶液中存在的气泡经常堆积在微流道的间隙，影响微液滴的正常形成。优化设计的缓冲管道，减小气泡对液滴生成的影响，是可靠生成均一的微米量级“油包水”和/或“水包油”微液滴的关键因素。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种优化的微液滴生成装置，该装置减少两相液体中的气泡在主管道与流动聚焦管道的十字结构之间堆积，从而可靠生成均一的微米量级“油包水”和/或“水包油”微液滴。