[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第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；和所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集。本发明的微液滴生成装置可快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”/“水包油”微液滴，材料和批量加工成本低廉；样品注入、液滴收集过程便捷，整个过程不易产生交叉污染。

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。

微液滴数字PCR技术的关键步骤是快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”微液滴。生成微液滴的一个核心技术是设计和加工基于微流控技术的微液滴生成装置。微液滴生成装置被广泛应用于临床检测需要具备以下原则：(1)快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”/“水包油”微液滴，(2)基于微流控技术的微流体芯片的材料和加工成本低，(3)操作便捷，(4)液滴生成、收集过程中不产生交叉污染。

目前，基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控芯片已被广泛用于生成微液滴。首先，研究人员利用软光刻工艺(人工操作)加工具备微米量级的PDMS微液滴芯片。当PDMS微液滴芯片制备成功后，在其样品入口、微液滴生成出口利用机械加工工艺打孔，装配进样管、出样管。“油相”样品、“水相”样品通过手工方式吸入到注射器中。然后，通过外部注射泵将“油相”样品、“水相”样品经过进样管注入PDMS微液滴芯片中。最后，生成的微液滴经过出样管被收集到常规实验耗材中，例如EP管。尽管PDMS微液滴芯片材料研发成本低、实验室加工工艺简单，但是其存在的不足包括：

(1)PDMS是热弹性聚合物材料，该类材料不适合于工业级注塑、封装工艺。手工加工的PDMS微液滴芯片可靠性差。

(2)PDMS微液滴芯片批量加工成本高昂。

(3)PDMS微液滴芯片样品注入、液滴收集为过程繁琐的人工操作流程，不适于临床检验应用。

(4)液滴生成、收集过程中容易产生交叉污染。

针对PDMS微液滴芯片的不足，工业界针对以上缺点展开研发。美国的BioRad公司和RainDance Technologies公司均已开发基于聚合物材料的微液滴生成装置。Biorad公司的微液滴生成装置，生成的微液滴需要手动从芯片转移到EP管中。RainDance公司的微液滴生成装置，油相样品需要外置仪器加样，并且成本高昂。这些微液滴生成装置自身存在的不足，限制了其在临床检验领域的广泛应用。

发明内容