[发明专利]一种基于微流控技术的高通量可控双水相液滴的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于微流控技术的高通量可控双水相液滴的制备方法。该方法包括微流控芯片的制备、双水相体系配制、液滴的调控与制备等。本发明利用可以自发相分离的双水相体系，将集成了泵阀系统的“十字”型流液滴芯片进行并列排布，实现了高通量产生液滴的目标，并通过调节两相流速、泵阀开关周期等稳定、可控地形成液滴。该技术有望在蛋白质分离、细胞分区化培养、DNA萃取等生物学应用中发挥作用。

技术领域

本发明属于微流控技术、材料化学领域，特别其涉及一种基于微流控技术的高通量可控双水相液滴的制备方法。

背景技术

微流控液滴操控技术是微流控技术的一个重要分支，它可以利用流体间不相容的性质来获得单分散液滴，并对其进行捕获、分选、分裂、融合等操控。微流控液滴具有较小的体积和较大的比表面积，可以高效地完成物质交换、化学反应等。因此，该技术已经在小分子检测、单细胞分析、药物传输、微颗粒合成、组织工程等领域得到了广泛的应用。

然而，传统的微流控液滴技术都是基于油水双乳相体系来产生液滴地，其中会使用到有机试剂和各类离子或非离子表面活性剂，这些物质不仅降低了体系的生物相容性，在后续的操作中将其清除也带来了更多操作，这就使得该技术在生物医学领域中的应用受到了局限。近年来，纯水溶液构成的双水相体系被引入到微流控液滴领域，并得到了初步的发展。双水相的相分离原理是，当两种不同性质的高分子溶质在水溶液中的浓度超过一定阈值后，两相水溶液的物理化学性质也会随之发生改变，当占主导的界面分离能会大于体系混合的吉布斯自由能时，体系会自发产生相分离。双水相体系原本是用于生物质的萃取，因此具有很好的生物相容性。双水相的构成可以是两种性质不同的高分子溶液(如PEG和葡聚糖)或者一种高分子溶液和一种盐溶液(如PEG和磷酸盐)，其中两种高分子溶液构成的体系具有更好的生物相容性。目前较为常用且相分离效果较好的体系由PEG和葡聚糖组成。但是双水相体系也存在着明显得弊端，由于两个水相间的表面能要远小于油水体系，双水相液滴的产生，尤其是高效可控地产生就成为了这一体系在微流控液滴技术中广泛应用的阻碍。本发明利用集成了泵阀体系的多单元并列微流控芯片，成功实现了高通量可控的双水相液滴的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片泵阀集成系统，用于高效可控产生均一双水相液滴的新方法。

一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，连续相入口、连续相分流通道和连续相分流出口组成；其中气体入口为独立结构；分散相入口通过分散相分流通道与分散相分流出口相连；连续相入口通过连续相分流通道与连续相分流出口相连。

下层为功能芯片，由气体入口，气体分流通道，气体通道，气动泵阀，分散相入口，分散相通道，连续相入口，连续相通道，主通道和液滴出口组成。其中气体入口通过气体分流通道和气体通道与气动泵阀；分散相入口通过分散相通道和主通道与液滴出口相连；连续相入口通过连续相通道和主通道与液滴出口相连。

上层芯片通过几个重合的部分与下层芯片相连，其中上层气体入口与下层气体入口重合；分散相分流出口分散相入口重合；连续相分流出口与连续相入口重合。

芯片中的三个流体按照以下顺序流动：分散相液体由分散相入口进入芯片，先后经分散相分流通道、分散相分流出口、分散相入口、分散相通道和主通道到达液滴出口；连续相液体由连续相入口进入芯片，先后经过连续相分流通道、连续相分流出口、连续相入口、连续相通道和主通道到达液滴出口。气体由上层气体入口进入芯片，先后经过下层气体入口、气体分流通道和气体通道到达气动泵阀，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。

所述芯片的上层芯片所有通道高度和宽度均为：100-300μm；下层芯片主通道宽度100-300μm，长1-2cm。泵阀与分散相通道间距40-60μm，泵阀间的分散相通道宽40-60μm，所有通道高度均为100-300μm；