[发明专利]一种管内液滴制备芯片装置

说明书

一种管内液滴制备芯片装置，包括反应管和液滴生成芯片，液滴生成芯片包含试剂入口和与试剂入口相连的多个尺寸结构一致的分支微通道，分支微通道与液滴生成芯片底部平行并由芯片中心向外发散分布，分支微通道的出口位于液滴生成芯片侧壁外缘，并形成喷口结构用于液滴制备，反应管在液滴制备时中加载有连续相试剂，且整个液滴制备过程中连续相试剂充分淹没并浸润液滴生成芯片的分支微通道和喷口结构，分散相试剂通过试剂入口加载，在压力作用下经分支微通道到达喷口结构处断裂形成液滴；本发明提高装置集成性能，简化液滴生成过程，降低外部压力驱动控制系统的成本与复杂程度，最大限度提高液滴制备频率，满足不同应用场合的分析需求。

技术领域

本发明属于生化微流控技术领域，具体涉及一种管内液滴制备芯片装置。

背景技术

在针对酶合成及其活性分析、液滴数字PCR和细胞高通量筛选等生化微流控分析领域，液滴微流控技术经历了快速的发展，微液滴常常用作纳升或皮升甚至飞升级别的离散生化反应容器，在分析检测的精度、灵敏度与可重复性上具有极大的优势。另外，微流控技术自动化、易集成、通量高的优势，也可极大地提高生化分析的灵敏度与效率。液滴通常由互不相溶的连续相与分散相试剂构成，利用两相流体之间流动剪切力与界面张力等相互作用将分散相分隔成离散的纳升级及以下体积的微液滴单元。

随着微流控技术的发展，基于微流体的液滴制备方法得到快速应用与发展，常用的结构包括T型、流动聚焦(US9500664B2)、共轴流(CN105771826B)以及阶梯乳化(stepemulsification)等形式。其中，阶梯乳化的方法通常仅需要分散相的控制即可实现液滴制备，装置的并行化与集成化更容易实现。然而，该方法中制备完成的液滴往往容易在液滴制备单元附近聚集，影响后续液滴的稳定制备，在文献Macromolecular Chemistry&Physics，第218卷，2017年，第1600472页，Alessandro Ofner等人的“High-Throughput StepEmulsification for the Production of Functional Materials Using a GlassMicrofluidic Device”中描述了一种玻璃基材的高通量阶梯乳化芯片装置，通过控制连续相试剂的流动冲洗带动液滴脱离液滴制备单元，解决液滴在液滴制备单元聚集的问题，但这又增加了芯片装置的复杂程度，液滴制备后仍需转移至反应管内进行后续反应。中国专利(公开号为CN105413772B)提供了一种基于集成微通道的单/多组分液滴制备装置，包括离散相输入系统和液滴生成系统，但该专利中描述的液滴制备装置需要多个组件连接，难以实现装置小型化，液滴制备单元由微通道塑料薄膜配合夹板和垫板组成的离散相出口接头构成，形成一系列平行排布且出口向下的集成微通道，液滴尺寸受其结构限制难以降低，且仅适用于离散相密度大于连续相密度的液滴制备。

因此，常规阶梯乳化的液滴制备方法在装置小型化与集成化方面还存在缺陷，需要复杂的流体装置及芯片设计以实现小液滴的大规模制备。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种管内液滴制备芯片装置，在提高装置集成性能的同时，简化液滴生成过程，降低外部压力驱动控制系统的成本与复杂程度，最大限度提高液滴制备频率，减少液滴转移步骤并可直接在管内完成后续反应分析，试剂体系(尤其是分散相)体积在较大范围内可调节，能够满足不同应用场合的分析需求，促进液滴微流控技术在生化分析领域的发展与应用。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种管内液滴制备芯片装置，包括反应管1和与之装配的液滴生成芯片2，液滴生成芯片2包含试剂入口3和与试剂入口3相连的多个尺寸结构一致的分支微通道4，分支微通道4与液滴生成芯片2底部平行并由芯片中心向外发散分布，分支微通道4的出口位于液滴生成芯片2侧壁外缘，并形成喷口结构5用于液滴制备；

所述的喷口结构5与反应管内壁7之间存在间隙；