[发明专利]一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法

说明书

本发明公开一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法，该装置包括叉指换能器，叉指换能器上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统，聚焦式弧形电极与微流道系统配合，微流道系统装有第一收集出口接头、第一分散相入口接头、连续相入口接头、第二分散相入口接头、第二收集出口接头。本发明通过叉指换能器产生的聚焦声表面波和液滴微流道结构，在微流道中柔性的实现对不同大小液滴融合控制；采用对称结构，增强微流控器件耐用性和可重复性；不仅适用于微液滴之间融合操控，还适用于微气泡之间、微液滴与微气泡之间融合操控；声表面波具有非接触，良好的生物兼容性，满足包括生化医疗等领域中液滴融合技术的需要。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，特别涉及一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法。

背景技术

借助于微流控芯片技术的不断发展，作为微流控技术领域的重要组成部分，液滴微流控技术从无到有，发展迅速。液滴微流控旨在通过不相容的多相流体构造离散的微液滴，微液滴相互独立的性质可保证生化反应在像隔室一样的微液体环境中进行，因此液滴微流控技术也被称为“数字微流体技术”，可实现数字化、可编程化，为解决生化医疗方面极具挑战的研究问题提供了平台。鉴于微液滴技术消耗试剂少，均匀性好，具有较高的比表面积，可独立控制的优点，微液滴已成为生物、化学、医疗、材料制备应用中的重要实验平台。

微液滴在生成之后，可以作为封闭的生物环境模拟平台，进行PCR微反应、单细胞蛋白质分析、单细胞基因分析、单细胞培养、化学微反应等方面的研究。复杂的生化研究往往涉及液滴样品的封装、混合、反应和测量等一系列复杂的处理过程，液滴分选、分裂、融合、捕获、释放等精准液滴操控技术将使这些复杂的处理过程变得更加便捷、简单，其中液滴融合是液滴基生化混合和反应的最关键技术。

为了实现微液滴的精准融合，国内外科研人员提出了多种微液滴融合方法。目前，已有的微液滴融合方法主要可分为以下几类：1）依靠对微流控芯片中流道结构形状的设计，通过改变相邻液滴的运动速度，实现了相邻液滴的融合（详见Xize Niu, ShellyGulati, Joshua B. Edel, et al. Pillar-induced droplet merging in microfluidiccircuits[J]. Lab Chip, 2008, 8, 1837-1841. Sanghyun Lee, Hojin Kim, Dong-JoonWon, et al. Pillar-induced droplet merging in microfluidic circuits[J].Microfluid Nanofluid, 2016, 20:1.）。2）借助外加磁场，通过磁力诱导磁性液滴实现了相邻液滴的融合（详见V. B. Varma1, A. Ray, Z. M. Wang, et al. Droplet Mergingon a Lab-on-a-Chip Platform by Uniform Magnetic Fields[J]. ScientificReports, 2016, 6: 37671）。3）借助外加电场，采用交流电场促使相邻液滴发生了融合（详见Adrian J. T. Teo, Say Hwa Tan，et al. On-Demand Droplet Merging with an ACElectric Field for Multiple-Volume Droplet Generation[J]. Anal. Chem, 2020,92, 1147-1153）。

但在以上微液滴的融合方法中，仅依靠流道结构的方法需要严格的流道设计参数才能满足液滴融合的需要，且适用液滴融合的粒径范围有限，灵活性较差；依靠磁性实现液滴融合仅适用于磁性液滴，适用范围有限；依靠电场的液滴融合方式虽然简单，但置于流道中的电极在产生电场作用液滴的同时，也会对生物样本产生不可避免损伤，甚至使样本失活，不能广泛适用于生物医学微流控技术的需要。

发明内容