液滴水平及向上分选、原滴上浮、注物平走式微流控芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种微流控芯片及其控制方法，尤其涉及一种通过改变液滴密度实现液滴分选的微流控芯片及其控制方法。微流控芯片通道具有水平及向上的分叉、未注入物质的液滴因密度小于周围液体而上浮，沿向上分叉移动，注入物质的液滴因密度不小于周围液体沿水平分叉运动，从而实现两类液滴分选。

Droplet level and upward sorting, dropping of primary droplets, and injection of flat flow microfluidic chip

The invention relates to a microfluidic chip and a control method thereof, in particular to a microfluidic chip and a control method for realizing droplet sorting by changing the droplet density. The microfluidic chip with horizontal and upward bifurcation, not into the droplet material because of the density of less than the surrounding liquid floating upward along the bifurcation movement, injected droplets material because of the density of not less than the surrounding liquid along the horizontal fork movement, so as to realize the two kinds of liquid droplet sorting.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流控芯片及对应的微流控方法。
技术介绍
在当今世界经济中，生物技术、生命科技、化工科技等领域的药品研发、医学检测、食品开发、生物催化、化学实验等过程复杂而漫长，涉及的学科门类众多，而当前实际的研发、生产以及实验场合，大多仍然采用传统方法，包括使用取液器、取液枪、试剂盒等工具，多采用人工或半人工的方式进行，自动化程度不高，效率低下，并且整个过程样品、原料使用量偏高，浪费严重，使得相关的材料、人力、管理等成本居高不下。随着科技的进步以及时代的发展，很多复杂的检测、实验都可以在几平方厘米甚至更小的芯片上实现，这就是微流控技术，它被称为“改变世界”的七种技术之一。液滴，也叫液滴型微反应器，是下一代生化分析工具，皮升至微升级的液滴，在酶、细胞、蛋白、细菌等检测与筛选、基因测序、稀缺样本参与的生物化学实验中，必将扮演重要的角色，具有非常诱人的应用前景。但在当下，微流控技术在更多的领域主要处于研发试验阶段，实际在国民经济中得到应有的不多，主要原因是微流控技术在很多应用中遇到难以解决的问题，其中最重要的一个瓶颈技术：如何把微样本中高活性、高品质或其它具有特定参数特征的部分筛选出来，具体筛选对象包括酶、蛋白、细菌、细胞、病毒等，这个技术关系到获得样本的品质，影响深远。国外有学者采用高压电极产生电场的方式，在带有分叉结构的通道中，检测液滴参数后，按照预先设定的参数阈值，有选择的通过电极接通电信号，产生的电场使附近的液滴受到介电力的“拉拽”，改变该液滴的运动方向，进而完成液滴的筛选。但上述方式采用了较强的电场，其对液滴以及液滴内部的样本产生了不良影响，甚至导致使用这种方法筛选出的样本的活性、功效、性能、状态发生了不可逆的变化，影响了后续的应用。本专利技术克服了上述技术的缺陷，在实现液滴筛选环节中不使用强电场，而是利用液滴自身的重力以及液滴在液体中的浮力，实现液滴的无损筛选。本专利技术具有非常好的应用前景与市场预期。
技术实现思路
本专利技术的微流控芯片，适用对象可以是内部含有样本的液滴，也可以针对内部不含有样本的液滴，其中，液滴中含有样本的情形，样本包括活性样本与非活性样本两种。本专利技术的微流控芯片，用于实施分选或筛选的适用对象，包括体积在皮升至微升级别的液滴，也包括上述范围之外的液滴。在可供液体及液滴流动的通道内，液滴与液滴之间、液滴与通道之间，存在与前述液滴不相溶的液体。液滴周围液体中可以包含如下多种成分中的若干种：表面活性剂、增加液滴稳定性物质、抑制液滴相互融合物质、上述以外对液滴内样本可以施加影响的物质，也可以不包含上述物质。上述对液滴内样本可以施加影响的物质包括但不限于：氧气、二氧化碳、盐、消毒液、增稠剂、减稠剂。上述的通道指包含若干个端口，既可以采用空腔结构形式，也可以采用通过端口与外界连通的非空腔结构形式，包括但不限于：可容液滴运动的空腔结构、微通道、导管、局部开放的水槽结构等，本专利技术可以采用微流控芯片实现，也可借助其它带有微通道结构的器物实现。通过上述与液滴不相溶的液体的驱动，液滴在带有分叉结构的上述通道内运动，实现液滴分选处的通道的分叉结构的多个分支中，至少有一个分支在重力方向上的投影分量不为零，用于确保重力或浮力能够作用到液滴，实现针对液滴的操控。所述实现液滴分选的通道分叉形式，包含一分二、一分三、一分四、一分五、一分N，这里的一分N指一分五路以上的分支情形。上述用于液滴分选的通道分叉结构，在重力方向上的投影分量不为零的实现，选择如下方法、措施中的一种或多种：（1）实现液滴分选的通道制作时，沿液滴运动方向，实现液滴分选的通道分叉结构的分支方向由水平向垂直过度，或由水平变为垂直；（2）实现液滴分选的通道制作时，沿液滴运动方向，实现液滴分选的通道分叉结构的分支方向与地球水平面呈一定夹角，具体分为下述不同情况：用于密度小于周围液体的液滴的筛选时，该实现液滴分选的通道分叉结构的分支在液滴运动方向的矢量与重力矢量反向或夹角为钝角，即以水平面为参照，在液滴运动方向，通道分叉结构的分支包含向上倾斜的部分，用于实现液滴借助浮力自动经向上倾斜的通道分支“上浮”运动；用于密度大于周围液体的液滴的筛选时，该实现液滴分选的通道分叉结构的分支在液滴运动方向的矢量与重力矢量同向或夹角为锐角，即以水平面为参照，在液滴运动方向，通道分叉结构的分支包含向下倾斜的部分，即实现液滴借助重力自动经向下倾斜的通道分支“下沉”运动；（3）虽然实现液滴分选的通道分叉结构在水平放置时，其分支在重力方向的投影为零，但使用时，使该实现液滴分选的通道分叉结构垂直、倾斜或翻转放置，通过这种方式实现：内部用于分选的通道分叉结构的分支在重力方向的投影不为零，从而借助重力或浮力的作用实现液滴按密度的区分进行分选。液滴在到达实现液滴分选的通道分叉结构处之前，沿单通道以串行方式或经多通道并行方式进入检测区域，经多通道并行方式进入检测区域的情形，每个通道中的液滴以串行方式运动。所述检测区域针对液滴的检测包括对液滴参数、性质、状态、大小、颜色、气味、声音中若干方面的检测，其中液滴参数包括液滴的直接参数与间接参数，检测区域由下述中的若干种实现：（1）检测窗、（2）检测孔、（3）预设检测装置或部件的特定区域。针对液滴的检测采用如下手段中的一种或多种：（1）激发荧光检测；（2）影像识别；（3）颜色识别；（4）气味识别；（5）声音识别；（6）同位素鉴别；（7）阻抗或导纳测量；（8）电容或频率测量；（9）相关的电压或电流测量；（10）热量测量；（11）红外或远红外测量。依据检测结果，将液滴分为两类，向其中一类液滴内注入某种物质，通道包含三个或三个以上分支的多分支结构，该多分支结构的形式可以是“T”型或“Y”型三通结构，也可以是其它形状、其它分支数的多分支形式，注入方法包括下述方法中的一种或多种：（1）多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，在液滴经过该加液口时，在泵、阀的控制作用下，实现经加液口向液滴内注入某种物质；（2）多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有磁场发射装置，在液滴经过该加液口时，借助前述磁场发射装置产生磁场的作用，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质；（3）多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有电极，在液滴经过该加液口时，借助该电极接通电信号后所产生电场的作用，通过介电力，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质；（4）多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有超声波发射装置，在液滴经过该加液口时，借助前述超声波发射装置产生超声波的作用，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质。更具体的：采用如下方式：依据检测结果，将液滴分为两类，向其中一类液滴内注入某种物质，通道多分支结构为三通结构，该三通结构可以是“T”型或“Y”型，也可以是其它形状的三通形式，注入方法包括下述方法中的一种或多种：（1）三通结构的一个分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，在液滴经过该加液口时，在泵、阀的控制作用下，实现经加液口向液滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片，其特征在于：具有可供液体及液滴流动的带有分叉结构的通道，在该通道内，液滴与液滴之间、液滴与通道之间，存在与前述液滴不相溶的液体，液滴通过该与其不相溶的液体的驱动在通道内运动；微流控芯片内通道的实现液滴分选的分叉结构中，至少有一个分支在重力方向上的投影分量不为零，并包括如下多种分支：（1）以水平面为参照，分支的结构包含使液滴的走向与水平面平行的部分；（2）以水平面为参照，分支的结构包含使液滴的走向为向上的部分，液滴在到达实现液滴分选的通道分叉处之前，对液滴实施检测，根据检测结果向其中一类液滴内注入某种物质，该注入物质类型为液体、气体与固体中的若干种，使注入该种物质后的液滴密度不低于与之不相溶且驱动其运动的周围液体的密度，产生“平走”的效果，进入通道分叉结构的与水平面平行的分支；而上述过程中其它所有没有注入前述物质的液滴的密度低于周围液体的密度，产生“上浮”的效果，进入通道分叉结构的向上的分支，利用上述分叉结构，在与之不相溶的液体的驱动下，即实现不同密度的液滴在重力与浮力的作用下，进入分叉结构的不同分支，继而实现分选。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于：具有可供液体及液滴流动的带有分叉结构的通道，在该通道内，液滴与液滴之间、液滴与通道之间，存在与前述液滴不相溶的液体，液滴通过该与其不相溶的液体的驱动在通道内运动；微流控芯片内通道的实现液滴分选的分叉结构中，至少有一个分支在重力方向上的投影分量不为零，并包括如下多种分支：（1）以水平面为参照，分支的结构包含使液滴的走向与水平面平行的部分；（2）以水平面为参照，分支的结构包含使液滴的走向为向上的部分，液滴在到达实现液滴分选的通道分叉处之前，对液滴实施检测，根据检测结果向其中一类液滴内注入某种物质，该注入物质类型为液体、气体与固体中的若干种，使注入该种物质后的液滴密度不低于与之不相溶且驱动其运动的周围液体的密度，产生“平走”的效果，进入通道分叉结构的与水平面平行的分支；而上述过程中其它所有没有注入前述物质的液滴的密度低于周围液体的密度，产生“上浮”的效果，进入通道分叉结构的向上的分支，利用上述分叉结构，在与之不相溶的液体的驱动下，即实现不同密度的液滴在重力与浮力的作用下，进入分叉结构的不同分支，继而实现分选。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：实现本发明的系统包括：进液池与进液接口中的一种或多种、成品池与出液接口中的一种或多种、废液池与废液接口中的一种或多种、加液池与加液接口中的一种或多种；所述的通道包含若干个端口，既可以采用空腔结构形式，也可以采用通过端口与外界连通的非空腔结构形式。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：适用对象为内部含有样本的液滴，样本包括活性样本与非活性样本两种；实施分选前的液滴沿单通道以串行方式或经多通道并行方式进入检测区域，经多通道并行方式进入检测区域的情形，每个通道中的液滴以串行方式运动。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：内部液滴周围液体中包含如下多种成分中的若干种：表面活性剂、增加液滴稳定性物质、抑制液滴相互融合物质、对液滴内样本可以施加影响的物质。5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：（1）通道包含不少于三个分支的多分支结构，该多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，在液滴经过该加液口时，在泵、阀的控制作用下，实现经加液口向液滴内注入某种物质；（2）通道包含不少于三个分支的多分支结构，该多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有电极，在液滴经过该加液口时，借助该电极接通电信号后所产生电场的作用，通过介电力，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质；（3）通道包含不少于三个分支的多分支结构，该多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有磁场发射装置，在液滴经过该加液口时，借助前述磁场发射装置产生磁场的作用，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质；（4）通道包含不少于三个分支的多分支结构，该多分支结构的若干分支通路作为加液口，即向液滴注入物质的入口，附近设有超声波发射装置，在液滴经过该加液口时，借助前述超声波发射装置产生超声波的作用，使液滴与经加液口发射出的与液滴内液体相溶的物质接触并融合，从而实现向液滴内注入某种物质。6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：包括检测区域，在检测区域对液滴实施检测，检测区域的实现方式包含下述方式中的若干种：（1）检测窗、（2）检测孔、（3）预设检测装置或部件的特定区域；针对液滴的检测包括对液滴参数、性质、状态、大小、颜色、气味...

【专利技术属性】
技术研发人员：李木，
申请(专利权)人：李木，
类型：发明
国别省市：辽宁;21