液滴操控芯片及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种液滴操控芯片及其制备方法和使用方法，液滴操控芯片，包括：流道层、液滴生成模块、弹性薄膜层和PCR扩增模块，流道层内形成有供液滴流动的微流道；微流道包括荧光检测区；液滴生成模块设置于流道层并与微流道连通；弹性薄膜层设置于流道层，弹性薄膜层用于控制微流道的通断；PCR扩增模块设置于流道层，PCR扩增模块和微流道连通；荧光检测区设置于液滴生成模块和PCR扩增模块之间。本发明专利技术通过将液滴数字PCR的功能模块集成在同一个微流控芯片，将液滴操控的整个工作流程进行全封闭，减少了液滴的损失，且采用弹性薄膜层控制液体在微流道中流动路径的通断，防止液体挥发，使液滴在整个扩增过程中处于稳定环境。使液滴在整个扩增过程中处于稳定环境。使液滴在整个扩增过程中处于稳定环境。

【技术实现步骤摘要】
液滴操控芯片及其制备方法和使用方法


[0001]本专利技术涉及数字PCR
，尤其涉及一种液滴操控芯片及其制备方法和使用方法。

技术介绍

[0002]液滴微流控技术是微流控技术的一个重要分支，利用不相容的液体在微流道内产生单分散的微液滴，微液滴相当于微型反应器，具有体积小、比表面积大、尺寸均一、体系封闭和可批量生产等优势，使其在核酸检测、蛋白分析和药物筛选等领域得到越来越广泛地应用。
[0003]数字PCR技术是基于传统PCR技术发展起来的，被称作是第三代PCR技术，基本原理是将反应体系批量分割为微小反应单元，每个反应单元最多包含一个目标分子(DNA模板)，对微反应单元中的目标分子进行扩增，通过光学检测获取反应单元的荧光信号，对荧光信号进行统计学分析，可以获取目标分子的精确拷贝数。数字PCR技术可以实现核酸的绝对定量检测，具有高灵敏度和准确度等优点。
[0004]相关技术中，基于液滴微流控开发的数字PCR技术，具有通量高、操作简便等优点，是目前的主流技术平台。液滴数字PCR根据荧光检测方法又可以划分为流式检测和荧光成像两类，其中流式检测技术可以实现更高的检测通量，相关公司有美国Bio
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Rad和北京新羿生物。液滴数字PCR主要包括液滴生成、PCR扩增和荧光检测三个模块，液滴需要在各个模块之间转移，容易导致液滴融合、破碎和交叉污染等问题。每个模块相互独立，集成度和自动化程度不高。Bio
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Rad公司推出的QX ONE数字PCR一体机，将液滴生成和扩增模块集成到同一个芯片上，减少了人工操作。
[0005]但是，荧光检测过程仍需要转移液滴，此外，为防止在PCR扩增时液体挥发，需要采用高温热熔的方法密封微流道，这增加了系统复杂度。
[0006]新羿生物推出了C10全自动数字PCR一体机，将液滴生成、扩增和荧光检测模块集成在同一个芯片上，实现了全自动、全封闭，最大程度减少了交叉污染。
[0007]但是，在PCR扩增前需要将芯片进行翻转，这不仅增加了系统的复杂度，而且在芯片反转过程中，会导致液滴飞溅、挂壁以及融合。此外，为防止在PCR扩增时液体挥发，需要加入密封油。
[0008]另外，上述数字PCR系统为防止在PCR扩增时液体挥发，需要使用高温热熔方法密封微流道，或者加入密封油，大大增加了系统复杂程度，降低了自动化程度。为防止因移液等操作而产生的液滴融合、破碎以及交叉污染问题，需要进一步提高芯片的集成度，实现液滴生成、扩增和荧光检测整个过程全封闭，进而保证数字PCR检测结果的精确度和灵敏度。
[0009]因此，现有的液滴数字PCR系统中，存在芯片的功能模块如液滴生成、PCR扩增和荧光检测的集成度不高，工作过程中需要转移液滴，容易导致液滴融合、破碎以及交叉污染，且在PCR扩增过程中，需要长时间加热液体，液体挥发将直接导致扩增失败，无法得到检测结果，为防止液体挥发，现有液滴操控芯片通过高温热熔的方法密封微流道，或者在芯片中
加入惰性密封油，利用液封的方法防止液体挥发。这些方法增加了操作步骤，提高了对操作人员的要求，增加了系统复杂度的技术问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的在于：提供一种液滴操控芯片及其制备方法和使用方法，旨在解决现有技术中的液滴数字PCR系统，存在芯片的功能模块如液滴生成、PCR扩增和荧光检测的集成度不高，工作过程中需要转移液滴，容易导致液滴融合、破碎以及交叉污染，且在PCR扩增过程中，需要长时间加热液体，液体挥发将直接导致扩增失败，无法得到检测结果，为防止液体挥发，现有液滴操控芯片通过高温热熔的方法密封微流道，或者在芯片中加入惰性密封油，利用液封的方法防止液体挥发。这些方法增加了操作步骤，提高了对操作人员的要求，增加了系统复杂度的技术问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供了一种液滴操控芯片，包括：
[0013]流道层，所述流道层内形成有供所述液滴流动的微流道；所述微流道包括荧光检测区；
[0014]液滴生成模块，所述液滴生成模块设置于所述流道层并与所述微流道连通；
[0015]弹性薄膜层，所述弹性薄膜层设置于所述流道层，所述弹性薄膜层用于控制所述微流道的通断；
[0016]PCR扩增模块，所述PCR扩增模块设置于所述流道层，所述PCR扩增模块和所述微流道连通；所述荧光检测区设置于所述液滴生成模块和所述PCR扩增模块之间。
[0017]可选地，上述液滴操控芯片中，所述微流道包括分散相流道、连续相流道和液滴输运流道，所述分散相流道的一端和所述液滴生成模块的一液体输出端连通，所述连续相流道的一端和所述液滴生成模块的另一液体输出端连通，所述分散相流道的另一端和所述连续相流道的另一端均与所述液滴输运流道的一端连通，所述液滴输运流道的另一端与所述PCR扩增模块连通；
[0018]所述流道层还包括：
[0019]流动聚焦结构，所述流动聚焦结构设置于所述分散相流道、所述连续相流道和所述液滴输运流道的连通处；
[0020]所述液滴生成模块的一液体输出端和所述液滴生成模块的另一液体输出端所输出的液体在所述流动聚焦结构处汇合后生成所述液滴，所述液滴经所述液滴输运流道进入所述PCR扩增模块。
[0021]可选地，上述液滴操控芯片中，所述液滴生成模块包括：
[0022]第一液体腔室，所述第一液体腔室设置于所述流道层，所述第一液体腔室与所述分散相流道连通；
[0023]第二液体腔室，所述第二液体腔室设置于所述流道层，所述第二液体腔室与所述第一液体腔室间隔设置，所述第二液体腔室与所述连续相流道连通；
[0024]其中，所述第一液体腔室用于容纳分散相，所述第二液体腔室用于容纳连续相，所述分散相和所述连续相分别经所述分散相流道和所述连续相流道在所述流动聚焦结构处汇合后，经所述液滴输运流道进入所述PCR扩增模块。
[0025]可选地，上述液滴操控芯片中，所述液滴生成模块包括还包括气液腔室，所述气液腔室设置于所述流道层；
[0026]所述PCR扩增模块包括：
[0027]PCR管，所述PCR管设置于所述流道层；
[0028]气液流道，所述气液流道形成于所述流道层内，所述气液流道的一端与所述气液腔室连通，所述气液流道的另一端与所述PCR管连通，所述PCR管还连通有所述液滴输运流道。
[0029]可选地，上述液滴操控芯片中，所述弹性薄膜层包括：
[0030]第一弹性薄膜阀，所述第一弹性薄膜阀设置于所述第一液体腔室和所述流动聚焦结构之间，所述第一弹性薄膜阀用于控制所述分散相流道的通断；
[0031]第二弹性薄膜阀，所述第二弹性薄膜阀设置于所述第二液体腔室和所述流动聚焦结构之间，所述第二弹性薄膜阀用于控制所述连续相流道的通断；
[0032]第三弹性薄膜阀，所述第三弹性薄膜阀设置于所述PCR管和所述气液腔室之间，所述第三弹性薄膜阀用于控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴操控芯片，其特征在于，包括：流道层，所述流道层内形成有供所述液滴流动的微流道；所述微流道包括荧光检测区；液滴生成模块，所述液滴生成模块设置于所述流道层并与所述微流道连通；弹性薄膜层，所述弹性薄膜层设置于所述流道层，所述弹性薄膜层用于控制所述微流道的通断；PCR扩增模块，所述PCR扩增模块设置于所述流道层，所述PCR扩增模块和所述微流道连通；所述荧光检测区设置于所述液滴生成模块和所述PCR扩增模块之间。2.如权利要求1所述的液滴操控芯片，其特征在于，所述微流道包括分散相流道、连续相流道和液滴输运流道，所述分散相流道的一端和所述液滴生成模块的一液体输出端连通，所述连续相流道的一端和所述液滴生成模块的另一液体输出端连通，所述分散相流道的另一端和所述连续相流道的另一端均与所述液滴输运流道的一端连通，所述液滴输运流道的另一端与所述PCR扩增模块连通；所述流道层还包括：流动聚焦结构，所述流动聚焦结构设置于所述分散相流道、所述连续相流道和所述液滴输运流道的连通处；所述液滴生成模块的一液体输出端和所述液滴生成模块的另一液体输出端所输出的液体在所述流动聚焦结构处汇合后生成所述液滴，所述液滴经所述液滴输运流道进入所述PCR扩增模块。3.如权利要求2所述的液滴操控芯片，其特征在于，所述液滴生成模块包括：第一液体腔室，所述第一液体腔室设置于所述流道层，所述第一液体腔室与所述分散相流道连通；第二液体腔室，所述第二液体腔室设置于所述流道层，所述第二液体腔室与所述第一液体腔室间隔设置，所述第二液体腔室与所述连续相流道连通；其中，所述第一液体腔室用于容纳分散相，所述第二液体腔室用于容纳连续相，所述分散相和所述连续相分别经所述分散相流道和所述连续相流道在所述流动聚焦结构处汇合后，经所述液滴输运流道进入所述PCR扩增模块。4.如权利要求3所述的液滴操控芯片，其特征在于，所述液滴生成模块包括还包括气液腔室，所述气液腔室设置于所述流道层；所述PCR扩增模块包括：PCR管，所述PCR管设置于所述流道层；气液流道，所述气液流道形成于所述流道层内，所述气液流道的一端与所述气液腔室连通，所述气液流道的另一端与所述PCR管连通，所述PCR管还连通有所述液滴输运流道。5.如权利要求4所述的液滴操控芯片，其特征在于，所述弹性薄膜层包括：第一弹性薄膜阀，所述第一弹性薄膜阀设置于所述第一液体腔室和所述流动聚焦结构之间，所述第一弹性薄膜阀用于控制所述分散相流道的通断；第二弹性薄膜阀，所述第二弹性薄膜阀设置于所述第二液体腔室和所述流动聚焦结构之间，所述第二弹性薄膜阀用于控制所述连续相流道的通断；第三弹性薄膜阀，所述第三弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋克明，周武平，张涛，刘聪，黎海文，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：