[发明专利]高通量自动定量分配和混合的微流控芯片、方法及应用

权利要求书

1.一种高通量自动定量分配和混合的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片为一种组合式微流控芯片，由一个微流控芯片主体和一个预脱气的PDMS泵体组合而成；其中，

①微流控芯片主体由至少一个微管道网络构成，每个微管道网络包含一个主进样管道和至少两个分支进样管道；

②所述PDMS泵体的贴合面面积小于微流控芯片主体贴合面面积；整个泵体包含一组互不相通的微腔；微腔数目与微流控芯片主体中所含出气口数目相等，且位置一一对应；每个微腔中包含一组微柱阵列。

2.按权利要求1所述的芯片，其特征在于每个微管道网络包含一个主进样口、一条主进样微管道、一个主通气口/废液池和至少两个分支结构单元；其中每个分支结构单元包含一个分支进样口、一条分支进样微管道、一个分支通气口、两条定容微管道、两条一级连接微管道、一条混合微管道、一个微反应腔、一组二级连接微管道和一条通气微管道；分支结构单元中的一级连接微管道的横截面小于定容微管道的横截面，以实现毛细微阀功能；两条定容微管道通过一对一级连接微管道连接混合微管道，混合微管道另一端连接至微反应腔，且混合微管道和微反应腔均通过二级连接微管道与通气微管道相连，通气微管道另一端连接至分支通气口；分支结构单元中的微反应腔体积大于两个定容微管道体积之和。

3.按权利要求2所述的芯片，其特征在于所述的微流控芯片主体微管道网络中泵腔形成的负压通过通气微管道施加于定容微管道中的液体，驱动其中的液体进入微反应腔，保证混合流体进入微反应腔后，通气微管道通过二级连接微管道与外界大气、环境相同，释放压强，从而使得混合液体驻留在微反应腔中。

4.按权利要求2所述的芯片，其特征在于所述的微流控芯片主体微管道表面为疏水性，且一级连接微管道横截面面积小于定容管道横截面面积，二级连接微管道横截面面积小于一级连接管道横截面面积。

5.按权利要求1-4中任一项所述的芯片，其特征在于芯片主体微管道表面的疏水性通过采用PDMS或COC疏水性材料制作芯片实现或通过基于玻璃、硅、PMMA、PI或PA的亲水性材料制作的芯片进行表面疏水化处理来实现。

6.使用按权利要求1-4中任一项所述芯片的方法，其特征在于使用的方法步骤是：

①首先将PDMS泵体置于真空容器中进行脱气处理；

②然后进行组装，即将经脱气处理的PDMS泵体与微流控芯片主体对准贴合，组装过程中保证PDMS泵体的各泵腔与微流控芯片主体的各通气口一一对应；

③完成组装后，在微流控芯片主体的各进样口滴加相应液体样品溶液。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于：

a)步骤①中真空容器中气压小于50kPa，脱气时间至少40分钟；

b)步骤③液体样品溶液封闭各进样口后，管道形成负压，驱动液样定量分配，负压不断上升，当负压值超过毛细微阀的阻挡力时，两段定容微管道中液体进入一级连接微通道，并通过混合微通道，最终进入微反应腔，完成反应。

8.按权利要求1所述的芯片应用，其特征在于用于蛋白质结晶条件的高通量筛选，其步骤为：

①首先将预脱气处理的PDMS泵体（2）与芯片主体结构（1）对准组装；

②然后马上将各种不同配比和浓度的结晶剂加入各分支进样口（7），将待结晶蛋白液滴入主进样口（3），通过泵体（2）吸收管道中空气形成的负压驱动力和微管道网络中毛细微阀的设计的协同作用，将蛋白液和结晶剂分配至各微反应腔（13）中混合；

③之后移除PDMS泵体（2），并在各分支进样孔（7）中加入硅油，硅油在毛细力作用下将很快充满微管道网络，并封盖蛋白液与结晶剂的混合体系，防止混合体系中水分的挥发；

④最后将微流控芯片放置于4°C或25°C条件下进行结晶。并间隔一定时间后对微流控芯片中各反应腔结晶结果进行观察，以此确定合适的结晶条件。