[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种高通量自动定量分配和混合的微流控芯片、使用方法及其应用，可应用于化学、制药和生物领域，尤其是应用于化学合成和生化反应条件的高通量筛选。

背景技术

微流控芯片因其耗样少、分析速度快、可控性好、易集成等优点，近年来受到越来越多的关注和追捧。特别是集成高密度、阵列化微流体单元的微流控芯片，易于实现并行化和高通量反应和筛选，在化学和生物学领域具有重要的应用价值。大多数情况下，化学和现代生物学的实验都是在水相溶液状态下进行的，且往往需要经过定量取样、分配、混合、检测等多个步骤。普通实验室一般采用移液管、滴管、量筒等工具通过手工实现液样定量分配和混合操作，这种方式操作繁琐、效率低、人为误差大，另外，基于手工模式操控的流体体积至少是微升量级。而现代化学分析检测技术和生命科学研究一般可得样品极其有限，随着通量的上升和样品量的限制，研究体系必须采用更小的体积尺度，即微流体尺度，也就是通过微流控芯片技术进行更小尺度下的实验操作与分析。但是，如何在微米尺度下对流体样品进行精确、有效、可靠地操控和分析是微流控芯片技术面临的重大挑战。目前，在微流控芯片领域最常用的微流体操控方法是通过机械式的泵和阀来驱动和控制流体，从而实现充样、定量、分配、混合等操作[T.Thorsen,S.J.Maerkl,S.R.Quake,Microfluidic Large Scale Integration,Science,2002,298:580-584.]。所用机械式的泵和阀大体分为集成式和分离式两类，集成式的泵和阀通常制造工艺较复杂、成本高、长期工作的可靠性较差；而分离式的泵和阀通常体积较大、接口复杂、消耗功率高、便携性差。因此，传统的微流控芯片设计和流体操控方法严重限制了微流控技术在实际中的广泛应用，迫切需要发展新的微流控芯片和流体操控技术以适应现代化学和生命科学研究对快速、高通量、低成本、自动化检测分析平台的需求。前期本申请的发明人之一也曾设计制作了基于毛细作用、离心力和毛细疏水阀协同作用的自定量分配和混合微流控芯片[G.Li,et al.A compact disk-like centrifugal microfluidic system for high-throughput nanoliter-scale protein crystallization screening,Analytical Chemistry,2010,82(11):4362–4369.]，但是该芯片中的流体驱动仍然需要体积较为庞大的离心旋转平台等外置设备，大大限制了其便携式应用（如野外环境监测、床边诊断等）。因此需要发展更简单、廉价和紧凑的微流控芯片系统，以实现微流控技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高通量自动定量分配和混合的微流控芯片、使用方法及其应用，所提供的微流控芯片具有操作简单、使用成本低、自动化程度高、便携性好、易于实现高通量等特点，可望应用于化学合成、制药和生化反应条件的高通量筛选。

本发明提供的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，所述的组合式微流控芯片是由一个微流控芯片主体和一个预脱气的PDMS泵体组合而成；该芯片利用脱气处理后PDMS泵体对气体的高溶解特性，在封闭微管道体系中产生负压，形成流体驱动力，同时利用芯片表面疏水特性结合微管道几何设计形成芯片局部区域的毛细阀功能，通过负压驱动和毛细阀的协调作用，实现微流控芯片主体中流体的自动填充、定量分配和混合。