[发明专利]一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片

说明书

本发明提供了一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，连续相入口、连续相分流通道和连续相分流出口组成；下层为功能芯片，由气体入口气体分流通道，气体通道，气动泵阀，分散相入口，分散相通道，连续相入口，连续相通道，主通道和液滴出口组成。该芯片基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，集成气动泵阀系统制成。本发明可以有效促进并控制双水相液滴的高效生成。通过调节两相流速、泵阀开关周期等参数得到稳定均一的双水相液滴。该芯片有望在蛋白质分离、细胞分区化培养、DNA萃取等生物学应用中发挥作用。

技术领域

本发明属于微流控技术、材料化学、生物化学等领域，具体涉及一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片。

背景技术

微流控技术具有样品用量少、便携度高、集成度高、检测灵敏度高等优势，目前已经在化学、生物学、药学、物理学等领域得到了广泛应用。而微流控液滴操控技术是其中一个重要分支，它可以直接利用流体间不相容性质来获得单分散液滴，并对其进行捕获、分选、分裂、融合等操控。所获得的液滴具有体积小、比表面积大等优势，可以有效促进物质交换、化学反应等。因此，该类芯片已经在小分子检测、单细胞分析、药物传输、微颗粒合成、组织工程等领域得到了广泛的应用。

然而，利用传统液滴芯片制备的基本都是双乳相液滴，其中会涉及到对有机相和各类离子或非离子表面活性剂的使用，且这些物质在体系中很难完全去除，这就使得该类芯片在生物医学领域中的应用受到了局限。近年来，不需要有机试剂和表面活性剂的双相体系被引入到微流控液滴领域，并得到了初步的发展。顾名思义，双水相体系是一个纯水相的体系，其相分离的原理是，当两种不同性质的高分子溶质在水溶液中的浓度超过一定阈值后，占主导的界面分离能会大于体系混合的吉布斯自由能，从而产生自发的相分离。双水相体系原本是用于生物质的萃取，因此具有很好的生物相容性。但是双水相体系也存在着明显得弊端：两个水相间的表面能要远小于油水体系，这就使得利用传统液滴芯片产生双水相液滴，尤其是可控产生双水相液滴成为了巨大的挑战；这也限制了微流控芯片在该领域中的应用。本发明提供了一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片可以用于制备稳定均一的双水相液滴，且能保证其产量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于常规软光刻方法，集成了气动阀的用于可控产生均一双水相液滴的高通量微流控芯片。

本发明一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，连续相入口，连续相分流通道和连续相分流出口组成。其中气体入口为独立结构；分散相入口通过分散相分流通道与分散相分流出口相连；连续相入口通过连续相分流通道与连续相分流出口相连。下层为功能芯片，由气体入口，气体分流通道，气体通道，气动泵阀，分散相入口，分散相通道，连续相入口，连续相通道，主通道和液滴出口组成。其中气体入口通过气体分流通道和气体通道与气动泵阀；分散相入口通过分散相通道和主通道与液滴出口相连；连续相入口通过连续相通道和主通道与液滴出口相连。

上层芯片通过几个重合的部分与下层芯片相连，其中上层气体入口与下层气体入口重合；分散相分流出口分散相入口重合；连续相分流出口与连续相入口重合。

芯片中的三个流体按照以下顺序流动：分散相液体由分散相入口进入芯片，先后经分散相分流通道、分散相分流出口、分散相入口、分散相通道和主通道到达液滴出口；连续相液体由连续相入口进入芯片，先后经过连续相分流通道、连续相分流出口、连续相入口、连续相通道和主通道到达液滴出口。气体由上层气体入口进入芯片，先后经过下层气体入口、气体分流通道和气体通道到达气动泵阀，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。

所述芯片中，上层芯片所有通道高度和宽度均为：100-300μm；下层芯片主通道宽度100-300μm，长1-2cm。泵阀与分散相通道间距40-60μm，泵阀间的分散相通道宽40-60μm，所有通道高度均为100-300μm；