阅读说明：本技术 微滴制备系统、微流控芯片及微滴制备方法 (Micro-droplet preparation system, micro-fluidic chip and micro-droplet preparation method ) 是由 梁帅 何关金 罗杵添 张慧儒 林计良 何霖 李晶 王帅超 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种微滴制备系统、微流控芯片及微滴制备方法。微流控芯片,包括盖板、微控通道板及基板。具体使用时,例如采用微量定量移液枪分别将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中,以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；然后将微流控芯片接入到微滴制备系统,通过调节时间和压力进行微滴制备；微滴制备过程中,微滴出液孔的微滴经过盖板的第一通孔后沿着导流管排放到储存容器中(例如检测试管及多孔板)。如此,无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作,直接将制备好的微滴通过导流管向外排放到储存容器中,移液操作方便,能较好地避免微滴的破损和损失,从而能提高检测结果的准确性。(The invention relates to a droplet preparation system, a micro-fluidic chip and a droplet preparation method. The micro-fluidic chip comprises a cover plate, a micro-control channel plate and a substrate. When the device is used specifically, for example, a trace quantitative pipette gun is adopted to respectively add quantitative continuous phase liquid into a continuous phase sampling hole and quantitative discrete phase liquid into a discrete phase sampling hole; then the micro-fluidic chip is connected to a micro-droplet preparation system, and micro-droplet preparation is carried out by adjusting time and pressure; in the droplet preparation process, droplets in the droplet outlet holes pass through the first through holes of the cover plate and then are discharged to a storage container (such as a detection test tube and a multi-well plate) along the flow guide tube. So, need not to adopt traditional liquid-transfering gun to carry out liquid-transfering operation to the droplet that prepares, directly outwards discharge the droplet that prepares to the reservoir through the honeycomb duct in, liquid-transfering operation is convenient, can avoid the damage and the loss of droplet betterly to can improve the accuracy of testing result.)

微滴制备系统、微流控芯片及微滴制备方法

技术领域

本发明涉及微滴制备技术领域，特别是涉及一种微滴制备系统、微流控芯片及微滴制备方法。

背景技术

微滴技术是把不相溶的液体注入到微流控芯片、以极快的速度制备满足各种尺寸要求、均匀的液滴的技术。微流控芯片技术是把生物、化学、医学等分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的技术。微流控芯片一般采用聚合物材料，采用半导体加工工艺进行加工。其主要是在微米尺度空间对流体进行操作，要求有配套的液路系统接入，将宏观流体注入到微观的微流控芯片管路中。然而，传统地，采用单个通道制备微滴，制备完微滴后，由移液枪逐个地进行微滴转运，在转运的过程中存在微滴的破损和损失，对最终的检测结果存在很大的影响。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种微滴制备系统、微流控芯片及微滴制备方法，它无需移液枪进行液液操作，能便于移液操作，能较好地避免微滴的破损和损失，能提高检测结果的准确性。

其技术方案如下：一种微流控芯片，包括：盖板，所述盖板设有第一通孔以及设置于所述盖板的侧表面上并与所述第一通孔连通的导流管，所述导流管用于将微滴导流到储存容器中；微控通道板，所述微控通道板叠设于所述盖板上，所述微控通道板上设有连续相孔、离散相孔、微滴出液孔、第一流道及第二流道，所述离散相孔通过所述第一流道与所述微滴出液孔相连通，所述连续相孔通过所述第二流道与所述第一流道相连通，所述微滴出液孔与所述第一通孔相连通；及基板，所述基板叠设于所述微控通道板上，所述基板上设有连续相进样孔与离散相进样孔，所述连续相进样孔与所述连续相孔相连通，所述离散相进样孔与所述离散相孔相连通。

上述的微流控芯片，具体使用时，例如采用微量定量移液枪分别将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；然后将微流控芯片接入到微滴制备系统，通过调节时间和压力进行微滴制备；微滴制备过程中，微滴出液孔的微滴经过盖板的第一通孔后沿着导流管排放到储存容器中(例如检测试管及多孔板)。如此，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管向外排放到储存容器中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述第一通孔、所述导流管、所述连续相孔、所述离散相孔、所述微滴出液孔、所述第一流道、所述第二流道、所述连续相进样孔与所述离散相进样孔均为两个以上；两个以上所述导流管与两个以上所述第一通孔一一对应设置；两个以上所述第一通孔、两个以上所述离散相孔及两个以上所述第一流道均分别与两个以上所述微滴出液孔一一对应设置；两个以上所述连续相孔、两个以上所述第二流道均分别与两个以上所述第一流道一一对应设置。

在其中一个实施例中，所述第一通孔、所述导流管、所述连续相孔、所述离散相孔、所述微滴出液孔、所述第一流道、所述第二流道、所述连续相进样孔与所述离散相进样孔均为八个，八个所述导流管依次间隔设置并形成一排。

在其中一个实施例中，所述导流管的出液端的侧壁上设有切口；所述导流管的高度为3mm-30mm,所述导流管的外径为2.5mm-8mm，所述导流管的内径为1mm-5mm，所述切口的高度为1mm-15mm。

在其中一个实施例中，所述基板上设有连续相进样管与离散相进样管，所述连续相进样管与所述连续相进样孔相连通，所述离散相进样管与所述离散相进样孔相连通；所述基板上还开设有与所述微滴出液孔相连通的吹气孔；所述吹气孔处设有吹气管。

在其中一个实施例中，所述盖板与所述微控通道板之间、所述微控通道板与所述基板之间为粘接连接、焊接连接、螺钉连接、铆接连接、销钉连接或卡接连接。

在其中一个实施例中，所述微控通道板与所述盖板或所述基板为一体化结构；或者，所述微控通道板、所述盖板及所述基板三者为一体化结构。

在其中一个实施例中，所述微控通道板与所述基板为一体化结构，所述盖板上设有与所述基板卡接配合的若干个卡扣件。

在其中一个实施例中，所述的微流控芯片还包括密封板，所述盖板面向所述基板的侧表面上对应于所述第一通孔的部位设有凹部，所述密封板与所述凹部相适应，所述密封板上设有弹性套，所述弹性套的两端分别与所述微滴出液孔、所述第一通孔相连通。

一种微滴制备系统，包括所述的微流控芯片，还包括存储容器与气源装置，所述导流管用于将微滴导流到所述储存容器中，所述气源装置的连续相气路与所述连续相进样孔相连通，所述气源装置的离散相气路与所述离散相进样孔相连通。

上述的微滴制备系统，具体使用时，例如采用微量定量移液枪分别将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；然后将微流控芯片接入到微滴制备系统，通过调节时间和压力进行微滴制备；微滴制备过程中，微滴出液孔的微滴经过盖板的第一通孔后沿着导流管排放到储存容器中(例如检测试管及多孔板)。如此，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管向外排放到储存容器中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

在其中一个实施例中，所述气源装置包括下压接头，所述下压接头上设有连续相接头与离散相接头，所述连续相气路通过所述连续相接头与所述连续相进样孔对应连通，所述离散相气路通过所述离散相接头与所述离散相进样孔对应连通；

所述连续相气路与所述离散相气路上均设有压力表；所述气源装置还包括用于控制气源的压力大小及供气时间的控制模块，所述控制模块分别与所述连续相气路、所述离散相气路及外部气源相连。

一种微滴制备方法，采用了所述的微滴制备系统，包括如下步骤：

将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；

将气源装置的连续相气路与连续相进样孔相连通，离散相气路与所述离散相进样孔相连通，通过调节时间和气体压力进行微滴制备；

微滴制备过程中，微滴出液孔的微滴经过盖板的第一通孔后沿着导流管排放到储存容器中。

上述的微滴制备方法，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管向外排放到储存容器中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

附图说明

图1为本发明一实施例所述微流控芯片装设于存储容器中的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述微流控芯片的结构示意图；

图3为本发明一实施例所述微流控芯片的分解示意图；

图4为本发明一实施例所述微流控芯片中的微控通道板的结构示意图；

图5为本发明另一实施例所述微流控芯片的分解示意图；

图6为本发明另一实施例所述微流控芯片中的盖板与密封板的结构示意图；

图7为本发明又一实施例所述微流控芯片与存储容器的结构示意图；

图8为本发明又一实施例所述微流控芯片的分解示意图一；

图9为本发明又一实施例所述微流控芯片的分解示意图二；

图10为本发明一实施例所述的微滴制备系统中的气源装置的结构示意图；

图11为本发明一实施例所述的微滴控芯片制备微滴的原理示意图。

附图标记：

10、微流控芯片；11、盖板；111、第一通孔；112、导流管；1121、切口；113、卡扣件；114、凹部；115、凸起；12、微控通道板；121、连续相孔；122、离散相孔；123、微滴出液孔；124、第一流道；125、第二流道；13、基板；14、连续相进样管；15、离散相进样管；16、吹气管；17、密封板；171、弹性套；20、储存容器；30、气源装置；31、连续相气路；32、离散相气路；33、下压接头；331、连续相接头；332、离散相接头；34、压力表；35、控制模块；36、外部气源。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在一个实施例中，请参阅图1至图4，一种微流控芯片10，包括：盖板11、微控通道板12及基板13。所述盖板11设有第一通孔111以及设置于所述盖板11的侧表面上并与所述第一通孔111连通的导流管112。所述导流管112用于将微滴导流到储存容器20中。存储容器既可以是图1中示意的96孔PCR板，又可以是图7中示意的八连排PCR管。

所述微控通道板12叠设于所述盖板11上，所述微控通道板12上设有连续相孔121、离散相孔122、微滴出液孔123、第一流道124及第二流道125。所述离散相孔122通过所述第一流道124与所述微滴出液孔123相连通，所述连续相孔121通过所述第二流道125与所述第一流道124相连通。所述微滴出液孔123与所述第一通孔111相连通。所述基板13叠设于所述微控通道板12上，所述基板13上设有连续相进样孔与离散相进样孔，所述连续相进样孔与所述连续相孔121相连通，所述离散相进样孔与所述离散相孔122相连通。

上述的微流控芯片10，具体使用时，例如采用微量定量移液枪分别将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；然后将微流控芯片10接入到微滴制备系统，通过调节时间和压力进行微滴制备；微滴制备过程中，微滴出液孔123的微滴经过盖板11的第一通孔111后沿着导流管112排放到储存容器20中(例如检测试管及多孔板)。如此，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管112向外排放到储存容器20中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

在一个实施例中，请再参阅图1至图4，所述第一通孔111、所述导流管112、所述连续相孔121、所述离散相孔122、所述微滴出液孔123、所述第一流道124、所述第二流道125、所述连续相进样孔与所述离散相进样孔均为两个以上。两个以上所述导流管112与两个以上所述第一通孔111一一对应设置。两个以上所述第一通孔111、两个以上所述离散相孔122及两个以上所述第一流道124均分别与两个以上所述微滴出液孔123一一对应设置。两个以上所述连续相孔121、两个以上所述第二流道125均分别与两个以上所述第一流道124一一对应设置。如此，连续相孔121、离散相孔122、微滴出液孔123、第一流道124及第二流道125为一个时，相当于一个微滴制备通道；数量为两个以上时，相当于微滴制备通道为两个以上。在两个以上微滴制备通道同步工作时，能更高效率地制备更多的微滴，生产效率较高；此外，可以对两种以上微滴同步进行制备。可选地，所述第一通孔111、所述导流管112、所述连续相孔121、所述离散相孔122、所述微滴出液孔123、所述第一流道124、所述第二流道125、所述连续相进样孔与所述离散相进样孔均为一个。

进一步地，请参阅图1至图4及图7，所述第一通孔111、所述导流管112、所述连续相孔121、所述离散相孔122、所述微滴出液孔123、所述第一流道124、所述第二流道125、所述连续相进样孔与所述离散相进样孔均为八个，八个所述导流管112依次间隔设置并形成一排。如此，相当于八个微滴制备通道，存储容器例如为八连排PCR管或96孔PCR板，成排设置的八个导流管112能相应***到八连排PCR管的各个检测试管中，或者对应***到96孔PCR板的其中一排孔内。

在一个实施例中，请参阅图2或图3，所述导流管112的出液端的侧壁上设有切口1121。如此，能避免制备的微滴由于表面张力作用于导流管112内壁及自身黏性粘附导流管112的内壁而不便于掉落到存储容器内，起到减少微滴的表面张力作用于管壁上及减小对导流管112的内壁的粘附力，从而便于微滴掉落。

在一个实施例中，请参阅图2与图3，所述导流管112的高度为3mm-30mm,所述导流管112的外径为2.5mm-8mm，所述导流管112的内径为1mm-5mm，所述切口1121的高度为1mm-15mm。

在一个实施例中，请参阅图2与图3，所述基板13上设有连续相进样管14与离散相进样管15。所述连续相进样管14与所述连续相进样孔相连通，所述离散相进样管15与所述离散相进样孔相连通。如此，连续相进样管14一方面便于连接连续相气路31，另一方面能用于存储连续相液体，工作时连续相气路31施加压力将连续相进样管14所存储的连续相液体压入到连续相孔121内即可。同理，离散相进样管15一方面连接离散相气路32，另一方面能用于存储离散相液体，工作时采用离散相气路32施加压力将离散相进样管15所存储的离散相液体压入到离散相孔122内即可。

在一个实施例中，请参阅图2与图3，所述基板13上还开设有与所述微滴出液孔123相连通的吹气孔。具体地，所述吹气孔处设有吹气管16。如此，若制备的微滴由于表面张力作用于导流管112内壁及自身黏性粘附导流管112的内壁而不便于掉落到存储容器内，可以通过吹气孔进行吹气，使得微滴从导流管112内脱离出并进入到存储容器中。

在一个实施例中，请参阅图1至图4，所述盖板11与所述微控通道板12之间、所述微控通道板12与所述基板13之间为粘接连接、焊接连接、螺钉连接、铆接连接、销钉连接或卡接连接。具体而言，粘接连接可以是采用粘胶的方式连接，通过热压键合的方式粘接连接，或者采用化学试剂粘接连接。此外，焊接连接可以是激光焊接或超声波焊接连接。另外，盖板11、微控通道板12及基板13三者均可以是PMMA、PC、COC或POM等材料，在此不进行限定。

在一个实施例中，所述微控通道板12与所述盖板11或所述基板13为一体化结构；或者，所述微控通道板12、所述盖板11及所述基板13三者为一体化结构。

进一步地，请参阅图5至图9，所述微控通道板12与所述基板13为一体化结构，所述盖板11上设有与所述基板13卡接配合的若干个卡扣件113。具体而言，盖板11的其中的相对两侧均设有若干个卡扣件113，盖板11的另外相对两侧分别设有与基板13的相对两侧分别对应限位抵触的凸起115。

进一步地，请参阅图5及图6，所述的微流控芯片10还包括密封板17。所述盖板11面向所述基板13的侧表面上对应于所述第一通孔111的部位设有凹部114，所述密封板17与所述凹部114相适应，所述密封板17上设有弹性套171，所述弹性套171的两端分别与所述微滴出液孔123、所述第一通孔111相连通。如此，在密封板17的作用下，能保证基板13与盖板11之间的密封性。

在一个实施例中，请参阅图2、图3及图10，一种微滴制备系统，包括上述任意一实施例所述的微流控芯片10，还包括存储容器与气源装置30。所述导流管112用于将微滴导流到所述储存容器20中。所述气源装置30的连续相气路31与所述连续相进样孔相连通，所述气源装置30的离散相气路32与所述离散相进样孔相连通。

上述的微滴制备系统，具体使用时，例如采用微量定量移液枪分别将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；然后将微流控芯片10接入到微滴制备系统，通过调节时间和压力进行微滴制备；微滴制备过程中，微滴出液孔123的微滴经过盖板11的第一通孔111后沿着导流管112排放到储存容器20中(例如检测试管及多孔板)。如此，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管112向外排放到储存容器20中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

在一个实施例中，请参阅图2、图3及图10，所述气源装置30包括下压接头33。所述下压接头33上设有连续相接头331与离散相接头332。所述连续相气路31通过所述连续相接头331与所述连续相进样孔对应连通，所述离散相气路32通过所述离散相接头332与所述离散相进样孔对应连通。

进一步地，所述连续相气路31与所述离散相气路32上均设有压力表34。所述气源装置30还包括用于控制气源的压力大小及供气时间的控制模块35，所述控制模块35分别与所述连续相气路31、所述离散相气路32及外部气源36相连。

具体而言，当连续相进样孔为多个时，连续相接头331相应为多个，多个连续相接头331对应连通多个连续相进样孔时，能同步给多个连续相进样孔通入气体；当离散相进样孔为多个时，离散相接头332相应为多个，多个离散相接头332对应连通多个离散相进样孔时，能同步给多个离散相进样孔通入气体。

在一个实施例中，请参阅图2、图3及图10，一种微滴制备方法，采用了上述实施例所述的微滴制备系统，包括如下步骤：

将定量的连续相液体加入到连续相进样孔中，以及将定量的离散相液体加入到离散相进样孔中；

将气源装置30的连续相气路31与连续相进样孔相连通，离散相气路32与所述离散相进样孔相连通，通过调节时间和气体压力进行微滴制备；

微滴制备过程中，微滴出液孔123的微滴经过盖板11的第一通孔111后沿着导流管112排放到储存容器20中。

上述的微滴制备方法，无需采用传统的移液枪对制备好的微滴进行移液操作，直接将制备好的微滴通过导流管112向外排放到储存容器20中，移液操作方便，能较好地避免微滴的破损和损失，从而能提高检测结果的准确性。

进一步地，微滴制备方法还包括步骤：其中，所述气源装置30包括下压接头33，所述下压接头33上设有连续相接头331与离散相接头332，所述连续相气路31通过所述连续相接头331与所述连续相进样孔对应连通，所述离散相气路32通过所述离散相接头332与所述离散相进样孔对应连通；连续相进样孔与离散相进样孔均为多个，连续相接头331与离散相接头332均相应为多个；将多个连续相接头331对应连通多个连续相进样孔时，同步给多个连续相进样孔通入气体，以及将多个离散相接头332对应连通多个离散相进样孔，同步给多个离散相进样孔通入气体。

需要说明的是，微流控芯片生成微滴的原理是，将两种互不相溶的流体通入微流控芯片的流道内，其中一种流体为离散相，作为被剪切相流体，另一种流体为连续相，作为剪切流体，在两种流体交汇的区域，通过连续相流体将离散相流体分隔为离散的液滴。

具体地，请参阅图11，连续相流体和离散相流体分别进入微流控芯片中对应的流道后，会在不同流道的交汇处形成连续相流体和离散相流体的界面。离散相流体在外力的推动以及连续相流体剪切力的作用下与连续相流体同步向前运动。当界面处的界面张力不足以维持连续相流体施加给离散相流体的剪切力时，离散相流体断裂生成独立的被连续相流体包围的微小体积单元即液滴。

例如，在连续相流体为油而离散相流体为水的情况下，在油水交汇处形成油/水界面，水相在外力的推动以及油相剪切力的作用下与油相同步向前运动，当油/水界面处的界面张力不足以维持油相施加给水相的剪切力时，水相断裂生成独立的被油相包围的液滴。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。