一种通过惯性力产生微液滴的装置和方法。装置主体包括加速度产生装置，其用于产生向心加速度；第一液体；液滴化装置，其具备微通道，第一液体在加速度产生装置的作用下通过液滴化装置的微通道产生5-300μm直径的液滴；收集装置，其用于收集产生的液滴；其中，第一液体在液滴化装置出口部分的表面呈疏水态。这种新的微液滴的产生方法客服了传统方法的不足，无表面液体的残留，可以实现高通量快速的产生微液滴，并且可以实现液滴的可控性分散。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物
，更具体涉及一种微液滴的产生装置和方法，及其应用。 技术背景 近年来，生物技术发展对液滴化技术提出越来越高的要求：第一方面，样品低损失 需求。微量测序样品如单细胞样品（如受精卵），切片样品，癌症（如CTC细胞）样品等 稀有样品的制备、表征技术中，保持生物样品的完整性尤其重要。而且对于digital PCR， digital MDA等其他数字定量技术，保持样品的完整性达99%以上更是技术的必要条件，即 在样品处理、检测过程中需要保证尽量少的样品损失。然而，使用传统微流控芯片方案的液 滴化技术，难免产生液滴化介质残留，并导致样品中的核酸、蛋白等待分析组分损失。 第二方面，均匀性需求。这些针对微量样品的精密制备、检测技术，又需要产生的 液滴大小均匀，不能又过大差异，导致后续实验中带来倾向性和不确定性。 第三方面，高通量需求。随着上游样品数的不断增多，对大规模样品同时制备的需 求不断增长。现有微流芯片技术生成液滴的技术，每台仪器最多仅能使8个样品同时液滴 化，由于其繁琐的管道设计，流体控制设计，已经不能满足扩大规模，通量的需要了。 第四方面，制冷需求。生物样品，尤其是DNA，RNA，蛋白样品比较脆弱。并且，有些 反应液配置好后，常温下便会发生反应（如MDA)，需要快速的（< IOmin)在低温（小于10 摄氏度，最好在0-4摄氏度）产生液滴。传统方法不能对微流芯片进行方便的降温，并且产 生速度也不够快。 当液体十分微小的时候，其表现出与宏观液体截然不同的特性。比如端面尺寸 10 XlOym微通道中，流体处于层流状态，传热和传质都与常规的宏观流体，比如常见的实 验室烧杯或1厘米端面的橡胶管中不同。一直以来，快速精确的产生微米级别的液滴是一 项巨大的工程挑战。微流控芯片可以快速产生直径可控的液滴，但是其设备复杂，成本较 高。喷墨技术可以产生高速的液滴，但是其液滴直径均匀性不好，并且需要喷墨装置，不适 合普通的生物化学实验室。因此，发展便捷的快速产生均匀的小液滴，例如300微米以下， 具有十分重要的生物化学意义。 本专利技术提供的基于高惯性力产生的液滴的技术，很好的满足了上述四点需求。1) 无残留。全部液滴在离心机的高离心力场中，完全经由液滴化口，产生液滴，不会产生残留。 2)可控单分散。全部液滴产生液滴的平衡态均相同，所以液滴尺寸精确相同，并且重复性 好，可控范围大，没有液体湍流等影响。3)高通量。由于仅需要离心力即可产生液滴，仅需 一台常规桌上离心机（如 thermo PIC017，PIC0 21，eppendorf 5430R 等），使用 I. 5mL 离心 管收集便可同时使24个样品的液滴化，进一步如果使用8联排管、96孔板、384孔板、甚至 1536孔板的形式，并加以堆叠，很容易使用一台离心机，同时实现几千甚至上万个独立的样 品的液滴化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种简单的等大水相液滴产生新方法。利用惯 性力驱动液滴化介质，穿过微孔道，在流出空道口后断裂，产生液滴，并落在收集介质中。与 产生液滴接触的液体可以为空气或低密度的异相。 液滴在惯性力条件下的断裂，满足一个明确的物理过程：当液滴所受地球引力大 于最薄弱处的表面张力时，液滴断裂。利用确定的惯性力常数，这个原理被普遍应用在测定 溶液表面张力上，称为滴液法，尺寸由〇· 5-2mm不等。而使用变化的惯性力和调整张力，来 高速产生小体积，5-200 μ m直径的液滴，不仅仅利用了表面张力的原理，更具备广阔的生物 化学意义。均匀的微小液滴，在生物或者化学的检测方面，具备了巨大的潜力。 本专利技术中，所称的加速度指的是，在外界非自然力的作用下，例如向心力、牵引力， 使得液体受到加速度方向相反的力，从而使得液体有向相反于加速度方向运动的趋势。本 专利技术中，第一液体受到惯性力的作用，通过液滴化装置形成液滴。第一液体也称之为液滴化 介质。 本专利技术一种液滴的产生装置，其特征在于，包含加速度产生装置，其用于产生向心 加速度；包含第一液体；包含液滴化装置，其具备微通道，第一液体在加速度产生装置的作 用下通过液滴化装置的微通道产生5-300 μ m直径的液滴；包含收集装置，其用于收集产生 的液滴；其中，第一液体在液滴化装置出口部分的表面呈疏水态。其中所述微通道的内径为 1-100 μ m，长度为 0· l-lOmm。 本专利技术提供一种液滴的产生方法，其特征在于，包含加速度产生装置，其用于产生 向心加速度；包含第一液体；包含液滴化装置，其具备微通道，第一液体在加速度产生装置 的作用下通过液滴化装置的微通道产生5-300 μ m直径的液滴；包含收集装置，其用于收集 产生的液滴；其中，第一液体在液滴化装置出口部分的表面呈疏水态。其中所述微通道的内 径为 1-100 μ m，长度为 0· l-10mm。 其中第一液体指的是常见的低粘度的液体或溶液。比如第一液体是水、细胞培养 液、乙醇等物质的溶液，或者液体中包含细胞、DNA、RNA或者蛋白质的组合。 液滴化装置是带微通道的装置。比如常见的毛细管、带小孔的膜或者带小孔的板； 毛细管的内径或者小孔的直径为1-100 μm ;液滴化装置的材料可为无机材料如：玻璃，石 英，硅；或常见有机塑料材料如：聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸，聚酰胺，聚乙烯，聚氯 乙稀，聚丙烯；含氟塑料如聚四氟乙烯，PVDF等。 根据进一步优选的技术方案，所述小孔为圆孔或者多边形孔；所述方孔的内径即 其边长为1-100 μ m。 根据进一步优选的技术方案，所述液滴的直径为10-250 μ m，优选20-200微米；所 述微通道的内径为2-90微米，优选5-50微米；微通道的长度为0. 5-6mm，优选l-5mm。 根据进一步优选的技术方案，液滴化装置是1，2,.....η个，其中η是大于2的整 数。 根据进一步优选的技术方案，收集装置是离心收集管。 根据进一步优选的技术方案，更进一步还可以包括第一液体的储存装置，其用于 储存第一液体。 更进一步还可以包括第二液体，位于收集装置内，用于收集产生的第一液体的液 滴，所述液滴化装置的出口的部分和第二液体不接触。第一液体在转化成液滴前和转化成 液滴中不与第二液体接触。 根据进一步优选的技术方案，所述的加速度产生装置为离心机。 根据进一步优选的技术方案，所述加速度可以是恒定的或者变化的。 根据进一步优选的技术方案，所述微通道为直的或弯曲的。 根据进一步优选的技术方案，液滴化装置为前端有开口的管状物或锥状物。 根据进一步优选的技术方案，更进一步包括延迟介质或者延迟装置。 根据进一步优选的技术方案，液滴化装置和储存装置是一个整体。 根据进一步优选的技术方案，液滴化装置材料为无机材料、有机材料或复合材料。 无机材料为玻璃，石英，陶瓷，金属中的一种。有机材料为聚苯乙烯，聚醚醚酮，聚酯高分子 材料中的一种。复合材料是一种或多种所述有机材料和/或无机材料的混合物。 根据进一步优选的技术方案，所述液滴化装置的全部或者仅出口部分经过疏水和 /或亲水表面处理，使得第一液体在液滴化装置出口部分的表面呈疏水态；表面处理的方 法有：直接覆涂，化学反应修饰，化学沉积等。 根据需求，可以不包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液滴的产生装置，其特征在于，包含加速度产生装置，其用于产生向心加速度；第一液体；液滴化装置，其具备微通道，第一液体在加速度产生装置的作用下通过液滴化装置的微通道产生5‑300μm直径的液滴；收集装置，其用于收集产生的液滴；其中，第一液体在液滴化装置出口部分的表面呈疏水态。其中所述微通道的内径为1‑100μm，长度为0.1‑10mm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄岩谊，陈子天，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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