一种液滴生物分析芯片及其应用、使用方法技术

本发明专利技术公开了一种液滴生物分析芯片及其应用、使用方法。该芯片包含若干组相互平行的串联微池，每组串联微池由若干通过狭缝串联连通的微池单元组成；串联微池中的部分或全部微池单元具有开放式结构；串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构。该芯片具有如下优点：微池采用全部或部分开放式结构，便于试剂和样品的加载；液滴体积灵活可变，特别适合数微升至百微升体积的生物样品；能采用非接触式操作，无交叉污染风险；能够以全集成方式实现某些生物分析的平行操作，便于实现分析仪器的自动化。该芯片能在对蛋白、核酸等的生物样品进行提取和分析。

A droplet bioanalysis chip and its application and Application

The invention discloses a droplet bioanalysis chip and its application and application method. The chip consists of several groups of parallel series micro pools, each of which is composed of a number of micro cell units connected in series by the slit, and some or all of the micropooling units in the series micropooling have an open structure, and the bottom of the series micro pool and the slit is a smooth thin wall structure. The chip has the following advantages: the micropooling adopts all or part of the open structure to facilitate the loading of reagents and samples; the volume of the droplets is flexible and flexible, especially for a biological sample with a number of microliter to 100 liter volumes; it can be operated by non-contact, without cross contamination risk, and can be carried out in a fully integrated way for some biological analysis. Parallel operation facilitates the automation of analytical instruments. The chip can extract and analyze biological samples such as protein and nucleic acid.

【技术实现步骤摘要】
一种液滴生物分析芯片及其应用、使用方法
本专利技术属于生物医学分析
，特别涉及一种液滴生物分析芯片及其应用，以及一种液滴生物分析芯片的使用方法。
技术介绍
液滴分析是近年来发展起来的一种全新的操控微小体积液体的技术。液滴分析大多在芯片上实现，分析中使用两种互不相溶的液体，以其中一种作为连续相，另一种作为分散相。分散相以微小体积分散于连续相中，形成液滴。根据分散相和连续相的不同，液滴分为两种：W/O(water-in-oil)型液滴和O/W(oil-in-water)型液滴，其中水相(water)泛指各种水溶液，油相(oil)为与水不溶的有机溶剂。在W/O型液滴体系内，由于油相的包裹与隔离，反应溶液可以分散形成为相对独立的微反应器或储存器，因而具有如下优点：1)体积极为灵活，液滴反应体积可以缩小到纳升甚至飞升量级，特别适合高通量反应或样品来源极有限的反应，同时也可以减小昂贵试剂的使用，降低测试成本；2)样品无扩散且样品间无交叉污染，由于每个样品溶液都被不相溶旳油相包裹包围，一方面样品分子保留在水溶液中有利于保持样品浓度，另一方面反应溶液与器壁不直接接触且相邻反应溶液被油相隔离有利于避免相邻液滴间的物质交换；3)反应条件稳定，溶液中的水分子蒸发因油相包围而受到抑制，液滴内反应条件几乎不受外界影响。对于已经发展的液滴芯片分析系统，大多采用同质性分析模式，即同一类型分析的平行化。这种分析模式虽然在通量方面有巨大的优势，但分析样本的数目有限，而且难于实现集成化分析。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术在分析通量、分析速度、自动化程度以及试剂消耗量方面的缺点与不足，提供一种液滴生物分析芯片。本专利技术的另一目的在于提供所述液滴生物分析芯片的应用。本专利技术的再一目的在于提供所述液滴生物分析芯片的使用方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种液滴生物分析芯片，包含若干组相互平行的串联微池，每组串联微池由若干通过狭缝串联连通的微池单元组成；串联微池中的部分或全部微池单元具有开放式结构；串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构。所述的开放式结构指的是所述的微池单元的顶面敞开或开孔，从而有利于加样和取样的操作。所述的液滴生物分析芯片的材质是疏水性聚合物材料或者是表面疏水处理的材料。所述的疏水性聚合物材料优选为聚丙烯(Polypropylene,PP)、环烯烃类共聚物(copolymersofcycloolefin,COC)或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)。所述的微池单元和所述的狭缝的内表面设置疏水涂层；从而微池及狭缝的内表面具有疏水性。所述的疏水涂层的材料优选为TeflonAF1600。所述狭缝的长度为1～20毫米，宽度或高度至少有一维尺度介于0.1～1毫米；所述的狭缝的长度优选为3毫米，宽度或高度优选为0.5毫米。所述的狭缝起到疏水阀作用，阻碍水相溶液自由通过。所述的狭缝优选为具有“由宽变窄”的渐变过渡结构的狭缝，便于诱导磁粒聚集和防止磁粒截留。所述的渐变过渡结构是过渡结构的顺向切线与微池至狭缝方向的夹角为锐角。即沿着磁粒的前进方向，与前一微池连接的狭缝的一端的宽度比与后一微池连接的狭缝的另一端的宽度宽。所述的平滑薄壁结构指的是底面上的平面为无尖锐凹陷表观结构的平整面，从而有利于高效顺畅的磁粒操作，防止磁粒截留损失。所述的底面的厚度为0.1～1毫米，优选为0.25～1毫米，更优选为0.3毫米。所述的液滴生物分析芯片的面积优选为10～600平方厘米。所述的液滴生物分析芯片在生物样品分析中的应用，特别适合在高通量的生物样品分析中的应用。所述的生物样品分析包括生物分子提取，以及定性分析和/或定量分析。所述的生物分子优选为蛋白和核酸。所述的液滴生物分析芯片的使用方法，包括如下步骤：(1)将所述的液滴生物分析芯片装载于芯片平台上，将油相溶液注入芯片微池中，待油相液体自动填充微池和狭缝；(2)接着在各个微池中分别加入含有样品或试剂的水相溶液，由于表面张力效应，水相溶液在油相溶液中自发形成油包水液滴；(3)在水相溶液中加载能结合生物分子的磁性粒子，磁性粒子结合生物分子后在磁场力作用下运动，可以穿越油水界面和狭缝，在液滴间运动，完成生物分子提取、以及定性分析和/或定量分析过程。本专利技术的原理：芯片微池和狭缝具有疏水表面，因而向芯片微池中加入油相溶液时油相自动浸润微池和狭缝表面。向各个微池加入相应的试剂/或样品(水溶液)，由于表面张力作用，所添加的试剂/样品溶液在油相中自动形成油包水液滴。相连通微池中的液滴在外界扰动下(如倾斜、振动、加热)依然保持相互独立隔离状态，从而确保各液滴组分浓度的稳定。如图1所示，当向微池所在的区域施加一定方向的磁场力后，微池A中液滴中相应的磁性粒子汇集到狭缝通道处并与母液滴分离，并在场力作用下沿狭缝通道继续运动直至与微池B中液滴汇合继而融合，而微池A中的母液滴仍然截留在微池A中。因此上述过程可以完成液滴的分裂、运动、融合。如果在磁粒表面标记由捕获分子，如核酸序列或抗体，磁粒就可以结合特定的生物分子并携带这些生物分子在一系列液滴之间转移。通过类似的方式，可以完成生物分析所涉及的多步操作，最终可实现芯片上全集成式批量生物样品的自动化分析。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术提供的芯片上的液滴发生和定位无需使用复杂的流体控制装置；(2)本专利技术提供的液滴生物芯片制作工艺简单，成本低；(3)本专利技术提供的液滴生物芯片液滴体积灵活可变，特别适合数微升至百微升体积的生物样品；(4)本专利技术提供的液滴生物芯片采用非接触式操作，无交叉污染风险；(5)本专利技术提供的液滴生物芯片芯片能够以全集成方式实现某些生物分析的平行操作，便于实现自动化高通量分析。综上所述，本专利技术提供的液滴生物芯片其分析方法具有操作简便、分析快速、自动化程度高和测试通量较高的优势。附图说明图1是本专利技术提供的液滴生物分析芯片的原理示意图。图2.1-2.3对应实施例1。图2.1为实施例1液滴生物分析芯片的结构功能区示意图。图2.2为实施例1液滴生物分析芯片使用时样品的装载示意图。图2.3为实施例1液滴生物分析芯片的操作示意图。图3.1-3.2对应实施例2。图3.1为实施例2液滴生物分析芯片的结构功能区示意图.图3.2为实施例2液滴生物分析芯片使用时样品的装载示意图。图4为实施例3液滴生物分析芯片的结构功能区示意图。图5.1-5.2对应实施例5。图5.1为实施例5液滴生物分析芯片的立体图。图5.2为图5.1中微池和狭缝的局部放大图。其中，1为芯片基质，2为微池，3为狭缝，4为油相，5为水相，6为磁性粒子，7为磁场，8为磁铁，9为封底层。1-1为核酸提取液，1-2为样品，1-3为无乙醇型洗涤液，1-4为扩增反应液，1-5为酶液。2-1为样品，2-2为裂解液，2-3为矿物油，2-4为结合液，2-5为磁粒悬液，2-6为无乙醇型洗涤液，2-7为洗脱液，2-8为反应预混液。A、B、C、D、E是为了描述的方便，将芯片区域区分开来。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图2.1所示，一种集成RNA提取、恒温扩增及检测的液滴生物分析芯片，包含15组串联微池，每组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液滴生物分析芯片，其特征在于：包含若干组相互平行的串联微池，每组串联微池由若干通过狭缝串联连通的微池单元组成；串联微池中的部分或全部微池单元具有开放式结构；串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构。

【技术特征摘要】
1.一种液滴生物分析芯片，其特征在于：包含若干组相互平行的串联微池，每组串联微池由若干通过狭缝串联连通的微池单元组成；串联微池中的部分或全部微池单元具有开放式结构；串联微池和狭缝的底面为平滑薄壁结构。2.根据权利要求1所述的液滴生物分析芯片，其特征在于：所述的液滴生物分析芯片的材质是疏水性聚合物材料或者是表面疏水处理的材料。3.根据权利要求2所述的液滴生物分析芯片，其特征在于：所述的疏水性聚合物材料为聚丙烯、环烯烃类共聚物或聚四氟乙烯。4.根据权利要求1所述的液滴生物分析芯片，其特征在于：所述的微池单元和所述的狭缝的内表面设置疏水涂层。5.根据权利要求1所述的液滴生物分析芯片，其特征在于：所述狭缝的长度为1～20毫米，宽度或高度至少有一维尺度介于0.1～1毫米；所述的底面的厚度为0.1～1毫米；所述的液滴生物分析芯片的面积为10～600平方厘米。6.根据权利要求1所述的液滴生物分析芯片，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大渔，舒博文，
申请(专利权)人：广州市第一人民医院，
类型：发明
国别省市：广东,44