一种全封闭微流控芯片和乳液微滴制备系统技术方案

一种全封闭微流控芯片和乳液微滴制备系统，属于生化设备技术领域，其特征是：微流控芯片包括乳液微滴生成结构和数个至数十个PCR结构，乳液微滴生成结构用于由油相和样品水相产生油包水乳液微滴，PCR结构为封闭式结构。制备系统包括控制仪器和集乳液微滴制备及微流控芯片。有益效果是：1、乳液微滴生成结构和PCR结构两部分结构整合在一个单元中，一体化设计降低了对操作者的专业要求，有利于技术的快速推广。2、减少了PCR引入污染的可能性。提高了数字PCR检测的准确性。3、可以避免气溶胶的污染。4、保证了PCR过程中乳液微滴避免受到破坏。5、控制仪器可以具有多个(例如两个)用于设置微流控芯片的工作位。6、简化操作，节约时间，提高了效率。

A fully enclosed microfluidic chip and emulsion droplet preparation system

A fully enclosed microfluidic chip and emulsion droplet preparation system, belonging to the biochemical equipment technology field, are characterized by: the microfluidic chip comprises a latex droplet generation structure and several to dozens of PCR structures, and the emulsion droplet generation structure is used for producing oil in water emulsion droplets from the oil phase and the sample water phase, and the PCR structure is a closed structure. The preparation system includes control instruments, emulsion droplet preparation and microfluidic chips. The beneficial effects are as follows: 1. The two parts of the emulsion droplet generation structure and the PCR structure are integrated into one unit. The integrated design reduces the professional requirements of the operator, and is conducive to the rapid popularization of the technology. 2. Reduce the possibility of introducing contamination into PCR. The accuracy of digital PCR detection was improved. 3. Aerosol pollution can be avoided. 4, to ensure that the emulsion droplet in the process of PCR is not damaged. 5. The control instrument may have multiple (for example, two) working positions for setting up microfluidic chips. 6. Simplify operation, save time and improve efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种全封闭微流控芯片和乳液微滴制备系统
本专利技术属于生化试验检测设备

技术介绍
数字PCR技术利用油包水结构的乳液微滴作为PCR反应的微反应器，进行PCR扩增。数字PCR最大的特点是可以形成数目庞大的独立反应空间以进行PCR扩增。油-水两相生成的微乳液微滴已经应用于高通量的分析系统，其应用范围有不断扩大的趋势。比如将乳液微滴形成用于聚合酶链式反应(PCR)结合，在微滴里进行核酸靶分子的单拷贝的放大，从而实现对靶的单分子的存在和具体基因序列的检测。美国公司10XGenomics应用乳液微滴PCR的方法并结合Gemcode技术来生成长链DNA，从而实现了长链DNA序列测序或单细胞测序，已经被业界公认是进行长链DNA测序和单细胞测序的最好技术之一。而能够把油-水两相按设计的比例混合生成大小可控、均一稳定的微乳液微滴的形成系统也成为了实现上述应用的关键设备。现有的乳液微滴形成系统主要采用Bio-Rad的微流控芯片，例如参见中国专利申请公开CN103429331A，其通过加载在液滴收集的孔上的负压提供动力生成液滴，具体而言，油和样品在负压下分别从装油和装样品的样品孔进入微流控管道，最后流向液滴收集的孔。乳液微滴全部堆积在收集孔中，就完成了微滴的制备。当需要进行数字PCR扩增时，需要用移液枪将乳液微滴取出，注入到96孔板中，再进行PCR扩增。当在进行结果读取时，需要将乳液微滴从96孔板中取出，在上述过程中会造成乳液微滴的破损以及乳液微滴的移动损失，甚至气溶胶的污染，造成假阳性，影响测量效果的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种全封闭微流控芯片和乳液微滴制备系统，它使乳液微滴生成结构和PCR结构一体化地整合在一个芯片单元中，乳液微滴生成结构用于由油相和样品水相产生油包水乳液微滴，PCR结构用于接收和平铺所产生的乳液微滴以及随后全封闭进行乳液微滴数字PCR，乳液微滴生成结构中的乳液微滴生成口与所述PCR结构的乳液微滴引进口直接相连，以使所产生的乳液微滴直接流入PCR结构中平铺备用，从而使乳液微滴的制备、接收、平铺和乳液微滴数字PCR以全封闭的方式进行。本专利技术的技术方案是：微流控芯片包括乳液微滴生成结构和数个至数十个PCR结构，乳液微滴生成结构用于由油相和样品水相产生油包水乳液微滴，PCR结构为封闭式结构，用于接收和平铺所产生的乳液微滴以及随后全封闭进行乳液微滴数字PCR，乳液微滴生成结构中的乳液微滴生成口经由歧管而直接与数个至数十个PCR结构的乳液微滴引进口相连，以使所产生的乳液微滴经由歧管导流后流入各PCR结构中平铺备用，从而使乳液微滴的制备、接收、平铺和乳液微滴数字PCR以全封闭的方式进行。油相引进口和样品引进口均通过相应管道与用于产生乳液微滴的生成器连接，从而产生乳液微滴，所产生乳液微滴的出口孔与PCR结构的乳液微滴引进口直接相连。在所述油相引进口设置有压力调节装置，给予芯片一定的压力使油滴与样品均沿相应管道运动，并且油相包裹住核酸形成油包水型乳液微滴，最终在压力作用下，运动至PCR结构的微滴收集腔体，多余液体被多余液体处理装置处理。在乳液微滴流入PCR结构后取下乳液微滴生成结构部分，并及时用预留的封口膜将PCR结构部分的乳液微滴引进口密封。用于微滴数字PCR的乳液微滴制备系统，包括用于乳液微滴生成的控制仪器和本专利技术的集乳液微滴制备及数字PCR功能一体化的微流控芯片。所述的乳液微滴生成的控制仪器包括两个乳液微滴生成位、控制屏幕。所述的乳液微滴生成位可放置微流控芯片，乳液微滴生成的控制仪器单次生成单一芯片的乳液微滴，两个乳液微滴生成位独立工作。所述的控制屏幕为触控显示屏。所述乳液微滴生成结构和所述PCR结构一体化地且可分离地耦合。所述乳液微滴生成结构和所述PCR结构采用粘合剂连接。所述乳液微滴生成结构包括油相引进口和样品引进口，它们各自通过管道与用于产生乳液微滴的乳液微滴生成器连接，从而产生乳液微滴。所述乳液微滴生成结构的长度5-10mm，宽度是20-30mm。所述PCR结构内部包括用于平铺乳液微滴的微滴收集腔体。所述微滴收集腔体的高度大于或等于0.5倍微滴直径并且小于或等于1.5倍微滴直径，优选大于或等于0.8倍微滴直径并且小于或等于1倍微滴直径，从而使乳液微滴平铺在所述微滴收集腔体中。所述微滴收集腔体的容积为10µL-60µL，优选40µL。在控制仪器内部底板上分别安装有压缩泵、储气瓶、电源模块、阀门列阵和控制电路，控制仪器高面平台安装有电容式触控屏，低面平台安装有一至数个用来固定微流控芯片并形成密封的芯片压板，在低面平台上为半透明保护罩，在半透明保护罩的压盖板上分别开有与微流控芯片油相引进口紧密相连的接口A、开有与微流控芯片样品引进口紧密相连的接口B、与微流控芯片通气孔紧密相连的接口C，在所述的接口A、接口B能施加压力或者与空气联通；接口C能施加负压或者与空气联通；压盖板侧边安装有压盖转轴和管路连接处，通过压缩泵能够构造成控制一至数个微流控芯片生成乳液微滴。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的微流控芯片为一体化设计，乳液微滴生成结构和PCR结构两部分结构整合在一个单元中，通过该自主设计的仪器控制一体化设计的芯片生成平铺乳液微滴，在后续的检测中无需将乳液微滴从该芯片中移出，只需拆下乳液微滴生成结构，用封口膜将PCR结构的样品引进口进行密封，然后就可以直接对PCR结构(例如PCR芯片)进行PCR扩增操作，并可以对PCR扩增后的芯片直接进行检测。一体化设计降低了对操作者的专业要求，有利于技术的快速推广。2.乳液微滴的制备、平铺过程为全封闭运行过程，不与外界环境接触，从而减少了为后续数字PCR引入污染的可能性，特别是避免了可能给PCR过程中带来的气溶胶污染。具体而言，在利用本专利技术的一体化微流控芯片进行乳液微滴制备后，乳液微滴直接流入PCR结构部分中，无需使用移液枪将乳液微滴取出。因此不存在乳液微滴取出、注入的过程，避免了乳液微滴的破损、乳液微滴移动损失及气溶胶污染等，从而减少假阳性，提高了数字PCR检测的准确性。3.本专利技术的微流控芯片中的PCR结构也是封闭式的，从而保证乳液微滴的制备、接收、平铺和乳液微滴数字PCR以全封闭的方式进行。在现有技术的乳液微滴PCR设备中，例如来自Bio-Rad公司的市售乳液微滴PCR设备，用于制备乳液微滴的微流控芯片和用于进行PCR反应的PCR芯片是分离的。当需要进行PCR扩增时，需要用移液枪将乳液微滴从微流控芯片取出，然后注入PCR芯片的孔。而乳液微滴为油包水系统，在PCR的变性、退火、延伸循环中经历多次升温降温过程，因此可能有少量的乳液微滴破裂，释放出含扩增产物的气溶胶，对后续实验造成污染，甚至有可能导致整个实验室的污染。而本专利技术的PCR结构是全封闭式的，因此可以避免气溶胶的污染。4、通过封口膜密封住连接管道，保证了PCR过程中乳液微滴避免受到破坏。5、控制仪器可以具有多个(例如两个)用于设置微流控芯片的工作位，每个工作位可以单独或同时工作，从而提升了乳液微滴的制备效率。6.由于消除了使用移液枪将乳液微滴取出再注入到PCR芯片板上的过程，可以简化操作，节约时间，提高了效率。此外，可用的微滴获得率提升5%以上。7.微滴收集腔体的高度大于或等于0.5倍微滴直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全封闭微流控芯片，其特征是：微流控芯片包括乳液微滴生成结构和数个至数十个PCR结构，乳液微滴生成结构用于由油相和样品水相产生油包水乳液微滴，PCR结构为封闭式结构，用于接收和平铺所产生的乳液微滴以及随后全封闭进行乳液微滴数字PCR，乳液微滴生成结构中的乳液微滴生成口经由歧管而直接与数个至数十个PCR结构的乳液微滴引进口相连，以使所产生的乳液微滴经由歧管导流后流入各PCR结构中平铺备用，从而使乳液微滴的制备、接收、平铺和乳液微滴数字PCR以全封闭的方式进行。

【技术特征摘要】
1.一种全封闭微流控芯片，其特征是：微流控芯片包括乳液微滴生成结构和数个至数十个PCR结构，乳液微滴生成结构用于由油相和样品水相产生油包水乳液微滴，PCR结构为封闭式结构，用于接收和平铺所产生的乳液微滴以及随后全封闭进行乳液微滴数字PCR，乳液微滴生成结构中的乳液微滴生成口经由歧管而直接与数个至数十个PCR结构的乳液微滴引进口相连，以使所产生的乳液微滴经由歧管导流后流入各PCR结构中平铺备用，从而使乳液微滴的制备、接收、平铺和乳液微滴数字PCR以全封闭的方式进行。2.一种全封闭微流控芯片的乳液微滴制备系统，其特征是：用于微滴数字PCR的乳液微滴制备系统，包括用于乳液微滴生成的控制仪器和集乳液微滴制备及数字PCR功能一体化的微流控芯片；所述的乳液微滴生成的控制仪器包括两个乳液微滴生成位、控制屏幕；所述的乳液微滴生成位可放置微流控芯片，乳液微滴生成的控制仪器单次生成单一芯片的乳液微滴，两个乳液微滴生成位独立工作；所述的控制屏幕为触控显示屏。3.如权利要求1所述的一种全封闭微流控芯片，其特征是：所述乳液微滴生成结构和所述PCR结构一体化地且可分离地耦合。4.如权利要求1所述的一种全封闭微流控芯片，其特征是：所述乳液微滴生成结构和所述PCR结构采用粘合剂连接。5.如权利要求1所述的一种全封闭微流控芯片，其特征是：所述乳液微滴生成结构包括油相引进口和样品引进口，它们各自通过管道与用...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚春旭，司远，吕洋，
申请(专利权)人：长春技特生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22