微液滴生成系统技术方案

本发明专利技术提供一种微液滴生成系统，所述微液滴生成系统包括所述微液滴生成系统包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集；所述微液滴生成芯片包括有一中心孔；和所述第二部件设置有与每个所述微液滴生成单元相配合的微液滴加样和收集单元。本发明专利技术的微液滴生成系统可快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”/“水包油”微液滴，材料和批量加工成本低廉；样品注入、液滴收集过程便捷，整个过程不易产生交叉污染。

Microdroplet Generation System

The invention provides a micro-droplet generation system, which comprises the first part and the second part, and the first part and the second part are fixed connected; the first part is a micro-droplet generation chip for the generation of micro-droplets; the second part is a sample adding device for micro-droplets and a micro-droplet collecting device for the generation of micro-droplets, which is used for the first part. Sampling of oil and water phase samples and collection of generated micro-droplets; the micro-droplet generation chip includes a central hole; and the second component is provided with a micro-droplet addition and collection unit matched with each of the micro-droplet generation units. The micro-droplet generation system of the present invention can generate uniform micro-droplets of \oil-in-water\/\oil-in-water\ in a fast, reliable and parallel manner, with low cost of materials and batch processing, convenient sample injection and droplet collection process, and no cross-contamination occurs during the whole process.

【技术实现步骤摘要】
微液滴生成系统
本专利技术涉及微液滴数字PCR
，具体涉及一种微液滴生成系统。
技术介绍
微液滴数字PCR技术(dropletdigitalPCR，ddPCR)是一种基于单分子PCR的核酸绝对定量分析技术。微液滴数字PCR技术以其高灵敏度、高准确性的优势正成为业界下一个革命性技术。近几年来，随着微纳米制造技术和微流体技术(micro-nanofabricationandmicrofluidics)的发展，微液滴数字PCR技术遇到了突破技术瓶颈的最佳契机。该技术借助微流控芯片，生成直径为数微米到数百微米的液滴；微液滴包裹单分子或单细胞，达到反应与检测全封闭，全集成。微液滴数字PCR系统工作原理是：首先通过特殊的微液滴生成仪将待测样品均分到大量纳升级(直径为数微米到数百微米)的“油包水”微液滴中，微液滴的数量在百万级别。由于微液滴数量足够多，微液滴之间被油层相互隔离，因此每个微液滴相当于一个“微型反应器”，微液滴中只含有待测样品的DNA单分子；然后，针对这些微液滴分别进行PCR扩增反应，并通过微液滴分析仪逐个对液滴的荧光信号进行检测，有荧光信号的微滴判读为1，没有荧光信号的微滴判读为0。最后，根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例即可得出待测样品的目标DNA分子数目，实现对核酸样本的绝对定量。微液滴数字PCR技术的关键步骤是快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”微液滴。生成微液滴的一个核心技术是设计和加工基于微流控技术的微液滴生成系统。微液滴生成系统被广泛应用于临床检测需要具备以下原则：(1)快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”/“水包油”微液滴，(2)基于微流控技术的微流体芯片的材料和加工成本低，(3)操作便捷，(4)液滴生成、收集过程中不产生交叉污染。目前，基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控芯片已被广泛用于生成微液滴。首先，研究人员利用软光刻工艺(人工操作)加工具备微米量级的PDMS微液滴芯片。当PDMS微液滴芯片制备成功后，在其样品入口、微液滴生成出口利用机械加工工艺打孔，装配进样管、出样管。“油相”样品、“水相”样品通过手工方式吸入到注射器中。然后，通过外部注射泵将“油相”样品、“水相”样品经过进样管注入PDMS微液滴芯片中。最后，生成的微液滴经过出样管被收集到常规实验耗材中，例如EP管。尽管PDMS微液滴芯片材料研发成本低、实验室加工工艺简单，但是其存在的不足包括：(1)PDMS是热弹性聚合物材料，该类材料不适合于工业级注塑、封装工艺。手工加工的PDMS微液滴芯片可靠性差。(2)PDMS微液滴芯片批量加工成本高昂。(3)PDMS微液滴芯片样品注入、液滴收集为过程繁琐的人工操作流程，不适于临床检验应用。(4)液滴生成、收集过程中容易产生交叉污染。针对PDMS微液滴芯片的不足，工业界针对以上缺点展开研发。美国的BioRad公司和RainDanceTechnologies公司均已开发基于聚合物材料的微液滴生成系统。Biorad公司的微液滴生成系统，生成的微液滴需要手动从芯片转移到EP管中。RainDance公司的微液滴生成系统，油相样品需要外置仪器加样，并且成本高昂。这些微液滴生成系统自身存在的不足，限制了其在临床检验领域的广泛应用。
技术实现思路
针对现有微液滴生成系统的不足，本专利技术提供一种基于聚合物材料的微液滴生成系统。该微液滴生成系统的特点是：(1)快速、可靠、并行生成均一的微米量级“油包水”或“水包油”微液滴，(2)微液滴芯片采用热塑材料(例如聚碳酸酯材料(PC)、环烯烃共聚物(COP)或聚甲基丙烯酸甲脂材料(PMMA)、聚丙烯(PP))，材料和批量加工成本低廉，(3)借助于外部压力源，使用该微液滴生成系统芯片，样品注入、液滴收集过程变得便捷，(4)集成式微液滴生成系统设计，整个过程不易产生交叉污染。在一种实施方式中，本专利技术提供一种微液滴生成系统，所述微液滴生成系统包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集；所述微液滴生成芯片包括有一中心孔，所述中心孔用于所述微液滴生成芯片制备过程中注入注塑料以及批量化生产过程中微液滴生成芯片的转运；所述中心孔两侧以中心孔为中心设置一个或多个微液滴生成单元，每个微液滴生成单元独立地生成微液滴；和所述第二部件设置有与每个所述微液滴生成单元相配合的微液滴加样和收集单元，每个微液滴生成单元与其相对应的微液滴加样和收集单元配合进行微液滴的加样、生成和收集。在一种实施方式中，所述第一部件和所述第二部件通过点胶方式或超声焊接方式密封固定连接。在一种实施方式中，所述第一部件和所述第二部件分别通过一体注塑而成。在一种实施方式中，所述第一部件和所述第二部件是热塑性材料，优选为聚碳酸酯材料、环烯烃共聚物或聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯。在一种实施方式中，所述第一部件设置有四个、八个或十二个微液滴生成单元；和所述第二部件设置有相应的四个、八个或十二个微液滴生成单元。在一种实施方式中，所述微液滴生成单元包括一个油相样品入口、一个水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路、一个微液滴生成区和一个生成微液滴出口。在一种实施方式中，所述油相样品管路和/或所述水相样品管路是远离所述中心孔的弧形管道结构。在一种实施方式中，所述微液滴生成单元包括二个油相微管路和一个水相微管路，或一个油相微管路和二个水相微管路；所述油相微管路和所述水相微管路形成十字交叉结构，用于形成微液滴。在一种实施方式中，所述油相样品入口之后的管路中设置有回型流阻区，油相样品流过所述回型流阻区后，分成两路分别进入油相样品管路，生成“油包水”微液滴；或者所述水相样品入口之后的管路中设置有回型流阻区，水相样品流过所述回型流阻区后，分成两路分别进入水相样品管路，生成“水包油”微液滴。在一种实施方式中，所述油相样品管路设置有油相样品过滤区和/或所述水相样品管路中设置有水相样品过滤区。在一种实施方式中，所述油相样品过滤区和/或所述水相样品过滤区分别是一组柱状阵列结构。在一种实施方式中，所述微液滴生成单元还包括在所述微液滴生成区和所述生成微液滴出口之间的微液滴生成观察区。在一种实施方式中，所述第二部件上方设置有油相样品加样槽、油相加样通孔、水相样品加样槽和水相加样通孔，其中所述油相加样通孔和所述水相加样通孔分别设置在所述油相样品加样槽和所述水相样品加样槽底部中，所述油相样品和所述水相样品分别通过它们进入所述第一部件；和所述第二部件下方设置有样品收集装置。在一种实施方式中，所述油相样品加样槽和所述水相样品加样槽的容积分别为1～900微升，优选为5～500微升，更优选为100～200微升。在一种实施方式中，所述样品收集装置包括在其两端分别设置的生成微液滴接收口和微液滴收集口，以及预存储腔；所述第一部件生成的微液滴通过所述微液滴接收口进入第二部件，然后通过所述预存储腔，和最后从所述微液滴收集口进行收集。在一种实施方式中，所述微液滴收集口设置为具有斜侧壁结构的出口，在其末端设置有连接杆，微液滴经所述连接杆滴入微液滴收集容器中。在一种实施方式中，所述微液滴收集容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微液滴生成系统，其特征在于：所述微液滴生成系统包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集；所述微液滴生成芯片包括有一中心孔，所述中心孔用于所述微液滴生成芯片制备过程中注入注塑料以及批量化生产过程中微液滴生成芯片的转运；所述中心孔两侧以中心孔为中心设置一个或多个微液滴生成单元，每个微液滴生成单元独立地生成微液滴；和所述第二部件设置有与每个所述微液滴生成单元相配合的微液滴加样和收集单元，每个微液滴生成单元与其相对应的微液滴加样和收集单元配合进行微液滴的加样、生成和收集。

【技术特征摘要】
1.一种微液滴生成系统，其特征在于：所述微液滴生成系统包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件固定连接；所述第一部件是微液滴生成芯片，用于微液滴的生成；所述第二部件是微液滴样品加样和生成微液滴收集装置，用于第一部件的油相样品和水相样品的加样以及生成的微液滴的收集；所述微液滴生成芯片包括有一中心孔，所述中心孔用于所述微液滴生成芯片制备过程中注入注塑料以及批量化生产过程中微液滴生成芯片的转运；所述中心孔两侧以中心孔为中心设置一个或多个微液滴生成单元，每个微液滴生成单元独立地生成微液滴；和所述第二部件设置有与每个所述微液滴生成单元相配合的微液滴加样和收集单元，每个微液滴生成单元与其相对应的微液滴加样和收集单元配合进行微液滴的加样、生成和收集。2.根据权利要求1所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述第一部件和所述第二部件通过点胶方式或超声焊接方式密封固定连接。3.根据权利要求1所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述第一部件和所述第二部件分别通过一体注塑而成。4.根据权利要求1所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述第一部件和所述第二部件是热塑性材料，优选为聚碳酸酯材料、环烯烃共聚物或聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯。5.根据权利要求1所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述第一部件设置有四个、八个或十二个微液滴生成单元；和所述第二部件设置有相应的四个、八个或十二个微液滴生成单元。6.根据权利要求1所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述微液滴生成单元包括一个油相样品入口、一个水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路、一个微液滴生成区和一个生成微液滴出口。7.根据权利要求6所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述油相样品管路和/或所述水相样品管路是远离所述中心孔的弧形管道结构。8.根据权利要求6所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述微液滴生成单元包括二个油相微管路和一个水相微管路，或一个油相微管路和二个水相微管路；所述油相微管路和所述水相微管路形成十字交叉结构，用于形成微液滴。9.根据权利要求8所述的微液滴生成系统，其特征在于：所述油相样品入口之后的管路中设置有回型流阻区，油相样品流过所述回型流阻区后，分成两路分别进入油相样品管路，生成“油包水”微液滴；或者所述水相样品入口之后的管路中设置有回型流阻区，水相样品流过所述回型流阻区后，分成两路分别进入水相样...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆高山，郭永，王博，苏世圣，白宇，朱修锐，付明珠，祝令香，刘宝霞，杨文军，王勇斗，
申请(专利权)人：北京新羿生物科技有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11