一种设有缓冲槽的多颗粒液滴生成器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种设有缓冲槽的多颗粒液滴生成器，通过在编码微球流道设置缓冲槽体，使编码微球先在缓冲槽体中进行预排列，再等间距流出，增加编码微球流速的可控性，精准控制编码微球的间距；通过在油相流道设置缓冲槽体，使油相必须先充满缓冲槽体，才能进入液滴生成流道，从而预防油相因流速过快而渗入水相中，增加油相流速的可控性；并最终实现单细胞单编码微球液滴的高效、高通量和高稳定性制备，提高有效液滴占比，减少昂贵细胞样本的浪费，且结构更简单，成本低，适于工业应用。适于工业应用。适于工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种设有缓冲槽的多颗粒液滴生成器


[0001]本技术涉及微流控制领域，具体而言，涉及一种用于生成多颗粒液滴的液滴生成器，尤其涉及一种设有缓冲槽的多颗粒液滴生成器。

技术介绍

[0002]微流控芯片(Microfluidic Chip)，因为能够集成化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元，通过设计形态各异的流道，可以在微流控芯片上实现不同的功能，因而也被称作芯片实验室(Lab
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Chip)，较于传统的实验室，微流控芯片具有试剂消耗量少、反应或者分析时间短等优点，减小昂贵试剂的消耗量可以控制成本。而时间的缩短则有利于缩减实验周期，结合平方厘米级别甚至平方毫米的芯片大小，在时间和空间上都大大减小了实验成本。微流控的应用领域有很多，在化学、生物学、医学等诸多领域都有着重要的应用。
[0003]利用微流控技术可控制得的微颗粒，不仅可以对微颗粒的尺寸、形状、单分散性、壳层厚度，以及微颗粒内部的结构、形状和组分等进行精确控制，还可以通过微颗粒结构和构成微颗粒的各功能组分的巧妙结合以赋予其更加多样化的功能，从而为新型微颗粒型功能材料的设计和研制提供新的思路和指导。
[0004]在生物领域中，液滴可以包裹细胞并作为生物反应器。细胞能被封装并培养成为组织或类器官。也可用于细胞分选，如分选精子和受精卵等细胞，来进行人工繁殖，包括人工授精，体外受精、克隆和胚胎分裂或卵裂。在生物化学领域，分散的液滴可被独立处理和操控。每个液滴都可作为一个独立的微反应器。
[0005]多颗粒液滴是指在生成的每一个液滴中包含了两种以上颗粒，其中包括细胞、编码微球(微球)等。为满足生化实验需求，现有技术中已有了实现多种颗粒液滴作为微量反应器的装置与方案。如Dropseq与10x(US10745742B2)所涉及到的双颗粒液滴微流控芯片。但这些现有装置和方案普遍都会或多或少存在编码微球流道中的编码微球流速难以控制的问题，以及油相容易渗入水相中的问题，从而造成有效通量低或有效液滴占比少等的不利结果。
[0006]因此急需找到一种结构简单，能有效控制编码微球和油相的流速，并能防止油相渗入水相，有效液滴占比更高的多颗粒液滴生成器。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本技术提供一种设有缓冲槽的液滴生成器，通过在编码微球流道设置缓冲槽体，用于编码微球的预排列，增加编码微球流速的可控性；通过在油相流道设置缓冲槽体，使油相必须先充满缓冲槽体，才能进入液滴生成流道，从而预防油相因流速过快而渗入水相中，增加油相流速的可控性；并最终实现单细胞单编码微球液滴的高效、高通量和高稳定性制备，提高有效液滴占比，减少昂贵细胞样本的浪费，且结构更简单，成本低，适于工业应用。
[0008]本技术所述的多颗粒液滴，是指制备的每一颗液滴内部，包含了多种颗粒。在生化实验中，常常需要应用这种多颗粒液滴作为生物反应器，比如在单细胞测序时，需要利用一种双颗粒液滴，这种双颗粒液滴中同时包含有1个单细胞和1个带有引物的编码微球 (微球)，从而能在液滴反应室内进行反应完成测序。
[0009]有效液滴，是指制备的多颗粒液滴中，正好含有每种颗粒各1颗。比如对于单细胞测序时用到的双颗粒液滴，其有效液滴是指每颗双颗粒液滴内部，必须正好含有1个单细胞和1颗编码微球。
[0010]单细胞单编码微球液滴生成器需要两路水相和一路油相，两路水相分别为编码微球悬液和细胞悬液。编码微球悬液和细胞悬液先混合，再与油相进入液滴生成处，在剪切力作用下，油相将编码微球和细胞混合液切割为大小均一的液滴。
[0011]现有的单细胞单编码微球液滴生成器存在以下两个问题，一是对于编码微球悬液，仅采用连续U型流道来控制编码微球悬液中编码微球的流速，二是对于油相，甚至仅通过调节油相入口压力来控制油相流速。
[0012]针对问题一，大量研究证明，仅通过连续U型流道虽然能基本控制编码微球悬液的流速，但无法很好地控制编码微球悬液中每一颗编码微球和编码微球之间都保持相同间距。而使每一颗编码微球和编码微球之间都保持相同间距，才能使每一颗编码微球和每一颗细胞恰好在油相的剪切力作用下被包裹，从而制得单细胞单编码微球液滴，才是真正提高有效液滴占比的决定性条件。
[0013]因为细胞样本非常珍贵且稀少，再加上细胞体积小，细胞悬液几乎相当于水相，只能通过控制细胞悬液的流速来尽量提高有效液滴占比，难以实现对每一颗细胞流动情况的精准控制；而编码微球价格较低，且量多，体积较大，更易控制。为了使细胞悬液在流出时，每次都能正好遇上一颗编码微球且顺利被包裹，我们需要在尽量控制细胞悬液的流速时，更重要的是需要尽量控制每一颗编码微球和编码微球之间的间距，使每一颗细胞经过时，都能有相应的编码微球与其组合并被包裹成液滴，这样才能充分利用细胞样本，不会造成昂贵细胞样本的浪费，并能提高有效液滴占比。
[0014]编码微球悬液中的编码微球直径较大，每一颗编码微球在编码微球悬液中所占的比例也很大，每一颗编码微球在流道中的流动情况都会影响编码微球悬液的流阻。因此不能把编码微球悬液当成简单的水相，仅通过连续U型流道来控制流速。由于编码微球悬液的流阻和编码微球在流道里的流动情况有着非常密切的关系，可以通过改变流道结构来改变流阻，从而实现加强对编码微球流动情况的控制。本技术通过在编码微球流道上增设一个缓冲槽体，当编码微球悬液进入缓冲槽体时，由于槽体宽度是逐渐增大的，因此流阻逐渐减小，槽体底部流阻最小，因此编码微球要从槽体底部流出的话，需要在槽体底部克服突然增大的流阻，从而进入编码微球流道。因此一开始编码微球并不容易从槽体底部流出，使编码微球悬液中的编码微球在缓冲槽体中进行了预排列，起到编码微球重聚的效果；待槽体充满后，编码微球受到的压力足以克服槽体下端克服突然增大的流阻时，一颗颗编码微球才会再从槽体下端随流体等距离流出，此时由于每一颗编码微球受到的流阻变化都是一样的，因此其通过槽体流出的速度也都是一样的，相当于使每一颗编码微球经相同间隔流出，增加了编码微球悬液中每一颗编码微球流速的可控性，从而提高了有效液滴的制备效率和质量。
[0015]针对问题二，大量研究证明，油相流体由于其本身的特性，非常容易毛细，反渗入水相中，因此如果仅通过调节油相入口压力来调节油相流速，当水相压力稍有下降时，容易出现油相反渗入水相中的情况。本技术为油相也设置了缓冲槽体和连续U型流道，通过连续U型流道增大流阻，并经缓冲槽体加强对油相流速的控制，油相在进入缓冲槽体时，由于流阻的下降，而且由于槽体宽度是逐渐增大的，流阻逐渐减小，油相会先充满槽体，而流出槽体则需要克服突然增大的流阻，因此油相会在充满槽体后，当承受的压力足以克服突然增大的流阻时再流出槽体，相当于为油相多加了一道控制，增加了流阻，明显增加了对油相流速的可控性，提高了油相反渗入水相的阻力，显著降低了油相反渗入水相情况的可能性。
[0016]另外，对于细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴生成器，其特征在于，包括细胞流道、编码微球流道和油相流道，所述编码微球流道上设有编码微球缓冲槽，编码微球流体在编码微球缓冲槽的流阻小于在编码微球流道的流阻。2.如权利要求1所述的液滴生成器，其特征在于，所述编码微球缓冲槽的体积大于相同长度的编码微球流道的体积。3.如权利要求2所述的液滴生成器，其特征在于，所述编码微球缓冲槽的宽度大于编码微球流道的宽度，和/或所述编码微球缓冲槽的深度大于编码微球流道的深度。4.如权利要求3所述的液滴生成器，其特征在于，所述编码微球缓冲槽的宽度为编码微球流道宽度的5～15倍，深度为编码微球流道深度的2～5倍。5.如权利要求4所述的液滴生成器，其特征在于，所述编码微球缓冲槽的形状由上至下先逐渐变大，再往下迅速缩回。6.如权利要求5所述的液滴生成器，其特征在于，所述编码微球流道包括连续U型流道，所述编码微球缓冲槽位于连续U型流道下方。7.如权利要求1～6任一项所述的液滴生成器，其特征在于，所述油相流道上设有油相缓冲槽，油相在油相缓冲槽的流阻小于在油相流道的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：许潇楠，宋汝渊，周洪波，吴辰曦，
申请(专利权)人：浙江达普生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：