纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其包括基底、油相分流微通道层、液滴生成微通道层和盖板，油相分流微通道层上设置有油相分流微通道，所述液滴生成微通道层上设置有浓度梯度液滴生成微通道；所述盖板上设置油相入口和水相入口、及多个出口；所述浓度梯度液滴生成微通道包括一直的主通道以及若干个连接所述主通道的支通道。通过设计流体分流芯片结构，采用流体微混合及在不同混合位置的分流形式，即边混合边分流的微流控芯片，可以综合两种浓度梯度液滴生成方式，调控流体间的体积比，从而可以方便快速地同时生成多种浓度梯度，为多种浓度梯度的微液滴的连续生成提供一种新的思路。续生成提供一种新的思路。续生成提供一种新的思路。

【技术实现步骤摘要】
纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片及其使用方法


[0001]本专利技术涉及医药领域，尤其涉及一种纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片及其使用方法。

技术介绍

[0002]浓度梯度是指在一定的范围内溶质分子以递增或递减的规律分布，整体形成一定的分子浓度梯度，是不同浓度介质类比分析中的重要环节。浓度梯度在开展药物筛选、细胞刺激、免疫分析等领域扮演着关键的角色。传统的浓度梯度生成方式主要通过人工调配不同浓度溶质的溶液，试剂消耗量大，且很难按需生成不同变化规律的浓度梯度，不符合对细胞尺度精度控制的要求，不足以满足当前生化检测等应用需求。
[0003]微流控技术对微尺度流动的精确调控可以很好解决这些问题，因此在建立复杂分子浓度梯度方面发挥着得天独厚的优势。
[0004]微流控浓度梯度技术主要包括流式浓度梯度技术和浓度梯度微液滴技术。
[0005]流式浓度梯度技术是指利用不同入口和复杂的管道网络组成连续流动系统，通过调控各流体流量使流体以对流扩散的方式在特定区域形成一定的浓度梯度分布规律，最经典的是“圣诞树形”微流控芯片。但该方法在进行细胞实验时，细胞生长发育会受流体剪切力的影响，且通道网络复杂、占用芯片空间较大。
[0006]浓度梯度液滴技术主要是利用微流控芯片生成具有一定规律浓度梯度的微液滴序列。微液滴作为单分散的个体，不仅可以作为微反应器，还可以作为独立且可以移动的实验微环境。由于其能够处理皮升至纳升量级的生物样本及实现高通量的操控，已经被广泛应用在了单细胞分析、细胞的3D培养和药物筛选等领域。因此，将微液滴与浓度梯度技术结合起来，不仅可以构建大批量的平行实验环境，还具有样品消耗少、不发生交叉污染等优势，可以建立纳升级的分子浓度梯度分布规律，在精确性和稳定性方面可以弥补连续流动形成浓度梯度环境的不足；同时在建立浓度梯度后能够有效降低细胞培养过程中流体流动剪切力对细胞生长的影响。
[0007]当前浓度梯度液滴的生成方式主要有两种，一种是通过微流控芯片结构设计，利用多级分流再混合的方式生成不同浓度梯度的液滴；另一种是通过控制各流体入口流量比，达到各流体按照一定的体积比被包裹进液滴内部的目的，然后经过扩散完成液滴内部流体间微混合，从而完成不同浓度液滴的制备。然而，前者在生成更多浓度梯度分布的液滴时，需要复杂的微通道网络设计，浓度梯度的分布受限；后者所需的微流控芯片结构相对简单，但不能同时生成多种浓度梯度的液滴。如何综合两种浓度梯度液滴生成方式，调控流体间的体积比及设计合理的流体分流芯片结构，是申请人希望解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种结构简单的纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片、以通过边混合边分流的结构，生成多种纳升级分子浓度梯度的液滴序列。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其包括依次叠加的平板结构的基底、油相分流微通道层、液滴生成微通道层和盖板，所述油相分流微通道层上设置有油相分流微通道，所述液滴生成微通道层上设置有浓度梯度液滴生成微通道；所述盖板上设置一贯穿所述盖板并连通所述油相分流微通道的油相入口；所述盖板上设置有若干个贯穿所述盖板并连通所述浓度梯度液滴生成微通道的水相入口、及多个贯穿所述盖板并连通所述浓度梯度液滴生成微通道的出口，所述油相分流微通道层上对应所述水相入口和出口设置有通孔；所述浓度梯度液滴生成微通道包括一直的主通道以及若干个连接所述主通道的支通道，所述支通道的末端均连通所述一所述通孔；所述油相分流微通道上设置有若干个垂直贯穿所述油相分流微通道层的连通井，所述连通井连通所述支通道。
[0011]优选的，所述连通井和出口的横截面均为圆形；所述支通道包括一与所述主通道平行的竖通道、以及垂直连接所述竖通道和主通道的横通道，所述横通道与所述竖通道的连接点设置在所述竖通道的中间，所述竖通道一端设置一圆形的用以与一所述连通井连通的第一连接孔，所述竖通道的另一端连接一斜通道，所述斜通道的末端设置有圆形的用以与一所述出口连通的第二连接孔。
[0012]优选的，所述主通道上在其与所述竖通道连接点的前方均设置有混流槽，所述混流槽包括6
‑
10个相互平行的子沟槽组成，相邻的所述子沟槽之间的间距为0.8mm；所述子沟槽包括均朝后方倾斜的长槽和短槽连接而成，其中所述长槽在所述主通道垂直方向上的长度为0.1mm，所述短槽在所述主通道垂直方向上的长度为0.05mm，所述长槽和短槽的深度均为0.06mm。
[0013]优选的，所述纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片通过以下步骤加工而成：
[0014](1)利用光刻技术在杜邦干膜上分别加工油相分流微通道层和液滴生成微通道层的模具；
[0015]其中，所述液滴生成微通道层是通过两次光刻得到的：首先光刻加工得到具有主通道和支通道的一次模具，然后在该一次模具上贴一层杜邦干膜后，进行第二次光刻得到具有所述混流槽的二次模具；
[0016](2)在上述模具上浇筑PDMS，加工出带有通道结构的PDMS层，即加工得到油相分流微通道层和液滴生成微通道层；
[0017](3)利用打孔器在所述盖板上1mm的孔，以得到所述油相入口、水相入口和出口；
[0018](4)利用等离子机进行三次键合工作：首先将液滴生成微通道层有浓度梯度液滴生成微通道的一侧与油相分流微通道层无油相分流微通道的一侧对准键合；其次，将所述盖板与油相分流微通道层键合在一起，起到封闭油相分流微通道的目的；最后将键合好的三层结构与玻璃制成的所述基底键合；
[0019](5)将外径为1.32毫米的特氟龙塑料管分别插入所述油相入口、水相入口和出口的位置，并用AB胶进行粘合。
[0020]优选的，所述液滴生成微通道层的厚度为3mm，所述主通道的宽度为0.2mm，所述竖通道、横通道和斜通道的宽度均为0.1mm；所述主通道、竖通道、横通道和斜通道的深度均为0.1mm；所述连通井的横截面、第一连接孔和第二连接孔的直径均为0.5mm；所述油相入口、水相入口和出口的直径均为1mm。
[0021]优选的，所述斜通道与所述竖通道之间的夹角为45
°
。
[0022]优选的，所述油相分流微通道包括两相互平行的第一通道，连接两所述第一通道的端点的第二通道，所述油相入口与所述第二通道的一端连接；所述盖板上设置两个所述水相入口，所述浓度梯度液滴生成微通道包括两分别连接一所述水相入口及主通道的斜入口，两所述斜入口之间的夹角为90
°
。
[0023]本专利技术还提供一种纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片的使用方法，其包括所述的纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其包括以下步骤：
[0024]1)清洗通道，将玻璃防雾剂注入油相分流微通道和浓度梯度液滴生成微通道，浸泡2分钟，之后用丙酮清洗油相分流微通道和浓度梯度液滴生成微通道，在80℃条件下的恒温干燥箱，放置30分钟烘干，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其特征在于：其包括依次叠加的平板结构的基底、油相分流微通道层、液滴生成微通道层和盖板，所述油相分流微通道层上设置有油相分流微通道，所述液滴生成微通道层上设置有浓度梯度液滴生成微通道；所述盖板上设置一贯穿所述盖板并连通所述油相分流微通道的油相入口；所述盖板上设置有若干个贯穿所述盖板并连通所述浓度梯度液滴生成微通道的水相入口、及多个贯穿所述盖板并连通所述浓度梯度液滴生成微通道的出口，所述油相分流微通道层上对应所述水相入口和出口设置有通孔；所述浓度梯度液滴生成微通道包括一直的主通道以及若干个连接所述主通道的支通道，所述支通道的末端均连通所述一所述通孔；所述油相分流微通道上设置有若干个垂直贯穿所述油相分流微通道层的连通井，所述连通井连通所述支通道。2.根据权利要求1所述的纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其特征在于：所述连通井和出口的横截面均为圆形；所述支通道包括一与所述主通道平行的竖通道、以及垂直连接所述竖通道和主通道的横通道，所述横通道与所述竖通道的连接点设置在所述竖通道的中间，所述竖通道一端设置一圆形的用以与一所述连通井连通的第一连接孔，所述竖通道的另一端连接一斜通道，所述斜通道的末端设置有圆形的用以与一所述出口连通的第二连接孔。3.根据权利要求2所述的纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其特征在于：所述主通道上在其与所述竖通道连接点的前方均设置有混流槽，所述混流槽包括6
‑
10个相互平行的子沟槽组成，相邻的所述子沟槽之间的间距为0.8mm；所述子沟槽包括均朝后方倾斜的长槽和短槽连接而成，其中所述长槽在所述主通道垂直方向上的长度为0.1mm，所述短槽在所述主通道垂直方向上的长度为0.05mm，所述长槽和短槽的深度均为0.06mm。4.根据权利要求3所述的纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片，其特征在于，所述纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片通过以下步骤加工而成：(1)利用光刻技术在杜邦干膜上分别加工油相分流微通道层和液滴生成微通道层的模具；其中，所述液滴生成微通道层是通过两次光刻得到的：首先光刻加工得到具有主通道和支通道的一次模具，然后在该一次模具上贴一层杜邦干膜后，进行第二次光刻得到具有所述混流槽的二次模具；(2)在上述模具上浇筑PDMS，加工出带有通道结构的PDMS层，即加工得到油相分流微通道层和液滴生成微通道层；(3)利用打孔器在所述盖板上1mm的孔，以得到所述油相入口、水相入口和出口；(4)利用等离子机进行三次键合工作：首先将液滴生成微通道层有浓度梯度液滴生成微通道的一侧与油相分流微通道层无油相分流微通道的一侧对准键合；其次，将所述盖板与油相分流微通道层键合在一起，起到封闭油相分流微通道的目的；最后将键合好的三层结构与玻璃制成的所述基底键合；(5)将外径为1.32毫米的特氟龙塑料管分别插入所述油相入口、水相入口和出口的位置，并用AB胶进行粘合。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海振，陈涛，裴力达，黄珏楠，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：