一种液滴生成器制造技术

本发明专利技术提供了一种液滴生成器，通过在编码微球流道上设置大拐角连续U型流道，控制连续U型流道的转弯处半径，防止编码微球悬液中的微纤维在连续U型流道的转弯处堆积造成堵塞；同时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；在油相流道设置缓冲槽体，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】
一种液滴生成器


[0001]本专利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，尤其涉及一种编码微球流道设有大拐角连续U型流道，且编码微球流道和油相流道都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容易堵塞、编码微球流道中的编码微球流速难以控制，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和流阻，又不易堵塞编码微球流道，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，本专利技术提供一种液滴生成器，通过在编码微球流道上设置大拐角连续U型流道，控制连续U型流道的转弯处半径，保证大弯大拐，防止编码微球悬液中的微纤维在连续U型流道的转弯处堆积造成堵塞，并通过控制连续U型流道的长度，以及连接两个转弯处的直线流道的倾斜角度；同时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；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]本专利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，如PMMA微球等)，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三个问题，一是编码微球流道中采用普通的连续U型流道，容易出现堵塞现象；二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，控制效果差；三是对于油相，甚至仅通过调节油相入口压力来控制油相流速，控制效果差。
[0012]针对问题一，采用普通的连续U型流道，编码微球流道的连续U型流道容易被堵塞。这主要是因为：制备单细胞单编码微球液滴时，需要将细胞悬液，编码微球悬液和油相通入微流控系统来生成液滴。其中的细胞悬液和油相都可以通过滤膜进行过滤，从而保证其中不含有灰尘、微纤维等杂质，使细胞悬液和油相在经过连续U型流道时不会出现堵塞现象，能够有效控制流阻从而控制流速。而编码微球悬液中的编码微球由于直径较大，一般有50μm左右，因此无法采用滤膜进行过滤，导致编码微球悬液会残存一些灰尘、微纤维等杂质。
[0013]连续U型流道可用于控制流道内液体的流速，并能排列颗粒，是指将颗粒悬浮液中的颗粒排列成单一流线，用于排列液相中的颗粒，提高有效的单液滴率，也称样本的聚焦，是细胞计数、检测和分离芯片等装置中的重要环节，直接影响了后续的检测和分选的精度与效率，在医学检测领域有重要的意义。但现有的连续U型流道都是由一段段规整的U型流道前后连接而成，其转弯处的转弯幅度较小，并不适用于编码微球悬液，在连续使用过程中，编码微球悬液中的灰尘、微纤维等杂质容易在连续U型流道的转弯处逐渐堆积，造成阻塞，严重影响液滴的制备效率和质量。本专利技术通过为编码微球悬液设置大拐角的连续 U型流道，使转弯处的半径控制在适当大的范围，使编码微球悬液在经过转弯半径更大的转弯处，并通过控制流速，使其中的灰尘、微纤维等杂质无法在转弯处堆积，从而解决了编码微球悬液经长时间运行易在转弯处的堵塞问题。
[0014]针对问题二，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。
[0015]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。
[0016]编码微球悬液中的编码微球(水凝胶微球)直径较大，每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴生成器，包括被包裹的生物材料流道、编码微球流道和油相流道；其特征在于，所述编码微球流道上包括弧形流道，该弧形流道包括一段或者多段半径不同的圆弧形流道，其中至少有一段圆弧形流道的半径为编码微球流道宽度的6倍以上；其中，在编码微球流道上还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；所述的生物材料可选择细胞、核酸、蛋白、抗体或者抗体片段中的一种或者多种。2.如权利要求1所述的液滴生成器，其特征在于，所述圆弧形流道的半径为流道宽度的6倍到20倍。3.如权利要求2所述的液滴生成器，其特征在于，所述圆弧形流道的半径为流道宽度的10倍。4.如权利要求1～3任一项所述的液滴生成器，其特征在于，与弧形流道相连的两条直线流道的延长线成锐角交叉。5.如权利要求4所述的液滴生成器，其特征在于，所弧形流道包括一个或者一个以上。6.如权利要求5所述的液滴生成器，其特征在于，所弧形流道为两个或者两个以上间隔设置。7.如权利要求6所述的液滴生成器，其特征在于，连接两个弧形流道的直线流道水平或向上倾斜或向下倾斜布置。8.如权利要求7所述的液滴生成器，其特征在于，连接两个弧形流道的直线流道向上倾斜布置，所述弧形流道、与弧形流道相连的直线流道组成编码微球流道的大拐角连续U型流道。9.如权利要求8所述的液滴生成器，其特征在于，所述大拐角连续U型流道包括入口段直线流道和出口段直线流道，所述入口段直线流道与编码微球流道入口段夹角大于或等于90度。10.如权利要求9所述的液滴生成器，其特征在于，所述弧形流道的出口段直线流道与编码微球流道出口段夹角大于或等于90度。11.如权利要求1～10任一项所述的液滴生成器，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。12.如权利要求11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。13...

【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：发明
国别省市：