一种液滴分选系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术涉及液滴微流控领域，具体的说是涉及一种液滴分选系统。本发明专利技术公开的液滴分选系统包括：液滴分选芯片、液滴分选仪和计算机系统，能准确进行液滴的快速分选。所示的液滴分选系统设置有监测模块，能对分选结果进行监测，进一步保证分选结果的准确。进一步保证分选结果的准确。进一步保证分选结果的准确。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴分选系统及其使用方法


[0001]本专利技术涉及液滴微流控领域，具体的说是涉及一种液滴分选系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]微流控芯片(Microfuidic chip)又被称为芯片实验室(Lab
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chip)，是指在一块几平方厘米的芯片上集成生物、化学实验中样品的制备、反应、检测、分离等多个功能，堪称一个微型的实验室。微流控芯片以其微型化、集成化、自动化的优势在生物样品处理、疾病的快速诊断等领域具有巨大的应用潜力，在近些年来已取得了重大发展。
[0003]液滴微流控是微流控平台的一个重要分支，是一种操作微小体积液体的全新技术，微小体积液体即液滴。液滴是由一种流体在另一种不混溶的载体流体之内形成的，其发生的本质是乳化现象。根据液滴发生过程中两种不混溶流体所处的角色不同，分别称之为连续相和分散相(不连续相)；分散相就是被分散为液滴的流体，连续相是充当液滴载体的流体。根据单层乳化分散相属于水相或油相的不同，液滴可分为O/W型(水包油型)液滴、W/O型(油包水型)液滴，其中：O/W型液滴指以油相为分散相，水相为连续相形成的油滴，W/O型液滴指以水相为分散相，油相为连续相产生的水滴。
[0004]液滴具有体积小、扩散低、无交叉污染、反应速度快等优势，能用于高通量分析。在实际应用过程中需要进行高通量的液滴分选，而单个液滴体积小，通常在纳升至皮升(10
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L)的范围内，相应的，应用于液滴分选的芯片体积也较小，尤其是分选芯片中的入口、通道等，其尺寸一般与液滴在同一级别，如果出现一些外在的环境或者本身进入微通道的液体含有杂质,可以显著影响液体的分选效率和效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术发现，当进入微通道的微小的灰尘、纤维等都容易导致液滴分选芯片的堵塞、破裂或者融合。另外，在液滴分选过程中，流速的微小变化或其他微小外力的作用都会对液滴分选的结果产生显著影响。如何准确有效地进行液滴的快速分选一直是本领域的一个技术难题。为了对混合液滴进行分选，准确快速且自动获取目标液滴，本专利技术提供了一种液滴分选系统，包括液滴分选芯片和/用于控制或者容纳芯片的液滴分选仪。
[0006]本专利技术的第一个方面，提供了一种液滴分选芯片；该芯片包括液滴入口、间隔油相入口、高压分选电极、分选液滴出口、废液出口以及连接各出入口的通道。其中，液滴入口用于混合溶液进入，所述混合溶液中包含目标液滴和非目标液滴以及连续相。间隔油相入口用于注入连续相使连续相带动混合溶液进一步向前流动，并能调整液滴的间距和控制液滴流速。高压分选电极用于产生非均匀电场，使目标液滴在该非均匀电场中受到介电泳力从而改变其流向，到达分选液滴出口。分选液滴出口用于收集目标液滴。废液出口用于收集非目标液滴。
[0007]在一些方式中，所述芯片还包括偏置油相入口，所述偏置油相入口用于注入连续相，防止非目标液滴误流向分选液滴出口。
[0008]在一些方式中，所述芯片还包括屏蔽电极，所述屏蔽电极用于屏蔽高压电极产生的非均匀电场，防止该非均匀电场对非目标区域的其他区域产生干扰。
[0009]在一些方式中，所述芯片包括玻璃基片和固定在其上的PDMS芯片，上述液滴入口、间隔油相入口、高压分选电极、分选液滴出口、废液出口、通道、偏置油相入口、屏蔽电极均设置于PDMS芯片上，如通过软光刻工艺雕刻制作成这些微小通道或孔隙结构。
[0010]本专利技术的第二方面，对液滴分选芯片的液滴入口处进行了改进。
[0011]在进行液滴分选芯片的设计和使用过程中，专利技术人发现现有的液滴分选芯片的液滴入口处容易被灰尘、纤维等杂质堵塞，同时这些杂质也易造成液滴破裂或者融合，最终导致液滴分选过程不能正常进行或液滴分选效率和回收率降低。
[0012]在一些方式中，本专利技术的芯片包括空腔区域，该空腔区域是用于容纳杂质的空间，能容纳灰尘、纤维等杂质，从而避免杂质堵塞问题。可根据可能存在杂质的多少或大小设置空腔区域的大小或者个数。空腔区域大小应足够容纳杂质，但也无需过大，以减少液滴滞留空腔区域，造成损失。
[0013]在一些方式中，所述芯片包括注入口，所述注入口用于注入混合溶液；所述混合溶液中包含目标液滴和非目标液滴以及连续相。优选地，所述空腔区域与注入口相连通或者处于注入口的下游，这样可使杂质直接被空腔区域滞留，防止进入芯片的其他部位。当然，所述芯片也可以包括液滴生成单元，通过液滴生成单元生成液滴后直接到达分选部位，而无需注入口结构。此时，液滴生成单元处也可设置所述空腔区域，用于容纳可能进入液滴生成单元的杂质。
[0014]在一些方式中，所述芯片包括筛状结构，所述筛状结构位于所述注入口的下游；所述溶液通过所述注入口进入所述芯片后，所述筛状结构使溶液中杂质的流向发生偏转，使其流向所述空腔区域，液体通过筛状结构进行排序。发生偏转的原因后面会详细阐述。
[0015]在这个时候，如果混合溶液中含有杂质，例如纤维，灰尘，如果没有空腔区域，这些杂质都会进入到筛状结构的区域内，这样会阻塞筛状结构的缝隙或者微孔，或者微小缝隙，从而可能造成液滴不能通过被阻塞的区域，在不改变压力的情况下，造成液滴破裂，融合，或者是不能高效率的排序，从而也会引起后续的分选效率。尤其是当混合溶液中含有稀有或珍贵的目标液滴的时候，这种破裂或者融合造成液滴数目减少，从而获得稀有或珍贵液滴的数目也相应减少。筛选结构的目的是希望液滴连续的排列好，液滴之间的间隔保持相对的固定，这样方便后续的筛选效率，但是如果筛状结构部分被阻塞，则液滴可能出现不连续，例如一段区域只有油相流动，而没有液滴在内，这样影响了后续的筛选效率。
[0016]优选地，所述筛状结构靠近所述注入口一端成角形，所述角形的外围为所述空腔区域。
[0017]优选地，所述注入口与所述空腔区域直接相连，且连接处为圆滑设置，可使杂质更容易到达空腔区域。
[0018]在一些方式中，所述筛状结构包括圆柱和孔隙。圆柱成规律的间隔排列，构成间隔相同的孔隙结构。圆柱和孔隙的大小需根据液滴的大小设置，液滴可通过孔隙不能通过圆柱，圆柱和孔隙改变了液滴的流径，从而改变其流速，最终使液滴一个接一个并按一定间隔流出。纤维等杂质一般大于液滴，尤其是长度大于孔隙，则难以进入孔隙中。
[0019]在一些方式中，空腔区域可位于所述芯片深度方向的顶端，也可位于所述芯片深
度方向的底端，这里的深度方向的顶端和底端指的是芯片的垂直方向(如图1中与XY平面的垂直方向)的两端，即与芯片上通道或筛状结构等相比，空腔区域在芯片的深度方向上处于更低和/或更高的位置。换句话说，空腔区域的高度大于筛状结构的高度(图6a)。当空腔区域位于所述芯片深度方向的顶端时，可用于容纳密度小、漂浮在液面上的杂质(图6b)；空腔区域位于所述芯片深度方向的底端时，可用于容纳密度大、位于液面底部的杂质(图6c)。这个时候，进入筛状结构的混合液就减少了杂质的进入，而防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴分选系统，其特征在于，所述系统包括液滴分选芯片、液滴分选仪、计算机系统；所述液滴分选仪包括监测模块，所述监测模块包括识别单元，所述识别单元用于采集分选后液滴信息并传输到计算机系统，所述计算机系统判断液滴是否被分选成功。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述识别单元为光学相机，所述光学相机包括CCD相机和/或CMOS相机。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算机系统包括灰度对比程序，该程序能对比光学相机采集图片中的灰度信息，并判断液滴是否被分选成功。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算机系统包括深度学习模型，所述深度学习模型用于识别所述CCD相机和/或CMOS相机获取的包含液滴信息的图片，从而判断液滴是否被正确分选。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述识别单元具有荧光激发和采集功能。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述识别单元采集每一个分选后液滴信息并传输到计算机系统，所述计算机系统判断所述每一个分选后液滴是否为正确分选液滴并统计正确分选液滴和非正确分选液滴的数目。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述计算机系统判断所述分选后液滴不是正确分选液滴或者非正确分选液滴的数目累计达到一定数目或者非正确分选液滴累计达到一定比例时，发出预警和/或向所述液滴分选仪发出指令停止液滴分选过程。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液滴分选仪还包括芯片模块、荧光模块和电极驱动模块；所述芯片模块用于放置所述液滴分选芯片，所述荧光模块用于激发和检测荧光，所述电极驱动模块用于向所述液滴分选芯片提供高压电。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液滴分选芯片包括液滴入口、间隔油相入口、偏置油相入口、高压分选电极、分选液滴出口、废液出口和通道。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测模块还包括压力监测单元和流速监测单元，所述压力监测单元用于监测所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪波，宋汝渊，许潇楠，
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：