一种高通量微凝胶固定方法及其专用微流控芯片技术

本发明专利技术提供了一种高通量微凝胶固定方法及其专用微流控芯片，该微流控芯片为双层结构，分为上、下两层，上层为液滴捕获器阵列，下层为T型液滴生成区和液滴疏运通道；并且基于该芯片利用表面张力原理进行了高通量微凝胶固定。该微流控芯片制造简单，实验原理操作方便，固定效果稳定，且易于与芯片上其他功能单元进行灵活组合和规模集成，本发明专利技术产生的微液滴在注射泵驱动下会自动进入液滴捕获阵列并被顺序地捕获于圆柱体的微液滴捕获器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控芯片中的微凝胶在线原位固定技术，特别提供了一种高通量微凝胶固定方法及其专用微流控芯片。
技术介绍
现有技术中，微流控芯片(microfluidic chip)又称芯片实验室(lab on achip)，指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术。最近，基于液滴的微流控技术引起了越来越多的关注。与微通道相比较，微液滴具有如下优势:尺寸更小，通量更高，传质传热更加迅速，运输和固定更加灵活，并且可以形成一个相对稳定可控的液滴微环境；因此，在化学和生物学领域的许多高通量分析中，微液滴作为反应器被用于反应条件的筛选(如蛋白结晶、DNA分析等)，或者用来包裹各种粒子(包括细胞、细菌等)以进行各种生物学研究。高分子微凝胶是一类具有网状结构的分子内交联的球形体系，其尺寸在微、纳米量级。微凝胶的大小、内部结构和所包含的功能基团的种类等性质都可以简单地通过改变单体组成、交联剂的用量以及制备条件等进行控制。在分散稳定剂的作用下，微凝胶在水或有机介质中能较好地分散且相应的物理、化学性质均与其构象变化密切相关。对于外界环境条件如温度、pH、离子强度、电场或磁场等的改变，微凝胶即表现出相应的刺激响应特性。与其它合成高分子如树枝状化合物、嵌段共聚物等相比，高分子微凝胶不仅制备方法简单、容易引入反应性基团，而且通过选择合适的聚合方法，微凝胶的尺寸可以从纳米级到微米级能得到有效控制。高分子微凝胶所具有的特殊结构与独特性能，使其已在工业生产涂料和油漆等领域中获得技术性的应用，并在药物控制释放、催化剂载体、水体净化、化学分离等方面有着极大的应用潜力，而基于高分子微凝胶制备无机微、纳米材料的研究工作也受到了关注。基于液滴技术形成和固化微凝胶可以快速，简单，稳定的操作并可以高通量精确地控制凝胶微球的尺寸，与微流控芯片将结合，可以实现为凝胶的原位固化。因此，人们期望获得一种满足使用要求且技术效果较好的高通量微液滴固定方法及其专用微流控芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种高通量微凝胶固定方法及其专用微流控芯片，涉及的微流控芯片制造简单，实验操作方便，固定效果稳定，且易于与芯片上其他功能单元进行灵活组合和规模集成。本专利技术提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片为双层结构，分为上、下两层，上层为液滴捕获器阵列，每20个液滴捕获器通过细通道连接在一起，同时每个液滴捕获器通过液滴疏运通道连通，且皆布置在液滴疏运通道的上部；下层为T型液滴生成区和液滴疏运通道，一个连续相入口和四个分散相入口相连组成T型液滴生成区的进样端，液滴疏运通道串联在T型液滴生成区之后。本专利技术提供的微流控芯片，所述液滴捕获器的结构形状为圆柱体，所述液滴捕获器总数为80个，并且每20个液滴捕获器为一组连续布置在液滴疏运通道中。本专利技术还提供了一种基于上面所述微流控芯片的高通量微凝胶固定方法，基于表面张力原理，具体方法为:将微流控芯片上的连续相和分散相入口通过特氟龙管分别与两个注射泵相连接，在注射泵驱动下，将连续相和分散相分别注入芯片，既而在T型液滴生成区形成连续的单分散性微液滴；连续产生的微液滴在注射泵驱动下继续流动并进入液滴捕获器阵列，液滴在流经捕获器下方通道时由于表面张力的共同作用向上进入捕获器；后续液滴从已经成功固定液滴的液滴捕获器的下方通道流过，继而被顺序地捕获于后续的液滴捕获器中，当微液滴全部进入液滴捕获器中，停止注射泵，把整个芯片装置置于4摄氏度的条件下保持30分钟，液滴固化成凝胶，形成高通量的微凝胶阵列。本专利技术提供的高通量微凝胶固定方法，所述连续相为油相(优选为氟化液-氟碳-40 (FC-40))，分散相为琼脂糖水溶液(优选为0.5%琼脂糖水溶液)。本专利技术提供的高通量微凝胶固定方法，所述微凝胶的固化方法是通过降低温度介导的，温度是由室温降低到4度。本专利技术具有如下优点: 1)本专利技术产生的微液滴在注射泵驱动下会自动进入液滴捕获阵列并被顺序地捕获于圆柱体的微液滴捕获器中； 2)本专利技术的创造性是在芯片上利用表面张力的作用完成了凝胶的固定，利用温度介导微凝胶固化，芯片设计简单，操作方式简便，捕获效果稳定； 3)本专利技术简化了凝胶固定原理和过程，易于与其他功能单元进行灵活组合和规模集成。附图说明图1为集成化微流控芯片平台整体结构示意图，其中:I为连续相入口，2为分散相入口，3为凝胶捕获阵列，4为废液出口，该芯片包含4个分散相的入口，可同时进4种不同的样品； 图2为凝胶捕获阵列中T型通道和一个凝胶捕获器的放大图，其中，I为形成的前驱微液滴，2为一个微凝胶捕获器； 图3为微液滴在捕获阵列中的固定过程示意图，其中:A说明前驱液滴I位于下层疏运通道，由于空间限制呈长条状；B说明前驱液滴I流至捕获器下方，由于表面张力的作用向上升，开始进入直径比疏运通道大的捕获器中；C说明前驱液滴I继续上升，完全进入捕获器，并恢复表面张力最小的球体状态而被稳定捕获，前驱液滴2继续向前流动；D说明前驱液滴I被稳定捕获在捕获器中，前驱液滴2从下层的疏运通道继续向前，不与前驱液滴I发生融合，进入下一个捕获单元；E说明前驱微液滴I在4摄氏度放置30分钟后凝固成微凝胶3 ; 图4为微凝胶在线捕获阵列实物 图5为ACCM细胞在琼脂糖微凝胶中1，2，3天的增殖情况实物 图6为ACCM细胞在琼脂糖微凝胶中1，2，3天的增殖情况统计图。具体实施例方式下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1 一种基于表面张力原理的微流控芯片上高通量微凝胶固定方法及其专πρ -H-* LL用心片ο用于高通量微凝胶固定方法的微流控芯片，该芯片为双层结构，分为上、下两层，上层为液滴捕获器阵列，每20个液滴捕获器通过细通道连接在一起，同时每个液滴捕获器通过液滴疏运通道连通，且皆布置在液滴疏运通道的上部；下层为T型液滴生成区和液滴疏运通道，一个连续相入口和四个分散相入口相连组成T型液滴生成区的进样端，液滴疏运通道串联在T型液滴生成区之后，如图1所示。一种基于表面张力原理的微流控芯片上高通量微凝胶固定方法，方法具体过程为:将芯片上的连续相(氟化液-氟碳-40(FC-40))和分散相(0.5%ff/V的琼脂糖水溶液)入口通过特氟龙管分别与注射泵相连接，在注射泵驱动下，将连续相和分散相分别注入芯片，既而在T型微液滴生成区形成连续的单分散性微液滴；连续产生的微液滴在注射泵驱动下继续流动并进入液滴捕获器阵列，液滴在流经捕获器下方通道时由于表面张力的作用向上进入圆柱体捕获器，后续液滴接着从下方通道流过，继而被顺序地捕获于圆柱体的液滴捕获器中；微液滴被完全捕获后，关闭注射泵以停止液滴产生和流体流动。将捕获液滴的芯片置于4摄氏度的环境中保持30分钟，微液滴固化成微凝胶，过程如图3所示。所述微液滴捕获原理为:在T型微液滴生成区产生的微液滴在注射泵驱动下继续流动并进入液滴捕获器阵列，液滴在流经捕获器下方通道时由于表面张力的作用向上进入圆柱体捕获器；液滴在下方通道中处于被挤压状态，进入捕获器后恢复球形，表面张力最小，因而状态稳固；后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片为双层结构，分为上、下两层，上层为液滴捕获器阵列，每20个液滴捕获器通过细通道连接在一起，同时每个液滴捕获器通过液滴疏运通道连通，且皆布置在液滴疏运通道的上部；下层为T型液滴生成区和液滴疏运通道，一个连续相入口和四个分散相入口相连组成T型液滴生成区的进样端，液滴疏运通道串联在T型液滴生成区之后。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于:所述微流控芯片为双层结构，分为上、下两层， 上层为液滴捕获器阵列，每20个液滴捕获器通过细通道连接在一起，同时每个液滴捕获器通过液滴疏运通道连通，且皆布置在液滴疏运通道的上部； 下层为T型液滴生成区和液滴疏运通道，一个连续相入口和四个分散相入口相连组成T型液滴生成区的进样端，液滴疏运通道串联在T型液滴生成区之后。2.按照权利要求1所述微流控芯片，其特征在于:所述液滴捕获器的结构形状为圆柱体。3.按照权利要求1所述微流控芯片，其特征在于:所述液滴捕获器总数为80个，并且每20个液滴捕获器为一组连续布置在液滴疏运通道中。4.一种基于权利要求1所述微流控芯片的高通量微凝胶固定方法，基于表面张力原理，其特征在于:将微流控芯片上的连续相和分散相入口通过特氟龙管分别与两个注射泵相连接，在注射泵驱动下，将连续相和分散相分别注入芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建华，石杨，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：