本发明涉及生物技术领域，尤其涉及通过破乳对微液滴中的生物样本进行回收的方法以及用于使微液滴稳定分散的组合物。
背景技术：
目前对于微液滴的生成有多种方法，包括微流控芯片生成法、震荡生成法、超声生成法、膜乳化生成法等(vladisavljevic,g.t.,etal.,productionofuniformdropletsusingmembrane,microchannelandmicrofluidicemulsificationdevices,microfluidicsandnanofluidics,2012,13(1):151-178)。微流控是以微流体技术为基础，把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的技术。基于微流控的微液滴生成技术在最近几年得到快速发展，其液滴的生成是基于分散相和连续相在微通道中交汇时的界面失稳，将一种液相分散到与之互不相溶的另一种液相中产生微液滴。通过不同的微流控通道芯片设计，能够生成大小均一的微液滴，例如十字通道、t型通道、co-flowing通道等(teh,s.,etal.,dropletmicrofluidics.labonachip,2008.8(2):198-220)。
微液滴可以作为生物样本的单细胞、单分子扩增的容器，实现核酸、细菌、病毒颗粒等的均一无偏差放大和检测。为了生成稳定的油包水液滴，需要在油相中加入与之配伍的表面活性剂，使生成的液滴能够在紧密接触、转移、离心、振荡培养、加热等条件下不发生融合。目前，主流扩增平台采用的油包水液滴的油相多采用的全氟油相(如3m公司的fc40，hfe-7500，hfe7100等)，配伍表面活性剂为全氟聚醚-聚乙二醇-全氟聚醚(pfpe–peg–pfpe)等(holtze,c.,etal.,biocompatiblesurfactantsforwater-in-fluorocarbonemulsions,labonachip,2008,8(10):1632-1639)。
由于生成的油包水液滴需要在数小时振荡孵育培养过程中非常稳定而不发生融合，在实验完成后，往往需要加入破乳剂(如异丙醇、二丁醇等)，对液滴进行破乳才能实现生物样本的快速回收。然而，破乳剂的使用往往会对生物样本产生损伤或不利影响(spencer,l.,etal.,controllingnonspecificproteinadsorptioninaplug-basedmicrofluidicsystembycontrollinginterfacialchemistryusingfluorous-phasesurfactants,analyticalchemistry,2005,77(3):785–796)。最近报道的采用静电发生枪实现液滴的破乳的方法避免了使用化学试剂(karbaschi,m.,etal.,rapid,chemical-freebreakingofmicrofluidicemulsionswithahand-heldantistaticgun,biomicrofluidics,2017,11,044107)。然而，所采用的静电枪对于手工操作的要求较高，静电枪发生的大量静电对于生物样本的活性造成不可预见的损伤。综上，目前仍然缺少一种适用于乳液中生物样本回收的低成本、标准化、可重复的免化学破乳方法。
技术实现要素：
有鉴于此，确有必要提供一种微液滴中生物样本的回收方法以及用于使微液滴稳定分散的组合物，有效避免破乳过程对生物样本的影响，实现生物样本简单高效回收。
一种微液滴中生物样本的回收方法，包括以下步骤：
s10，提供一乳液，所述乳液包括油相、与所述油相互溶的表面活性剂以及分散在所述油相中的生物样本溶液液滴；
s20，将所述乳液在第一温度离心，所述第一温度小于所述油相的熔点且大于所述表面活性剂的熔点；以及
s30，升温至所述油相的熔点以上，使所述生物样本溶液液滴融合并与所述油相分离。
在其中的一实施例中，所述生物样本溶液液滴中的生物样本是经过孵育培养后得到的扩增样本。
在其中的一实施例中，所述步骤s10进一步包括：
s11，提供所述油相及与所述油相互溶的所述表面活性剂；
s12，在所述油相中提供所述生物样本溶液液滴以形成所述乳液，所述生物样本溶液液滴包括基质以及分散在所述基质中的初始生物样本；以及
s13，对所述乳液进行孵育培养，使所述生物样本溶液液滴中的初始生物样本扩增，得到所述扩增样本。
在其中的一实施例中，所述油相的熔点大于所述生物样本溶液液滴的熔点且小于所述孵育培养的温度。
在其中的一实施例中，所述油相的比重小于所述生物样本溶液液滴的比重。
在其中的一实施例中，所述油相为植物油、矿物油和合成油脂的一种或两种以上的混合物；所述植物油包括花生油、菜籽油、葵花籽油、蓖麻油及茶籽油中的至少一种；所述矿物油包括低沸矿物油、轻质矿物油、正十四烷、正十五烷、正十六烷、异构十六烷烃及正十七烷中的至少一种；所述合成油脂包括轻质硅油、二甲基硅油、角鲨烷、异构十六烷烃、棕榈酸异辛酯、棕榈酸异丙酯、辛酸/癸酸三甘油酯、油酸乙酯、硬脂酸十三酯及异硬脂酸异辛酯中的至少一种。
在其中的一实施例中，所述表面活性剂用于使所述乳液在转速为20rpm至300rpm的摇床振荡中稳定。
在其中的一实施例中，所述表面活性剂为
在其中的一实施例中，所述油相与所述表面活性剂的重量比为80:20至99.5:0.5。
在其中的一实施例中，所述步骤s20中将所述乳液在所述第一温度离心的转速为500rpm至50000rpm。
在其中的一实施例中，所述步骤s30中使所述生物样本溶液液滴融合并与所述油相分离包括将所述乳液在所述油相的熔点以上静置或离心。
在其中的一实施例中，所述生物样本溶液液滴的体积为0.5飞升至100纳升。
在其中的一实施例中，所述油相为正十四烷、正十五烷、正十六烷和正十七烷中的至少一种，所述表面活性剂为
一种用于使微液滴稳定分散的组合物，包括油相和表面活性剂，所述油相为正十四烷、正十五烷、正十六烷和正十七烷中的至少一种，所述表面活性剂为
在其中的一实施例中，所述油相占所述组合物总质量的80％至99.5％，所述
在其中的一实施例中，所述油相、所述
本发明的微液滴中生物样本的回收方法无需使用破乳剂，通过选择具有合适熔点的油相与表面活性剂，在油相为固态，表面活性剂为液态条件下离心后重融，利用物理方法进行高效、简便的破乳，避免了破乳剂对生物样本的干扰，建立了对生物样本无损伤的低温破乳方法。
附图说明
为了清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明实施例微液滴中生物样本的回收方法的流程图。
图2是本发明实施例1微液滴在4x物镜下的明场显微图像。
图3是本发明实施例1微液滴在10x物镜下的明场显微图像。
图4是本发明实施例1使用湿滤纸及保护皿保护的微液滴的结构示意图。
图5是本发明实施例1的微液滴在37℃以转速为120rpm进行摇床振荡培养不同时间的明场显微图像。
图6是本发明实施例1的微液滴在37℃以转速为120rpm进行摇床振荡培养不同时间的细菌的增殖和荧光蛋白的表达测试结果图。
图7是本发明实施例1的微液滴通过低温离心后升温复融实现破乳的实验结果照片。
具体实施方式
为了清楚的说明本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例，对本申请技术方案进行详细说明。应当理解，具体实施例并不用于限定本申请。
请参阅图1，本发明实施例提供一种微液滴中生物样本的回收方法，包括以下步骤：
s10，提供一乳液，所述乳液包括油相、与所述油相互溶的表面活性剂以及分散在所述油相中的生物样本溶液液滴；
s20，将所述乳液在第一温度离心，所述第一温度小于所述油相的熔点；以及
s30，升温至所述油相的熔点以上，使所述生物样本溶液液滴融合并与所述油相分离。
所述微液滴中生物样本的回收方法无需使用破乳剂，通过选择具有合适熔点的油相，在油相为固态下离心然后重融，利用物理方法进行高效、简便的破乳，避免了破乳剂对生物样本的干扰。
所述生物样本溶液液滴包括液态基质及生物样本。所述基质优选为水相，与所述油相不能互溶。所述生物样本可以为核酸、细胞、病毒、噬菌体或微生物等。
在一实施例中，所述生物样本优选是初始的生物样本经过孵育培养后得到的扩增样本。所述基质优选为能够使初始的生物样本扩增的营养基质。
在一实施例中，所述步骤s10可进一步包括：
s11，提供所述油相及与所述油相互溶的所述表面活性剂；
s12，在所述油相中提供所述生物样本溶液液滴以形成所述乳液，所述生物样本溶液液滴包括基质以及分散在所述基质中的初始生物样本；以及
s13，对所述乳液进行孵育培养，使所述生物样本溶液液滴中的初始生物样本扩增，得到所述扩增样本。
所述乳液可包括一个或多个所述生物样本溶液液滴。优选为在所述步骤s12中，提供一定数量的直径均匀的生物样本溶液液滴。具体可以通过现有方法，将连续相的生物样本溶液分配为具有微量体积的相互分散的微液滴。所述生物样本溶液液滴的体积可以为0.5飞升至100纳升，优选为0.5纳升至10纳升。
例如，可通过基于微流控的微通道芯片对生物样本溶液进行分配，生成飞升至微升体积的直径均匀的微液滴。或者可以通过液面张力切割的方法，通过一方面控制微管道中生物样本溶液的流速，另一方面控制微管道离开油相的时机，使微量体积的生物样本溶液在离开油相的瞬间受到油相液面的表面张力作用而脱离微管道端口，实现飞升至微升体积的微液滴的生成，且通过控制微管道端口出入油相的频率，可以生成直径均匀的微液滴。
每一生物样本溶液液滴可以作为一个反应容器，其中的生物样本可以在所述液滴中进行孵育培养，并与外界通过油相隔离。在噬菌体的研究中，利用这一方法可以实现多个菌种噬菌体的独立扩增而避免相互产生影响。例如，可以在溶液中一次提供生物样品库中10的6次方个菌种的噬菌体及适合于噬菌体的宿主细胞溶液作为营养基质，将所述溶液在所述油相中分散为大量微液滴，可以实现每一微液滴中最多存在一个噬菌体，或者没有噬菌体。通过这一方法可以为优势菌种与劣势菌种的噬菌体提供公平的成长环境，从而实现不同菌种等比例的扩增，避免在混合状态下优势菌种抢夺劣势菌种的营养基质。
所述油相和表面活性剂均具有生物相容性，不会对生物样本产生破坏或不利影响，且不会影响步骤s13的扩增反应的进行。所述表面活性剂与所述油相配合，用于减小所述油相与所述生物样本溶液之间的表面张力，使所述生物样本溶液在所述油相中形成稳定的液滴。优选的，所述表面活性剂用于使所述乳液在所述孵育培养过程中的孵育温度和压力下稳定，例如在30℃至40℃，优选为36℃至37℃，转速为20rpm至300rpm，优选为70rpm至200rpm的摇床振荡培养中稳定。优选的，所述表面活性剂为
所述油相的熔点优选大于所述生物样本溶液的熔点。所述生物样本溶液中的基质优选为水相，则所述油相的熔点优选大于0℃。在具有所述步骤s13的实施例中，所述油相的熔点小于所述步骤s13中培养孵育的温度(例如30℃至40℃，优选为36℃至37℃)。另外，所述油相的熔点也优选大于所述表面活性剂的熔点。
优选的，所述油相的比重小于所述生物样本溶液的比重。所述油相可以具有一定的挥发性，通过使所述油相的比重小于所述生物样本溶液的比重，可以避免生物样本溶液液滴漂浮在油相上部，由于油相挥发导致的液滴融合和生物样本溶液污染现象。
优选的，所述油相具有透氧能力，能够使氧气溶解在所述油相中并提供给所述生物样本溶液液滴中的生物样本，从而适合需氧菌的培养。
所述油相可以是植物油、矿物油和合成油脂的一种或两种以上的复配。所述植物油优选包括花生油、菜籽油、葵花籽油、蓖麻油与茶籽油中的至少一种。所述矿物油优选包括低沸矿物油、轻质矿物油、正十四烷、正十五烷、正十六烷、异构十六烷烃及正十七烷中的至少一种。所述合成油脂优选包括轻质硅油、二甲基硅油、角鲨烷、异构十六烷烃、棕榈酸异辛酯、棕榈酸异丙酯、辛酸/癸酸三甘油酯、油酸乙酯、硬脂酸十三酯及异硬脂酸异辛酯中的至少一种。在优选的实施例中，所述油相为正十四烷、正十五烷、正十六烷、异构十六烷和正十七烷中的至少一种。
在优选的实施例中，所述油相与所述表面活性剂的重量比优选为80:20至99.5:0.5，更优选为90:10至99:1。
所述步骤s11可进一步包括将所述油相与所述表面活性剂均匀混合的步骤。在一实施例中，具体是将所述油相与所述表面活性剂一起漩涡震荡，在40℃至60℃水浴孵育，使油相充分溶解表面活性剂，然后通过微滤膜过滤除菌并去除杂质。
步骤s20由于所述第一温度小于所述油相的熔点，离心过程中所述油相处于凝固或半凝固状态。在一实施例中，所述第一温度大于所述生物样本溶液的熔点(例如4℃)，在离心力的作用下处于凝固油相中的生物样本溶液从乳液中分离，实现乳液的破乳。在另一实施例中，所述第一温度大于所述表面活性剂的熔点，在所述离心步骤中，所述表面活性剂为液态，凝固或半固态的油相可以将液态的表面活性剂从互溶状态中“挤出”，由于所述生物样本溶液液滴需要依靠表面活性剂维持稳定性，所述表面活性剂与所述油相分离会使所述生物样本溶液液滴失稳，从而更利于实现乳液的破乳。步骤s30升温后恢复液态的油相自身无法维持生物样本溶液液滴的稳定性，从而使生物样本溶液液滴相互融合并与油相分离。液态的油相与表面活性剂即使重新互溶，也无法恢复生物样本溶液液滴的形貌。
所述步骤s20的离心的转速只要能够使液态的表面活性剂从固态的油相中分离即可，优选为500rpm至50000rpm，更优选为1000rpm至10000rpm，例如5000rpm。
可以理解，为防止对生物样本的破坏或产生不需要的副反应，在所述步骤s30中升温的温度小于所述步骤s13进行所述孵育培养的温度。使所述油相与所述表面活性剂重新互溶并与所述生物样本溶液分离的步骤可以为离心分离或静置分层。
可以理解，所述步骤s20和s30可依次重复进行多次，以使乳液充分完全破乳。优选的，在每次进行完所述步骤s20和s30后，可进一步包括将生物样本溶液移入单独的容器中的步骤，例如通过移液管吸取所述分层的生物样本溶液。
在一实施例中，还提供一种用于生成微液滴的组合物，包括油相和表面活性剂。所述油相为正十四烷、正十五烷、正十六烷和正十七烷中的至少一种。所述表面活性剂为
对于生成的液滴，高效的破乳率是分离扩增后生物样本的必要前提。通过本发明实施例的生物样本回收方法，破乳率可以达到90％以上，并且通过温和的物理方法破乳，避免了生化试剂对生物样本活力的干扰。
实施例1
提供一种用于分散生物样本溶液的组合物，包括占总质量94％的正十六烷、3％的
请参阅图5，在37℃以转速为120rpm进行摇床振荡培养，分别在4小时、8小时、12小时、24小时检测液滴均一性和完整性。可以看到在较高转速下振荡的液滴依然均一稳定，未发生融合。
请参阅图6，在37℃以转速为120rpm进行摇床振荡培养，分别在0小时、4小时、8小时、12小时、24小时，检测液滴内细菌增殖情况，可以看到，组合物并不影响细菌的增殖和荧光蛋白的表达合成及生物学活性。
在培养后进行液滴破乳，收集37℃过夜培养的液滴于1.5ml离心管中。转速为2000rpm室温离心2分钟。用移液器吸走上层乳液，将下层离心获得的液滴降温至4℃，转速5000rpm离心5分钟后，约60％液滴已经破乳并分层。升温至室温，待上层十六烷乳液融化，分离水相和乳液层，乳液层含有第一次未完全破乳的液滴。将乳液层再次降温至4℃，5000rpm离心5分钟，再升温至室温，如此重复2至3次，破乳率可达到90％以上。采用反复凝固和融化，并在低温离心的方法破乳，此方法不影响生物样本的活力，避免了化学试剂对细菌的影响和损伤。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。