一种基于微流控技术的液滴生成系统及生成方法与流程

本技术属于高通量分析技术，特别涉及一种基于微流控技术的液滴生成系统及生成方法。

背景技术：

1、微液滴技术是在微尺度通道内，利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积液滴的一种微纳技术。

2、微液滴类型主要有气-液相液滴和液-液相液滴两种。其中，气-液相液滴由于容易在微通道中挥发，以及容易造成交叉污染而限制了其应用；液-液相液滴根据连续相以及分散相的不同分为水包油(o/w)、油包水(w/o)、油包水包油(o/w/o)以及水包油包水(w/o/w)等，由于液-液相液滴能够克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的侧重所在。进一步地，液-液相液滴通常通过向液态的分散相中施加压力，待所施加的压力大于分散相的界面张力后，微量的分散相则会突破界面张力进入连续相中从而形成微液滴。

3、数字pcr(digital pcr，dpcr)是一种核酸分子绝对定量技术，相较于实时荧光定量pcr(quantitative real-time pcr，qpcr)，数字pcr能够基于微液滴直接数出dna分子的个数，是对起始样品的绝对定量。数字pcr基本原理是将一个样本分成几十到几万份，然后再将其分配到不同的反应单元中，使每个微液滴包含一个或多个拷贝的核酸分子(即dna模板)，每个微液滴都会对目标分子进行扩增，再对每个微液滴进行荧光信号的统计并计算。

4、目前，应用于数字pcr检测的微流控芯片内液滴的生成方式主要包括流动聚焦型和阶梯乳化型。图1示出一种流动聚焦型微流控芯片中流道的结构示意图，如图1所示，流动聚焦型的具体实现方式一般为：在微流控芯片上设置十字型流道，其中，在十字型流道中相对的两个分支内均置入分散相，在另一流道内注入连续相，通过两分支同时向流动相流道中加压注入分散相，从而在流动相流道上形成流道压力，使得连续相流体在交叉处被分散相“挤压”，使该流动相流体前沿发生收缩变形而失稳，从而形成离散的微液滴。

5、通常，使用正向气压作为流动聚集型微流控芯片生成微液滴动力，然而，正向气压难以保证气压的稳定性，而正向气压微小的波动均会导致微液滴的生成速度不稳定，微液滴的体积不均匀。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种基于微流控技术的液滴生成系统，所述基于微流控技术的液滴生成系统包括前端施压子系统和尾端施压子系统，其中，所述前端施压子系统包括依次设置的一级稳压泵和二级稳压泵，所述尾端施压子系统包括尾端稳压装置，所述二级稳压泵与生物芯片的进气口连通，所述尾端稳压装置与生物芯片的废液池连通，进一步地，本技术提供的基于微流控技术的液滴生成系统采用时分复用的思想设计n通道2n门水/油相电磁阀选通模块，通过在不同时刻打开不同通道对应的水/油相电磁阀实现在生物芯片中稳定生成体积较为均匀的微液滴。

2、本技术的目的在于提供以下几个方面：

3、第一方面，本技术提供一种基于微流控技术的液滴生成系统，所述基于微流控技术的液滴生成系统用于在生物芯片中生成微液滴，所述生物芯片包括流动相入口、分散相入口和废液出口，所述基于微流控技术的液滴生成系统包括：前端施压子系统和尾端施压子系统，其中，所述前端气压子系统包括依次设置的一级稳压泵组和至少一组二级稳压泵组，所述一级稳压泵组包括至少一个一级稳压泵，每组所述二级稳压泵组包括一个流动相稳压泵和一个分散相稳压泵，所述流动相稳压泵以及所述分散相稳压泵均与唯一一级稳压泵连通，所述尾端气压子系统包括尾端稳压装置，在所述流动相稳压泵的出气口设置有流动相气嘴，在所述分散相稳压泵的出气口设置有分散相气嘴，所述尾端稳压装置的出气口设置有尾端气嘴，所述流动相气嘴可与所述流动相入口连通，所述分散相气嘴可与所述分散相入口连通，所述尾端气嘴可与所述废液出口连通。

4、在一种可实现的方式中，所述一级稳压泵组中任一一级稳压泵均与至少一个流动相稳压泵或者分散相稳压泵连通。

5、可以理解的是，所述基于微流控技术的液滴生成系统也可以设置多个一级稳压泵，并且，每个一级稳压泵可与至少一组二级稳压泵组连通。

6、可选地，所述基于微流控技术的液滴生成系统还包括至少一组一级备用气压泵组，所述一级备用气压泵组与所述一级稳压泵组并联。

7、在一种可实现的方式中，在所述流动相稳压泵与流动相气嘴之间设置有流动相通气阀，在所述分散相稳压泵与所述分散相气嘴之间设置有分散相通气阀。

8、在一种可实现的方式中，所述基于微流控技术的液滴生成系统包括多条微液滴生成通道，每条微液滴生成通道用于在一个生物芯片内生成微液滴，每条微液滴生成通道对应一组通气阀组，每组通气阀组包括一个流动相通气阀和一个分散相通气阀，多组通气阀组相互并联。

9、可选地，所有通气阀组中的流动相通气阀均与所述流动相稳压泵连通，所有通气阀组中的分散相通气阀均与所述分散相稳压泵连通。

10、进一步地，所有通气阀组可集成于多通道阀岛中。

11、在一种可实现的方式中，所述二级稳压泵组中所有稳压泵的稳压精度高于一级稳压泵的稳压精度。

12、可选地，所述二级稳压泵组中所有稳压泵的进气压力均大于对应的出气压力。

13、可选地，所述基于微流控技术的液滴生成系统还包括至少一组二级备用气压泵组，所述一级备用气压泵组与所述二级稳压泵组并联。

14、在一种可实现的方式中，在所述尾端稳压装置的出气口设置有尾端气嘴，所述尾端气嘴可与所述废液出口连通，在所述尾端稳压装置与所述尾端气嘴之间设置有尾端通气阀，通过所述尾端稳压装置向所述生物芯片中反向通气能够在所述生物芯片中微液滴生成完毕后保持生物芯片中压力稳定。

15、在一种可实现的方式中，所述基于微流控技术的液滴生成系统包括多个尾端气嘴，所述尾端气嘴的数量与所述微液滴生成通道的数量相等，并且，至少两个尾端气嘴并联。

16、在一种可实现的方式中，在每个所述尾端气嘴与所述尾端稳压装置之间设置有尾端通气阀。

17、可选地，在所述尾端稳压装置与所述尾端气嘴之间还可以设置用于进一步稳定气压的废液泵。

18、进一步地，所述基于微流控技术的液滴生成系统包括还包括尾端备用稳压装置，所述尾端备用稳压装置与所述尾端稳压装置并联。

19、在一种可实现的方式中，在所述一级稳压泵的上游还可以设置用于初步滤除空气中杂质的第一过滤器。

20、可选地，在所述一级稳压泵与所述二级稳压泵之间还可以设置用于进一步滤除压缩空气中杂质的第二过滤器，所述第二过滤器的滤除效率大于所述第一过滤器的滤除效率。

21、第二方面，本技术还提供一种生成微液滴的方法，所述方法包括：

22、分别将流动相气嘴与流动相入口密闭连通、分散相气嘴与分散相入口密闭连通、尾端气嘴与废液出口密闭连通；

23、依次启动二级稳压泵、一级稳压泵以及尾端稳压装置；

24、连通同一通道中的流动相通气阀、分散相通气阀和尾端通气阀；

25、待所述通道中微液滴生成完毕后，关闭所述通道对应的流动相通气阀、分散相通气阀和尾端通气阀；

26、依次调整二级稳压泵、一级稳压泵和尾端稳压装置至待机状态。

27、在一种可实现的方式中，如果在多通道内分别生成微液滴，则在关闭所述通道对应的流动相通气阀、分散相通气阀和尾端通气阀之后，在依次调整二级稳压泵、一级稳压泵和尾端稳压装置至待机状态之前，还包括：

28、连通另一通道中的流动相通气阀、分散相通气阀和尾端通气阀；

29、待所述另一通道中微液滴生成完毕后，关闭所述另一通道对应的流动相通气阀、分散相通气阀和尾端通气阀。

30、与现有技术相比，本技术提供的基于微流控技术的液滴生成系统采用时分复用的思想，在同一一级稳压泵上连通流动相稳压泵和分散相稳压泵，并在同一流动相稳压泵上连通多个流动相通气阀，在同一分散相稳压泵上连通与流动相通气阀数量相同的分散相通气阀，从而形成多通道微液滴正向施压子系统，并在同尾端稳压装置上连通相应数量的尾端通气阀，形成多通道微液滴反向施压子系统，进而实现分别精准控制多通道生物芯片中的正反向气压，使得施加于流动相以及分散相中的正向气压始终保持于恒定压力，从而使得置于各通道的生物芯片可以较为稳定的参数生成微液滴，例如，所生成的微液滴体积分布较为均匀，利用本技术提供的所述基于微流控技术的液滴生成系统生成微液滴的操作简便，对生物芯片内的流动相与分散相施加气压控制精准、稳定，生成的微液滴能够满足dpcr检测的需求。