磁珠单分散芯片及操作方法与流程

本发明涉及生物分析，尤其涉及一种磁珠单分散芯片及操作方法。

背景技术：

1、数字酶联免疫吸附测定法用于检测和测量生物体液中特定生物分子(例如il-6抗原等)的浓度。与传统酶联免疫吸附测定法相比，数字酶联免疫吸附测定法具有更高的灵敏度和精确度，它允许检测和计量非常低浓度的分子。基于数字酶联免疫吸附测定法的单分子免疫检测技术，一般可以分为试剂反应、磁珠单分散及荧光检测三个部分。

2、目前商业化的数字酶联免疫吸附测定法中，磁珠单分散的方式包括磁珠落孔、磁珠平铺两种。磁珠落孔利用重力作用将磁珠捕获在飞升大小的微孔中，由于微尺度下重力的作用并不显著，使得磁珠落孔的捕获效率低且不稳定，存在大量磁珠的损失；磁珠平铺利用重力沉降作用将磁珠平铺分散在光滑的玻璃表面，由于磁珠个体之间的非特异性吸附力、范德华力等相互作用，使得磁珠平铺后发生不可避免的磁珠团聚，造成磁珠单分散效果差且不稳定。

3、总之，现有的磁珠单分散效果较差，现有的磁珠单分散方法有待进一步改善。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种磁珠单分散芯片及操作方法，以提高磁珠单分散性能。

2、为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种磁珠单分散芯片，包括：壳体，所述壳体分别设有连通壳体内外的进样口和出样口，所述进样口用于向所述壳体内注入磁珠悬浮液，所述磁珠悬浮液包括若干待处理磁珠，所述待处理磁珠具有第一粒径；位于所述壳体内的液滴储存腔，所述液滴储存腔具有存储腔底面和垂直于所述存储腔底面的存储腔侧壁；位于所述壳体内的液滴生成阵列，所述液滴生成阵列还位于所述液滴存储腔和所述进样口之间，所述液滴生成阵列包括若干微液滴生成通道，各所述通道包括窄通道区、与所述窄通道区相连通的喇叭口区，所述通道具有通道底面和垂直于所述通道底面的通道侧壁，所述通道底面高于所述存储腔底面，所述窄通道区与所述进样口相连通，所述喇叭口区与所述液滴储存腔相连通，在垂直于所述通道底面的第一方向上，所述通道具有第一高度，所述第一高度与所述第一粒径之间的比值范围为1.5至3，在平行于所述通道底面，且垂直于所述通道的延伸方向上的第二方向上，所述喇叭口区具有与所述窄通道区相邻的第一宽度，以及与所述液滴储存腔相邻的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度；位于所述壳体内的储油腔，所述储油腔还位于所述液滴储存腔和所述出样口之间，且与所述出样口相互连通，用于储存自所述液滴储存腔流出的油相试剂。

3、可选的，所述磁珠单分散芯片的结构还包括：位于所述液滴储存腔和所述储油腔之间的液滴过滤结构，所述液滴过滤结构具有若干连通所述液滴储存腔和所述储油腔的间隙，各所述间隙的宽度小于目标液滴粒径；各所述间隙的宽度范围为10μm至40μm。

4、可选的，各所述通道还包括入口区，所述入口区两端分别与所述窄通道区和所述进样口相连通；所述入口区具有与所述窄通道区相邻的第三宽度，以及与所述进样口相邻的第四宽度，所述第四宽度大于所述第三宽度。

5、可选的，所述液滴生成阵列呈扇环状，若干所述通道沿圆周方向排布。

6、可选的，若干所述通道的数量包括8、16、24、32和48中的一个。

7、可选的，所述磁珠单分散芯片的结构还包括：所述第一高度的范围为5μm至20μm；所述窄通道区在所述第二方向上的宽度与所述第一粒径之间的比值范围为2至10；所述窄通道区在所述第二方向上的宽度范围为10μm至25μm；所述喇叭口区的所述通道侧壁与所述窄通道区的所述通道侧壁之间的夹角范围为10度至20度；所述喇叭口区在所述通道的延伸方向上的长度范围为50μm至500μm；所述通道底面和所述储存腔底面之间高度差与所述第一高度之间的比值范围为4至15。

8、可选的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体于边缘处封装，所述进样口和所述出样口位于所述上壳体；所述磁珠单分散芯片还包括：位于所述存储腔底面和所述上壳体之间的若干支撑柱；所述若干支撑柱还位于所述储油腔的底面和所述上壳体之间；各所述支撑柱的半径范围为100μm至500μm；所述若干支撑柱在平行于所述存储腔底面方向上呈阵列排布，相邻两个所述支撑柱之间的间距范围为1mm至2.5mm；所述上壳体的厚度范围为0.5mm至2mm；所述下壳体的厚度范围为0.5mm至2mm。

9、可选的，所述磁珠单分散芯片的材质包括玻璃、硅片和聚合物材料中的一种或多种；所述聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚苯乙烯、聚乙烯和氟塑料中的一种或多种。

10、相应的，本发明的技术方案还提供一种磁珠单分散的操作方法，包括：提供磁珠单分散芯片，所述磁珠单分散芯片包括：壳体，所述壳体分别设有连通壳体内外的进样口和出样口，所述进样口用于向所述壳体内注入磁珠悬浮液，所述磁珠悬浮液包括若干待处理磁珠，所述待处理磁珠具有第一粒径；位于所述壳体内的液滴储存腔，所述液滴储存腔具有存储腔底面和垂直于所述存储腔底面的存储腔侧壁；位于所述壳体内的液滴生成阵列，所述液滴生成阵列还位于所述液滴存储腔和所述进样口之间，所述液滴生成阵列包括若干微液滴生成通道，各所述通道包括窄通道区、与所述窄通道区相连通的喇叭口区，所述通道具有通道底面和垂直于所述通道底面的通道侧壁，所述通道底面高于所述存储腔底面，所述窄通道区与所述进样口相连通，所述喇叭口区与所述液滴储存腔相连通，在垂直于所述通道底面的第一方向上，所述通道具有第一高度，所述第一高度与所述第一粒径之间的比值范围为1.5至3，在平行于所述通道底面，且垂直于所述通道的延伸方向上的第二方向上，所述喇叭口区具有与所述窄通道区相邻的第一宽度，以及与所述液滴储存腔相邻的第二宽度，所述第二宽度大于所述第一宽度；位于所述壳体内的储油腔，所述储油腔还位于所述液滴储存腔和所述出样口之间，且与所述出样口相互连通，用于储存自所述液滴储存腔流出的油相试剂；提供所述磁珠悬浮液；将油相试剂通过所述进样口注入到所述磁珠单分散芯片内，直至所述磁珠单分散芯片内部没有气体残留；在注入所述油相试剂之后，将所述磁珠悬浮液注入至所述磁珠单分散芯片中。

11、可选的，将所述磁珠悬浮液注入至所述磁珠单分散芯片中的方法包括：采用分段式吸入方式，将待处理的磁珠悬浮液预先封装在软管中，所述分段式吸入方式包括使所述软管至少吸入第一段油相试剂，在吸入所述第一段油相试剂之后，吸入所述待处理的磁珠悬浮液；将所述软管的吸入口端与所述磁珠单分散芯片的进样口气密性连接，且确保连接处无气泡；在所述气密性连接之后，将所述软管内的所述待处理的磁珠悬浮液和所述第一段油相试剂注入到所述磁珠单分散芯片中。

12、可选的，所述分段式吸入方式还包括：在吸入所述待处理的磁珠悬浮液之后，吸入第二段油相试剂

13、可选的，获取磁珠悬浮液的方法包括：根据目标液滴粒径，获取目标磁珠浓度；配置具有所述目标磁珠浓度的磁珠悬浮液。

14、可选的，根据目标液滴粒径，获取目标磁珠浓度的方法包括：获取目标液滴粒径d1；根据所述目标液滴粒径d1，获取待配置的磁珠悬浮液的边界粒径d2，d2＞d1/90％；根据磁珠悬浮液中磁珠浓度c和所述边界粒径d2的关系以及所述边界粒径d2，获取磁珠悬浮液的目标磁珠浓度c。

15、可选的，配置具有所述目标磁珠浓度的磁珠悬浮液的方法还包括：获取初始悬浮液，所述初始悬浮液中含有所述若干待处理磁珠；向所述初始悬浮液中添加表面活性剂，对所述初始悬浮液进行重悬处理，获取所述悬浮液；所述重悬处理的方法包括：涡旋、搅拌、震荡方式中的一种或多种；所述表面活性剂包括吐温20、sds、司盘80、曲拉通、em90中的一种或多种。

16、可选的，所述磁珠单分散芯片的结构包括：所述第一高度的范围为5μm至20μm；所述窄通道区在所述第二方向上的宽度与所述第一粒径之间的比值范围为2至10；所述窄通道区在所述第二方向上的宽度范围为10μm至25μm；所述喇叭口区的所述通道侧壁与所述窄通道区的所述通道侧壁之间的夹角范围为10度至20度；所述喇叭口区在所述通道的延伸方向上的长度范围为50μm至500μm；所述通道底面和所述储存腔底面之间高度差与所述第一高度之间的比值范围为4至15。

17、可选的，获取所述磁珠单分散芯片的方法包括：建立液滴粒径和所述磁珠单分散芯片设置参数的模型，所述磁珠单分散芯片设置参数包括所述第一高度、所述窄通道区在所述第二方向上的宽度、所述喇叭口区的所述第一宽度和所述第二宽度、所述喇叭口区的侧壁相对所述窄通道区侧壁倾斜的角度、所述喇叭口区在所述通道的延伸方向上的长度、所述通道底面和所述储存腔底面之间高度差中的一者或多者；根据目标液滴粒径，获取所述磁珠单分散芯片设置参数值；根据所述磁珠单分散芯片设置参数值，制备所述磁珠单分散芯片。

18、可选的，所述磁珠单分散芯片的结构还包括：位于所述液滴储存腔和所述储油腔之间的液滴过滤结构，所述液滴过滤结构具有若干连通所述液滴储存腔和所述储油腔的间隙，各所述间隙的宽度小于目标液滴粒径；各所述间隙的宽度范围为10μm至40μm。

19、可选的，所述液滴生成阵列呈扇环状，若干所述通道沿圆周方向排布。

20、可选的，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体于边缘处封装，所述进样口和所述出样口位于所述上壳体；所述磁珠单分散芯片还包括：位于所述存储腔底面和所述上壳体之间的若干支撑柱；所述若干支撑柱还位于所述储油腔的底面和所述上壳体之间；各所述支撑柱的半径范围为100μm至500μm；所述若干支撑柱在平行于所述存储腔底面方向上呈阵列排布，相邻两个所述支撑柱之间的间距范围为1mm至2.5mm；所述上壳体的厚度范围为0.5mm至2mm；所述下壳体的厚度范围为0.5mm至2mm。

21、现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

22、本发明技术方案提供的磁珠单分散芯片中，液滴生成阵列包括若干微液滴生成通道，所述通道底面高于所述存储腔底面使所述通道和液滴储存腔之间形成台阶，磁珠悬浮液进入所述液滴生成阵列之后，在所述台阶处受表面张力突变的作用生成液滴；同时，所述通道具有第一高度，限定所述第一高度与待处理磁珠的第一粒径之间的比值，利于单个通道中一次仅允许单个磁珠通过，利于实现将单个磁珠包裹在单个液滴中形成微液滴，通过所述微液滴将磁珠分散的形式，减少了磁珠分散后再团聚的概率，利于实现磁珠的单分散。

23、进一步，所述液滴生成阵列呈扇环状，所述扇环状结构使生成的微液滴更不容易堆积，利于提高微液滴粒径的均一性。

24、本发明技术方案提供的磁珠单分散芯片的操作方法中，液滴生成阵列包括若干微液滴生成通道，所述通道底面高于所述存储腔底面使所述通道和液滴储存腔之间形成台阶，磁珠悬浮液进入所述液滴生成阵列之后，在所述台阶处受表面张力突变的作用生成液滴；同时，所述通道具有第一高度，限定所述第一高度与待处理磁珠的第一粒径之间的比值，利于单个通道中一次仅允许单个磁珠通过，利于实现将单个磁珠包裹在单个液滴中形成微液滴，通过所述微液滴将磁珠分散的形式，减少了磁珠分散后再团聚的概率，利于实现磁珠的单分散。

25、进一步的，根据目标液滴粒径，获取目标磁珠浓度，可以获得利于实现磁珠单分散的磁珠浓度，提高最终获取的磁珠单包裹占比。

26、进一步的，所述分段式吸入方式利于提高磁珠的利用率，实现接近100％的磁珠利用率。