CN110575851B - 一种用于微液滴定量分割与融合的装置、芯片以及微液滴定量分割与融合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于微液滴定量分割与融合的装置，其包括：第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，其中，第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm；第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通。
Description
技术领域
本发明属于微流控技术领域，尤其是用于微液滴定量分割与融合的装置、芯片以及微液滴定量分割与融合的方法。
背景技术
液滴微流控技术主要包括液滴生成、融合与***、分选、内涵物分析等。其中，液滴的生成是依靠油水两相的剪切力和表面张力共同作用而实现；液滴***是指将一个液滴***成多个液滴的液滴操控技术，它不仅可在液滴生成后进一步调控液滴的体积及内涵物的浓度，而且可以获得高通量分析结果；液滴融合是将两个或多个液滴融合为一体，可以进行不同组分液滴之间的混合反应。因此，在液滴微流控芯片技术的应用中，液滴的生成、***和融合都是极为重要的液滴操控技术之一。
微液滴的体积在皮升-微升之间，体积极小，因此要做到两个液滴之间的物质定量交换具有极大的挑战性，目前没有相关报道或案例。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在微流控技术的基础上，提供一种通过液滴的切割、融合操作，实现液滴物质定量交换。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
1、一种用于微液滴定量分割与融合的装置，其包括：
第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
其中，第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm；
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，
第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及
第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通。
2.根据项1所述的装置，其中，
第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10- 3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
3.根据项1或2所述的装置，其中，
在所述装置中容纳的待分割液滴和待融合液滴的液滴体积为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
4.根据项1～3中任一项所述的装置，其中，
构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯，以及
优选所述毛细管为硬质管，进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
5.根据项1～4中任一项所述的装置，其中，
所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。
6.根据项1～5中任一项所述的装置，其中，
通过毛细管路与第一管道和第二管道连通的第一动力源和第二动力源为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
7.根据项1～6中任一项所述的装置，其中，
所述装置独立地控制所述第一阀、第二阀和第三阀的打开或关闭，所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种，优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
8.根据项1～7中任一项所述的装置，其中，
通过调节第二动力源使得第二动力源在推动用于融合的液滴时的推入量占全部用于融合的液滴的20％～90％，优选为40％～90％。
9.根据项1～7中任一项所述的装置，所述装置还包括融合电极，所述融合电极位包括正负级，所述融合电极正负极与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm。
10.一种微流控芯片，其包括：
基板；以及
形成在所述基板内的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。
11.根据项10所述的芯片，其中，
所述基板和第一管道、第二管道和第三管道由自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)形成。
12.根据项10或11所述的芯片，其中，
所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
13.根据项10～12中任一项所述的芯片，其中，
在所述芯片中容纳的待分割液滴和待融合液滴的液滴体积为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
14.根据项10～13中任一项所述的芯片，其中，所述基板上包括2个孔，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm，用于容纳融合电极。
15一种微液滴定量分割与融合的方法，其包括：
打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道，
打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中，
关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中，
关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位，
然后第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中，
第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口方向运动，
其中，第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm；
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连接。
16.根据项15所述的方法，其中，
所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl，
进一步优选所述第一部分液滴a1占所述待分割液滴a的液体体积的20％～90％，优选40％～90％。
17.根据项15或16所述的方法，其中，
第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10- 3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
18.根据项15～17中任一项所述的方法，其中，
构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯，以及
优选所述毛细管为硬质管，进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
19.根据项15～18中任一项所述的方法，其中，
所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。
20.根据项15～19中任一项所述的方法，其中，
通过毛细管路与第一管道和第二管道连通的第一动力源和第二动力源为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
21.根据项15～19中任一项所述的方法，其中，
所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种，优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
22.根据项15～20中任一项所述的方法，其中，
通过调节第二动力源使得第二动力源推动的给定量的第一部分液滴a1占第一部分液滴a1总体的比例为20％～90％，优选为40％～90％。
23.根据项15～22中任一项所述的方法，所述方法还包括，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位时，打开融合电极电源，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，融合电极形成的电场促进所述液滴a1和所述液滴b的融合形成融合后的液滴c。
具体来说，在上述本发明的装置中，第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c，第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1，第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。
在上述本发明的芯片中，第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳液滴还可包括第二部分液滴a2和新液滴c，第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1，第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。
一种不同微液滴定量分割与融合的芯片的使用方法，包括以下步骤，如图3所示：
第一步骤，第一管道中同时容纳待分割的液滴a，和待融合的液滴b；
第二步骤，关闭第一管道通道，打开第二管道通道，推动液滴a移动到第二管道与第一管道交界处，液滴a的部分(a1)进入第二管道中；
第三步骤，关闭第二管道通道，打开第三管道通道，液滴a剩余部分(a2)全部进入第三管道中；
第四步骤，液滴b移动到第二管道与第一管道交接处，停止推动，第二管道外接的动力源推动液滴a部分(a1)定量进入液滴b中形成新液滴c；
第五步骤，推动新液滴c前进，残余的液滴a部分(a1)驻留在B通道中。
循环重复第二步骤和第五步骤，实现多个液滴物质定量交换。
所述液滴a部分(a1)定量进入液滴b中形成新液滴c，能够精确控制在纳升级别。
附图说明
图1为本发明一种微液滴定量分割与融合装置结构示意图。
图2为本发明一种微液滴定量分割与融合的芯片结构示意图。
图3为本发明一种微液滴定量分割与融合过程的示意图。
图4为本发明一种微液滴定量分割与融合方法的示意图。
图5为本发明另一种微液滴定量分割与融合方法的示意图。
符号说明：
1第一管道 2第二管道
3第三管道 4基板
5电极 6电极
7孔 8孔
11第一连接口 12第二连接口
21第三连接口 31第四连接口
13第一连通部位 14第二连通部位
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明具体方案的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明的限定。
根据本发明的一种实施方式，一种微液滴定量分割与融合的装置，包括如图1所示方式连通的第一管道1、第二管道2、第三管道3。
本实施方式中所述的管道，可以是形成在微流控芯片基板上的空心管道，也可以是独立成型的管道，所述管道材质选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述管道横截面形状没有限制，可以是圆形、矩形、椭圆形等任何便于成型及便于液滴流通的形状，所述管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2。
在一个具体的实施方式中，所述第一管道、第二管道以及第三管道的横截面积可以彼此相同，也可以不相同。第一管道、第二管道以及第三管道本身也可以是变径的，即第一管道、第二管道和第三管道的横截面积不是恒定的。在本发明中，只要第一管道、第二管道和第三管道的横截面积的范围满足上述限定即可。
在一个具体的实施方式中，本发明的管道横截面为正方形，其边长的范围为0.5-2mm。
本领域技术人员可以根据液滴的大小，液滴融合的配比需求，在上述范围内设计管道的大小。在一些实施方式中，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同，在管道横截面相同的情况下，能保证管路中液体压力的一致性，以便于实现液滴的精准切割和融合。
在本发明的具体实施方案中，第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c。
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1。
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。
下面，具体结合附图来说明本发明的涉及的装置。如图1所示，第一管道分别与第二管道和第三管道连通，第二管道与第一管道的接口第一连通部位13位于第三管道和第一管道的第二连通部位14的在液滴移动方向的上游，也就是说，如果待融合的液滴a和b从第一管道的第一连接口11进入第一管道1，融合后的液滴c从第一管道1的第二连接口12流出，则第二管道2与第一管道1之间的第一连通部位13比第三管道3和第一管道2之间的第二连通部位14更靠近第一管道1的第一连接口11。
第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离(即图1中附图标记13和附图标记14之间的管道的长度)和液滴的大小、管道的恒截面积相关。
在本发明中，所述距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。具体来说，所述距离可以为600μm、700μm、800μm、900μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm、1600μm、1700μm、1900μm。
本领域技术人员可以根据待切割融合液滴在管道中的长度，在上述范围内设计管道的连通结构，从而可以实现液滴位置的精准控制和切割。
在本发明中，第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通。
在本发明中通过使用动力源可以实现高精度，平稳无脉动的液体传输。在本发明具体实施方式中，第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。在本发明中，对于动力源的量程的大小没有限定，本领域技术人员可以根据需要进样的样品的多少来适当的选定合适量程的注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵。
在本发明中通过使用阀门，以及通过打开和关闭阀门来改变各密闭管道内的压力，通过压力的变化来控制各管道内液滴的流动方向。在本发明中，第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种。优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
在一些具体的实施方式中，本领域技术人员也可以理解，阀门也可以通过其他形式的机构或部件来代替，例如可以采用用作动力源的注射泵来当做阀门，只要是可以实现通过打开和关闭改变密闭管道内的压力即可。
在本发明中，第一管道、第二管道、第三管道仅用来表示不同类型的管道，并不意在限定管道的数量，第一管道可以为数个第一管道，第二管道可以为数个第二管道，第三管道可以为数个第三管道。
在本发明中，第一阀、第二阀、第三阀仅是用来表示发挥不同作用的阀，并不意在限定阀的数量，第一阀可以为数个第一阀，第二阀可以为数个第二阀，第三阀可以为数个第三阀。
在本发明中，第一动力源、第二动力源仅是用来表示发挥不同作用的动力源，并不意在限定动力源的数量，第一动力源可以为数个第一动力源，第二动力源可以为数个第二动力源。
在本发明的具体实施方案中，所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2。
所述管道连接口和毛细管连接，连接处进行密封处理，再通过毛细管与动力源和/或阀连通。为保证动力源压力的稳定传导，所述毛细管为硬质管，管路无柔性变化。进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
在本发明的一个具体实施方案中，第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一动力源驱动，通过第一管道的第一连接口向管道内产生压力，从而推动液体a或液滴b从第一连接口进入第一管道中，并控制液滴在管道中运动。
第二管道通过第三连接口和毛细管道与第二阀连通，当第一动力源驱动，仅第二阀开启时，可控制第一管道内的液滴a向第二管道内流动；第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通，当第一动力源驱动，仅第三阀开启时，可控制第一管道内的液滴a向第三管道内流动。通过第二阀和第三阀的交替开启，则可以完成液滴a的切割。
第二管道通过第三连接口和毛细管道与第二动力源连通，第二动力源驱动时，通过第二管道的第三连接口向管道内产生压力，从而推动待融合液滴a1进入停留在第一管道和第二管道第一连通部位的液滴b中，完成液滴的融合。
第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，当第一动力源驱动，仅第一阀开启，可推动融合后的液体c从第二连接口流出。
以上仅为对图1中所示的液滴融合和切割装置连接方式的示例性描述。在本发明的其他实施方式中，根据需要切割和融合的液滴的不同，通过毛细管路与第一管道1第二管道2通的第一动力源和第二动力源可以为数个，本领域技术人员完全可以理解，第一管道1可以为第一管道1a、第一管道1b、第一管道1c等以分别进样不同的待分割液滴aa、待分割液滴ab、待分割液滴ac等。第二管道2可以为第二管道2a、第二管道2b、第二管道2c等以分别进样待融合的液滴ba、待融合的液滴bb、以及待融合的液滴bc等。
通过采用数个第一管道1和数个第二管道2可以实现分别推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道1或第二管道2中。本领域技术人员可以根据液滴切割和融合的需求，采用本发明所述切割融合装置连接原理，设计相应的液滴切割和融合装置。同样上述第一管道1a、第一管道1b、以及第一管道1c，第二管道2a、第二管道2b、以及第二管道ac仅仅是为示意性的，第一管道1可以是由n个不同的分管道构成，第二管道可以由m个不同的分管道构成，其中，n和m可以是相同，也可以是不同的，n和m可以各自选自1～20中的整数。
同样，待分割液滴aa、待分割液滴ab、待分割液滴ac和待融合的液滴ba、待融合的液滴bb、以及待融合的液滴bc也是示意性的。基于n个第一管道和m个第二管道可以用于进样n种不同的待分割液滴a，以及m种不同的待融合液滴b。
进一步，针对m个第一管道1和n个第二管道2，同样可以采用m个第一动力源和n个第二动力源来分别用于控制推动不同的液滴，当然如果设计合理，也可以考虑合并其中的一些动力源来实现分别推动n种不同的待分割液滴，以及m种不同的待融合液滴b。
在本发明的具体的实施方案中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积各自分别为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
在本发明的一种具体的实施方式中，所述装置还包括融合电极，所述融合电极位包括正负两极。例如，图1中的电极5和电极6，其中电极5和电极6可以分别为正负两极，例如电极5为正极，电极6为负极，或者电极5为负极，电机6为正极均可。在本发明的装置中，融合电极(5，6)的位置并不固定，可以分别位于第二管道2的两侧，也可以分别位于第一管道1的两侧，所述融合电极正负极(5，6)与所述第一管道1和第二管道2的第一连通部位13的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm。加载在所述融合电极上的电压频率为0-20000Hz，优选1000-10000Hz，所述电极电压为1-5000V，优选500-1000V。当所述融合电极连通电源，产生电场作用在第一连通部位处的液滴，所述电场可以是交变电场或恒定电场中的任意，电极施加的电压为1-5000V，优选500-1000V，通过施加这样的电场可以进一步促进待融合液滴a1和停留在第一管道1和第二管道2的第一连通部位13液滴b相融合。
图2示出了本发明所述的一种微流控芯片的示意图，其包括基板4，以及形在基板上的第一管道1、第二管道2以及第三管道3。
具体来说，在本发明的微流控芯片中，形成在所述基板内的第一管道、第二管道以及第三管道是指在基板内部形成的第一管道、第二管道以及第三管道。
所述基板4为微流控芯片基板，由自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)形成，第一管道1、第二管道2以及第三管道3形成于基板4内部。
如图2所示，基板4内形成有第一管道1、第二管道2以及第三管道3，所述第一管道1，其两端分别包括第一连接口11和第二连接口12，第一管道1用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道1中容纳第二部分液滴a2和新液滴c。第二管道2，其一端包括第三连接口21，另一端与第一管道1连通，第二管道2用于容纳切割后的第一部分液滴a1。第三管道3，其一端包括第四连接口31，另一端与第一管道1连通，第三管道3用于容纳切割后的第二部分液滴a2。第一管道1和第二管道2的第一连通部位13位于第三管道3和第一管道1的第二连通部位14的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。
第一连通部位13和第二连通部位14之间的距离和液滴的大小、管道的截面积相关，在本发明中，所述距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μm。具体来说，所述距离可以为600μm、700μm、800μm、900μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm、1600μm、1700μm、1900μm。
所述第一管道，第二管道，第三管道横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。本领域技术人员可以根据芯片基板的大小，待分割液滴的需求，合理设置管道的粗细。
在一个具体的实施方式中，所述第一管道、第二管道以及第三管道的横截面积可以彼此相同，也可以不相同。第一管道、第二管道以及第三管道本身也可以是变径的，即第一管道、第二管道和第三管道的横截面积不是恒定的。在本发明中，只要第一管道、第二管道和第三管道的横截面积的范围满足上述限定即可。
在一个具体的实施方式中，本发明的管道横截面为正方形，其边长的范围为0.5-2mm。
第一管道、第二管道以及第三管道形成于芯片基板上，所述第一管道的第一连接口和第二连接口、第二管道的第三连接口，第三管道的第四连接口均位于基板的边缘。本发明涉及的芯片中的管道的连接方式与本发明涉及的装置中的管道的连接方式相同，第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通。在本实施例中，毛细管一端插接于位于基板边沿的第一管道、第二管道及第三管道的连接口，另一端与动力源和阀相连通。
芯片基板内的第一管道用于容纳待分割液滴a和待融合液滴b，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.5-10μl，优选为0.6～8μl，进一步优选0.7～7μl，进一步优选0.8～6μl，进一步优选0.9～5μl，进一步优选为1～3μl。
在本发明的一种实施方式中，如图2所示，所述芯片基板上有2个孔(7、8)，所述孔(7、8)位于第一管道1和第二管道2的第一连通部位13附近，其位置并不固定，可以分别位于第二管道2的两侧，也可以分别位于第一管道1的两侧，所述孔(7、8)与所述第一管道1和第二管道2的第一连通部位13的距离为0.1mm-1cm，优选0.3mm-5mm，进一步优选为0.5mm-2mm，所述孔(7、8)用于容纳融合电极的正负两极(图2中未示出)，本领域技术人员可以根据芯片设计需求在上述范围内设置孔(7、8)位置。加载在所述融合电极上的电压频率为0-20000Hz，优选1000-10000Hz，所述电极电压为1-5000V，优选500-1000V。当所述融合电极连通电源，产生电场作用在第一连通部位处的液滴处，所述电场可以是交变电场或恒定电场中的任意，电极施加的电压为1-5000V，优选500-1000V。通过施加这样的电场可以进一步促进待融合液滴a1和停留在第一管道1和第二管道2的第一连通部位13液滴b相融合。
另外，在本发明中，对于孔(7、8)的具体形状和孔的大小没有限定，只要可以用来放置融合电极即可。其中融合电极可以参考上述对于本发明的装置中描述的融合电极。
当然，本领域技术人员完全可以理解，图2仅仅为示例性的示出了本发明涉及的芯片的一个例子，可以采用任何本领域技术人员已知的方法来构建芯片中的各部件。
图2示出了当一个待切割液滴a和一个待融合液滴b从第一连接口进入第一管道进行切割和融合的连接结构，在本领域技术人员实施过程中，可以根据本发明所述原理，在芯片上设置数个第一管道、第二管道和第三管道分别用于不同液体的切割融合，也可以将在第一管道的第一连接口、第二管道的第三连接口拓展为数个，分别连接不同的动力源，推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
通过采用数个第一管道1和数个第二管道2可以实现分别推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道1或第二管道2中。本领域技术人员可以根据液滴切割和融合的需求，采用本发明所述切割融合装置连接原理，设计相应的液滴切割和融合装置。同样上述第一管道1a、第一管道1b、以及第一管道1c，第二管道2a、第二管道2b、以及第二管道ac仅仅是为示意性的，第一管道1可以是由n个不同的分管道构成，第二管道可以由m个不同的分管道构成，其中，n和m可以是相同，也可以是不同的，n和m可以各自选自1～20中的整数。
同样，待分割液滴aa、待分割液滴ab、待分割液滴ac和待融合的液滴ba、待融合的液滴bb、以及待融合的液滴bc也是示意性的。基于n个第一管道和m个第二管道可以用于进样n种不同的待分割液滴a，以及m种不同的待融合液滴b。
进一步，针对m个第一管道1和n个第二管道2，同样可以采用m个第一动力源和n个第二动力源来分别用于控制推动不同的液滴，当然如果设计合理，也可以考虑合并其中的一些动力源来实现分别推动n种不同的待分割液滴，以及m种不同的待融合液滴b。
图3为本发明一种不同微液滴定量分割与融合过程的示意图。图4示出了本发明所述微液滴定量分割与融合的方法步骤，所述一种微液滴定量分割与融合的方法包括如下几个步骤。下面可以参考图3和图4对本发明的微液滴定量分割与融合的方法进行说明。
具体来说，如图4所示，步骤S110，打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道；步骤S120，打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中；步骤S130，关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中；步骤S140，关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位；步骤S150，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中；步骤S160，第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口方向运动。
其中，第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c。第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1。第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μ。
在本方法中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2，优选为0.01～3mm2，进一步优选为0.1～2.5mm2，进一步优选为0.25～1mm2，进一步优选所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种，优选构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
优选所述毛细管为硬质管，进一步优选所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种，优选第一动力源和第二动力源为注射泵。所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种，优选所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
在本发明的装置或本发明的芯片的使用的过程中，首先向全部管道和/或全部毛细管道内注满油性介质，所述待分割液滴a和待融合液滴b在管道中是被油相分割开的。
在步骤S110中，打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道。
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连接。第一动力源驱动，对第一管道内产生压力，第二阀和第三阀关闭，第一阀打开，位于第一管道内的液滴在第一动力源的推动下，向连接第一阀的第二连接口方向运动。
在本发明的其他实施方式中，通过毛细管路与第一管道的动力源可以为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
在步骤S120中，打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中。
当第一动力源驱动，对第一管道内产生压力，第二阀打开，第一阀关闭，第三阀的状态保持不变仍处于关闭状态，第一管道内的液滴a在第一动力源的推动下，到达第一管道和第二管道的第一连通部位，并向连接第二阀的第二管道的第三连接口方向运动，这时液滴a的一部分a1进入第二管道中，仍有一部分a2位于第一管道中，此时，液滴a的两个部分并未分开，a1和a2仍为一个整体。
在步骤S130中，关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中；
此时，第一动力源继续驱动，第二阀关闭，第三阀开启，液滴a留在第二管道内的部分a1保持不动，液滴a留在第一管道内的部分a2在第一动力源的推动下，继续在第一管道内运动，经过第一管道和第三管道的第二连通部位，再向第三管道连接第三阀的第四连接口方向运动，这时液滴a被切割成了2个部分，第一部分是位于第二管道内的液滴a1，其位置靠近第一管道与第二管道的第一连通部位，第二部分是位于第三管道内的液滴a2，其中液滴a1的体积大于或等于液滴a2的体积。
此外，第一部分液滴a1占所述待分割液滴a的液体体积的20％～90％，优选40％～90％，例如可以占所述待分割液滴a的液体体积的20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、以及90％等。
在本步骤中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离是液滴切割的关键指标，距离过长会影响切割效率，距离过短会让液滴切割比例难以控制，在本发明中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，优选750μm～1800μm，优选为1000μm～1500μ。
在S140步骤中，关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位。
在上个步骤中，液滴a的切割完成。在本步骤中，关闭第三阀，打开第一阀，驱动第一动力源，推动待融合的液滴b进入第一管道，向第一管道与第一阀的第二连接口方向运动，到达第一管道和第二管道的第一连通部位，此时已经完成切割的液滴a1位于第二管道内，靠近第一管道与第二管道的第一连通部位。
在本步骤中，液滴b的体积可以调节，本领域技术人员可按照待融合液滴的比例通过动力源对液滴进行b的体积控制。
在S150步骤中，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中。
在本步骤中，第一动力源停止驱动，液滴b停留在第一管道和第二管道的第一连通部位，第二动力源驱动，推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，形成新的液滴c，位于第一管道中，停留在第一管道和第二管道的第一连通部位处。给定量的第一部分液滴a1体积小于整个液滴a1的体积，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中。通过调节第二动力源使得第二动力源推动的给定量的第一部分液滴a1占第一部分液滴a1总体的比例为20％～90％，优选为40％～90％，例如可以是30％，40％，50％，60％，60％，70％，80％等。
在步骤S160中，第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口运动。
在本步骤中，第二动力源关闭，第一动力源驱动，第一阀处于开启状态，第一管道中的新液滴c，在第一动力源的推动下，向连接第一阀的第二连接口方向运动。
以上是本发明所述分割和融合方法的一种实施方式，本发明的所述分割和融合方法还包括促进液滴融合的步骤，具体的步骤如图5所示，即在步骤S140和步骤S150之间增加一个步骤S141。步骤S141包括，开启融合电极，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合。
在本步骤中，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位时，打开融合电极电源，融合电极在第一连通部位处形成交变电场，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，融合电极形成的电场促进所述液滴a1和所述液滴b的融合形成融合后的液滴c，融合电极电源关闭。本步骤在液滴融合时起到促进作用，并非本发明的必要步骤。
实施例
第一管道、第二管道、第三管道为形成在芯片基板内的管道，芯片基板尺寸为3cm*5cm*4mm(长*宽*厚)，芯片基板所用材质为PMMA，形成于芯片基板内的第一管道、第二管道、第三管道为横截面为正方形的管道，其横截面积为1mm2(其边长为1mm)，第一管道分别与第二管道、第三管道相连通，第一管道与第二管道的第一连通部位位于第一管道与第三管道的第二连通部位的上游，第一连通部位和第二连通部位的距离为1.5mm。管道中充满了油性介质。
第一管道的第一连接口连接有注射泵A，第二连接口连接有旋转第一阀，第二管道的第三连接口连接有注射泵B和旋转第二阀，第三管道的第四连接口连接有旋转第三阀，管道和注射泵、旋转阀通过毛细管连接，毛细管内径为1.0mm、材质为聚四氟乙烯。
在本实施例中，使用的注射泵A和注射泵B均为工业注射泵，注射泵所带阀头为三通阀，购买自河北保定兰格恒流泵有限公司的工业注射泵MSP1-C2。
第一阀、第二阀和第三阀均为购买自南京润泽流体控制设备有限公司Mrv-01高压二通阀。
启动注射泵A，打开旋转第一阀，向第一管道内推入2μl体积大小的待分割液滴a和2μl体积大小的待融合液滴b；液滴a和液滴b被管道中的油性介质油相中断。在本实施例中，待分割液滴为含有大肠杆菌BL21的微生物培养液，液滴b为新鲜的LB培养基。介质油相为矿物油。
关闭旋转第一阀，打开旋转第二阀，继续驱动注射泵A，推动液滴a运动到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中a的70％部分为液滴a1，即约1.4微升进入第二管道中，此时关闭旋转第二阀，打开旋转第三阀，继续驱动注射泵A，液滴a剩余30％部分约0.6微升液滴a2全部进入第三管道中，最终液滴a被切断为2个部分液滴a1和液滴a2；液滴a1保留在第二管道中，另一部分液滴a2进入第三管道，关闭旋转第三阀，完成了液滴的切割。切割液滴a主要是为了切合液滴a使a的底面与管道A平行，减少中间间隔油相量，再定量注入切合液滴A的部分溶液进入待融合b中，从而实现注入量高精确度。由于液滴a是被管路中油相切断，所以液滴b的一端与第一管道通道平齐，为之后的精确定量进样奠定基础。
打开旋转第一阀，继续驱动注射泵A，推动液滴b移动到第二管道与第一管道交接处，停止推动，驱动注射泵B推动液滴a部分(a1)定量进入液滴b中形成新液滴c。
启动注射泵A，推动新液滴c向前运动，残余的液滴a1部分驻留在B通道中，完成液滴a和液滴b的物质定量交换。
循环重复上述步骤，从而实现对将多个包含大肠杆菌BL21的培养液接种到新鲜的LB培养基中。
工业实用性
本发明的一种不同微液滴定量分割与融合的芯片及其使用方法可以在微流控芯片领域中制造并使用。本发明适用于实现多个液滴物质的精准定量交换。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。
在本发明中列举的数值范围均包括该数值范围的两个端点的数据，也包括该数值范围中具体的每一个数值，并且该数值可以与端点任意组合组成新的小范围。
Claims (63)
1.一种用于微液滴定量分割与融合的装置，其包括：
第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
其中，第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为1000μm～1500μm；
在所述装置中容纳的待分割液滴和待融合液滴的液滴体积为0.9～5μl，
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，
第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及
第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连通；
第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为0.25～1mm2，
第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c，
第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1，
第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述装置中容纳的待分割液滴和待融合液滴的液滴体积为1～3μl。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一管道、第二管道、以及第三管道的构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述毛细管为硬质管。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，第一动力源和第二动力源为注射泵。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，通过毛细管路与第一管道和第二管道连通的第一动力源和第二动力源为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置独立地控制所述第一阀、第二阀和第三阀的打开或关闭，所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，通过调节第二动力源使得第二动力源在推动用于融合的液滴时的推入量占全部用于融合的液滴的20％～90％。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，通过调节第二动力源使得第二动力源在推动用于融合的液滴时的推入量占全部用于融合的液滴的为40％～90％。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括融合电极，所述融合电极包括正负级，所述融合电极正负极与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述融合电极正负极与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.3mm-5mm。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述融合电极正负极与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.5mm-2mm。
18.一种微流控芯片，其包括：
基板；以及
形成在所述基板上的第一管道、第二管道以及第三管道，
其中，所述第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm；
第一管道用于在未进行切割和融合前，容纳待分割液滴a和待融合液滴b，以及进行切割和融合时，第一管道中容纳第二部分液滴a2和新液滴c，
第二管道用于容纳切割后的第一部分液滴a1，
第三管道用于容纳切割后的第二部分液滴a2。
19.根据权利要求18所述的芯片，其中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为750μm～1800μm。
20.根据权利要求18所述的芯片，其中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为1000μm～1500μm。
21.根据权利要求18所述的芯片，其中，所述基板和第一管道、第二管道和第三管道选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种。
22.根据权利要求18所述的芯片，其中，所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2。
23.根据权利要求22所述的芯片，其中，所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为0.01～3mm2。
24.根据权利要求22所述的芯片，其中，所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为0.1～2.5mm2。
25.根据权利要求22所述的芯片，其中，所述第一管道，第二管道以及第三管道的横截面积的范围为0.25～1mm2。
26.根据权利要求22所述的芯片，其中，所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
27.根据权利要求18所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.5-10μl。
28.根据权利要求27所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.6～8μl。
29.根据权利要求27所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.7～7μl。
30.根据权利要求27所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.8～6μl。
31.根据权利要求27所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.9～5μl。
32.根据权利要求27所述的芯片，其中，在所述芯片中容纳的所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为1～3μl。
33.根据权利要求18所述的芯片，其中，所述基板上包括2个孔，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.1mm-1cm。
34.根据权利要求33所述的芯片，其中，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.3mm-5mm。
35.根据权利要求33所述的芯片，其中，所述孔与所述第一管道和第二管道的第一连通部位的距离为0.5mm-2mm，用于容纳融合电极。
36.一种微液滴定量分割与融合的方法，其包括：
打开第一阀、关闭第二阀和第三阀，第一动力源通过毛细管道以及第一连接口推动待分割液滴a，以及待融合的液滴b进入第一管道，
打开第二阀，关闭第一阀，第一动力源推动待分割液滴a到第一管道和第二管道的第一连通部位，其中第一部分液滴a1进入第二管道中，第二部分液滴a2位于第一管道中，
关闭第二阀，打开第三阀，第一动力源推动第二部分液滴a2通过第三管道和第一管道的第二连通部位进入第三管道中，
关闭第三阀，打开第一阀，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位，
然后第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合形成融合后的液滴c，其余的第一部分液滴a1仍保留在第二管道中，
第一动力源推动融合后的液滴c在第一管道中朝向第二连接口方向运动，
其中，第一管道，其两端分别包括第一连接口和第二连接口，
第二管道，其一端包括第三连接口，另一端与第一管道连通，
第三管道，其一端包括第四连接口，另一端与第一管道连通，
第一管道和第二管道的第一连通部位位于第三管道和第一管道的第二连通部位的在液滴移动方向的上游，且第一连通部位和第二连通部位之间的距离为500μm～2000μm，
第一管道通过第一连接口和毛细管道与第一动力源连通，第一管道通过第二连接口和毛细管道与第一阀连通，第二管道通过第三连接口和毛细管道分别与第二动力源和第二阀连通，以及第三管道通过第四连接口和毛细管道与第三阀连接。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为750μm～1800μm。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，第一连通部位和第二连通部位之间的距离为1000μm～1500μm。
39.根据权利要求36所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.5-10μl。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.6～8μl。
41.根据权利要求39所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.7～7μl。
42.根据权利要求39所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.8～6μl。
43.根据权利要求39所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为0.9～5μl。
44.根据权利要求39所述的方法，其中，所述待分割液滴a和待融合液滴b的液滴体积为1～3μl。
45.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一部分液滴a1占所述待分割液滴a的液体体积的20％～90％。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述第一部分液滴a1占所述待分割液滴a的液体体积的40％～90％。
47.根据权利要求36所述的方法，其中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为2.5×10-3mm2～4mm2。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为0.01～3mm2。
49.根据权利要求47所述的方法，其中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为0.1～2.5mm2。
50.根据权利要求47所述的方法，其中，第一管道，第二管道，第三管道以及所述毛细管道的横截面积的范围为0.25～1mm2。
51.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一管道、第二管道和第三管道的横截面积相同。
52.根据权利要求36所述的方法，其中，构成所述第一管道、第二管道、以及第三管道的材料选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的任一种。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述第一管道、第二管道、以及第三管道的构成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
54.根据权利要求52所述的方法，其中，所述毛细管为硬质管。
55.根据权利要求52所述的方法，其中，所述毛细管为聚四氟乙烯管(PTFE管)、全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物管(PFA管)、聚醚醚酮管(PEEK管)、聚碳酸酯管(PC管)、聚苯乙烯管(PS管)中的任一种。
56.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一动力源和第二动力源分别独立地选自注射泵、压力泵、蠕动泵、隔膜泵中的任一种。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，第一动力源和第二动力源为注射泵。
58.根据权利要求36所述的方法，其中，通过毛细管路与第一管道和第二管道连通的第一动力源和第二动力源为数个，分别用于推动不同类型的待分割液滴a和待融合液滴b进入第一管道中。
59.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一阀、第二阀和第三阀分别独立地选自电磁阀、旋转阀、摇臂阀、夹断阀中的任一种。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述第一阀、第二阀和第三阀为旋转阀。
61.根据权利要求36所述的方法，其中，通过调节第二动力源使得第二动力源推动的给定量的第一部分液滴a1占第一部分液滴a1总体的比例为20％～90％。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，通过调节第二动力源使得第二动力源推动的给定量的第一部分液滴a1占第一部分液滴a1总体的比例为40％～90％。
63.根据权利要求36所述的方法，其中，所述方法还包括，第一动力源推动待融合的液滴b到达第一管道和第二管道的第一连通部位时，打开融合电极电源，第二动力源推动给定量的第一部分液滴a1与待融合的液滴b融合，融合电极形成的电场促进所述液滴a1和所述液滴b的融合形成融合后的液滴b1。
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