CN115350733A - 一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法，所述芯片包括：结构片、基底片，其中基底片表面设有固化塑性胶，结构片覆盖在固化塑性胶上方并形成倾斜结构液滴存储腔。本发明针对不同尺寸的液滴，简单更换不同厚度的垫片即可适配，兼容性高；结构简单，制作成本低，易于批量化生产。

Description

一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法
技术领域
本发明属于微流控芯片领域，特别涉及一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法。
背景技术
核酸是生物遗传信息的载体，任何疾病都能在基因水平找到证据。基因分析有助于深入地探究疾病的根源，设计针对性药物，全面理解个体与环境相互作用的机理。
1985年美国Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)，即简易DNA扩增法。20世纪末，Vogelstein等提出数字PCR(digitalPCR，dPCR)的概念。将一份样本大量稀释，并分配到不同反应单元，每个反应单元包含至少一个拷贝分子(DNA模板)，然后对对每个反应单元中分子进行扩增，扩增结束后统计分析每个反应单元内荧光信号，真正实现了单分子扩增，被称为是绝对定量技术。
现市场商业化微滴式数字PCR仪有BioRad公司开发的QX200***和StillaTechnologies公司的Naica crystal微液滴PCR***。QX200***在液滴产生、扩增、技术分析需要三台仪器完成，将配制好的PCR反应试剂分散成数万个液滴，收集在类似离心管的结构中；然后，进行PCR反应；最后，将反应后的液滴导入分析芯片进行结果读出。StillaTechnologies公司的Naica crystal微液滴PCR***是将样品分散成的液滴被收集在芯片的液滴收集腔内，呈单层排列，之后液滴不再需要转移，进行PCR反应，最后读出反应结果。两套***采用油相是氟化油，氟化油易挥发，为反应容器的设计提出了较高要求，增加了成本。
气泡对液滴稳定性影响是制约液滴微流控芯片应用的重要因素之一。为满足液滴微流控芯片市场应用需求，提高液滴微流控芯片稳定性、操作简便性、降低制作成本，设计一种新型结构的液滴微流控芯片具有一定的实际意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片及其制备方法。
本发明的一种微流控芯片，所述芯片包括：结构片1、基底片2，其中基底片2表面设有固化塑性胶3，结构片1覆盖在固化塑性胶3上方并形成倾斜结构液滴存储腔4。
所述结构片1为带有微沟道的结构片，结构片表面设有微液滴生成水相孔11和微液滴生成油相孔12。
所述固化塑性胶3设于结构片1和基底片2之间，并起到支撑作用。
所述微液滴生成水相孔11和微液滴生成油相孔12分别设于结构片两侧。
所述固化塑性胶3呈U型状。
所述倾斜结构液滴存储腔4为U型倾斜结构液滴存储腔，其中U型开口侧高度高于U形封闭侧高度。
优选地，所述U型开口侧高度和U形封闭侧高度的高度差为20μm～500μm。
进一步优选地，所述高度差为80-100μm。
所述结构片1和基底片2通过垫片连接。
本发明的一种微流控芯片的制备方法，包括：
(1)基底片表面固化塑性胶，并呈U型状；
(2)基底片两端放置垫片，且垫片放置须保证固化塑形胶开口侧较封闭侧高；
(3)将结构片覆盖在固体塑性胶上方，并固定，形成U型倾斜结构液滴存储腔；
(4)液滴微流控芯片固化成形。
所述步骤(2)中高度差为20μm～500μm。
本发明的一种所述方法制备的微流控芯片。
本发明的一种所述微流控芯片在基因检测中的应用，如新冠病毒基因检测。
本发明实现原理是大量液滴(1万个以上)在生成后进入存储腔室密集排列时，倾斜结构腔室随着空间逐渐增大，有效提高液滴的流动性，降低液滴之间的层叠、挤压、摩擦等现象发生，实现液滴在微环境中稳定高效富集，便于后期液滴统计分析。此外结合矿物油，很好满足了PCR过程中油相不易挥发优点，增强了液滴的一致性，提高了PCR扩增效率。
进一步，本发明结构片生成的大量液滴进入存储腔室底部排列，在“U”型底部封闭侧的液滴随着数量增加，逐步铺满“U”型底部后，继续往“U”型开口侧排列，伴随着开口侧腔室空间逐渐增大，有效增加液滴的流动性，降低大量液滴堆积形成的层叠、碰撞、摩擦等现象发生，实现液滴在微环境中稳定高效富集，便于后期液滴统计分析。同时在PCR反应过程中，倾斜开口腔室有利于气泡从开口侧移出，保证液滴的稳定。
有益效果
本发明所述的“U”型倾斜结构液滴微流控芯片有以下几个优势：一、“U”型倾斜结构腔设计减少了大量液滴堆积形成的层叠、碰撞、摩擦现象发生，实现液滴稳定高效富集；二、有利于腔室内气泡移出，降低了气泡对液滴的干扰影响，提高了PCR扩增效率；三、针对不同尺寸的液滴，简单更换不同厚度的垫片即可适配，兼容性高；四、结构简单，制作成本低，易于批量化生产。
附图说明
图1为是单层倾斜结构液滴存储腔微流控芯片示意图；其中1结构片；11微液滴生成水相孔；12微液滴生成油相孔；2基底片；3固化塑形胶；
图2为单层倾斜结构液滴存储腔微流控芯片倾斜腔室截面图；1结构片；2基底片；3固化塑形胶；4倾斜结构液滴存储腔室；
图3为单层倾斜结构液滴存储腔微流控芯片的制作示例图；
图4中(A)是PCR扩增前倾斜结构微流控芯片存储腔内液滴分布；(B)是PCR扩增后倾斜结构微流控芯片存储腔内液滴分布；(C)是存储腔内局部放大液滴分布效果图；
图5是平铺式结构液滴微流控芯片PCR扩增后液滴分布；
图6是2019-nCoV的ORF-1ab基因检测PCR扩增后荧光结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
微流控芯片，包括：结构片1、基底片2，其中基底片2表面设有U型固化塑性胶3，结构片1覆盖在U型固化塑性胶3上方并形成U型倾斜结构液滴存储腔4，其中U型开口侧高度高于U形封闭侧高度；所述结构片1为带有微沟道的结构片，结构片表面设有微液滴生成水相孔11和微液滴生成油相孔12。
制备方法：
(1)基底片表面固化塑性胶，并呈U型状；
(2)基底片两端放置垫片，且垫片放置须保证固化塑形胶开口侧较封闭侧高，高度差为80-100μm；
(3)将结构片覆盖在固体塑性胶上方，并固定，形成U型倾斜结构液滴存储腔；
(4)液滴微流控芯片固化成形。
本发明的单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片用于2019-nCoV的ORF-1ab基因检测，具体为：
1、将ORF-1ab基因质粒按照1×105、1×104、1×103和0copies/μl进行稀释，并与PCR buffer、引物、探针等试剂按照比例混合，作为水相。
2、使用上述的单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片进行液滴生成，并将芯片放入PCR仪中进行扩增。
3、ORF-1ab基因各浓度检测结果如图6所示。
如图4所示，图4A是PCR扩增前倾斜结构微流控芯片存储腔内液滴分布；图4B是PCR扩增后倾斜结构微流控芯片存储腔内液滴分布；图4C是存储腔内局部放大液滴分布效果图，可以看出倾斜结构对液滴分布，稳定是有利的，减少了液滴的堆积形成的层叠、碰撞、摩擦现象发生。
对比例1
将上述2019-nCoV的ORF-1ab基因检测的单层倾斜结构液滴存储腔的微流控芯片替换为平铺式结构液滴微流控芯片进行检测。其中平铺式结构液滴微流控芯片(参见CN202011187731.3)采用的是两层玻璃水平对齐贴合形成液滴存储腔室，液滴生成后进入腔室水平铺展排列。
如图5所示是平铺式结构液滴微流控芯片PCR扩增后液滴分布，可以明显看到芯片腔室内存在较大气泡，严重影响了液滴的稳定，造成后期液滴计数及分析的偏差。
通过图4B和图5结果对比，可以判断倾斜结构存储腔室设计改善了液滴存储环境，保证了液滴富集高效性，有利于PCR扩增效率。图4和图5中的两种芯片都选取2019-nCoV的ORF-1ab基因质粒1×105copies/μl浓度进行试验对比。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，其特征在于，所述芯片包括：结构片(1)、基底片(2)，其中基底片(2)表面设有固化塑性胶(3)，结构片(1)覆盖在固化塑性胶(3)上方并形成倾斜结构液滴存储腔(4)。
2.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述结构片(1)为带有微沟道的结构片，结构片表面设有微液滴生成水相孔(11)和微液滴生成油相孔(12)。
3.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述固化塑性胶(3)呈U型状。
4.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述倾斜结构液滴存储腔(4)为U型倾斜结构液滴存储腔，其中U型开口侧高度高于U形封闭侧高度。
5.根据权利要求4所述微流控芯片，其特征在于，所述高度差为20μm～500μm。
6.根据权利要求5所述微流控芯片，其特征在于，所述高度差为80μm-100μm。
7.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于，所述结构片(1)和基底片(2)通过垫片连接。
8.一种微流控芯片的制备方法，包括：
(1)基底片表面固化塑性胶，并呈U型状；
(2)基底片两端放置垫片，且垫片放置须保证固化塑形胶开口侧较封闭侧高；
(3)将结构片覆盖在固体塑性胶上方，并固定，形成U型倾斜结构液滴存储腔；
(4)液滴微流控芯片固化成形。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高度差为20μm～500μm。
10.一种权利要求1所述微流控芯片在基因检测中的应用。
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