CN105013544B - 一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流控技术,具体的说是一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法。具体是亲水纤维丝被嵌入芯片的微通道内，表面活性剂掺加入油相中，在芯片两翼的微液滴在流经亲水纤维丝时接触亲水纤维丝的部分会发生延展和形变，使微液滴水油界面的不稳定，从而触发微液滴的融合。本发明操作简单，可以高效的实现表面活性剂稳定的液滴的融合，并且不需要借助任何外部能源。

Description

一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法

技术领域

本发明涉及微流控技术,具体的说是一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法。

背景技术

微液滴是利用水、油两相不混溶的特性，在流动剪切力与表面张力的相互作用下形成的。利用微流控技术可以在芯片上高通量地、可控地产生高度单分散的微液滴。微液滴作为一个独立的反应器，其具有体积小(皮升至纳升级)，较低的扩散和样品间的交叉污染的风险,以及包涵物快速混合的特点。目前，微液滴技术已经被广泛应用于新材料合成、细胞培养及筛选、蛋白质结晶，生物标记物的检测等领域。

对于化学和生物反应体系，反应试剂的添加量和添加顺序直接关系到反应的成败。由于水油界面阻止了外源试剂的引入，不同于开放式的试管或孔板反应器，微液滴反应器是相对封闭的。所以对于微液滴的反应体系，目前主要采用液滴融合的方法实现试剂的添加。液滴融合方法依据是否需要外部能源可以分为两种：主动模式和被动模式。基于主动模式的液滴融合主要依靠电、光、热、和磁等外部能源,其优势在于可以实现选择性的融合。但是外加能量增加了液滴活性内含物如细胞、蛋白分子等的损害风险。基于被动模式的液滴融合不需要外部供能，主要借助特殊的微通道结构或通道表面性质。例如，流体诱导的融合方法是利用局部扩张的微通道造成的流体变化触发液滴的融合。但是这类方法中，通常不使用表面活性剂。然而，表面活性剂在维持液滴的稳定性上具有重要的作用，它的缺乏将会导致液滴的稳定性下降直接影响后续的液滴操控如分选，捕获，孵育等。表面诱导的融合方法是在微通道的局部用光聚合修饰亲水性的涂层，当液滴流经亲水涂层时被捕获并融合。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，亲水纤维丝被嵌入芯片的微通道内，表面活性剂掺加入油相中，在芯片两翼的微液滴在流经亲水纤维丝时接触亲水纤维丝的部分会发生延展和形变，使微液滴水油界面的不稳定，从而触发微液滴的融合。

所述芯片为T型结构，其中亲水纤维丝嵌在T型结构的汇聚口处。所述在芯片两翼的微液滴是芯片上产生；或是预先形成的微液滴之后添加到芯片上。

进一步的说，亲水纤维丝被嵌入T型结构芯片的汇聚口处的微通道内，表面活性剂掺加入油相中。在芯片两翼微液滴在流经亲水纤维丝时接触亲水纤维丝的部分会发生延展和形变，使微液滴水油界面的不稳定，从而触发微液滴的融合。

其中，油相与水相流体的驱动是由外接注射泵或通过真空负压的方式提供。

所述油相流速为0.1-1μL/min，水相流速为0.1-1μL/min。

所述油相为矿物油、大豆油或十六烷。

所述亲水纤维丝的材质为玻璃、多聚物、硅或金属，且直径为5-50μm。

所述多聚物为聚乙烯、聚丙烯。所述金属为铜、铁、铝。

所述表面活性剂为山梨醇酐单油酸酯(Span80)或鲸蜡基聚乙二醇。

本发明所具有的优点：本发明提出了一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合的新方法。该方法是采用的被动融合模式，在融合过程中不需要借助任何外部能源如电、光、热、和磁等。亲水纤维丝可以通过嵌合的方式集成在微流控芯片中，避免了复杂的制作过程。利用该方法可以高效的实现表面活性剂稳定的微液滴的融合，融合效率可以达到100％。该被动式的微液滴融合方法具有简单、高效的特点显示了其在现场即时分析中巨大的应用潜力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于实现基于亲水纤维丝诱导微液滴融合的微流控芯片设计图。图中：1油相溶液入口；2水相溶液入口；4亲水性纤维丝

图2为本发明实施例提供的基于亲水纤维丝诱导微液滴融合结果图。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例

在微流控芯片上实现基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合。具体的方法如下：微流控芯片的制作是先利用光蚀刻技术制作SU-8模板，然后将聚二甲基硅氧烷浇注于模板上，80℃烘箱聚合2小时，将印记有微结构的多聚物从模具上剥离。然后将亲水玻璃丝嵌入微通道中，与平板聚二甲基硅氧烷基片用氧等离子体处理封接在一起。将封接的芯片置于80℃烘箱中过夜，使聚二甲基硅氧烷恢复其疏水性。

芯片的设计包含了3个T型结构并行排列(参见图1)。将表面活性剂(2.5％Span80)掺加入油相(矿物油)。在外泵的驱动下，油相流速为0.1μL/min，水相(超纯水)流速为0.1μL/min，分别注入两侧的T型结构用于产生微液滴。两侧产生的微液滴同步到达中间的T型结构。由于中间的T型结构嵌合了亲水玻璃丝，在亲水玻璃丝的诱导下发生融合(参见图2)，进而可以高效的实现表面活性剂稳定的微液滴的融合，融合效率可以达到100％。

另外，在芯片中注入水相可相同或不同，水相大都可为细胞悬液、蛋白溶液、核酸溶液和化学小分子溶液。同时流体的驱动还可以采用通过真空负压的方式，即本发明技术方案采用申请号为201310382774.0专利申请案中记载的微液滴发生器中实现。

Claims (7)

1.一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：亲水纤维丝被嵌入芯片的微通道内，表面活性剂掺加入油相中，在芯片两翼的微液滴在流经亲水纤维丝时接触亲水纤维丝的部分会发生延展和形变，使微液滴水油界面的不稳定，从而触发微液滴的融合。

2.按权利要求1所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述油相流速为0.1-1μL/min，水相流速为0.1-1μL/min。

3.按权利要求1所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述在芯片两翼的微液滴是芯片上产生；或是预先形成的微液滴之后添加到芯片上。

4.按权利要求1所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述油相为矿物油、大豆油或十六烷。

5.按权利要求1所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述亲水纤维丝的材质为玻璃、多聚物、硅或金属，且直径为5-50μm。

6.按权利要求5所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述多聚物为聚乙烯、聚丙烯；所述金属为铜、铁、铝。

7.按权利要求1所述的基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法，其特征在于：所述表面活性剂为山梨醇酐单油酸酯或鲸蜡基聚乙二醇。