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CN106256436A - 气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置及方法 - Google Patents

气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置及方法 Download PDF

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CN106256436A CN201610613672.9A CN201610613672A CN106256436A CN 106256436 A CN106256436 A CN 106256436A CN 201610613672 A CN201610613672 A CN 201610613672A CN 106256436 A CN106256436 A CN 106256436A
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Abstract

本发明公开了一种气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，包括：操纵探针；用于承载微液滴的液滴板；密闭罩盖在液滴板液滴承载面上的防蒸发盖板，该防蒸发盖板正对所述液滴区的位置设有在生成液滴时用于避让操纵探针的通孔结构；所述防蒸发盖板与液滴板之间形成密闭空间，密闭空间内充注有气体；且保证微液滴生成后，所述防蒸发相与微液滴之间留有隔离间隙；所述通孔结构内或者通孔结构顶面密封有防蒸发相。本发明采用防蒸发相不直接接触微液滴，在形成的局部密闭空间内利用气体将两者间隔的方法，可完全避免微液滴与防蒸发相、微液滴与微液滴之间的交叉污染问题，同时，又能解决微液滴的防蒸发和间隔问题。

Description

气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置及方法
技术领域
本发明涉及的领域为微流控分析领域，具体是涉及一种气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置及方法。
背景技术
液滴微流控技术是近年来微流控领域中出现的一种具有很大发展潜力的新技术和研究方向。简单的讲，液滴微流控是一种在微通道网络中生成和操控微小液滴的技术。区别于均相的连续流体系，液滴是指一相液体被与其不互溶的另一相或者多相隔离形成的非连续流体。与连续流微流控系统相比，在液滴微流控系统中，被不互溶相隔离的液滴可以作为单独的微反应器，在长时间反应和传输中没有稀释和交叉污染，液滴内部试样混合和热传递大大加速，反应时间明显减小。液滴微流控作为目前微流控技术的一个重要发展方向，其应用领域包括纳米粒子，纳米分子自组装，蛋白质结晶，酶、DNA分析，细胞和亚细胞结构分析，高通量药物筛选等。
目前，在液滴微流控系统中，都是以油相作为液滴之间的间隔相或包裹相以防止微液滴的蒸发，以及不同液滴间的交叉污染(Brouzes E,Medkova M,Savenelli N,PNAS,2009,106:14195-14200；Mazutis L,Gilbert J,Ung W L,Nat.Protoc.,2013,8:870-891；Joensson H N,Svahn H A,Angew.Chem.Int.Edit,2012,51:12176-12192)。但是，油相与液滴直接接触，也会存在一些问题：液滴内部部分脂溶性物质有可能溶于间隔水相液滴的油相中，这样就会出现不同液滴间的交叉污染问题。因此，如何在防止微液滴蒸发的前提下尽量避免液滴间的交叉污染是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种利用气体间隔微量液滴和防蒸发相，进而防止微量液滴蒸发、同时减少液滴之间交叉污染的微流控芯片装置。
本发明的装置结合了微流控芯片和液滴技术的优势，利用气体将液滴和防蒸发相分离，既避免了常规液滴和防蒸发相接触时液滴之间的物质交流，又能够防止液滴因蒸发而体积减小，而且整个液滴处理操作都可以快速完成，有助于实现原位处理与检测。适于应用于微量体积液体的生化分析、高通量药物筛选、蛋白质结晶条件筛选、细胞分析，甚至是单细胞分析、单分子分析等需要进行微量液体操纵和反应的场合。
一种气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，包括：
用于生成和操纵微液滴的操纵探针；
用于承载微液滴的液滴板，该液滴板的液滴承载面上设有用于形成微液滴的一个或多个液滴区；一个液滴对应一个液滴区，或者一个液滴区对应于若干液滴，可根据实际实验需要确定；
密闭罩盖在液滴板液滴承载面上的防蒸发盖板，该防蒸发盖板正对所述液滴区的位置设有在生成或操纵液滴时用于供操纵探针穿过的通孔结构；
所述防蒸发盖板与液滴板之间形成密闭空间，密闭空间内充注有气体；且保证微液滴生成后，所述防蒸发相与微液滴之间留有隔离间隙；
所述通孔结构内或者通孔结构顶面密封有防蒸发相。
当液滴区为多个时，多个微液滴可以共享一个密闭空间，作为优选，所述防蒸发盖板与液滴板通过间隔板实现密封固定。此方案中，间隔板起到将防蒸发盖板与液滴板分隔的作用，与防蒸发盖板与液滴板共同构成一个整体的密闭空间。
或者，每个液滴区也可相互独立，都有自己的密封空间，作为另一种优选，单个液滴区外围设有间隔板，间隔板顶部和底部分别与防蒸发盖板和液滴板密封连接，相邻两个液滴区通过所述间隔板相互隔离。此技术方案中，间隔板起到间隔作用，对其内部的液滴进行密封，对每个液滴区提供密闭空间。
本发明中，所述的密闭空间含有起到间隔防蒸发相和微液滴作用的气体。该密闭空间是多个微液滴共用的整体空间，或者每个微液滴独自专用的个体空间，或者以上两类气体空间的不同组合。密闭空间的体积范围为1皮升至100升。或者，作为优选，所述密闭空间内充注有特定组成的保护气体。
本发明中，三层结构的相互位置关系是防蒸发盖板、间隔板、液滴板；三层结构之间紧密结合，并保证气体不能从不同层结构的结合部发生渗漏；微液滴位于由防蒸发盖板(包括防蒸发相)、间隔板、液滴板围成的密闭空间内，该密闭空间内充满起到间隔防蒸发相和微液滴作用的气体；操纵探针能够穿过防蒸发相进入密闭空间内，对密闭空间内的微液滴进行操纵。
作为优选，所述液滴区为凹槽结构。采用该技术方案时，可以省去间隔板，直接将防蒸发盖板与液滴板密封固定即可，通过调节凹槽结构的深度保证微液滴与防蒸发相相互分离。
本发明中，微液滴位于液滴板的表面，或者位于液滴板表面的凹槽内，或者位于液滴板上由不同亲疏水性质表面限定的区域内。微液滴在液滴层的位置能够准确定位和寻址。
本发明所述的一种利用气体间隔微液滴与防蒸发相的微流控液滴装置，所述微液滴可以为任何形式、种类的液体，主要根据实际需要确定。这些液体包括样品液、或反应液、或缓冲液、或稀释液、或其他功能性溶液中的一种或多种、或水相液体，或油相液体。微液滴的体积范围是1阿升至1毫升。
所述防蒸发相为任何形式、种类的能够避免或减小来自微液滴的气体蒸发的液体。具体种类根据实际需要确定。防蒸发相被容纳于防蒸发层中，不与微液滴直接接触。防蒸发相的组成可以是含有机成分或无机成分的油相，如矿物油、二甲基硅油、氟油等，或者是水相，如纯水或者水溶液。作为优选，通常选择均一、稳定、透明、无荧光的浅色液体作为防蒸发相，这样可以避免直接观察时发生误判，也不会出现采用显微镜观察时光路受阻或影响到观测结果。
根据本发明，所述防蒸发盖板、间隔板、液滴板的材料为能有效防止气体透过的固体材料，可为玻璃、石英、硅、金属、高分子聚合物，无机或有机材料，以及经压制的纤维材料等。所述的防蒸发盖板内设有承载防蒸发相的空间(即通孔结构)，密闭空间内设有容纳气体的空间。上述防蒸发盖板和间隔板的厚度可以薄至1微米，厚至20厘米。
防蒸发板承载防蒸发相的空间的水平截面的形状为圆形、椭圆、矩形或其它任意多边形形状。该水平截面的最小处长度范围可以大至1厘米，小至10微米，能够允许探针进出防蒸发相，不受阻碍，且不破坏防蒸发相的密闭性。作为优选，所述通孔结构为设置在防蒸发盖板的相互独立的单孔结构，每个单孔结构与所述液滴区上下对正。本技术方案中，所述的防蒸发盖板内承载防蒸发相的空间的形状为通孔形结构，利用表面张力将防蒸发相承载于通孔内。在防蒸发盖板上加工多个通孔，以进行多个微液滴的操纵。作为另一种优选，所述的防蒸发盖板上承载防蒸发相的通孔结构为网状孔结构或梳形孔结构，利用表面张力将防蒸发相承载于网眼内或梳形结构的缝隙处。
根据本发明，所述的液滴板的厚度可以薄至1微米，厚至20厘米。液滴板表面可以为带小坑的平面(凹槽结构)，坑的截面形状可以为圆形、椭圆、矩形或任意其它多边形形状。还可在液滴层表面进行选择性亲疏水处理。小坑和选择性亲疏水处理方法的使用是为了控制并固定微液滴的位置，以避免不同微液滴之间，及微液滴与防蒸发相之间的接触，产生交叉污染。所述的微液滴位于液滴板的表面，或者位于液滴板表面的小坑内，或者位于液滴板上由不同亲疏水性质表面限定的区域内。微液滴在液滴板的位置能够准确定位和寻址。微液滴的体积范围是1阿升至1000微升。
作为优选，用于生成和操纵微液滴的操纵探针为具有通道的毛细管状结构，或者为固体针状结构，或者表面具有特定功能的、或固定有功能材料的探针状结构；一个系统中操纵探针的数目可不止一个；操纵探针的材质为无机材料、或有机材料、或高分子聚合物材料、或无机有机复合材料。
当然，所述根据防蒸发盖板表面性质不同，或者防蒸发相的性质不同，防蒸发相也可支撑于防蒸发盖板顶面，即防蒸发相罩盖在通孔结构顶面。根据本发明，通过对上述防蒸发层的材质的选择或者对其表面进行选择性亲疏水性处理，可以更可靠地承载或固定防蒸发相。
根据本发明，所述的间隔板的功能是提供起到间隔微液滴和防蒸发相功能的气体的容纳空间。由防蒸发盖板(包括防蒸发相)、间隔板、液滴板围成的密闭空间。该密闭空间内充满起到间隔防蒸发相和微液滴作用的气体。所述的防蒸发盖板、间隔板、液滴板相互之间的连接处必须紧密贴合，或采用胶黏剂等进行密封，以避免气体出现渗漏。
根据本发明，当液滴板以凹槽结构承载微液滴时，可不采用间隔板，直接将防蒸发盖板(包括防蒸发相)与液滴板结合，围成密闭空间。
本发明还提供了一种利用上述任一技术方案所述气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置进行微流控操作的方法，包括：利用操纵探针携带构成微液滴的液体，穿过防蒸发相进入密闭空间内，在液滴板表面的液滴区内，形成微液滴。或者利用操纵探针穿过防蒸发相进入密闭空间内，向已经形成的微液滴中加入液体，或者由微液滴中取出液体。
作为一个优选方案，所述进行微流控操作的方法包括：
(a)利用防蒸发盖板(包括防蒸发相)、间隔板、液滴板围成密闭空间，密闭空间内充满起到间隔防蒸发相和微液滴作用的气体或者保护气体；
(b)以操纵探针携带构成微液滴的液体，穿过防蒸发相进入密闭空间内，在液滴板表面，或液滴板的凹槽内，或液滴层表面亲疏水限定区域内，形成微液滴；
(c)以操纵探针携带其他功能性液体，穿过防蒸发相进入密闭空间内，将该功能性液体定时、定量地加入微液滴中；顺序进行上述操作，将多种其他功能性液体加入微液滴中；其他功能性液体的种类包括样品液、或反应液、或缓冲液、或稀释液、或细胞悬液、或培养液、或刺激液、或诱导液、或破膜剂、或沉淀剂、或变性剂、或酶试剂、或免疫试剂、或其他功能性溶液中的一种或多种；
(d)对该微流控液滴装置进入加热处理，或致冷处理，或孵育(温育)处理，以完成微液滴内的反应或细胞培养或其他操作；利用该微流控液滴装置的密闭性，保证微液滴体积在上述过程中没有减少或没有明显减少；
(e)以操纵探针，穿过防蒸发相进入密闭空间内，与微液滴接触，将微液滴内的部分液体或全部液体取出到微流控液滴装置之外，进行后续的检测、分析、或其他操作；
(f)上述操作可根据具体需要，进行灵活组合，或改变操作顺序。
作为优选，利用操纵探针穿过防蒸发相进入密闭空间内与微液滴接触，除上述液滴生成、加液和取液操作外，还可进行液滴的迁移、融合、分裂等操作；利用多个操纵探针构成探针阵列，对多个微液滴构成的微液滴阵列进行平行操作。
作为优选，对于操纵探针和防蒸发盖板、间隔板、液滴板三者的结合体，将二者之一，固定于平移台上，或者二者分别同时固定于不同平移台上，实现对微液滴操纵的精确定位；在以上操作中，采用自动平移台实现对微液滴的精确定位与操纵的自动化。
作为优选，采用透明材料加工防蒸发盖板、或间隔板、或液滴板，使得在整个操纵和处理过程中，可对微液滴进行成像观察、或定位、或在线实时检测。
根据本发明，在密闭空间内，微液滴附近添加与微液滴溶剂组成相同的液体，但不与微液滴接触，利用其在密闭空间内的挥发，进一步抑制微液滴溶剂在密闭空间内的蒸发。
根据本发明，在密闭空间内，微液滴旁添加后续需加入微液滴的各种试剂，但不与微液滴接触，不仅可利用其在密闭空间内的挥发，进一步抑制微液滴溶剂在密闭空间内的蒸发；还使得操纵探针不需穿过防蒸发相离开密闭空间，即可向微液滴内加入各种试剂，防止操纵探针在穿过防蒸发相时表面被防蒸发相污染或干扰其正常操作。
根据本发明，在微液滴在短时间内无明显蒸发的条件下，或者有特殊需要时，在防蒸发层中可不使用防蒸发相，操纵探针可直接穿过防蒸发层进入密闭空间内操纵微液滴，以防止防蒸发相对操纵探针的污染或操作的干扰。
根据本发明，因液体的防蒸发相有一定的透气性能，在一段时间内不需要利用操纵探针穿过防蒸发相进入密闭空间内操纵微液滴时，或者有其他特殊需要时，利用固体材料将防蒸发盖板完全密闭，即由防蒸发盖板(包括防蒸发相)、间隔板、液滴板围成的密闭空间实现完全密闭，彻底消除微液滴的蒸发。
根据本发明，通过改变防蒸发盖板、间隔板、液滴板的材料或者防蒸发相的种类，可以调控微液滴内溶剂的蒸发速度，进行如蛋白质结晶实验；或者使得装置具有一定透气性，可用于细胞培养相关实验，如细胞二维、三维培养，基于细胞的药物筛选、细胞相互作用等。
根据本发明，所述的密闭空间内充满起到间隔防蒸发相和微液滴作用的气体的种类有空气、或二氧化碳、或氮气、或惰性气体、或其他气体，或者一种以上气体的组合。作为优选，采用氮气或其他惰性气体有利于防止液滴内的组分发生化学变化。
根据本发明，采用具有挥发性的液体作为防蒸发相，如水或水溶液。在操作过程中，需定时添加新的防蒸发相，以补充防蒸发相本身因蒸发产生的损失。作为优选，选择较厚的防蒸发层厚度、或较大的承载防蒸发相的空间体积，可可储存足量的防蒸发相，减少其添加的频率。
本发明的优点主要在于：
(1)采用防蒸发相不直接接触微液滴，在形成的局部密闭空间内利用气体将两者间隔的方法，可完全避免微液滴与防蒸发相、微液滴与微液滴之间的交叉污染问题，同时，又能解决微液滴的防蒸发和间隔问题；
(2)微液滴的体积可以小至1阿升，能够有效降低试样和试剂消耗，实现对超微量试样的处理中，并避免产生交叉污染；
(3)采用液体防蒸发相参与构建包裹微液滴的密闭空间，即可防止微液滴的蒸发，同时又使得操纵探针可穿过防蒸发相对微液滴进行多种操纵，操纵装置结构简单，容易搭建，操纵的灵活性、简便性和可靠性强，易于实现操作的阵列化和自动化；
(4)在解决液滴实验中的交叉污染问题、微液滴蒸发问题的同时，还可以调节装置的透气性，进行液滴内的细胞培养以及后续操作；
(5)广泛的适用性，可应用于超微量体积试样的生化分析、高通量药物筛选、蛋白质结晶条件筛选、细胞分析，甚至是单细胞分析、单囊泡分析、单分子分析等。
附图说明
图1是本发明实施例1的气体间隔式防液滴蒸发的微流控液滴芯片装置，其装置的纵剖面示意图。
图2是实施例1的微流控液滴芯片装置用于防止液滴蒸发的实验结果图。
图3a是实施例2用于研究细胞液滴培养的一种结构的非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。该装置适用于防蒸发相存在于通孔内的情况。
图3b是实施例2用于研究细胞液滴培养的另一种结构的非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。该装置未使用间隔板，防蒸发相存在于防蒸发盖板通孔内，微液滴位于液滴板的凹槽结构内。
图3c是实施例2用于研究细胞液滴培养的第三种结构的非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。该装置中防蒸发相存在于防蒸发盖板表面。
图3d是实施例2用于研究细胞液滴培养的第四种结构的非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。带孔间隔板上的通孔结构为梳形结构。该装置中防蒸发相存在于通孔结构内。
图4a是实施例3能够完成微量蛋白质预处理工作的一种结构的微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。也是图3a、图3d装置应用于单一微液滴操作时使用的装置的剖面示意图。该装置中防蒸发相存在于防蒸发盖板通孔内。
图4b是实施例3能够完成微量蛋白质预处理工作的另一种微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图。也是图3b中一个微液滴单元的局部放大图。该装置未使用间隔板，防蒸发相存在于防蒸发盖板通孔内。
图4c是实施例3能够完成微量蛋白质预处理工作的第三种微流控液滴芯片装置，其为装置的纵剖面示意图；也是图3c的装置应用于单一微液滴操作时使用的装置的剖面示意图。
图4d是图3d的装置中一个微液滴单元的局部侧视图。
图5a是图3a的俯视示意图。
图5b是图3b的俯视示意图。
图5c是图3c的俯视示意图。
图5d是图3d的俯视示意图。
图6为以图4a装置为例的微液滴生成和操作示意图。
图中：1-微液滴，2-防蒸发相，3-防蒸发盖板，4-间隔气体，5-间隔板，6-液滴板，7-操纵探针，8-密闭空间。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
防止液滴蒸发的微流控液滴芯片装置，参见图1，图1为装置纵向剖视图。整个装置呈圆形，置于直径6厘米的透明塑料培养皿中，芯片装置下端底面与培养皿面相贴。用于承载防蒸发相2的带有通孔的防蒸发盖板3由亚克力板经激光雕刻加工而成，亚克力板厚度为4.0毫米，防蒸发盖板3上设有通孔，通孔直径为1.0毫米，防蒸发相承载于该通孔内。
直接用培养皿底面作为承载微液滴1的液滴板6，厚度为1.5毫米。带孔防蒸发盖板3和液滴板6之间有一层圆环形间隔板5，为聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料，厚度为3.0毫米，用来避免液滴1与防蒸发相2接触。带孔防蒸发盖板3和圆环间隔板5之间利用环氧树脂胶将两者接触面紧密黏合，圆环间隔板5与液滴板6——培养皿底面之间可以通过直接贴合达到密封效果。且能够包围所有微液滴1，形成封闭体系。
由防蒸发盖板3、防蒸发相2、间隔板5和液滴板6围成密闭空间8，密闭空间8内充注有间隔气体4，间隔气体4可以选择空气、或二氧化碳、或氮气、或惰性气体、或其他气体，或者一种以上气体的组合等，优选采用氮气或其他惰性气体有利于防止液滴内的组分发生化学变化。
以生成染料微液滴为例，利用移液器，向带孔防蒸发盖板3的每个通孔内，都加入矿物油作为防蒸发相2。再利用毛细管探针作为操纵探针7，穿过通孔内的矿物油防蒸发相2，在液滴板6——培养皿底面上形成300纳升的染料微液滴1，依次生成不同的液滴，形成液滴阵列。放置1天、2天、3天，利用显微镜对液滴尺寸进行观察，研究芯片内液滴阵列的蒸发情况。
图2为放置不同天数后染料微液滴阵列蒸发情况的研究结果。表明利用矿物油作为防蒸发相2，微液滴1几乎没有蒸发。不同防蒸发相2的防蒸发效果也不一致，可以利用该装置研究不同防蒸发相2下，微液滴1的蒸发情况。
实施例2
常规细胞培养是在培养瓶或培养皿中进行，细胞在容器中按各自的生存特点生长，贴壁细胞在表面上单层附着生长，悬浮细胞在培养基中呈悬浮状态生长。常规的液滴内细胞培养，则是将含有细胞及其培养液的液滴包裹在油相中进行培养。而利用本发明，可以使细胞及其培养液不接触防蒸发相，进行液滴内细胞培养，以避免防蒸发相可能对细胞培养产生的干扰和不利影响。
研究细胞液滴培养的非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置，参见图3a、3b、3c和3d，图3a、3b、3c和3d均为装置的纵向剖视图。图4a、4b、4c和4d分别为对应于上述4个装置的局部放大图或者单元操作装置纵向剖视图，图5a、5b、5c和5d分别为图3a、3b、3c和3d对应的装置的俯视图。图3d装置的纵向剖视图表明，带孔防蒸发盖板3上的通孔或通孔阵列除了小圆/方孔外，还可以是矩形长条带及其形成的梳形阵列，同时可参见图5d。整个非接触式防蒸发微流控液滴芯片装置呈圆形，置于直径6厘米的透明塑料培养皿中。用于承载防蒸发相2的带孔防蒸发盖板3由PDMS板经手动打孔加工而成，PDMS板厚度为3.0毫米，通孔直径为1.0毫米。用于承载微液滴1的液滴板6是PDMS材料，厚度为3.0毫米。带孔防蒸发盖板3和液滴板6之间有一层圆环形间隔板5，也是PDMS材料，厚度为3.0毫米，用来避免微液滴1与防蒸发相2接触，且能包围所有微液滴1，形成封闭体系。而带孔防蒸发盖板3上方，还可添加一个包围防蒸发相2、防止其溢出的支撑组件，同样是利用PDMS材料加工得到。支撑组件、带孔防蒸发盖板3、间隔板5以及液滴板6，都先经过氧等离子体处理表面之后，完成了各平面的依次紧密贴合。
分别使用了油相液体和水相液体作为防蒸发相2，进行细胞微液滴1的培养；油相液体对应图3a(图3b和图3d亦可)，水相液体对应图3c。
选用油相液体氟化液FC-40作为防蒸发相2时，即利用图3a装置进行实验。利用移液器，向带孔防蒸发盖板3的每个通孔内，都加入FC-40作为防蒸发相2。再借助毛细管操纵探针7，穿过通孔内的防蒸发相2，在液滴板6的平面上形成300纳升细胞微液滴1，依次形成细胞液滴阵列。然后盖上培养皿，将整个装置放入细胞培养箱中，为防止防蒸发相2蒸发过快而造成细胞微液滴1蒸发，在芯片装置外围加入少量水，作为额外的防液滴蒸发措施。放置24小时后，借助毛细管操纵探针7，向细胞液滴1内加入配制好的细胞活/死(live/dead)染色试剂300纳升。放入培养箱染色半小时后，将整个装置移到荧光显微镜下观察液滴内细胞染色情况，通过对活细胞、死细胞分别计数，得到液滴内的细胞存活率。
研究结果显示，24小时后，FC-40防蒸发相2全部蒸发，但是细胞微液滴1由于额外措施，蒸发情况并不明显，同时细胞存活率达到50％以上。这表明在防蒸发相2完全蒸发前，至少有半数以上的细胞仍存活。
以水作为防蒸发相2时，即利用图3c装置进行实验，这是由于水的特性，它并不会稳定存在于PDMS通孔内，而是在PDMS表面上。利用移液器，向带孔防蒸发盖板3表面注入水作为防蒸发相2，水层覆盖所有的通孔。再借助毛细管操纵探针7，轻轻穿过通孔内的水(防止将水戳进通孔而掉落)，在液滴板6的平面上形成300纳升细胞微液滴1，依次形成细胞液滴阵列。然后盖上培养皿，将整个装置放入细胞培养箱中。放置24小时后，借助毛细管操纵探针7，向细胞微液滴1内加入配制好的细胞活/死(live/dead)染色试剂300纳升。放入培养箱染色半小时后，将整个装置移到荧光显微镜下观察液滴内细胞染色情况，通过对活细胞、死细胞分别计数，得到液滴内的细胞存活率。
研究结果显示，24小时后，水层防蒸发相2并没有完全蒸发，下方的细胞微液滴1的蒸发情况并不明显，细胞存活率也可达到60％以上。
不同细胞的存活能力不一致，所以可以利用该装置研究不同细胞微液滴1内细胞的存活状态，得到不同细胞的存活能力。不同防蒸发相2的透气性、生物兼容性也不一致，所以还可利用该装置通过观测不同防蒸发相2下液滴1内细胞的存活率，得到不同防蒸发相2的透气性或生物兼容性。
实施例3
能够完成微量蛋白质试样预处理的微流控液滴芯片装置，参见图4a、4b或者4c，这是针对一个试样的预处理装置。多样品、高通量的预处理可以通过将上述独立装置集成，即得到图3a、3b或者3d。
实验中所用的装置如图4a。整个装置呈圆形，用于承载防蒸发相2的带孔防蒸发盖板3由PDMS块经手动打孔加工而成，PDMS层厚度为3.0毫米，通孔直径为1.3毫米。用于承载微液滴1的液滴板6是玻璃材料，厚度为3.0毫米。带孔防蒸发盖板3和液滴板6之间有一层圆环形间隔板5，也是玻璃材料，厚度为2.0毫米，通孔直径为1.5毫米，能够避免微液滴1与防蒸发相2接触，防止防蒸发相2与微液滴1之间的交叉污染造成液滴内试样组分的损失。带孔防蒸发盖板3、间隔板5以及液滴板6各平面依次紧密贴合或黏合。
结合图6，利用移液器，向带孔防蒸发盖板3的每个通孔内，都加入矿物油作为防蒸发相2。再借助毛细管操纵探针7，穿过通孔内的矿物油防蒸发相2，在液滴板6的平面上形成100纳升蛋白质试样微液滴1。然后按反应要求，利用毛细管操纵探针7，先后向微液滴1中加入蛋白质变性剂、还原剂、烷基化试剂、酶解试剂和终止酶解试剂。
实验还可利用图3a、3b或者3d装置，同时进行不同试样液滴1的蛋白质预处理操作。

Claims (10)

1.一种气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，包括：
用于生成和操纵微液滴(1)的操纵探针(7)；
用于承载微液滴(1)的液滴板(6)，该液滴板(6)的液滴承载面上设有用于形成微液滴的一个或多个液滴区；
密闭罩盖在液滴板(6)液滴承载面上的防蒸发盖板(3)，该防蒸发盖板(3)正对所述液滴区的位置设有在生成或操纵液滴时用于供操纵探针(7)穿过的通孔结构；
所述防蒸发盖板(3)与液滴板(6)之间形成密闭空间，密闭空间内充注有气体；且保证微液滴生成后，所述防蒸发相(2)与微液滴(1)之间留有隔离间隙；
所述通孔结构内或者通孔结构顶面密封有防蒸发相(2)。
2.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述防蒸发盖板(3)与液滴板(6)通过间隔板(5)实现密封固定。
3.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述液滴区为凹槽结构。
4.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述通孔结构为设置在防蒸发盖板(3)的相互独立的单孔结构，每个单孔结构与所述液滴区上下对正；或者所述通孔结构为条形孔结构，或者梳形孔结构。
5.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述密闭空间内充注有空气、二氧化碳、氮气、惰性气体中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，单个液滴区外围设有间隔板(5)，间隔板(5)顶部和底部分别与防蒸发盖板(3)和液滴板(6)密闭连接，相邻两个液滴区通过所述间隔板(5)相互隔离。
7.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述微液滴的体积为1阿升至1毫升。
8.根据权利要求1所述的气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置，其特征在于，所述防蒸发相(2)为矿物油、二甲基硅油、氟油、水或者水溶液。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置进行微流控操作的方法，其特征在于，包括：利用操纵探针携带构成微液滴的液体，穿过防蒸发相进入密闭空间内，在液滴板(6)表面的液滴区内，形成微液滴；或者利用操纵探针穿过防蒸发相进入密闭空间内，向已经形成的微液滴中加入液体，或者由微液滴中取出液体。
10.根据权利要求9所述的进行微流控操作的方法，其特征在于，在密闭空间内，在微液滴附近添加与微液滴溶剂组成相同的液体。
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