一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，包括：多孔板；微流控液滴陣列芯片；取液探針，該取樣探針上具有支持部分、以及位于支持部分底端的取液端；所述取液端表面對(duì)被取液體具有親和性，所述支持部分外表面對(duì)被取液體不具備親和性；切換機(jī)構(gòu)，依次實(shí)現(xiàn)取液探針對(duì)被取液體的取樣操作以及將所取被取液體置于微流控液滴陣列芯片內(nèi)的放樣操作。本發(fā)明還公開了一種基于液體殘留的超微量液滴操控方法。本發(fā)明具有皮升以下，甚至低至飛升到阿升級(jí)的體積精度，有效降低了化學(xué)和生物反應(yīng)和分析中的樣品和試劑消耗，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本；無需采用注射泵、蠕動(dòng)泵等驅(qū)動(dòng)部件和毛細(xì)管等管路，系統(tǒng)操作簡單、可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)陣列化和自動(dòng)化。
【專利說明】一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分析化學(xué)中的微流控液滴分析領(lǐng)域，具體是涉及一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微量的液體操控方法和裝置在當(dāng)前分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展中起著越來越重要的作用。一方面，液體操控體積的降低減少了對(duì)珍稀樣品的需求量，顯著降低了實(shí)驗(yàn)難度和成本。另一方面，微體系的體積效應(yīng)避免了對(duì)超微量樣品的過度稀釋，從而實(shí)現(xiàn)了常規(guī)大體積體系難以完成的化學(xué)分析任務(wù)，如單細(xì)胞和單分子分析。微流控芯片技術(shù)通過微機(jī)電加工技術(shù)，在玻璃或者塑料等基片上加工網(wǎng)絡(luò)化的微米級(jí)通道，并結(jié)合壓力、電、磁、光、聲、熱等驅(qū)動(dòng)和控制方法對(duì)通道內(nèi)的超微量液體進(jìn)行操控，從而完成微量生化反應(yīng)與分析。微流控技術(shù)已經(jīng)成為微量液體操控的平臺(tái)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化學(xué)和生物分析、化學(xué)合成、藥物篩選、醫(yī)學(xué)診斷、組學(xué)研宄等領(lǐng)域。
[0003]基于液滴的微流控技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一種新型微量液體操控和生化分析技術(shù)。液滴微流控技術(shù)通過對(duì)微通道或微結(jié)構(gòu)中不互溶的兩相液體的操控，實(shí)現(xiàn)皮升至納升級(jí)油包水型(或水包油型)液滴反應(yīng)器的定量生成、混合、分裂、篩選等，從而可在超微量體積上完成常規(guī)化學(xué)和生物反應(yīng)所需的液體操控操作。與連續(xù)流(單相)微流控技術(shù)相比，液滴微流控技術(shù)消除了微反應(yīng)器中反應(yīng)物或產(chǎn)物的稀釋與擴(kuò)散，且顯著提高了反應(yīng)器中傳質(zhì)和傳熱速度。同時(shí)，生物兼容的油水界面也為超微量生化反應(yīng)提供了溫和均一的微環(huán)境，有效提尚了其反應(yīng)效率。
[0004]目前，多數(shù)的液滴系統(tǒng)均采用具有T型或者十字聚焦型通道的微芯片進(jìn)行液滴的形成和操控。一般通過調(diào)節(jié)通道的尺寸和兩相流速來調(diào)節(jié)液滴的大小和生成頻率(ThorsenT, Roberts R ff, Arnold F H, Quake S R.，Phys.Rev.Lett.，2001，86:4163 ?4166 ；Anna SL, Bontoux N, Stone H A.，Appl.Phys.Lett.，2003，82:364 ?366)。為了向液滴內(nèi)注入樣品或者試劑溶液進(jìn)行生化反應(yīng)測定，主要采用兩類方法:一種是采用T型通道將連續(xù)試樣注入到不同的液滴中(Zheng B, Ismagilov R F., Angew.Chem.1nt.Ed., 2005, 44:2520 ~2523);另一種是采用流體壓力或電動(dòng)的方法將兩個(gè)或者多個(gè)含有不同組分的液滴進(jìn)行融合(Niu X，Gulati S，Edel J B, deMello A J.，Lab Chip, 2008，8:1837 ?1841;Mazutis L, Araghi A F，Miller O J, Baret J C，F(xiàn)renz L, Janoshazi A, Taly V, Miller BJ, Hutchison J B, Link D, Griffiths A D, Ryckelynck M.，Anal.Chem.，2009，81:4813 ?4821)。這類基于微通道網(wǎng)絡(luò)的液滴操控技術(shù)具有液滴生成和操控速度快，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合需要進(jìn)行大規(guī)模液滴操控的應(yīng)用場合。然而，這類液滴技術(shù)也存在一些明顯的局限性。首先，這類方法難以快速生成不同化學(xué)組成和濃度的液滴，限制了其在以多樣品為主要特征的高通量藥物篩選等方面的應(yīng)用。其次，為了實(shí)現(xiàn)試樣加入和液滴融合所采用的壓力或電動(dòng)方法，均需要對(duì)液滴和油相的組成、液滴的流速、位置進(jìn)行精確控制，操作難度大，其所需芯片的成本也較高。此外，由于液滴存儲(chǔ)于封閉的芯片通道中，難以直接從液滴中取樣進(jìn)行下一步的分析測定。
[0005]最近， 申請(qǐng)人:所在的研宄組發(fā)展了一種基于平面二維液滴陣列的液滴操控方法(方群，?，?，張?jiān)葡?，一種具有皮升級(jí)精度的自動(dòng)化微液滴陣列篩選系統(tǒng)的使用方法，申請(qǐng)?zhí)?201210589055 ;?，?，方群，張?jiān)葡?，朱麗娜，一種半接觸式的油下液滴連續(xù)點(diǎn)樣和加液方法，申請(qǐng)?zhí)?201410161574 ;Zhu Y.，Zhang Y.X., Cai L.F., Fang Q., Anal.Chem.，2013, 85:6723?6731)。區(qū)別于在封閉通道中生成和操控液滴的方法，該方法在覆蓋有一定厚度油相的平面芯片上進(jìn)行液滴的操控。該方法采用基于注射泵、蠕動(dòng)泵或者其他基于壓力驅(qū)動(dòng)的雙向液體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行液體的定量抽取，在拉尖的毛細(xì)管通道中生成液滴，并結(jié)合高精度三維平移臺(tái)將毛細(xì)管中的液滴滴加至平面芯片上。由于覆蓋有一層油相的液滴儲(chǔ)存芯片是一種開放式的液滴系統(tǒng)，試樣的加入和取樣可直接通過將毛細(xì)管插入液滴的方法實(shí)現(xiàn)。因此，基于二維液滴陣列的液滴操控系統(tǒng)解決了常規(guī)液滴系統(tǒng)難以生成大量不同化學(xué)組成液滴、加液復(fù)雜、成本高、難以取樣的特點(diǎn)，在高通量化學(xué)與生物分析和篩選、單細(xì)胞分析、醫(yī)學(xué)診斷等方面具有重大的應(yīng)用潛力。然而，由于采用基于注射泵、蠕動(dòng)泵等壓力驅(qū)動(dòng)技術(shù)的液體量取方法，受到機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度和毛細(xì)管通道內(nèi)界面張力的影響，其系統(tǒng)的液體操控體積通常在數(shù)十皮升至納升級(jí)，難以精確操控低于皮升的超微量液體體積。尤其是針對(duì)多樣品的可在低于皮升級(jí)的水平進(jìn)行超微量液體操控的系統(tǒng)，目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可具有皮升(10_12升)以下，甚至低至飛升到阿升級(jí)(10_15到10_18升)液體操控精度的基于液體殘留的超微量液滴操控裝置該裝置采用表面對(duì)被取液體具有親和作用的實(shí)心取液探針，利用其在脫離被取液體時(shí)在取液端表面殘留少量液體的現(xiàn)象，在微流控液滴系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)超微量的液滴生成、取液、混合和轉(zhuǎn)移等復(fù)雜化液體操控。
[0007]本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于液體殘留的超微量液滴操控方法，該方法適用于超微量的化學(xué)和生物分析、高通量藥物篩選、蛋白質(zhì)結(jié)晶條件篩選、單細(xì)胞分析、單分子分析等需要超微量液體操控的場合中。
[0008]一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，包括:
[0009]多孔板，該多孔板上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用于盛放被取液體的孔槽；
[0010]微流控液滴陣列芯片，該微流控液滴陣列芯片上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用于承載液滴的微結(jié)構(gòu)；
[0011]取液探針，該取樣探針上具有支持部分、以及位于支持部分底端的取液端；所述取液端表面對(duì)被取液體的親和性大于等于所述支持部分外表面對(duì)被取液體的親和性；
[0012]切換機(jī)構(gòu)，依次實(shí)現(xiàn)取液探針對(duì)被取液體的取樣操作以及將所取被取液體置于微流控液滴陣列芯片內(nèi)的放樣操作。所述切換機(jī)構(gòu)可采用三維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)。
[0013]所述的取液探針為采用玻璃、石英、金屬或者高分子聚合物材料加工，所述取液探針的外形為實(shí)心針形或?qū)嵭闹巍Ｋ鋈∫禾结樂譃槿∫憾撕椭С植糠謨刹糠?。所述取液端的表面?duì)被取液體具有親和性，或者取液端的表面被處理成對(duì)所取液體具有親和性的表面，所述的支持部分的表面對(duì)被取液體不具有親和性?；蛘咧С植糠值谋砻姹惶幚沓蓪?duì)所取液體不具有親和性的表面。
[0014]所述取液探針的橫截面的形狀為圓形，或橢圓形，或三角形，或四邊形，或其他多邊形。所述取液探針的橫截面的面積范圍是100平方納米至1000平方毫米。所述取液探針的長度范圍是I微米至10厘米；采用多個(gè)取液探針構(gòu)成一維取液探針陣列，或者二維取液探針陣列，可完成多樣品操控。
[0015]所述取液端表面的面積為100平方納米至1000平方毫米。根據(jù)所取液體的性質(zhì)，選擇合適的材料加工取液探針，分別選擇所述取液探針上合適的區(qū)域作為取液探針的取樣端和支持部分；如所述取液探針的取液端和支持部分的表面對(duì)被取液體的親和性不能達(dá)到要求，則采用物理的研磨或拋光或光照方法，或者采用化學(xué)的腐蝕或表面吸附或表面接枝方法，分別對(duì)取液探針的取液端和支持部分的表面進(jìn)行處理，使得取液端的表面對(duì)被取液體具有親和性，支持部分的表面對(duì)被取液體不具有親和性。
[0016]所述微流控液滴陣列芯片為采用玻璃、石英、金屬或者高分子聚合物材料加工，所述微流控液滴陣列芯片上加工有承載液滴的微結(jié)構(gòu)。所述微流控液滴陣列芯片上加工的微結(jié)構(gòu)的形狀為凹形，或者凸形，或者平面形結(jié)構(gòu)，作為優(yōu)選，所述微結(jié)構(gòu)為設(shè)置在微流控液滴陣列芯片內(nèi)的凹槽結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、柱狀凸起結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)中承載液滴的體積范圍是I阿升至I _升。
[0017]根據(jù)所操控液體的性質(zhì)，利用物理或者化學(xué)方法，對(duì)所述微結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，使表面對(duì)操控液體具有親和性。作為優(yōu)選，所述微結(jié)構(gòu)表面對(duì)被取液體具有親和性。
[0018]作為優(yōu)選，所述取液端為平面結(jié)構(gòu)或者錐形結(jié)構(gòu)。采用該技術(shù)方案，可根據(jù)需要取液量，對(duì)取液端浸入被取液體中的深度進(jìn)行調(diào)整。
[0019]所述多孔板可采用商品化的96孔板，或384孔板，或1536孔板，或其他類型孔板，用于裝載和儲(chǔ)存被取液體。一種基于液體殘留的超微量液滴操控方法，包括:
[0020](I)移動(dòng)取液探針或者多孔板，使所述取液探針插入多孔板孔槽內(nèi)的被取液體中，使取液探針取液端的部分表面或者全部表面浸沒到所述被取液體中，蘸取多孔板內(nèi)的被取液體；取液探針支持部分的表面可不浸入或部分浸入被取液體中；
[0021](2)移動(dòng)取液探針或者多孔板，使取液探針的取液端脫離多孔板內(nèi)的被取液體，取液端上表面形成被取液體液滴；該步驟中，少量被取液體殘留在取液探針的取液端表面形成液滴，完成取液操作；這一操作也可稱為蘸取液體的操作；在所述取液探針浸入被取液體的過程中，取液探針支持部分的表面不殘留被取液體，或其殘留的被取液體量相對(duì)取液端殘留的液體量極小，可被忽略；
[0022](3)移動(dòng)取液探針或者微流控液滴陣列芯片，使取液探針的取液端表面的被取液體液滴與微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)接觸，部分被取液體轉(zhuǎn)移到在微流控液滴陣列芯片上微結(jié)構(gòu)內(nèi)；所述微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)頂面覆蓋有與被取液體不互溶的油相；
[0023](4)移動(dòng)取液探針或者微流控液滴陣列芯片，使取液探針的取液端脫離微流控液滴陣列芯片，在微流控液滴陣列芯片的微結(jié)構(gòu)內(nèi)形成被取液體的液滴，完成在所述微流控液滴陣列芯片上生成液滴的操作。
[0024]在進(jìn)行步驟(I)前，可根據(jù)被取液體的性質(zhì)，預(yù)先分別對(duì)取液探針的取液端和支持部分的表面進(jìn)行選擇或者處理，使得所述取液端的表面對(duì)被取液體具有親和性，所述支持部分的表面對(duì)被取液體不具有親和性。然后在多孔板的孔槽內(nèi)加入多種被取液體，被取液體的種類為化學(xué)和生物反應(yīng)、分析和篩選中所需要的樣品或者試劑。
[0025]為實(shí)現(xiàn)兩種液滴的混合操作，作為優(yōu)選，所述微結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)先承載有與被取液體不同的液滴。采用步驟(I)的操作，將取液探針插入多孔板容器內(nèi)的其他被取液體中，使取液探針取液端的部分表面或者全部表面浸沒到所述被取液體中，利用所述取液探針的取液端表面蘸取該容器內(nèi)的液體；然后根據(jù)步驟(3)，移動(dòng)取液探針或者微流控液滴陣列芯片，使取液探針的取液端表面的被取液體液滴與微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)上預(yù)先承載的液滴接觸，所述兩個(gè)液滴相互混合(融合)形成新的液滴，完成液滴加液操作或者兩液滴混合(融合)操作；所述微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)上預(yù)先承載的液滴可采用本發(fā)明上述的操作所形成的，或者采用其他方法在微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)上所預(yù)先形成的，或者是采用來自另一個(gè)取液探針取液端表面上的液滴代替微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)上預(yù)先承載的液滴進(jìn)行加液操作或者兩液滴混合操作。
[0026]在完成上述操作完成后，移動(dòng)取液探針或者微流控液滴陣列芯片，使取液探針的取液端脫離微流控液滴陣列芯片的微結(jié)構(gòu)上所形成的新的液滴，在取液探針的取液端表面也殘留了所形成的新液滴中的部分液體，完成了從該液滴中的取液操作；完成從液滴中的取液操作還可采用如下的方法，移動(dòng)取液探針或者微流控液滴陣列芯片，將另一個(gè)取液端表面不帶有所親和液體的取液探針或者帶有少量空白親和液體的取液探針，首先插入微流控液滴陣列芯片的微結(jié)構(gòu)上所承載的液滴，然后再脫離該液滴，在所述取液探針的取液端表面殘留了該液滴中的部分液體，完成了從該液滴中的取液操作。
[0027]本發(fā)明利用所述取液探針取液端的部分或者全部表面蘸取多孔板內(nèi)或液滴內(nèi)的被取液體，進(jìn)行取液操作；通過減小與被取液體接觸的取液探針取液端的的表面面積，減小取液量，取液體積范圍是0.1阿升至I暈升。
[0028]本發(fā)明可采用多個(gè)取液探針構(gòu)成取液探針陣列，平行進(jìn)行多種液體的取液、混合和轉(zhuǎn)移操作，完成高通量的化學(xué)和生物反應(yīng)、分析和篩選。作為優(yōu)選，所述取液探針陣列中取液探針的數(shù)目以及探針的位置與商品化的96孔板，或384孔板，或1536孔板，或其他類型孔板相匹配，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有系統(tǒng)的無縫銜接；作為優(yōu)選，在進(jìn)行反應(yīng)、分析和篩選前，將各種需要的被取液體預(yù)先裝載并儲(chǔ)存至所述多孔板中，簡化操作步驟和縮短操作時(shí)間；作為優(yōu)選，所述多孔板上承載有多種被取液體，且多種被取液體濃度或者組成不完全相同。作為優(yōu)選，所述微流控液滴陣列芯片預(yù)先內(nèi)承載有多種液滴，且多種液滴濃度或者組成不完全相同。作為優(yōu)選，采用取液探針陣列一次性蘸取部分或者全部多孔板內(nèi)的不同液體，提高取液操作的通量。
[0029]本發(fā)明在進(jìn)行納升級(jí)體積以下的取液、混合和轉(zhuǎn)移操作時(shí)，取液探針、微流控液滴陣列芯片和多孔板的部分或者全部，分別浸入與被取液體不互溶的油相中，或置于封閉體系，或置于高濕度體系，以防止微量液體的蒸發(fā)。即作為優(yōu)選，所述被取液體置于多孔板中，且被取液體表面覆蓋有與被取液體不互溶的油相。此外，油相的使用有助于降低被取液體在取樣探針支持部分的吸附和殘留，同時(shí)，也有利于降低被取液體在取液探針取液端表面的殘留體積。
[0030]本發(fā)明中，所述的取液探針為一次性取液使用，或者多次性取液使用；當(dāng)取液探針進(jìn)行多次性取液使用時(shí)，在蘸取不同液體之前對(duì)取液探針的取樣端進(jìn)行清洗處理，或者在多次性取液操作所產(chǎn)生的交叉污染可忽略的情況下，直接利用取液探針蘸取多種不同液體，而不需對(duì)取液探針的取樣端進(jìn)行清洗處理。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于:⑴操控液體具有皮升(10_12升)以下，甚至低至飛升到阿升級(jí)(10_15到10 _18升)的體積精度，有效降低了化學(xué)和生物反應(yīng)和分析中的樣品和試劑消耗，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本；(2)無需采用注射泵、蠕動(dòng)泵等驅(qū)動(dòng)部件和毛細(xì)管等管路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，成本顯著降低；(3)系統(tǒng)操作簡單、可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)陣列化和自動(dòng)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是實(shí)施例1的基于液體殘留的超微量液滴操控方法的操控示意圖。
[0033]圖2是實(shí)施例1的基于液體殘留的超微量液滴操控方法的另一種操控示意圖。
[0034]圖3是實(shí)施例1中使用的由不銹鋼大頭針?biāo)庸さ娜犹结樔∫憾说娘@微照片側(cè)視圖(左)和橫截面俯視圖(右)。
[0035]圖4是實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中生成的焚光素納混合液滴的焚光顯微照片。
[0036]圖5是實(shí)施例2的基于液體殘留的超微量液滴操控方法的操控示意圖。
[0037]上述附圖中:
[0038]1、取液探針；2、取液端；3、支持部分；4、被取液體；5、多孔板；6、微流控液滴陣列芯片；7、微結(jié)構(gòu)；8、油相；9、液滴；10、液滴；11、液滴；12、探針陣列。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下面以具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0040]實(shí)施例1
[0041]圖1是實(shí)施例1的基于液體殘留的超微量液滴操控方法的示意圖。
[0042]采用不銹鋼大頭針(直徑600微米)作為取液探針I(yè)，首先用化學(xué)試劑對(duì)清洗干凈的取液探針I(yè)的表面進(jìn)行整體疏水化處理，然后將取液探針I(yè)的尖端在砂紙上打磨，最終得到尖端橫截面(直徑60微米)為親水性、其余表面均為疏水性的取液探針1，其中具有親水性的尖端橫截面作為取液探針I(yè)的取液端2，取液端2的橫截面積半徑約為30微米；具有疏水性的取液探針I(yè)的表面作為取液探針I(yè)的支持部分3(圖3)。將1-3M(mol/L)熒光素鈉溶液作為被取液體4加入商品化的具有384個(gè)孔的多孔板5內(nèi)。加工玻璃基質(zhì)的微流控液滴陣列芯片6，微流控液滴陣列芯片6上加工有淺坑作為微結(jié)構(gòu)7承載液滴，將微流控液滴陣列芯片6放入加入礦物油油相8的培養(yǎng)皿內(nèi)，使油相8浸沒微流控液滴陣列芯片6。將取液探針I(yè)的支持部分3固定于一支架上，將多孔板5和微流控液滴陣列芯片6固定于三維平移臺(tái)上。
[0043]取液操作方法:移動(dòng)平移臺(tái)，使得取液探針I(yè)的取液端2插入多孔板5內(nèi)的被取液體4中(圖1中(2)所示)，然后再移動(dòng)平移臺(tái)使得取液探針I(yè)的取液端2脫離多孔板5內(nèi)的被取液體4，微量的被取液體4殘留于取液探針I(yè)的取液端2的表面，形成被取液體4的液滴9 (圖1中(3)所示)(體積約為10皮升)，完成對(duì)多孔板5內(nèi)被取液體4的蘸取操作。將取液探針I(yè)上所形成的液滴9轉(zhuǎn)移到微流控液滴陣列芯片6上的操作方法是:移動(dòng)平移臺(tái)，使浸入油相8的微流控液滴陣列芯片6上的特定微結(jié)構(gòu)7與取液探針I(yè)上所形成的液滴9相接觸(圖1中(4)和(5)所示)。再移動(dòng)平移臺(tái)，使微流控液滴陣列芯片6與取液探針I(yè)脫離，液滴9中的一部分液體，被一次性地轉(zhuǎn)移到微流控液滴陣列芯片6的微結(jié)構(gòu)7內(nèi)形成新的液滴9，還有部分液滴9殘留在取液探針I(yè)的取液端2(圖1中(6)所示)。上述操作也可認(rèn)為是完成了液滴9的分裂操作。
[0044]圖2是實(shí)施例1的又一種液體操作示意圖。
[0045]采用實(shí)施例1的又一種液體操作方法是，首先在多孔板5內(nèi)的被取液體4的上部加入一層適量的礦物油油相8以防止被取液體4的蒸發(fā)，移動(dòng)平移臺(tái)，使得取液探針I(yè)的取液端2插入多孔板5內(nèi)的被取液體4中(圖2中(2)所示)，然后再移動(dòng)平移臺(tái)使得取液探針I(yè)的取液端2脫離多孔板5內(nèi)的被取液體4，微量的被取液體4殘留于取液探針I(yè)的取液端2的表面，形成被取液體4的液滴9 (圖2中(3)所示)，完成對(duì)多孔板5內(nèi)被取液體4的蘸取操作。下一步將取液探針I(yè)上所形成的熒光素納溶液的液滴9與預(yù)先在微流控液滴陣列芯片6上微結(jié)構(gòu)7內(nèi)形成的體積為10納升的空白溶液的液滴10相混合。其操作方法是:移動(dòng)平移臺(tái)，使浸入油相8的微流控液滴陣列芯片6上的特定微結(jié)構(gòu)7中的液滴10與取液探針I(yè)上所形成的液滴9相接觸(圖2中(4)和(5)所示)，液滴9的液體與液滴10的液體相混合，液滴9與液滴10融合成為一個(gè)新的混合液滴11。再移動(dòng)平移臺(tái)，使微流控液滴陣列芯片6與取液探針I(yè)脫離，液滴11分裂為兩個(gè)液滴，一個(gè)液滴保留在微流控液滴陣列芯片6的微結(jié)構(gòu)7內(nèi)，還有一個(gè)液滴殘留在取液探針I(yè)的取液端2 (圖2(6))。保留在微流控液滴陣列芯片6的微結(jié)構(gòu)7內(nèi)的液滴11的顯微熒光照片如圖4所示。
[0046]圖3是實(shí)施例1中使用的由不銹鋼大頭針?biāo)庸さ娜犹结樔∫憾说娘@微照片側(cè)視圖(左)和橫截面俯視圖(右)。
[0047]圖4是實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中生成的熒光素納混合液滴的熒光顯微照片。
[0048]實(shí)施例2
[0049]圖5是實(shí)施例2的基于液體殘留的超微量液滴操控方法的示意圖。
[0050]采用ABS塑料加工圓柱形長棒(直徑1.8毫米，長度40毫米)作為取液探針1，不需對(duì)取液探針I(yè)的表面進(jìn)行表面處理，使用前僅對(duì)其進(jìn)行簡單的清洗。利用取液探針I(yè)的圓柱體頂端的圓形橫截面作為取液探針I(yè)的取液端2，取液探針I(yè)的其他部分作為取液探針I(yè)的支持部分3。將六個(gè)取液探針I(yè)的另一端或者其支持部分3固定在一塊托板上構(gòu)成一個(gè)一維的取樣探針陣列12，為與商品化384孔板匹配，相鄰的取液探針I(yè)之間的間距為4.5毫米(圖5)。將1-3M熒光素鈉溶液作為被取液體4加入商品化具有384個(gè)孔的多孔板5的六個(gè)孔內(nèi)。加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)基質(zhì)的微流控液滴陣列芯片6，微流控液滴陣列芯片6上加工有凸起的圓柱形(直徑2毫米，高度0.1毫米)作為微結(jié)構(gòu)7承載液滴，將微流控液滴陣列芯片6放入加入礦物油油相8的培養(yǎng)皿內(nèi)，使油相8浸沒微流控液滴陣列芯片6。將取樣探針陣列12通過其托板固定于一支架上，將多孔板5和微流控液滴陣列芯片6固定于三維平移臺(tái)上。
[0051]液體操縱方法:移動(dòng)平移臺(tái)，使得各個(gè)取液探針I(yè)的取液端2分別插入多孔板5內(nèi)的對(duì)應(yīng)的被取液體4中(圖5 (I))，然后再移動(dòng)平移臺(tái)使得各個(gè)取液探針I(yè)的取液端2分別脫離多孔板5內(nèi)的對(duì)應(yīng)的被取液體4，微量的被取液體4分別殘留于各個(gè)取液探針I(yè)的取液端2的表面，形成多個(gè)被取液體4的液滴9 (圖5中(2)所示)(體積約為800納升)，完成對(duì)多孔板5內(nèi)各個(gè)被取液體4的蘸取操作。下一步將取液探針I(yè)上所形成的液滴9與預(yù)先在微流控液滴陣列芯片6上微結(jié)構(gòu)7內(nèi)形成的體積為800納升的另一溶液的液滴10分別一一對(duì)應(yīng)混合。其操作方法是:移動(dòng)平移臺(tái)，使浸入油相8的微流控液滴陣列芯片6上的特定微結(jié)構(gòu)7上的各個(gè)液滴10與取液探針I(yè)上所形成的各個(gè)液滴9 一一對(duì)應(yīng)相接觸(圖5中(3)所示)，液滴9的液體與液滴10的液體相混合，液滴9與液滴10融合成為一個(gè)新的混合液滴11 (圖5中(4)所示)。再移動(dòng)平移臺(tái)，使微流控液滴陣列芯片6與各個(gè)取液探針I(yè)脫離，每個(gè)液滴11分裂為兩個(gè)液滴，一個(gè)液滴保留在微流控液滴陣列芯片6和微結(jié)構(gòu)7內(nèi)，還有一個(gè)液滴殘留在取液探針I(yè)的取液端2 (圖5中(5)所示)。
[0052]構(gòu)成六個(gè)液滴9的溶液的組成可以是相同的，以進(jìn)行同一樣品或試劑的反應(yīng)，分析和篩選；它們的組成也可以是不同的，以進(jìn)行多種不同的樣品或者試劑的反應(yīng)，分析和篩選。同樣地，構(gòu)成微流控液滴陣列芯片6六個(gè)液滴10的溶液的組成也可以是相同的，以進(jìn)行同一樣品或試劑的反應(yīng)，分析和篩選；它們的組成也可以是不同的，以進(jìn)行多種不同的樣品或者試劑的反應(yīng)，分析和篩選。
【權(quán)利要求】
1.一種基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，其特征在于，包括: 多孔板，該多孔板上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用于盛放被取液體的孔槽； 微流控液滴陣列芯片，該微流控液滴陣列芯片上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用于承載液滴的微結(jié)構(gòu)； 取液探針，該取樣探針上具有支持部分、以及位于支持部分底端的取液端；所述取液端表面對(duì)被取液體的親和性大于等于所述支持部分外表面對(duì)被取液體的親和性； 切換機(jī)構(gòu)，依次實(shí)現(xiàn)取液探針對(duì)被取液體的取樣操作以及將所取被取液體置于微流控液滴陣列芯片內(nèi)的放樣操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，其特征在于，所述取液端表面的面積為100平方納米至1000平方毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)為設(shè)置在微流控液滴陣列芯片內(nèi)的凹槽結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、柱狀凸起結(jié)構(gòu)；所述微結(jié)構(gòu)中承載液滴的體積范圍是1阿升至1毫升。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)表面對(duì)被取液體具有親和性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體殘留的超微量液滴操控裝置，其特征在于，所述取液端為平面結(jié)構(gòu)、或者柱形結(jié)構(gòu)、或者錐形結(jié)構(gòu)。
6.一種利用權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的裝置進(jìn)行超微量液滴操控方法，其特征在于，包括: (1)使取液探針取液端的部分表面或者全部表面浸沒到多孔板內(nèi)的被取液體中，蘸取多孔板內(nèi)的被取液體，被取液體粘附于取液探針取液端； (2)使取液探針的取液端脫離多孔板內(nèi)的被取液體，取液端上表面形成被取液體液滴； (3)使取液探針的取液端表面的被取液體液滴與微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)接觸，或者當(dāng)微結(jié)構(gòu)上預(yù)先承載有液滴時(shí)，與該液滴接觸，部分被取液體轉(zhuǎn)移到在微流控液滴陣列芯片上微結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者與微結(jié)構(gòu)上預(yù)先承載的液滴混合；所述微流控液滴陣列芯片上的微結(jié)構(gòu)頂面覆蓋有與被取液體不互溶的油相； (4)使取液探針的取液端脫離微流控液滴陣列芯片，在微流控液滴陣列芯片的微結(jié)構(gòu)內(nèi)形成被取液體的液滴，完成在所述微流控液滴陣列芯片上生成液滴的操作； 任選進(jìn)入步驟(5)和(6): (5)選擇另一個(gè)取液探針，使取液探針取液端的部分表面或者全部表面浸沒到流控液滴陣列芯片上生成液滴中，蘸取液滴，部分液滴粘附于取液探針取液端； (6)使取液探針脫離的取液端脫離微流控液滴陣列芯片，完成部分液滴的取液操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于液體殘留的超微量液滴操控方法，其特征在于，所述被取液體置于多孔板中，且被取液體表面覆蓋有與被取液體不互溶的油相。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于液體殘留的超微量液滴操控方法，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)先承載有與被取液體不同的液滴。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于液體殘留的超微量液滴操控方法，其特征在于，所述多孔板上承載有多種被取液體，且多種被取液體濃度或者組成不完全相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于液體殘留的超微量液滴操控方法，其特征在于，所述微流控液滴陣列芯片預(yù)先內(nèi)承載有多種液滴，且多種液滴濃度或者組成不完全相同。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK104492508SQ201410640394
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】方群, ?，? 郭曉利 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)