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数字PCR中的微滴制备技术

石银东

2016/07/07

如果你正在从事PCR方面的科研工作，那么微流控技术你一定不陌生。微滴制备技术在PCR方面有着非常重要的作用，PCR方面涉及非常专业的知识，小编就不多说了，重点来说微滴制备技术。
微流控微滴发生器是生成可再生的小型化液滴的优秀工具，将两种互不相溶的液体，以其中一个作为连续相，另外一个作为分散相，就可以形成“微滴发生器”与传统方法相比，具有更高的精度和可重复性。

通过调整相对粘度、表面张力和速度等因素，在分散相和连续相作用下，几乎可以得到任何尺寸的液滴。水包油(O/W)液滴可以直接使用玻璃芯片，油包水液滴(W/O)最好在玻璃微通道中形成疏水涂层，这样防止水滴附着在通道壁上。
在微流控液滴发生器领域，目前具有“T”字和“十”字两类标准微滴芯片。微滴芯片类型的选择基于流体的种类和产量需求，一般来讲，在需要高通量液滴时，建议选择“T”字芯片。微滴的大小的影响因素有很多，在具体选择时，还需要进行综合的考量：
微通道的尺寸、几何形状、润湿性质
进样系统的精度和稳定性
每种流体的流速、相对流速、总流速
连续相和分散相流体的物理性质
表面活性剂的类型和浓度

微滴尺寸的大小、均一性、分散性等评价指标与众多因素息息相关，需要综合考量各个因素的影响，进而确定产品配置。
流速稳定性的影响
生成单分散液滴的一个关键因素是流体速度的稳定性，为了获得稳定的液滴生成速率，从流速切换到获得低分散度的液滴的切换时间必须是快速的，这个时间主要依靠进样系统，传统注射泵的响应时间在2min左右，再加上脉冲效应，在最糟糕的情况下需要10min以上，而MFCS压力驱动进样系统可保证在40ms以内完成流速的切换，并且无脉冲效应。一旦流体的流速确定以后，系统也就随之稳定下来，生成的液滴尺寸仅仅在很小的范围内变化，此外，还可以通过缩短毛细管的长度来降低液滴生成的稳定时间。
流速比例的影响
依靠流速比例的变化控制液滴尺寸，是一个行之有效的技术，具有操作简单、可重复性的特点，分散相的流速越大，产生的液滴尺寸越大，连续相流速越大，产生液滴尺寸越小。微滴发生器会有一个使用限制条件，太慢的流速导致液滴生成停止，而过快的流速导致连续相和分散相平行而无法生成液滴。
液滴的尺寸和产率之间非常相关，对于一个特定的微流控装置，液滴的尺寸越小，液滴的产率越高，液滴尺寸的下限基于微通道的物理尺寸和几何形状。
整体流速的影响
总的流速增加，导致液滴产率增加，当总体流速达到出现层流以至于无法形成液滴时，就是整体流速的最大值，也是液滴产率的上限。
流体种类的影响
影响液滴尺寸和产率的关键因素是连续相和分散相，流体的选择一般依据具体的研究内容，为了确保形成良好的液滴，两相不混溶是非常必要的，同时，粘性高的流体不建议使用小通道，因为高粘性的流体倾向于形成更大的液滴。
表面润湿性能的影响
流体与微通道之间的接触角是确定连续相润湿稳定性的关键，未添加涂层的玻璃芯片是亲水的，适合形成油滴；添加含氟聚合物疏水图层以后，适合形成水滴。
表面活性剂的影响
在1%-5%v/v非常低的浓度范围内，，加入表面活性剂，提高产生液滴的稳定性，减少液滴的团聚，表面活性剂的选择主要依据液滴的成分：
油滴：Span 80 and Triton X-100
水滴：Tween 80 and SDS

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