一種具有納升級精度的液體移取技術(shù)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程研究室李保慶副教授與美國加州大學(xué)戴維斯分校潘挺睿教授合作，提出并實現(xiàn)了一種具有納升級精度的液體移取技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合普通移液器技術(shù)與微流控打印技術(shù)，利用微流控芯片可控產(chǎn)生納升體積的液滴，以單個液滴為最小單元，實現(xiàn)了納升級精度液體的吸取與分配。該成果以“High-Precision Digital Droplet Pipetting Enabled by a Plug-and-Play Microfluidic Pipetting Chip”為題，發(fā)表在工程技術(shù)1區(qū)著名期刊《Lab on a Chip》（2018,18, 2720-2729），并入選當期封面 （Front Cover)。

在生物、化學(xué)應(yīng)用中，對液體試劑的操控是其中最基本的一項操作。而移液器是當前使用最為廣泛的一種便攜式液體操控儀器。它基于氣動活塞式原理進行吸液和分液。對于這種工作方式，在進行微量液體移取，如液體體積小于1微升時，誤差急劇上升，移取精度難以保證。該論文提出一種完全不同于現(xiàn)有工作原理的新型數(shù)字液滴式移液法，將當前移液器的分辨率提高兩個數(shù)量級以上，對亞微升體系液體操控的誤差可以減小兩個數(shù)量級。

數(shù)字液滴移液器用于微小體積液體操縱

文中，作者利用微流控沖擊打印的方式產(chǎn)生具有高度一致性的納升量級液滴。區(qū)別于芯片內(nèi)液滴微流控的方法，液滴打印的位置可以隨意選取，并且關(guān)鍵一點是可以按所需求的液滴數(shù)目來進行打印。單個納升量級的液滴作為最基本的單元即最小分辨率，以數(shù)字化的方式通過累積單個液滴單元的數(shù)目來實現(xiàn)不同劑量的液體分發(fā)。在這款納升級精度的移液器中，通過一個小型的打印裝置對存有液體的微流控芯片進行敲擊，在敲擊的過程中實現(xiàn)微液滴的產(chǎn)生。

結(jié)合傳統(tǒng)移液器和新型微流控沖擊打印技術(shù)，這種新型的移液器不僅具有傳統(tǒng)移液器所不具備的高分辨率和高精度，并且在其吸取和分發(fā)液體的操作性上同傳統(tǒng)的手持式移液器一樣方便易用。該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于各種高精度液體操控的實驗。例如，利用該設(shè)備可以直接稀釋獲取不同濃度試劑，取代以往的連續(xù)稀釋產(chǎn)生濃度梯度的方法，不僅操作簡單，節(jié)省昂貴試劑，更重要的是避免連續(xù)稀釋過程中巨大的誤差累積。

左圖：數(shù)字移液器組成。右圖：數(shù)字移液器可手持操作（右上）采用一次新芯片避免試劑交叉污染（右下）

近年來，課題組圍繞微流控打印新技術(shù)，研究利用微液滴陣列進行高通量生化反應(yīng)的新方法，取得了一系列豐碩成果，文章先后發(fā)表于《Lab on a chip》（2017, 17, 2198，Back Cover），《Biomicrofluidics》（2015, 9, 054101; 2018, 12, 034107）。

工程科學(xué)學(xué)院博士生毛宇昕為本論文的第一作者，李保慶副教授和美國加州大學(xué)戴維斯分校的潘挺睿教授為該論文的共同通訊作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金、海外及港澳合作基金支持。