科研人員成功研製具有納升級精度的手持式數字移液器

中國科學技術大學工程科學學院微納米工程研究室副教授李保慶與美國加州大學戴維斯分校教授潘挺睿合作，提出並實現了一種具有納升級精度的液體移取技術。該技術結合普通移液器技術與微流控列印技術，利用微流控晶元可控產生納升體積的液滴，以單個液滴為最小單元，實現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，發表於工程技術期刊Lab on a Chip（2018,18, 2720-2729），併入選當期封面 （Front Cover)。

在生物、化學應用中，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攜帶型液體操控儀器。它基於氣動活塞式原理進行吸液和分液。對於這種工作方式，在進行微量液體移取，如液體體積小於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於現有工作原理的新型數字液滴式移液法，將當前移液器的解析度提高兩個數量級以上，對亞微升體系液體操控的誤差可以減小兩個數量級。

文中，作者利用微流控衝擊列印的方式產生具有高度一致性的納升量級液滴。區別於晶元內液滴微流控的方法，液滴列印的位置可以隨意選取，並且關鍵一點是可以按所需求的液滴數目來進行列印。單個納升量級的液滴作為最基本的單元即最小解析度，以數字化的方式通過累積單個液滴單元的數目來實現不同劑量的液體分發。在這款納升級精度的移液器中，通過一個小型的列印裝置對存有液體的微流控晶元進行敲擊，在敲擊的過程中實現微液滴的產生。結合傳統移液器和新型微流控衝擊列印技術，這種新型的移液器不僅具有傳統移液器所不具備的高解析度和高精度，並且在其吸取和分發液體的操作性上同傳統的手持式移液器一樣方便易用。該設備可廣泛應用於各種高精度液體操控的實驗。例如，利用該設備可以直接稀釋獲取不同濃度試劑，取代以往的連續稀釋產生濃度梯度的方法，不僅操作簡單，節省昂貴試劑，更重要的是避免連續稀釋過程中巨大的誤差累積。

近年來，課題組圍繞微流控列印新技術，研究利用微液滴陣列進行高通量生化反應的新方法，取得了一系列豐碩成果，文章先後發表於Lab on a chip（2017, 17, 2198，Back Cover），Biomicrofluidics（2015, 9, 054101; 2018, 12, 034107）。

工程科學學院博士生毛宇昕為該論文的第一作者，李保慶和潘挺睿為該論文的共同通訊作者。這項工作得到國家自然科學基金、海外及港澳合作基金支持。

數字液滴移液器用於微小體積液體操縱

左圖：數字移液器組成。右圖：數字移液器可手持操作（右上）；採用一次新晶元避免試劑交叉污染（右下）

來源：中國科學技術大學

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