数字化生物分析技术是检测复杂样本中稀有靶标分析物和研究生物系统中单分子或单细胞时变过程的有力手段。而实施数字化生物分析技术的关键是将待测样本离散化为大量体积相等的独立单元。
　　当前，数字化生物分析技术通常采用液滴微流控技术实行样本的大规模离散化。但是，大多数液滴微流控平台均需要复杂、昂贵的外部驱动设备。另外，液滴微流控技术的串行检测方式，往往需要数小时才能完成大量液滴的检测，大大降低了检测速度。而基于微腔阵列的微流控平台通过将样品分配到大量等体积的小反应室中，实行同时并行检测所有反应单元来解决此问题。此外，近年来微腔阵列式微流控平台通过引入基于预脱气的流体自动驱动方式，可实现样品在微腔阵列中的自动离散化，无需外部驱动装置，大大简化了数字化生物分析技术的操作，降低了运行成本。尽管微腔阵列式的微流控平台在简化流体操作和缩短检测时间方面取得了显著进展，但是如何实现快速、可靠、低耗样的样品离散化仍然是目前数字化生物分析技术面临的一项挑战。
　　本论文基于可逆组装的微腔阵列式微流控平台开发了一种快速、可靠和低耗样的样品离散化方法，用于便捷高效的数字化生物分析。主要研究内容如下：
　　1.总结了国内外样品离散化的主要方法，尤其是基于微流控平台的数字化液滴生成技术，系统地分析了现有微流控数字化分析平台的优缺点，确定了本论文的研究目标和技术方案。
　　2.在本课题组前期自数字化（self-digitization,SD）芯片的基础上，设计制作了一种可逆组装的高密度微腔阵列芯片，该芯片使用脱气的聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）密封块作为可拆卸的真空泵源，可实现无源自动进样和样品分割，同时可拆卸模式允许通过空气分割结合油层密封使样品快速离散化，大大缩短了数字化生物分析时间。另外，该芯片还在充样管道与废液腔连接处设计截面收缩管道，充当毛细截止阀，以延长样品液在充样管道的滞留时间，提高了样品的利用率（~90%）。
　　3.进一步改进可逆组装式SD芯片，设计制作了一种样品加载功能和离散化单元存储功能分离式的可逆组装SD芯片，在该芯片中，发挥样品加载功能的进样微管道阵列和发挥离散化单元存储功能的微腔阵列分处于芯片的两个不同结构层，这种分离式设计可通过直接拆卸管道层来实现微腔阵列中样品快速隔离，而无需油相或空气移除充样管道中残留样品液的步骤，进一步缩短了样品离散化时间，能达到每分钟27,000个单元的数字化，总耗时在5分钟左右；同时分离式设计也使得单一芯片上可制作更高密度的微腔阵列（>14,000个腔室/cm2），有利于实现更宽动态范围和更高精度的检测。
　　4.为了验证上述样品快速离散化方法的实用性，利用所制备的SD芯片开展了数字PCR(Digital PCR,dPCR)的分析、单细菌的生长追踪和混合细菌的分离等初步应用研究。