微流體液滴包裹的制作方法
【專利摘要】提供用來將液滴限制在微流體通道內(nèi)的系統(tǒng)和方法以及用來包裹液滴的系統(tǒng)和方法。具體來說，提供用來控制油引入微流體通道內(nèi)和除油的系統(tǒng)和方法，以便控制何處允許液滴在該通道內(nèi)流動。
【專利說明】微流體液滴包裹
[00011 相關(guān)申請的交互參照
[0002] 本申請要求對以下專利的優(yōu)先權(quán)益：2013年11月27日提交的美國臨時(shí)專利申請 No. 61/909,543,2014年1月31日提交的美國臨時(shí)專利申請No. 61/934,190,本文處于各種目 的以參見方式引入各個(gè)專利的內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 微流體過程經(jīng)常使用乳劑，乳劑含有被不可混和的連續(xù)液體相包圍的分散液體相 的液滴。液滴可以用作化學(xué)或生物反應(yīng)的反應(yīng)容器，諸如儲存容器，和/或用作為隔絕和分 隔分子的方法，諸如化學(xué)或生物的元素。對于諸如乳劑表面上的表面活性劑的合適化學(xué)性 來說，可使液滴"穩(wěn)定"，這意味著，當(dāng)液滴彼此接觸時(shí)，它們基本上被阻止混合和合并。該穩(wěn) 定性允許不同化學(xué)或生物組分組成的液滴形成種群或庫，它們可儲存在大致相同體積的空 間內(nèi)，而不會在一個(gè)液滴和另一個(gè)液滴的組分之間和/或其它組分之中混合或遭污染。
[0004] 在某些情形中，微流體裝置內(nèi)的液滴流動在微流體通道內(nèi)，以便進(jìn)入裝置不同的 區(qū)域。當(dāng)液滴在微流體裝置內(nèi)流過通道時(shí)，液滴常?；旌虾妥约褐匦虏贾?，導(dǎo)致液滴失去限 定的布置，對于多個(gè)過程、液滴探測和數(shù)據(jù)分析，造成液滴包裹下游諸多問題。在某些情形 中，特殊通道或通道的部分的直徑(例如，變寬或變窄的通道)是與維持液滴布置和通道內(nèi) 液滴包裹的問題相關(guān)的重要因素。因此，需要有用來通過液滴限制來保持微流體通道內(nèi)液 滴布置的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在某些方面，提供用來限制微流體通道內(nèi)液滴的系統(tǒng)和方法。更具體來說，提供系 統(tǒng)和方法用來控制將油引入微流體通道內(nèi)和移去油，以便控制何處液滴允許在該通道內(nèi)流 動。在某些實(shí)施例中，使用微流體系統(tǒng)。作為實(shí)例，在某些實(shí)施例中，本文所描述的各個(gè)方面 可用于如PCT/US2013/5917所述的系統(tǒng)或諸如圖1的系統(tǒng)內(nèi)。
[0006] 在某些實(shí)施例中，附加的通道入口在特殊點(diǎn)處納入到微流體通道，通過端口通道 進(jìn)行連接。該入口填充以與含有液滴(乳液)通道內(nèi)的油相同的用于水性相乳液的油。通過 操縱與每個(gè)入口相關(guān)的壓力，待用于液滴流動的通道面積可在通道內(nèi)增加、減小和/或變 換。該通道操縱導(dǎo)致以下的能力:控制下游液滴包裹、重新引導(dǎo)液滴流動、更容易地控制液 滴分類和液滴分隔，以及最終更精確的數(shù)據(jù)分析。
[0007]在某些實(shí)施例中，附加的通道入口沿著通道長度逐漸地納入。在某些實(shí)施例中，至 少某些入口用來從通道內(nèi)的水性相乳液中除去油，隨著液滴在通道內(nèi)沿下游移動，例如，直 到液滴完全被包裹(例如，按照要求的較高密度），允許通道內(nèi)的液滴逐漸地靠近一起地包 裹。在液滴在通道內(nèi)進(jìn)行包裹的下游的點(diǎn)處，引入壓力源以略微地阻止液滴流過該包裹區(qū) 域，同時(shí)除油入口從通道輕微地除去油。一旦已經(jīng)達(dá)到液滴包裹，便移去壓力源，將包裹維 持在該通道內(nèi)。
[0008]在某些方面，提供控制包括非水性連續(xù)流體的乳液內(nèi)水性液滴的方法。在某些實(shí) 施例中，該方法包括提供由兩個(gè)基本上平行或不平行壁形成的微流體通道。其中，每個(gè)壁包 括一個(gè)或多個(gè)相對的端口，其中，所述微流體通道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)的水性液滴 的乳液;并致使乳液從微流體通道內(nèi)的上游位置流到通道內(nèi)的下游位置，同時(shí)從端口將非 乳液連續(xù)的非水性流體引入到微流體通道內(nèi)，這樣，乳液內(nèi)的水性液滴包裹在相對于上游 位置的下游位置更加致密地包裹。
[0009] 在某些實(shí)施例中，來自微流體通道第一壁上的一個(gè)或多個(gè)端口的非乳液連續(xù)的 (例如，非水性)流體，以比來自相對壁的端口的非乳液連續(xù)非水性流體高的壓力流動，這 樣，下游位置的大部分液滴與靠近微流體通道的第一壁相比更加靠近相對壁。
[0010] 在某些實(shí)施例中，微流體通道的各個(gè)壁包括至少一個(gè)上游端口和下游端口，其中， 每個(gè)壁中的上游端口以第一壓力將非乳液連續(xù)的非水性流體引入到微流體通道內(nèi)，且其 中，每個(gè)壁中的下游端口以第二壓力將非乳液連續(xù)的非水性流體引入到微流體通道內(nèi)。 [0011]在某些實(shí)施例中，第一壓力和第二壓力相等。在某些實(shí)施例中，第一壓力高于第二 壓力。在某些實(shí)施例中，第一壓力低于第二壓力。
[0012] 在某些實(shí)施例中，端口提供微流體通道和一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通，其 中，側(cè)通道和微流體通道形成小于90度的角，該角是從側(cè)通道和微流體通道的上游部分測 量的。在某些實(shí)施例中，該角在30-60度之間。
[0013] 在某些方面，提供從乳液中除去連續(xù)的非水性流體的方法。在某些實(shí)施例中，該方 法包括提供由兩個(gè)基本上平行壁形成的微流體通道，其中，至少一個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)端 口，其中，端口提供微流體通道和一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通，其中，所述微流體通 道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)的水性液滴的乳液;并造成乳液從微流體通道內(nèi)的上游位置 流到微流體通道內(nèi)的下游位置，同時(shí)，通過端口從微流體通道內(nèi)的乳液中除去非乳液連續(xù) 的非水性流體，其中，側(cè)通道和微流體通道形成小于90度的角，該角是從側(cè)通道和微流體通 道的上游位置測量的，由此，從乳液中除去連續(xù)的非水性流體。在某些實(shí)施例中，該角在30-60度之間。
[0014] 在某些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在下游位置處提供阻礙乳液流動的流體壓 力，由此，將乳液的液滴包裹成比上游位置處出現(xiàn)的更加致密的結(jié)構(gòu)布置。在某些實(shí)施例 中，通過與微流體通道流體地連通的下游端口插入到微流體通道內(nèi)的流體提供了該壓力。 在某些實(shí)施例中，流體是連續(xù)的非水性流體。在某些實(shí)施例中，流體是水性流體。
[0015] 還提供了用來控制微流體通道內(nèi)流動的系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括：由兩 個(gè)基本上平行的壁形成的微流體通道，其中，至少一個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)端口，其中：
[0016] 端口提供微流體通道和一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通，
[0017] 微流體通道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)水性液滴的乳液，
[0018] 微流體通道包括上游位置和下游位置，而且側(cè)通道和微流體通道形成小于90度的 角，該角是從側(cè)通道和微流體通道的上游位置測量的。
[0019] 在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括端口，該端口在下游位置處與微流體通道流 體地連通，以提供朝向上游位置的流體壓力。
[0020] 在某些實(shí)施例中，該角在30-60度之間。
[0021] 還提供了用來控制微流體通道內(nèi)流動的系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括由兩 個(gè)基本上平行的壁形成的微流體通道，其中，每個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)相對端口，其中，所述 微流體通道含有包括連續(xù)的非水性流體內(nèi)水性液滴的乳液，所述端口與含有非乳液連續(xù)的 非水性流體的一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道流體地連通。
[0022] 在某些實(shí)施例中，側(cè)通道和微流體通道形成小于90度的角，該角是從側(cè)通道和微 流體通道的上游位置測量的。在某些實(shí)施例中，該角在30-60度之間。
[0023] 在某些情形中，注入到大的孵化器通道內(nèi)的液滴不均勻地包裹，并可形成無序重 布置的問題。在某些實(shí)施例中，能夠填充通道橫截面面積的填料液滴形成在大通道上游的 結(jié)合處，并緩慢地填充通道，可供選擇的是，在乳液內(nèi)規(guī)則大小液滴能夠開始流動之前。這 些填料液滴阻礙較小液滴流動，但不是油的流動，因此，允許小的液滴在比其進(jìn)入濃度更高 濃度處包裹在一起。"填料液滴"可以是這樣的尺寸，它們可填充或基本上填充"下游"通道 的橫截面面積，并使填料液滴造成乳液液滴改進(jìn)的包裹。
[0024] 在某些方面，提供包裹微流體通道內(nèi)的液滴的方法。在某些實(shí)施例中，該方法包括 提供微流體通道，該微流體通道含有包括非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)水性液滴的乳液，其 中，微流體通道具有上游位置和下游位置，并與上游位置處的注入入口流體地連通，所述注 入入口與含有非乳液連續(xù)的非水性流體的次通道流體地連通;造成乳液從微流體通道內(nèi)的 上游位置流到微流體通道內(nèi)的下游位置，其中，微流體通道的下游位置含有一個(gè)或多個(gè)填 料液滴，其至少是乳液內(nèi)平均液滴的兩倍之大;過濾通過填料液滴的乳液內(nèi)的液滴，由此， 在超過下游位置的端部位置處包裹液滴。
[0025] 在某些實(shí)施例中，在微流體通道內(nèi)的填料液滴注入位置處，將填料液滴注入到微 流體通道內(nèi)，介于上游位置和下游位置之間。在某些實(shí)施例中，下游位置處的微流體通道寬 于微流體通道上游位置處的微流體通道，且填料液滴注入位置處的微流體通道寬度與下游 位置處的微流體通道寬度基本上相同。在某些實(shí)施例中，下游位置處的微流體通道寬于微 流體通道上游位置處的微流體通道，且填料液滴注入位置處的微流體通道寬度與上游位置 處的微流體通道寬度基本上相同。
[0026] 在某些實(shí)施例中，微流體通道的下游位置寬于微流體通道的上游位置。
[0027] 在某些實(shí)施例中，入口與上游位置處的微流體通道連通，從入口將非乳液連續(xù)相 注入到微流體通道內(nèi)。
[0028] 還提供了微流體系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括含有乳液的微流體通道，乳液 包括非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)的水性液滴，其中，微流體通道具有上游位置和下游位置， 并與上游位置處的注入入口流體地連通，所述注入入口與含有非乳液連續(xù)的非水性流體的 次通道流體地連通；以及微流體通道內(nèi)填料液滴注入位置處的注入端口，介于上游位置和 下游位置之間，其中，注入端口與包括不可在非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)混合的流體的腔 室流體地連通。
[0029] 在某些實(shí)施例中，下游位置處的微流體通道寬于微流體通道上游位置處的微流體 通道，且填料液滴注入位置處的微流體通道的寬度基本上與下游位置處的微流體通道寬度 相同。
[0030] 在某些實(shí)施例中，下游位置處的微流體通道寬于微流體通道上游位置處的微流體 通道，且填料液滴注入位置處的微流體通道的寬度基本上與上游位置處的微流體通道寬度 相同。
[0031] 在某些實(shí)施例中，微流體通道的下游位置寬于微流體通道上游位置（例如，至少 1·1、1·5、2、2·5、3Χ 或以上，例如，為1.1-5X)。
[0032] 在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于通道上游位置處的入口，用來將連續(xù)相 提供到微流體通道內(nèi)。
[0033] 定義
[0034] "試樣"、"一個(gè)或多個(gè)試樣"或"關(guān)心的試樣"是用來在單數(shù)或復(fù)數(shù)形式中互換的術(shù) 語，并不意圖局限于任何特殊的數(shù)量上，如文中所使用的，它們可以是使用者希望從中收集 信息的任何分子或物質(zhì)。在執(zhí)行化驗(yàn)過程中，試樣的尺寸、體積或內(nèi)容物可變得較大或較小 (例如，分別借助于充脹或分隔）。因此，在執(zhí)行化驗(yàn)過程中，試樣可一次或多次地放大和/或 細(xì)分。在某些實(shí)施例中，試樣包括核酸。
[0035] 如文中使用的術(shù)語"流體"是能夠自由流動的任何水性或親脂性相態(tài)。兩個(gè)或多個(gè) 流體可以被稱作"共流動的"方式流動，使得每個(gè)流體的流動沿相同方向在系統(tǒng)操作時(shí)間比 例范圍內(nèi)是層狀的，但它們基本上不混合。注入到液滴內(nèi)或流出液滴外的流體和/或乳液可 進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)劑、反應(yīng)組分或選自細(xì)胞的感興趣的試樣(包括任何真核或原 核細(xì)胞，包括但不限于選自人類、動物、植物、真菌、細(xì)菌、病毒、原生動物、酵母、霉菌、藻類、 發(fā)疹傷寒等的病原體以及朊病毒的細(xì)胞）；蛋白質(zhì)、縮氨酸、核酸順序、寡核苷酸探查、聚合 酶、緩沖劑、dNTP、有機(jī)和無機(jī)化學(xué)品以及熒光染料。
[0036] 如文中所使用的術(shù)語"乳液"是至少兩個(gè)不可混合或部分不可混合液體的穩(wěn)定混 合物。一般地說，不可混合的液體趨于分離為兩種不同相。因此，通過減小至少兩個(gè)不可混 合或部分不可混合液體之間的表面張力可添加表面活性劑來穩(wěn)定乳液，和/或穩(wěn)定交界面。 例如，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和成套件的乳液可包括不可混合油內(nèi)的多個(gè)水性液滴，諸如 氟碳油、硅油或碳?xì)浠衔镉?包括但不限于石油和礦物油），其中，液滴尺寸范圍的直徑從 約0.5至約5000微米。
[0037] 如文中使用的術(shù)語"微流體通道"是一種裝置，其是能夠在液體或氣體流體上實(shí)現(xiàn) 小規(guī)模比例的確定性的功能手段，通常測量為體積，例如，毫升(mL)、微升(yL)、納升(nL)、 微微升（PL)或毫微微升（fL)，物理等級諸如是毫米（mm)、微米（μπι)(也被稱作微米 "micro"）、納米(nm)等。功能可包括混合、分離、分類、加熱等。微流體裝置可包括微流體通 道，微流體通道作為將流體或試樣從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)的手段，微流體裝置通常為均勻的 橫截面，是在mm、yn^nm的量級上。
【附圖說明】
[0038]圖1是進(jìn)行級聯(lián)化驗(yàn)的微流體系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意圖。
[0039] 圖2是帶有納入的附加入口通道的微流體通道一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意圖，每個(gè)入 口通道具有相同的低壓，導(dǎo)致液滴相對于通道自身的物理邊界輕微地限制在微流體通道 內(nèi)。
[0040] 圖3是帶有納入的附加入口通道的微流體通道一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意圖，每個(gè)入 口具有相同的高壓，導(dǎo)致液滴相對于通道自身的物理邊界顯著地限制在微流體通道內(nèi)。
[0041] 圖4是帶有納入的附加入口通道的微流體通道一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意圖，一個(gè)入 口 106具有比入口通道107的壓力低的壓力，導(dǎo)致液滴相對于通道自身的物理邊界有迀移的 和顯著限制的流動面積。
[0042] 圖5是微流體通道一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意圖，其中，通過納入位于沿著通道的多個(gè) 點(diǎn)處的除油端口，從通道移除油。在下游處，當(dāng)油從通道內(nèi)移除時(shí)，引入逆著微流體通道內(nèi) 流動的壓力源，以便于液滴包裹在通道內(nèi)。
[0043] 圖6示出微流體通道的視圖，其中，簡單相的液滴通過垂直注入通道添加到通道。 生成的液滴是大的乳液液滴，其起到的功能是致使較小/正常規(guī)格的液滴最終包裹該通道。
[0044] 圖7示出圖6中描述的同樣的微流體通道的視圖，只是現(xiàn)在簡單相的注入不再形成 大的乳液液滴，正常規(guī)格的液滴能夠流動，導(dǎo)致液滴包裹在通道內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 這里提供使用微流體系統(tǒng)的各個(gè)方面，包括但不限于:包裹液滴和控制微流體通 道內(nèi)乳液流動的方法。這里描述的方法、裝置和系統(tǒng)可隔離地使用，或適于任何數(shù)量不同微 流體系統(tǒng)的構(gòu)造。一個(gè)如此的系統(tǒng)圖示在圖1中。應(yīng)該認(rèn)識到，圖1的系統(tǒng)并不意圖限制本發(fā) 明。例如，圖1系統(tǒng)的各方面可與本系統(tǒng)其他方面分開使用，同時(shí)使用這里描述的本發(fā)明的 構(gòu)造。
[0046] 控制微流體通道內(nèi)液滴流動
[0047] 在某些方面，提供用來將液滴限制在一部分微流體通道內(nèi)的系統(tǒng)和方法。具體來 說，本系統(tǒng)提供一種控制油引入微流體通道內(nèi)和從微流體通道除去油的系統(tǒng)和方法，以便 控制何處允許液滴在通道內(nèi)流動。
[0048] 圖2是用來實(shí)施乳液通道限制的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例的示意圖。微流體通道 200含有油連續(xù)相208中的液滴201。液滴沿通道200流動，直到更多油通過流動端口 202和 203從入口通道206和207引入205。在該實(shí)例中，油208引入到通道200;然而，應(yīng)注意到，在其 他的實(shí)例中，油208可通過相對的端口從通道200移去。在圖2中，入口206和207中設(shè)定的壓 力是低壓但等于設(shè)定值，導(dǎo)致通道200內(nèi)形成輕微約束的流動面積204。該約束流動204的另 一個(gè)結(jié)果是其后對液滴201的包裹，這也可通過改變來自入口 206和207的壓力來實(shí)施控制。
[0049] 圖3是執(zhí)行乳液通道限制的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。微流體通道300含有水性 油脫出308中的液滴301。液滴沿著通道300流動，直到更多油308通過相對的流動端口 302和 303從入口通道306和307引入305為止。在該實(shí)例中，油308引入305到通道300;然而，應(yīng)該注 意到，在其他的實(shí)例中，油308也可從通道300中移去。然而，在該圖中，入口 306和307相關(guān)的 壓力是高于圖2中的壓力（同時(shí)仍然相等），導(dǎo)致比圖2中所示更加受限制的流動面積304和 更加受控制的液滴301包裹。
[0050] 圖4是用來執(zhí)行乳液通道約束的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例的示意圖。微流體通道 400含有水性油脫出中408(連續(xù)相流體)的液滴401。液滴沿著通道400流動，直到更多油408 通過流動端口 402和403從入口通道406和407引入405為止。在該實(shí)例中，油408引入405到通 道400;然而，應(yīng)該注意到，在其他的實(shí)例中，油408也可從通道400中移去。然而，在該圖中， 入口406和407相關(guān)的壓力不是相等的；當(dāng)與入口407相關(guān)壓力相比時(shí)，入口406具有相對低 的壓力，導(dǎo)致約束的偏心的流動面積404。不是從通道的相對側(cè)施加壓力，就是僅有微流體 通道一個(gè)壁上的端口，來從微通道僅一側(cè)施加連續(xù)相，由此可達(dá)到該同樣的效果。
[0051 ]圖5是除去油以便于將液滴包裹在微流體通道內(nèi)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例示意 圖。微流體通道500含有位于水性油脫出501內(nèi)的液滴502。當(dāng)液滴502在下游通道500內(nèi)流動 時(shí)，油501通過連接到油出口通道505的端口 503從通道500中除去。這造成液滴502開始靠近 一起布置在通道500內(nèi)。
[0052]在圖5內(nèi)的下游，液滴502逐漸緊靠在一起布置在通道500內(nèi)。為了便于將液滴502 包裹在通道500內(nèi)，通過附加的端口510納入壓力源512。該壓力源512可以是任何數(shù)量的水 性溶液和/或流體;然而，在實(shí)例中，油用作為實(shí)例。壓力源512逆著液滴流動流入通道500 內(nèi)，形成空間511，結(jié)合通過端口507將油移除508到移去通道509內(nèi)，該空間511導(dǎo)致液滴506 的包裹。一旦液滴506已經(jīng)達(dá)到充分的包裹，可移去壓力源512,液滴能夠繼續(xù)以包裹狀態(tài) 506在下游流動。
[0053]使用填料液滴來包裹液滴
[0054]還提供了用來包裹微流體通道內(nèi)液滴的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可包括微流體通道， 通過正壓或負(fù)壓源的作用，液滴流過該微流體通道，其中，壓力源包括任何流體或流體的組 合，包括但不限于:任何氣體或氣體的組合，或任何液體或液體的組合，使得液滴流動或涌 流通過微流體通道。
[0055]圖6示出執(zhí)行注射的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例，該系統(tǒng)將特殊物質(zhì)或相注入到微 流體通道內(nèi)以形成填料液滴。在該實(shí)例中，微流體通道600與毗鄰的通道或入口601連通，這 允許將連續(xù)相(例如，油）引入到通道內(nèi)。沿著方向607流動在通道內(nèi)，另一注入端口602進(jìn)入 通道600。該注入通道602保持單相的體積，以形成較大的液滴606，從而沿方向603流動在通 道600內(nèi)。
[0056] 從受控端口 602流出的單相流動在通道603內(nèi)。通道600緩慢地開始拓寬604，允許 填料液滴完全地占據(jù)通道605的空間。
[0057]圖7示出如圖6相同的系統(tǒng)。在該實(shí)例中，通過702注入的單相所形成的較大液滴 706已經(jīng)移動到拓寬通道705內(nèi)，并沿方向707緩慢地流動。本文中"拓寬"意指通道的橫截面 面積增大，使得液滴709具有彼此移動通過的空間。當(dāng)規(guī)則的液滴709引入到通道700 (這里 未示出）內(nèi)時(shí)，入口 702通過壓力變化708基本上"關(guān)閉"。這允許其他液滴709流動，防止形成 較大液滴706，同時(shí)還確定阻擋流入入口 702的任何回流。
[0058] 較大的液滴706占據(jù)通道705的直徑，該較大液滴迫使較小液滴709沿方向707減 速，在通道700/705內(nèi)形成"包裹"狀態(tài)。這又維持通道700內(nèi)液滴的順序，在液滴下游707 (這 里未示出)分析期間提高精度。
[0059] 示范的微流體系統(tǒng)
[0060] 以下是可適用于上述實(shí)施例的一般信息。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一 個(gè)或多個(gè)注入入口。注入入口可以是任何形狀，包括但不限于：圓形、橢圓形、三角形、矩形 等。注入入口可具有這樣的平均橫截面尺寸:小于約I mm，小于約I OOym，小于約1 Ομπι，小于約 lMi，小于約IOOnm等。該注入入口可與微流體通道齊平，或替代地，可突入到微流體通道內(nèi)。
[0061] 在某些實(shí)施例中，試樣存在于微流體裝置中的媒介物（即，連續(xù)的流體）內(nèi)的水性 液滴內(nèi)。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，多個(gè)試樣（即，多于一個(gè))可一起存在于同一媒介物內(nèi)，和/ 或在化驗(yàn)過程中在任何點(diǎn)處的個(gè)別媒介物內(nèi)可分離為個(gè)別的試樣。此外，在實(shí)施化驗(yàn)過程 期間，包括一個(gè)或多個(gè)試樣的媒介物的尺寸、體積或內(nèi)容量可變得較大或較小的（例如，分 別借助于充脹或分隔）。在實(shí)施化驗(yàn)過程中，媒介物可放大和/或細(xì)分一次或多次。該系統(tǒng)可 供選擇地進(jìn)一步實(shí)施"級聯(lián)化驗(yàn)"，它是一系列多個(gè)（即，多于一個(gè)）的化驗(yàn)，其中，每個(gè)化驗(yàn) 可以是相同的或不同的，且其中，一系列的每個(gè)化驗(yàn)還可包括一個(gè)或多個(gè)過程或步驟。在本 實(shí)施例的一個(gè)方面，試樣存在于微流體裝置內(nèi)媒介物(例如，乳液中的液滴）內(nèi)的載體上。
[0062] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)是一體的微流體裝置。
[0063] 該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一種機(jī)構(gòu)，其用來中斷流動在微流體通道內(nèi)的液滴和注入通 道內(nèi)的流體和/或乳液之間的至少一部分的交界面，導(dǎo)致相對受控的體積注入到液滴內(nèi)或 從液滴中流出，因此，液滴的體積相對于注入之前相應(yīng)增加或減少。在涉及到液滴和流體 和/或乳液之間交界面時(shí)，如文中所使用的術(shù)語"交界面"是一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，其中，兩個(gè)不 可混合或部分不可混合的相(例如，液滴和流體或乳液)能夠互相作用。一旦中斷該交界面， 便存在著體積的相對流動，或從注入通道流到液滴內(nèi)，或從液滴流出到注入通道內(nèi)，所有流 動都是通過與特定注入通道關(guān)聯(lián)的注入入口。當(dāng)液滴繼續(xù)流過注入入口時(shí)，存在著剪切力， 該力斷開液滴和流體和/或乳液之間的接觸，其后恢復(fù)交界面，結(jié)束液滴和流體和/或乳液 之間的體積流。液滴注入器(也被稱作"微注入器"），即，小量流體的注入器，其從一個(gè)液滴 的一部分注入到另一液滴內(nèi)，該液滴注入器例如在US2012/0132288和W02012/135259中有 描述。
[0064] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，注入到或從每個(gè)液滴流出的體積可以是任何合適的量， 視實(shí)施例情況而定，這將為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所認(rèn)識和理解。例如，注入到或從每個(gè)液 滴流出的體積可以是小于約I OyL，小于約I yL，小于約I OOnL，小于約I OnL，小于約I nL，小于 約IOOpL，小于約IOpL，小于約IpL等。
[0065] 在以下的專利中描述了示范的系統(tǒng)部件：US2011/0267457、US2011/0151578、 US2011/0218123、US2012/0222748、US2011/0218123、US2012/0222748、W02012/135201、 W02012/135259、W02014/043388、W02012/135327。
[0066] 通過控制液滴、流體、乳液和/或系統(tǒng)部件的各個(gè)因素，可控制體積的方向和速率， 各種因素包括但不限于：中斷液滴和流體和/或乳液之間交界面的機(jī)構(gòu)(將在下面進(jìn)一步討 論）；液滴的曲率和/或速度;注入通道和/或微流體通道內(nèi)相對于彼此的壓力;液滴的表面 張力;流體和/或乳液的表面張力;或注入入口的幾何形。在某些情形中，上述因素可導(dǎo)致作 用在系統(tǒng)上的力，如下文中要描述的。
[0067] 例如，注入入口可以這樣進(jìn)行構(gòu)造:系統(tǒng)的壓力可以得到平衡，以基本上防止注入 通道內(nèi)的流體和/或乳液流入微流體通道內(nèi)，除非在微流體通道內(nèi)存在有壓降以及與注入 界面的直接接觸，以及存在著足夠啟動能量來促進(jìn)微流體通道內(nèi)液滴和注入通道內(nèi)流體 和/或乳液之間的體積注入。因此，當(dāng)沒有存在與注入界面直接接觸的液滴時(shí)，或在如下的 情形中：存在與注入界面直接接觸的液滴，但不存在中斷液滴和流體和/或乳液之間界面的 機(jī)構(gòu)，那么，基本上不存在流入或流出液滴或流入或流出注入通道的凈正向或凈負(fù)向體積 流動，因?yàn)閷Ⅲw積推出注入通道外和推入液滴內(nèi)的力，基本上被將體積推出液滴外和推入 注入通道內(nèi)的力平衡。因此，在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可構(gòu)造成這樣：當(dāng)沒有存在與注入界面 直接接觸的液滴，或在這樣的情形中：存在與注入界面直接接觸的液滴，但不存在中斷液滴 和流體和/或乳液之間界面的機(jī)構(gòu)，那么，基本上防止流體和/或乳液從注入通道滴落到微 流體通道內(nèi)。
[0068] 中斷液滴和流體和/或乳液之間界面的機(jī)構(gòu)可選自任何從動或主動的方法，或兩 種方法的組合，其為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所熟知和認(rèn)識。Xu等人所著的"Drop Coalescence in Microfluidic Systems(微流體系統(tǒng)中的液滴合并)"，其發(fā)表在Micro and Nanosystems(微系統(tǒng)和納米系統(tǒng)）（2011)的第3卷·第2版，第131-136頁中，描述了液滴 合并背景中的許多界面中斷機(jī)構(gòu)，但其適用于多個(gè)基本上受控體積注入液滴內(nèi)或從液滴流 出，這將為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知悉、理解和認(rèn)識，本文以參見方式引入其全部內(nèi)容。
[0069] 中斷界面的無源方法不需要外部能量，并可主要地依賴于微流體通道和相關(guān)的注 入通道和相應(yīng)的注入入口的結(jié)構(gòu)和表面特性。用于中斷界面的無源方法包括但不限于:流 動捕獲和表面修整，它們在Xu等人所著著作中有進(jìn)一步描述，并將被本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人 員知悉和認(rèn)識。
[0070] 如文中使用的術(shù)語"充脹"是指通過注入或傳輸流體或其他組分到媒介物內(nèi)來增 加媒介物體積或內(nèi)容量，傳輸流體或其他組分到媒介物內(nèi)諸如是擴(kuò)散或滲透性有控制的擴(kuò) 散，或在試樣的情形中，"充脹"是指增加試樣內(nèi)容物體積，以允許放大(例如，PCR，細(xì)胞劃分 或用來增加試樣內(nèi)容物或體積的其他機(jī)構(gòu)），使得試樣或媒介物的大小、體積和/或內(nèi)容物 變得比充脹之前相對更大。如文中使用的術(shù)語"分隔"是指劃分、細(xì)分和/或分隔試樣或媒介 物，使得試樣或媒介物的大小、體積和/或內(nèi)容物變得比分隔之前相對更小。
[0071] 在一個(gè)實(shí)例中，媒介物內(nèi)的試樣(例如，液滴)可在級聯(lián)化驗(yàn)中包括多個(gè)試樣被放 大(例如，通過PCR，細(xì)胞劃分或用來增加試樣內(nèi)容物的其他機(jī)構(gòu))一倍、二倍或多倍，和/或 一倍、二倍或多倍地被分隔為多個(gè)個(gè)別的試樣。同樣地，在另一實(shí)例中，含有試樣的媒介物 可被充脹到一倍、二倍或多倍，和/或一倍、二倍或多倍地被分隔為多個(gè)媒介物，其中，在級 聯(lián)化驗(yàn)中每個(gè)媒介物可包括一個(gè)或多個(gè)試樣。此外，在還有另一實(shí)例中，存在于第一媒介物 中的試樣可被注入到第二媒介物內(nèi)，其中，在級聯(lián)化驗(yàn)中，第二媒介物可以包括或可不包括 一個(gè)或多個(gè)附加的試樣。此外，在還有另一實(shí)例中，試樣可在載體(例如，珠子)表面上放大。 在該實(shí)例中，載體可進(jìn)一步存在于包括多個(gè)載體的媒介物內(nèi)，其中，每個(gè)載體在其表面上包 括至少一個(gè)試樣，且其中，每個(gè)試樣隨后與其相應(yīng)的載體分離，其后，在級聯(lián)化驗(yàn)中，隨著媒 介物被分隔一次或多次，從一個(gè)或多個(gè)其他試樣中選擇性地分隔一個(gè)或多個(gè)試樣。在該實(shí) 例中，在從其相應(yīng)的載體中分離出試樣之后，隨著媒介物被分隔一次或多次，載體可以或可 以不從媒介物中移除。
[0072] 在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)是集成的微流體裝置。如文中使用的術(shù)語"微流體裝置"是 這樣的裝置，其是能夠在小等級上和/或物理等級上在液體或氣體流體上實(shí)現(xiàn)確定性功能 的一種手段，小等級通常是體積測量，諸如毫升(mL)、微升(yL)、納升(nL)、微微升(pL)或毫 微微升（fL)的體積，物理等級諸如是毫米(mm)、微米(μπι)(也被稱作微米"micro"）、納米 (nm)等。功能可包括混合、分離、分類、加熱等。微流體裝置可包括微流體通道，微流體通道 作為將流體或試樣從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)的手段，微流體裝置通常為均勻的橫截面，是在mm、 μπι或nm的量級上。
[0073] 構(gòu)造微流體通道和其網(wǎng)絡(luò)存在有各種各樣的方法和材料，并將為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員所知悉和認(rèn)識，例如，如美國專利No . 8，047，829和美國專利申請出版物 No. 20080014589中描述的，本文以參見方式引入各個(gè)專利的全部內(nèi)容。例如，微流體通道可 使用簡單管子來構(gòu)造，但也可包括密封一個(gè)板的表面，該板包括通向第二平板的敞開通道。 可形成微流體通道的材料包括硅、玻璃、諸如聚二甲硅氧烷(PDMS)的硅樹脂，以及諸如聚甲 基丙烯酸甲酯(被稱作PMM或"丙烯酸"）、環(huán)烯聚合物(COP)以及環(huán)烯共聚物(COC)之類的塑 料。相同的材料也可用于第二密封板。用于兩個(gè)板的材料的相比擬的組合取決于將它們密 封在一起所采用的方法。微流體通道可按照需要被包裹在光學(xué)透明的材料內(nèi)，以按照需要 允許試樣的光學(xué)激勵(lì)(例如，導(dǎo)致熒光性)或照明（例如，導(dǎo)致有選擇性的吸收），并允許在試 樣流過微流體通道時(shí)光學(xué)地探測來自試樣的光的光譜特性。顯示高的光學(xué)透明性和低的自 熒光性的如此光學(xué)透明材料的優(yōu)選實(shí)例包括但不限于：硼硅酸鹽玻璃（例如，S C H O T T BOROFLOAT?玻璃(紐約艾姆斯佛德的肖特北美（Schott North America))以及環(huán)烯聚 合物(COP)(例如，ZEOMOR? (紐約路易韋爾的子恩化學(xué)公司（Zeon Chemical LP)) 〇
[0074]圖1是用于實(shí)施級聯(lián)化驗(yàn)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)例的示意圖。在該實(shí)例中，圖中 示出兩級集成的乳液基的微流體系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)可用于執(zhí)行包括第一級和第二級的級 聯(lián)化驗(yàn)，如下文中要詳細(xì)討論的。該實(shí)例中的系統(tǒng)140提供各種功能的特性，包括但不限于： 目標(biāo)核酸選擇和放大、化驗(yàn)、探測和數(shù)據(jù)分析。然而，系統(tǒng)、試樣和反應(yīng)劑可因此修改以執(zhí)行 任何類型的化驗(yàn)。
[0075]在由圖1所示的系統(tǒng)執(zhí)行的級聯(lián)化驗(yàn)的第一級中，試樣DNA被引入到試樣容器148 內(nèi)。獨(dú)特標(biāo)簽(例如，用獨(dú)特的熒光團(tuán)）并被包含在呈乳液形式的液滴內(nèi)的PCR引物(例如，弓丨 物液滴，即，包括不同順序的一個(gè)或多個(gè)寡核苷酸引物的液滴)被引入到試劑容器141和142 內(nèi)。試劑容器141內(nèi)的引物液滴流動在引物通道144內(nèi)，試劑容器142內(nèi)的引物液滴流動在引 物通道143內(nèi)。引物通道143與引物通道144相交于微流體通道145處。引物液滴在引物通道 143和144內(nèi)流動，流動方式使得引物液滴以交替方式進(jìn)入微流體通道145內(nèi)。DNA聚合酶被 引入到反應(yīng)劑容器149內(nèi)。試樣容器148和試劑容器149還進(jìn)一步各包括選擇和放大試劑和 組分，例如但不限于:PCR引物、緩沖劑、dNTP和BSA(牛血清蛋白）。在圖1中，圖2-7中所示的 方面可被引入到圖1系統(tǒng)內(nèi)的可能部位，例如包括位置162、164和/或168。
[0076] 在該實(shí)例中，試劑容器141內(nèi)的引物液滴加以不同于試劑容器142內(nèi)引物液滴的標(biāo) 簽(熒光地），使得標(biāo)簽可在最后探測階段被監(jiān)控。一旦進(jìn)入微流體通道145,引物液滴相對 均勻地與來自容器146的油間距開(或，替代地，能夠保持液滴分離的任何流體）。這導(dǎo)致相 對均勻的間距開的引物液滴147,其中，引物液滴147以特別的流率間距開相對均勻的距離。 每個(gè)均勻地間距開的引物液滴147首先借助于試樣容器注射器150從試樣容器148注入試 樣，其后借助于試劑注射器151從試劑容器149注入DNA聚合酶。
[0077]該過程導(dǎo)致形成相對較大的液滴152,其中，每個(gè)液滴包括試樣DNA、引物和PCR試 劑，它們流動在微流體通道145內(nèi)。液滴152接下來流過蜿蜒曲折的微流體通道155，同時(shí)反 復(fù)地分別通過兩個(gè)溫度區(qū)域，即第一溫度區(qū)域153和第二溫度區(qū)域154,作為經(jīng)受試樣DNA的 PCR放大過程的一部分。第一溫度區(qū)域(變性溫度區(qū)域）153允許試樣DNA改變本性。替代地， 該系統(tǒng)可修改成允許三步PCR過程，由此，通過經(jīng)受系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)受控溫度區(qū)域，可PCR放大試 樣DNA，這將被本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解和認(rèn)識。當(dāng)液滴152流過蜿蜒曲折的微流體通道 155時(shí)，液滴通過交替的溫度區(qū)域153和154，因?yàn)镻CR過程的部分導(dǎo)致包括PCR放大的試樣 DNA的PCR產(chǎn)物液滴156。
[0078]圖1中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步包括DNA探查液滴容器157，其包括包含在液滴內(nèi)的DNA探 查庫。包括DNA探查(探查液滴）的液滴160借助于DNA探查液滴注射器171從DNA探查液滴容 器157注入，注射器171與微流體通道159相交。當(dāng)探查液滴160注入到微流體通道159內(nèi)時(shí)， 液滴被借助于油注射器172從油容器158注入的油相對均勻地間距開。
[0079] 在由圖1所示的系統(tǒng)執(zhí)行的級聯(lián)化驗(yàn)的第二階段中，當(dāng)PCR產(chǎn)物液滴156流過蜿蜒 曲折的微流體通道155時(shí)，各個(gè)個(gè)別PCR產(chǎn)物液滴156的一部分或全部可借助于注射器161， 在蜿蜒曲折的微流體通道155與微流體通道159相交之點(diǎn)處，被注入到在微流體通道159內(nèi) 流動的一個(gè)或多個(gè)探查液滴160內(nèi)。接下來，探查液滴160借助于試劑容器注射器162從試劑 容器163注入以探查化驗(yàn)試劑(例如，用于順序反應(yīng)的試劑，包括但不限于：雜交基的順序反 應(yīng)）。替代地，該實(shí)例中的系統(tǒng)140可以修改，使得注入順序可以反過來，即，在PCR產(chǎn)物液滴 156注入之前，將探查化驗(yàn)試劑注入到探查液滴160內(nèi)。在該實(shí)例中，電極(未示出）提供中斷 探查液滴160和流體和/或乳液之間的界面的機(jī)構(gòu)，所述探查液滴和流體和/或乳液包括注 入到探查液滴160內(nèi)的材料(在該實(shí)例中，PCR產(chǎn)物液滴和探查化驗(yàn)試劑）。盡管這樣的注入 順序，但結(jié)果是包括探查的液滴加上放大的試樣，這里，放大試樣被稱作為預(yù)孵化液滴173。
[0080] 在一個(gè)實(shí)施例中，按照W02012/078710描述探測孵化，本文以參見方式引入其全部 內(nèi)容。簡要地說，該方法可包括產(chǎn)生目標(biāo)核酸擴(kuò)增子，該擴(kuò)增子包括熒光標(biāo)簽或其他可探測 的物質(zhì)，例如，核酸順序共價(jià)交聯(lián)的熒光標(biāo)簽，并逐漸冷卻為包括驟冷器的多核苷酸抑制 劑，這樣，多核苷酸抑制劑雜交到目標(biāo)核酸導(dǎo)致熒光標(biāo)簽信號的驟冷。探測器核酸（即，與多 核苷酸抑制劑雜交的目標(biāo)相關(guān)的順序)可以是目標(biāo)順序擴(kuò)增子的一部分，或可以添加到目 標(biāo)核酸順序。探查液滴160內(nèi)的試驗(yàn)引物（即，反應(yīng)分隔中的一個(gè)或多個(gè)引物)可與雙重來自 PCR產(chǎn)物液滴156和鏈置換聚合酶(例如來自163)的目標(biāo)核酸/多核苷酸抑制劑組合，這樣， 如果引物逐漸冷卻到目標(biāo)核酸，則聚合酶延伸該引物并置換多核苷酸抑制劑，由此，產(chǎn)生熒 光信號，指示出引物已經(jīng)雜交。如果引物沒有雜交，則驟冷器不置換，沒有(或減少的）信號 被探測到。注意，在替代的構(gòu)造中，驟冷器和熒光標(biāo)簽也可分別連接到目標(biāo)核酸和多核苷酸 抑制劑。鏈置換化驗(yàn)可以等溫地發(fā)生，因此，不需要熱循環(huán)。在某些實(shí)施例中，目標(biāo)核酸將產(chǎn) 生為擴(kuò)增子，其具有5'熒光標(biāo)簽，可供選擇地，3'莖干(即，由寡核苷酸與3'端頭雜交形成的 雙鏈端頭)或莖干環(huán)。
[0081] 過多的油可通過油去除器164從微流體通道159中除去，并收集在廢油容器165內(nèi)。 移去過多油允許緊密的包裹，因?yàn)轭A(yù)孵化液滴173接下來通過孵化溫度區(qū)域166同時(shí)以相對 均勻的方式流動，與接納可變的孵化時(shí)間或偏離其他預(yù)孵化液滴相比，相對均勻的方式允 許每個(gè)液滴經(jīng)受相對同樣的孵化時(shí)間量并保持預(yù)孵化液滴173的收集單元的構(gòu)件。孵化溫 度區(qū)域166的溫度可包括一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)溫度;一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)溫度梯度;一個(gè)、兩個(gè)或 多個(gè)溫度循環(huán)，或上述情況的任何組合。在孵化之后，液滴被稱作后孵化液滴174，后孵化液 滴然后以相對均勻的方式通過溫度區(qū)域166,該方式通過油注射器168與來自油容器167的 油間距開。探查液滴160的相對均勻的間距必須足以分離后孵化液滴174,以便由探測器169 和使用者個(gè)別地進(jìn)行探測和分析。在探測之后，后孵化液滴174被收集在廢液井170內(nèi)。
[0082] 在某些實(shí)施例中，液滴是被不可混合的載體流體(例如，油)包圍的水性的液滴。在 某些實(shí)施例中，液滴是被不可混合的載體流體(例如，水性溶液)包圍的油液滴。在某些實(shí)施 例中，文中描述的液滴相當(dāng)穩(wěn)定，并具有介于兩個(gè)或更多個(gè)液滴之間的最小合并。在某些實(shí) 施例中，小于從與其他液滴合并試樣產(chǎn)生的液滴的〇.0001 %、〇. 0005%、0.001 %、0.005%、 0·01%、0·05%、0·1%、0·5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9% 或10%。
[0083] 例如，在出版的專利申請W02010/036352、US2010/0173394、US2011/0092373、 1^2011/0092376、1^2012/0222748、恥2013/09573以及1^2011/0218123中描述了用來分隔 試樣(例如，從中形成液滴)的方法和組分，本文以參見方式引入其全部內(nèi)容。
[0084] 在某些實(shí)施例中，通過油相流過包括待要探測標(biāo)簽的水性溶液來形成液滴。在某 些實(shí)施例中，包括待要探測的標(biāo)簽的水性試樣包括緩沖溶液和用于探測標(biāo)簽的試劑。用于 油相的油可以是合成的或自然產(chǎn)生的。在某些實(shí)施例中，油包括碳和/或硅。在某些實(shí)施例 中，油包括氫和/或氟。示范的油包括但不限于:硅樹脂油、礦物油、碳氟化合物油、植物油， 或它們的組合油。
[0085] 油相可包括氟化基的油，通過與諸如全氟化聚醚那樣的氟化表面活化劑的組合， 氟化基的油可額外地穩(wěn)定。在某些實(shí)施例中，基礎(chǔ)油包括HFE7500、FC-40、FC-43、FC-70中一 個(gè)或多個(gè)，或其他的普通氟化油。在某些實(shí)施例中，油相包括陰離子氟表面活化劑。在某些 實(shí)施例中，陰離子氟表面活化劑是銨、Krytox(Krytox-AS)、Krytox FSH的銨鹽，或Krytox FSH 的嗎啉代衍生物。Krytox-AS 可存在于約0·1%、0·2%、0·3%、0·4%、0·5%、0·6%、 0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、2.0%、3.0%或4%(重量/重量）的濃度內(nèi)。在某些實(shí)施例中， Krytox-AS的濃度約為1.8%。在某些實(shí)施例中，Krytox-AS的濃度約為1.62% Irytox FSH 的嗎啉代衍生物可存在于約〇· 1%、0·2%、0·3%、0·4%、0·5%、0·6%、0·7%、0.8%、 0.9%、1.0%、2.0%、3.0%或4%(重量/重量)的濃度內(nèi)。在某些實(shí)施例中，&7切叉？3油勺嗎 啉代衍生物的濃度約為1.8%。在某些實(shí)施例中，Krytox FSH的嗎啉代衍生物的濃度約為 1.62%〇
[0086] 在某些實(shí)施例中，油相還進(jìn)一步包括用于細(xì)調(diào)油特性的添加因素，諸如蒸汽壓力、 粘度或表面張力。非限制性實(shí)例包括全氟辛醇和1H，1H，2H，2H-全氟辛醇。在某些實(shí)施例中， 1!1，1!1，2!1，2!1-全氟辛醇添加到約為0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.1%、0.2%、 0·3%、0·4%、0·5%、0·6%、0·7%、0·8%、0·9%、1·0%、1·25%、1·50%、1·75%、2·0%、 2.25%、2.5%、2.75%或3.0%(重量/重量）的濃度。在某些實(shí)施例中，1!1，1!1，2!1，2!1-全氟辛 醇添加到約為0.18% (重量/重量)的濃度。
[0087] 在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的液滴形狀和/或尺寸基本上均勻。例如，在某些實(shí)施例 中，液滴的平均直徑基本上均勻。在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的液滴具有如下的平均直徑:約 為0.001微米、約為0.005微米、約為0.01微米、約為0.05微米、約為0.1微米、約為0.5微米、 約為1微米、約為5微米、約為10微米、約為20微米、約為30微米、約為40微米、約為50微米、約 為60微米、約為70微米、約為80微米、約為90微米、約為100微米、約為150微米、約為200微 米、約為300微米、約為400微米、約為500微米、約為600微米、約為700微米、約為800微米、約 為900微米或約為1000微米。在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的液滴具有如下的平均直徑:小于約 1000微米、小于約900微米、小于約800微米、小于約700微米、小于約600微米、小于約500微 米、小于約400微米、小于約300微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約50微米或小于 約25微米。在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的液滴的形狀和/或尺寸不均勻。
[0088] 在某些實(shí)施例中，所產(chǎn)生的液滴的體積基本上均勻。例如，在某些實(shí)施例中，所產(chǎn) 生的液滴具有如下的平均體積:約為〇. 〇〇 InL、約為0.00 5nL、約為0.01 nL、約為0.0 2nL、約為 0.031^、約為0.041^、約為0.051^、約為0.061^、約為0.071^、約為0.081^、約為0.091^、約為 0.11^、約為0.21^、約為0.31^、約為0.41^、約為0.51^、約為0.61^、約為0.71^、約為0.81^、 約為0.9nL、約為InL、約為1.5nL、約為2nL、約為2.5nL、約為3nL、約為3.5nL、約為4nL、約為 4.51^、約為51^、約為5.51^、約為61^、約為6.51^、約為71^、約為7.51^、約為81^、約為8.51^、 約為9nL、約為9.5nL、約為10nL、約為llnL、約為12nL、約為13nL、約為14nL、約為15nL、約為 16nL、約為17nL、約為18nL、約為19nL、約為20nL、約為25nL、約為30nL、約為35nL、約為40nL、 約為45nL或約為50nL。
[0089]應(yīng)該理解到，這里所描述的實(shí)例和實(shí)施例只是為了說明的，對本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員將會建議關(guān)于這些實(shí)例和實(shí)施例的各種修改，并被包括在本申請的精神和權(quán)限以及 附后權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。出于各種目的，這里所引用的所有出版物、專利和專利申請都 由本文以參考的方式引入其全部內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種控制包括非水性連續(xù)流體的乳液內(nèi)水性液滴的方法，該方法包括： 提供由兩個(gè)基本上平行或不平行壁形成的微流體通道，其中，每個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè) 相對的端口，其中，所述微流體通道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)的水性液滴的乳液； 致使所述乳液從所述微流體通道內(nèi)的上游位置流到通道內(nèi)的下游位置，同時(shí)從端口將 非乳液連續(xù)的非水性流體引入到所述微流體通道內(nèi)，使得，所述乳液內(nèi)的所述水性液滴在 相對于上游位置的下游位置更加致密地包裹。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自所述微流體通道第一壁上的一個(gè)或多個(gè) 端口的非乳液連續(xù)的非水性流體，以比來自相對壁的端口的非乳液連續(xù)非水性流體高的壓 力流動，這樣，下游位置的大部分液滴相比靠近所述微流體通道的第一壁更加靠近所述相 對壁。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述微流體通道的每個(gè)壁包括至少一個(gè)上游 端口和下游端口，其中，每個(gè)壁中的上游端口以第一壓力將非乳液連續(xù)的非水性流體引入 到所述微流體通道內(nèi)，且其中，每個(gè)壁中的下游端口以第二壓力將非乳液連續(xù)的非水性流 體引入到所述微流體通道內(nèi)。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一壓力和所述第二壓力相同。5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一壓力高于和所述第二壓力。6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一壓力低于所述第二壓力。7. 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述端口提供所述微流體通道和 一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通，其中，所述側(cè)通道和所述微流體通道形成小于90度的 角，該角是從所述側(cè)通道和所述微流體通道的上游部分測量的。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述角在30-60度之間。9. 一種用來控制微流體通道內(nèi)流動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 由兩個(gè)基本上平行的壁形成的微流體通道，其中，每個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)相對端口，其 中，所述微流體通道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)水性液滴的乳液， 所述端口與含有非乳液連續(xù)的非水性流體的一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道流體地連通。10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述側(cè)通道和所述微流體通道形成小于90 度的角，該角是從所述側(cè)通道和所述微流體通道的上游位置測量的。11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該角在30-60度之間。12. -種從乳液中除去連續(xù)的非水性流體的方法，該方法包括： 提供由兩個(gè)基本上平行壁形成的微流體通道，其中，至少一個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)端口， 其中，端口提供所述微流體通道和一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通，其中，所述微流體通 道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)的水性液滴的乳液； 造成乳液從微流體通道內(nèi)的上游位置流到微流體通道內(nèi)的下游位置，同時(shí)，通過端口 從微流體通道內(nèi)的乳液中除去非乳液連續(xù)的非水性流體，其中，所述側(cè)通道和所述微流體 通道形成小于90度的角，該角是從所述側(cè)通道和所述微流體通道的上游位置測量的，由此， 從乳液中除去連續(xù)的非水性流體。13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該角在30-60度之間。14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在下游位置處提供阻礙乳液流 動的流體壓力，由此，將乳液的液滴包裹成比上游位置處出現(xiàn)的更加致密的結(jié)構(gòu)布置。15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過與所述微流體通道流體地連通的下游 端口插入到所述微流體通道內(nèi)的流體提供了該壓力。16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述流體是連續(xù)的非水性流體。17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述流體是水性流體。18. -種用來控制所述微流體通道內(nèi)流動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 由兩個(gè)基本上平行的壁形成的微流體通道，其中，至少一個(gè)壁包括一個(gè)或多個(gè)端口，其 中： 端口提供所述微流體通道和一個(gè)或多個(gè)側(cè)通道之間的流體連通， 所述微流體通道含有包括連續(xù)非水性流體內(nèi)水性液滴的乳液， 所述微流體通道包括上游位置和下游位置，以及 所述側(cè)通道和所述微流體通道形成小于90度的角，該角是從所述側(cè)通道和所述微流體 通道的上游位置測量的。19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括在下游位置處與所述微流體通 道流體地連通的端口，以提供朝向上游位置的流體壓力。20. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，該角在30-60度之間。21. -種包裹微流體通道內(nèi)的液滴的方法，該方法包括： 提供微流體通道，該微流體通道含有包括非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)水性液滴的乳 液，其中，所述微流體通道具有上游位置和下游位置，并與上游位置處的注入入口流體地連 通，所述注入入口與含有非乳液連續(xù)的非水性流體的次通道流體地連通； 造成乳液從微流體通道內(nèi)的上游位置流到微流體通道內(nèi)的下游位置，其中，微流體通 道的下游位置含有一個(gè)或多個(gè)填料液滴，其至少是乳液內(nèi)平均液滴的兩倍之大； 過濾通過填料液滴的乳液內(nèi)的液滴，由此，在超過下游位置的端部位置處包裹液滴。22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述微流體通道內(nèi)的介于上游位置和下 游位置之間填料液滴注入位置處，將填料液滴注入到所述微流體通道內(nèi)。23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，下游位置處的所述微流體通道寬于所述微 流體通道上游位置處的微流體通道，且填料液滴注入位置處的所述微流體通道寬度與下游 位置處的所述微流體通道寬度基本上相同。24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，下游位置處的所述微流體通道寬于所述微 流體通道上游位置處的所述微流體通道，且填料液滴注入位置處的所述微流體通道寬度與 上游位置處的所述微流體通道寬度基本上相同。25. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述微流體通道的下游位置寬于所述微流 體通道的上游位置。26. 如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，入口與上游位置處的所述微 流體通道連通，從入口將非乳液連續(xù)相注入到所述微流體通道內(nèi)。27. -種微流體系統(tǒng)，包括： 含有乳液的微流體通道，乳液包括非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)的水性液滴，其中，所述 微流體通道具有上游位置和下游位置，并與上游位置處的注入入口流體地連通，所述注入 入口與含有非乳液連續(xù)的非水性流體的次通道流體地連通;以及 所述微流體通道內(nèi)介于上游位置和下游位置之間的填料液滴注入位置處的注入端口， 其中，注入端口與包括不可在非乳液連續(xù)的非水性流體內(nèi)混合的流體的腔室流體地連通。28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，下游位置處的所述微流體通道寬于所述微 流體通道上游位置處的所述微流體通道，且填料液滴注入位置處的所述微流體通道的寬度 基本上與下游位置處的所述微流體通道寬度相同。29. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，下游位置處的所述微流體通道寬于所述微 流體通道上游位置處的所述微流體通道，且填料液滴注入位置處的所述微流體通道的寬度 基本上與上游位置處的所述微流體通道寬度相同。30. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微流體通道的下游位置寬于所述微流 體通道的上游位置。31. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括位于通道上游位置處的入口， 用來將連續(xù)相提供到所述微流體通道內(nèi)。
【文檔編號】B01J19/00GK106061598SQ201480064728
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年11月25日
【發(fā)明人】T·亨, S·其阿尼, S·鮑爾斯, A·艾斯麥爾
【申請人】基紐拜奧股份有限公司