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      尺寸交替的注入到液滴中以促進(jìn)分選的制作方法

      文檔序號:12140300閱讀:354來源:國知局
      尺寸交替的注入到液滴中以促進(jìn)分選的制作方法與工藝

      本申請要求在2014年6月16日提交的美國臨時專利申請第62/012,516號的優(yōu)先權(quán),其以引用方式并入本文中以用于所有目的。

      技術(shù)領(lǐng)域

      本發(fā)明在微流體的技術(shù)領(lǐng)域中。更具體地,本發(fā)明涉及用于改變某些液滴的液滴體積并然后例如基于體積被動地分選所得的液滴的微流體裝置。



      背景技術(shù):

      分選為在許多液滴基微流體生物應(yīng)用中必須執(zhí)行的功能。例如,當(dāng)執(zhí)行細(xì)胞篩選時,具有期望性狀的細(xì)胞必須通過液滴分選從所有細(xì)胞群中提取。在DNA測序的實例中,含有不期望產(chǎn)物或缺少靶向DNA的液滴必須通過分選而除去,以使得它們在隨后的步驟中不被處理??墒褂枚喾N方法實現(xiàn)液滴分選。例如,使用單層隔膜閥或通過加壓分叉通道幾何結(jié)構(gòu),液滴可分選到不同的通道中??商娲?,通過使用介電電泳力或表面聲波,液滴可以高得多的速度分選。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明涉及一種新的微流體裝置和使用裝置分選液滴的方法。

      在一些實施例中,提供了用以將期望液滴與不期望液滴進(jìn)行分選的方法。在一些實施例中,方法包括(a)提供在微流體通道中流動的多個液滴,其中多個液滴包含期望液滴和不期望液滴,(b)識別在多個液滴中的期望液滴,(c)改變相對于不期望液滴體積的期望液滴的體積以使得至少一些期望液滴具有與不期望液滴不同的體積,以及(d)被動地將具有不同體積的期望液滴與不期望液滴進(jìn)行分選,從而將期望液滴與不期望液滴分離。

      在一些實施例中,識別包含用光學(xué)檢測器識別期望液滴。

      在一些實施例中,改變包括從期望液滴選擇性注入或除去流體。在一些實施例中,體積控制器響應(yīng)于電場增加期望液滴的體積。在一些實施例中,體積控制器響應(yīng)于電場減小期望液滴的體積。在一些實施例中,改變包括從不期望液滴選擇性注入或除去流體。在一些實施例中,體積控制器響應(yīng)于電場增加不期望液滴的體積。在一些實施例中,體積控制器響應(yīng)于電場減小不期望液滴的體積。在一些實施例中,改變導(dǎo)致在多個液滴中的至少大部分期望液滴具有與不期望液滴不同的體積。

      在一些實施例中,被動地分選包括迫使液滴朝向微流體通道的壁移動,其中不同尺寸的液滴被迫朝向壁移動不同的距離。在一些實施例中,迫使包括通過相交通道向微流體通道連續(xù)地添加單相流體以將液滴朝向壁推動。在一些實施例中,迫使包括向微流體通道施加偏轉(zhuǎn)電場以迫使液滴朝向壁移動。

      在一些實施例中,改變相對于不期望液滴體積的期望液滴的體積包括注入改變液滴電磁特征的試劑以增加在不同體積的液滴中由偏轉(zhuǎn)電場引起的偏轉(zhuǎn)距離差異。

      在一些實施例中,通過選自由以下各項組成的群組的方法執(zhí)行被動分選:介電電泳、障礙物誘導(dǎo)分離、變型形選擇性分離、慣性遷移和慣性迪安(Dean)流動。

      還提供了用于分選液滴的系統(tǒng)。在一些實施例中,系統(tǒng)包含液滴源,其與微流體通道流體連通;光學(xué)檢測器,其定位成用于確定在微流體通道中多個液滴中的期望液滴;液滴體積控制器,其在光學(xué)檢測器的下游用以改變期望液滴的體積;和液滴尺寸分選器,其在液滴體積控制器的下游與通道流體連通,其將期望液滴與不期望液滴分離。

      在一些實施例中,體積控制器將流體注入到期望液滴中以增加液滴的體積。在一些實施例中,體積控制器包括電場發(fā)生器以使得體積控制器響應(yīng)于電場將流體注入到期望液滴中。

      在一些實施例中,體積控制器減小期望液滴的體積。在一些實施例中,體積控制器包括電場發(fā)生器以使得體積控制器響應(yīng)于電場減小期望液滴的體積。

      在一些實施例中,微流體通道進(jìn)一步包含相交通道,所述相交通道用于提供添加到微流體通道的單相流體以尺寸差異地迫使液滴朝向微流體通道的壁移動。

      在一些實施例中,系統(tǒng)進(jìn)一步包含一個或多個電極,所述電極用于產(chǎn)生施加到微流體通道的偏轉(zhuǎn)電場以使微流體通道內(nèi)的液滴偏轉(zhuǎn),這導(dǎo)致對應(yīng)于液滴體積的偏轉(zhuǎn)距離并允許期望液滴與不期望液滴分離同時穿過尺寸分選器。

      在一些實施例中,體積控制器額外地注入改變液滴的電磁特征的試劑以增加在不同體積的液滴中由偏轉(zhuǎn)電場引起的偏轉(zhuǎn)距離差異。

      在一些實施例中,液滴尺寸分選器選自由以下各項組成的群組:介電電泳液滴尺寸分選器、障礙物誘導(dǎo)分離液滴尺寸分選器、變形選擇性分離液滴尺寸分選器、慣性遷移液滴尺寸分選器以及慣性迪安流動液滴尺寸分選器。

      在本文中的其它部分描述其它的實施例。

      附圖描述

      圖1提供系統(tǒng)的示意圖,所述系統(tǒng)用于檢測在多個液滴內(nèi)的期望液滴,改變期望液滴尺寸(體積)并隨后基于其不同的尺寸分選液滴。附圖示出系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括檢測器、液滴體積控制器(例如,液滴注入器)接著是尺寸分選裝置。光學(xué)檢測器(102)測量或以其它方式檢測在注入之前液滴的方面以基于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)確定哪些液滴尺寸增加??衫缤ㄟ^電極(109,100)控制來自注入器的流體來實現(xiàn)額外的流體和任選的試劑注入到至少一些液滴中,所述電極通過觸發(fā)電場控制流體到液滴中的釋放。液滴(一些通過注入擴(kuò)大,一些沒有通過注入擴(kuò)大)然后流入到流體動力學(xué)尺寸分選器中。分選器包括用于將連續(xù)相流體添加到乳液中的相交通道,以將液滴推向一個壁。這引起小液滴從相交通道更靠近通道的壁流動,并且引起較大液滴(由于其較大尺寸)相比于通道中的較小液滴更集中流動。在一些實施例中,在通道更遠(yuǎn)的下游擴(kuò)展,引起液滴沿著通過在來自相交通道的流的運(yùn)動中設(shè)置的流線平均值指定的路徑流動。因此,小液滴將朝向擴(kuò)展通道的遠(yuǎn)邊緣更遠(yuǎn)地流動,而大液滴更集中地流動。出口放置于這些位置中以收集期望液滴。

      圖2示出在液滴分選裝置中液滴尺寸控制(例如,注入)的另一個實例。附圖示出其中使用固定電場而不是相交通道分選液滴的可替代實施例。當(dāng)液滴穿過產(chǎn)生電場的電極(202,203)時,液滴通過所述場偏轉(zhuǎn)。對于不同尺寸液滴,液滴的偏轉(zhuǎn)不同,這允許它們被導(dǎo)向到不同通道。

      圖3A和圖3B示出其中不同尺寸的不同液滴在微通道中不同地流動并且被動地分選的方面。在左邊的箭頭(301)指示在微通道內(nèi)的流動速度。如圖所示,流速分布為通道中的拋物線形。最快的流速在通道的中心,并且流速向通道的邊緣降低,其中在壁的邊界處,流速為零或接近零。在一些實施例中,液滴在通道中逐個地流動,在通道中它們的位置對中并且甚至在相鄰液滴之間間隔開。填充幾乎整個通道的大液滴(例如,302,304)將在拋物線上對整個流速分布進(jìn)行采樣,而較小液滴(303,305)僅對通道中心處的較快流速進(jìn)行采樣。大液滴(302,304)將比小液滴(303,305)移動的更慢。小液滴(303,305)追趕上大液滴(302,304)而無法超過,因為通道的尺寸太小而無法擠壓通過,并因此小液滴(303)更靠近通道的側(cè)邊推動。當(dāng)這些液滴遇到如圖3B所示的分叉時,由于較小液滴(305)更靠近通道的壁,其將在邊緣上自然地遵循這些流線。

      圖4A和圖4B示出不同的被動分選方面。代替如圖3A至圖3B所示使小的側(cè)邊通道虹吸出液滴,在通道尺寸中發(fā)生快速擴(kuò)展。流體流動線將在圖4B中左右移動擴(kuò)展以填充這一新的幾何結(jié)構(gòu)(分布仍為拋物線形,但是拋物線現(xiàn)在更大)。在通道中心之前的流動線將保持在新擴(kuò)展通道的中心附近。然而,在舊通道的壁附近的流動線將移動更大距離以緊鄰于新通道的壁。更靠近舊通道的壁的小液滴將遵循這些流線并與中心處的較大液滴分離。

      具體實施方式

      本文所述的分選器的一個方面是改變在多個液滴內(nèi)某些液滴的尺寸并隨后基于液滴尺寸分選(例如,被動地)多個液滴。例如,液滴通過液滴體積控制器(例如,液滴注入器)單獨地流動通過微流體通道,并且當(dāng)激活由電極(109和110)控制的電場時,它們的體積增加或減小。在一些實施例中,通過檢測器(102)的光學(xué)測量用于識別期望的液滴。該檢測器可與液滴體積控制器通信,從而控制改變哪些液滴的尺寸。這個過程的結(jié)果是雙分散收集的液滴可基于其尺寸分離成兩種不同的流。這可以例如使用被動水動力分選設(shè)計來實現(xiàn),該設(shè)計將液滴基于它們的尺寸分入兩個不同的通道。

      雖然本申請一般描述控制液滴的體積和對液滴進(jìn)行分選,但是應(yīng)理解的是本文所述方法和系統(tǒng)可等同地應(yīng)用于可注入于其中或排出的任何離散對象。因此,方法可應(yīng)用于例如離散相以及細(xì)胞、膠束、脂質(zhì)體或其它離散對象或具有防止或延遲內(nèi)部流體進(jìn)入到對象中的邊界、界面或膜的容器??墒褂梅椒ɡ缫苑诌x具有感興趣標(biāo)記的細(xì)胞(例如,指示疾病的標(biāo)記,例如癌癥標(biāo)記)。

      液滴和微流體系統(tǒng)

      在一些實施例中,液滴形成在不可混溶流體的混合物中(例如,水和油)。在一些實施例中,液滴為由不可混溶載體流體(例如,油)包圍的水性液滴。在例如公開專利申請WO 2010/036352、US 2010/0173394、US 2011/0092373、US 2011/0092376、US2012/0222748、WO2013/09573以及US 2011/0218123中描述了用于分隔樣品的方法和組合物(例如,由其形成液滴),每個專利的全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。

      在一些實施例中,產(chǎn)生的液滴的形狀和/尺寸初始(分選前和體積改變前)大體上是均勻的。例如,在一些實施例中,液滴的平均直徑大體上是均勻的。在一些實施例中,產(chǎn)生的液滴的平均直徑為約0.001微米、約0.005微米、約0.01微米、約0.05微米、約0.1微米、約0.5微米、約1微米、約5微米、約10微米、約20微米、約30微米、約40微米、約50微米、約60微米、約70微米、約80微米、約90微米、約100微米、約150微米、約200微米、約300微米、約400微米、約500微米、約600微米、約700微米、約800微米、約900微米或約1000微米。在一些實施例中,產(chǎn)生的液滴的平均直徑為小于約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。

      在一些實施例中,產(chǎn)生的液滴的體積初始(在分選前和體積改變前)大體上是均勻的。例如,在一些實施例中,產(chǎn)生的液滴的平均體積為約0.001nL、約0.005nL、約0.01nL、約0.02nL、約0.03nL、約0.04nL、約0.05nL、約0.06nL、約0.07nL、約0.08nL、約0.09nL、約0.1nL、約0.2nL、約0.3nL、約0.4nL、約0.5nL、約0.6nL、約0.7nL、約0.8nL、約0.9nL、約1nL、約1.5nL、約2nL、約2.5nL、約3nL、約3.5nL、約4nL、約4.5nL、約5nL、約5.5nL、約6nL、約6.5nL、約7nL、約7.5nL、約8nL、約8.5nL、約9nL、約9.5nL、約10nL、約11nL、約12nL、約13nL、約14nL、約15nL、約16nL、約17nL、約18nL、約19nL、約20nL、約25nL、約30nL、約35nL、約40nL、約45nL或約50nL。

      在一些但不是所有實施例中,本文中所述的系統(tǒng)和方法的所有組分為微流體。如本文所用,“微流體”是指包括至少一個流體通道的裝置、設(shè)備或系統(tǒng),至少一個流體通道橫截面尺寸為小于1mm并且長度與垂直于通道的最大橫截面尺寸的比率為至少約3:1。如本文所用,“微流體通道”為滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的通道。

      例如,在其中兩種或更多個液滴通常由于如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的組成、表面張力、液滴尺寸等原因無法融合或合并的情況下,可提供能夠引起兩種或更多個液滴融合或合并成一種液滴的微流體系統(tǒng)。以上已經(jīng)描述其中兩種或更多個液滴融合的實施例的實例。流體液滴可使用例如如下專利中所討論的任何合適的技術(shù)融合在一起:在2005年10月7日提交的Link等人標(biāo)題為“流體種類的形成與控制(Formation and Control of Fluidic Species)”的美國專利申請第11/246,911號,在2006年7月27日公布為美國專利申請公開第2006/0163385號;或在2006年2月23日提交的Link等人標(biāo)題為“流體種類的電子控制(Electronic Control of Fluidic Species)”的美國專利申請第11/360,845號,在2007年1月4日公布為美國專利申請公開第2007/0003442號,每個專利以引用方式并入本文中。作為實例,在微流體系統(tǒng)中,相對于液滴尺寸的液滴表面張力可防止發(fā)生液滴的融合或合并。在一個實施例中,兩種液滴可給出相反的電荷(即,正電荷和負(fù)電荷,不一定具有相同的量級),這可增加兩種液滴的電相互作用以使得可發(fā)生液滴的融合或合并。電荷(正或負(fù))可通過使用泰勒(Taylor)錐體或通過任何合適的技術(shù)賦予到液滴上。舉例來說,電場可施加在含有液滴的反應(yīng)器上,液滴可穿過電容器,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以引起液滴帶電,使液滴流過具有相反潤濕性質(zhì)等的區(qū)域。

      垂直于流體流動的方向測量通道的“橫截面尺寸”。在本發(fā)明的部件中的大部分流體通道具有小于約2mm的最大橫截面尺寸,并且在一些情況下,小于約1mm。在一組實施例中,含有本發(fā)明實施例的所有流體通道為微流體或者具有不大于約2mm或約1mm的最大橫截面尺寸。在另一實施例中,流體通道可部分由單一部件(例如,蝕刻襯底或模制單元)形成。當(dāng)然,較大通道、管、腔室、儲器等可用于大量儲存流體并將流體遞送到本發(fā)明的各部件。在一組實施例中,含有本發(fā)明實施例的通道的最大橫截面尺寸小于約500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。

      如本文所用,“通道”意指至少部分地導(dǎo)向流體的流動的在制品上或在制品(襯底)中的特征結(jié)構(gòu)。通道可具有和任何橫截面形狀(圓形、橢圓形、三角形、不規(guī)則形、正方形或矩形等)并且可被遮蓋或可未被遮蓋。在其中通道被完全遮蓋的實施例中,通道的至少一部分可具有完全封閉的橫截面,或者整個通道可沿著其整個長度完全封閉,除了其入口(一個或多個)和出口(一個或多個)。通道的縱橫比(長度與平均橫截面尺寸)也可為至少約2:1,更通常至少約3:1,至少約5:1或至少約10:1或更大。開口通道一般將包括促進(jìn)對流體傳輸?shù)目刂频奶匦?,例如,結(jié)構(gòu)特性(細(xì)長凹部)和/或物理或化學(xué)特性(疏水性與親水性)或可對流體施予力(例如,含有力)的其它特性。在通道內(nèi)的流體可部分或完全填充通道。在其中使用開口通道的一些情況下,流體例如可使用表面張力(凹或凸的彎月面)保持在通道內(nèi)。

      通道可為任何尺寸,例如,垂直于流體流動的最大尺寸為小于約5mm或約2mm、小于約1mm、或小于約500微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約60微米、小于約50微米、小于約40微米、小于約30微米、小于約25微米、小于約10微米、小于約3微米、小于約1微米、小于約300nm、小于約100nm、小于約30nm或小于約10nm。在一些情況下,可選擇通道的尺寸以使得流體能夠自由流動通過制品或襯底。也可選擇通道的尺寸例如以在通道中允許特定的體積或線性流速。當(dāng)然,可通過對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的任何方法改變通道的數(shù)量和通道的形狀。在一些情況下,可使用多于一個通道或毛細(xì)管。例如,可使用兩個或更多個管道,其中它們經(jīng)定位在彼此的內(nèi)部、彼此相鄰定位、彼此相交定位等。

      可使用本發(fā)明的微流體系統(tǒng)的非限制實例公開在以下各項中:2005年10月7日提交的標(biāo)題為“流體種類的形成和控制(Formation and Control of Fluidic Species)”的美國專利申請第11/246,911號,在2006年7月27日公布為美國專利申請公布第2006/0163385號;在2004年12月28日提交的標(biāo)題為“用于流體分散的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for Fluid Dispersion)”的美國專利申請第11/024,228號,在2005年8月11日公布為美國專利申請公布第2005/0172476號;在2006年2月23日提交的標(biāo)題為“流體種類的電子控制(Electronic Control of Fluidic Species)”的美國專利申請序列第11/360,845號,在2007年1月4日公布為美國專利申請公布第2007/000342號;在2006年3月3日提交的標(biāo)題為“用于形成多重乳液的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions)”的國際專利申請PCT/US2006/007772,在2006年9月14日公布為WO 2006/096571;在2006年3月3日提交的標(biāo)題為“形成顆粒的系統(tǒng)和方法(Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions)”的美國專利申請序列第11/368,263號,在2007年3月8日公布為美國專利申請公布第2007/0054119號;在2007年3月28日提交的標(biāo)題為“多重乳液和形成的技術(shù)(Multiple Emulsions and Techniques for Formation)”的美國臨時專利申請第60/920,574號;以及在2006年1月20日提交的標(biāo)題為“用于形成封裝在諸如膠體顆粒的顆粒中的流體液滴的系統(tǒng)和方法(Systems and Methods for Forming Fluidic droplets Encapsulated in Particles Such as Colloidal Particles)”的國際專利申請PCT/US2006/001938,在2006年7月27日公布為WO 2006/078841,每個專利以其全文引用方式并入本文中。

      存在許多種方法和材料并且將由對于微流體通道和其網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造領(lǐng)域中技術(shù)人員已知并清楚,諸如在例如美國專利第8,047,829號和美國專利申請第20080014589號中描述的那些,每個專利以其全文引用方式并入本文中。例如,微流體通道可使用簡單的管構(gòu)造,但是可進(jìn)一步涉及將包含開口通道的一個板表面密封到第二平板。可形成微流體通道的材料包括硅、玻璃、諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅酮以及諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(已知為PMMA或“丙烯酸”)的塑料、環(huán)烯烴聚合物(COP)和環(huán)烯烴共聚物(COC)。相同的材料也可用于第二密封板。對于兩種板條的材料的相容性組合根據(jù)所采用方法將它們密封在一起。微流體通道可根據(jù)需要包封在光學(xué)透明材料中以根據(jù)需要允許對樣品進(jìn)行光學(xué)激發(fā)(產(chǎn)生,例如,熒光)或照射(產(chǎn)生,例如,選擇性吸收),并且當(dāng)樣品流動通過微流體通道時允許對來自樣品的光的光譜特征進(jìn)行光學(xué)檢測。表現(xiàn)出高光學(xué)透明度和低自發(fā)熒光的此類光學(xué)透明材料的一些實例包括但不限于:硼硅酸鹽玻璃(例如,SCHOTT BOROFLOAT玻璃(紐約埃爾姆斯福德,北美肖特公司(Schott North America)))和環(huán)烯烴聚合物(COP)(例如,ZEONOR(肯塔基州路易斯維爾,瑞翁化工LP(Zeon Chemicals LP)))。

      識別期望液滴

      可出現(xiàn)其中期望液滴和不期望液滴的混合物出現(xiàn)在液滴混合物中的多種情形。在一些實施例中,期望液滴將含有不會出現(xiàn)在不期望細(xì)胞中的試劑、對象(例如,細(xì)胞)或分子??商娲兀谝恍嵤├?,期望液滴將缺乏不會出現(xiàn)在不期望細(xì)胞中的試劑、對象(例如,細(xì)胞)或分子。在一些實施例中,期望液滴將具有小的或單個細(xì)胞同時不期望細(xì)胞漿具有較大數(shù)量的細(xì)胞,或者在其它實施例中,不期望液滴將不含有細(xì)胞。在一些實施例中,液滴(期望和不期望)將含有細(xì)胞,但是僅有期望液滴將含有表達(dá)在不期望液滴中細(xì)胞所缺乏的標(biāo)記的細(xì)胞。在一些實施例中,液滴(期望和不期望)將含有細(xì)胞,但是僅有不期望液滴將含有表達(dá)在期望液滴中細(xì)胞所缺乏的標(biāo)記的細(xì)胞。

      檢測期望液滴并區(qū)分期望液滴與不期望液滴的方法將根據(jù)用于識別期望液滴的具體標(biāo)準(zhǔn)。在一些實施例中,光學(xué)檢測器將檢測該標(biāo)準(zhǔn)。在一些實施例中,液滴將含有可檢測標(biāo)記物(例如,熒光標(biāo)記物),并且在一些實施例中,標(biāo)記物將連接到親和試劑,例如與靶標(biāo)互補(bǔ)的抗體或核酸。示例性光學(xué)檢測器可包括但不限于:攝像機(jī)、電荷耦合裝置(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)(可替代是指互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體(COS-MOS))、一種或多種單獨的光電二極管、光電二極管陣列(PDA)、雪崩光電二極管(APD)、雪崩光電二極管陣列、光電倍增管(PMT)或光電倍增管陣列)。光學(xué)檢測器可與機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信(例如經(jīng)由有線或無線)以改變靶向液滴的體積。

      改變相對于不期望液滴體積的期望液滴的體積

      在辨別期望液滴后,激活用于改變液滴體積的機(jī)構(gòu),從而增加或減小期望液滴的體積??商娲?,用于改變液滴體積的機(jī)構(gòu)可改變不期望液滴的體積。在任一情況下,結(jié)果是改變相對于不期望液滴的期望液滴的體積,從而產(chǎn)生具有第一體積的期望液滴群和具有第二體積的不期望液滴群,其中第一體積和第二體積充分不同以被動地分選兩個所述群。應(yīng)理解的是,第一體積和第二體積將為所述群內(nèi)的平均體積,但是一般來說在所述群內(nèi)將存在有限的變化性。例如,在一些實施例中,液滴尺寸為正態(tài)分布,例如,單分散液滴為其中至少95%的所測量液滴為期望平均值的+/-1μm。在一些實施例中,第一體積和第二體積相差至少5%、10%、15%、20%、25%、50%或100%,例如,5%至50%。

      在一些實施例中,改變靶向液滴體積的機(jī)構(gòu)(本文中也稱為“注入器”)包含由電極(圖1中示出為109,110)產(chǎn)生的電場,然后打開并關(guān)閉所述機(jī)構(gòu)以將流體注入到液滴中或從液滴中抽出流體,并從而增加或減小液滴尺寸。在美國專利公布第US2012/0132288號中描述了液滴注入器的實例。在一些實施例中,在注入器處的流動是反向的以使得當(dāng)打開磁場時除去液滴的體積,從而選擇性地減小一些液滴的尺寸。在任何情況下,該方法產(chǎn)生易于分離成兩種不同流的液滴的雙分散收集。

      在一些實施例中,代替將額外流體注入到靶向液滴中,靶向液滴與相鄰液滴融合,從而使得靶向液滴更大。

      被動分選液滴

      如上所述,本文所述的方法涉及識別在上游位置處的期望液滴并靶向改變液滴尺寸以使得液滴可基于體積、尺寸或其它標(biāo)準(zhǔn)被動地分選成期望群體和不期望群體?!氨粍臃诌x”是指通過提供恒定力或基于液滴特征(例如,體積、電磁特征、密度等)分選液滴的障礙物執(zhí)行分選,并因此不涉及在分選階段對期望標(biāo)準(zhǔn)的主動檢測。在另一方面,“主動分選”涉及選擇性(例如,根據(jù)液滴等同性開和關(guān))施加力。例如,使用電場對液滴的“主動”分選可涉及激活電場的檢測器,其響應(yīng)于對具體液滴的識別而打開和關(guān)閉。相比之下,使用電場被動的分選涉及電場處于恒定地打開。被動的分選可涉及障礙物、流體動力或其它技術(shù),但是將總是存在且并不根據(jù)液滴的等同性而改變。

      在一些實施例中,被動的分選包括流體動力,例如從如圖1所示的側(cè)邊通道恒定地流動。在又一實施例中,代替流體動力,電場用于迫使液滴移動到通道的一側(cè)。示例性實施例示出在圖2中。電場將產(chǎn)生來自通道的一側(cè)的力,所述力根據(jù)液滴尺寸將具有分化效應(yīng),從而將液滴分選成兩個不同的流。

      在一些實施例中,注入器將進(jìn)一步注入一種或多種物質(zhì)以幫助稍后分選液滴。在一些實施例中,用于改變液滴體積的注入器也注入改變液滴電磁特征的試劑,從而增強(qiáng)場的分化效應(yīng)。在一些實施例中,將溫度敏感聚合物注入到期望(或可替代地,不期望)液滴中并且可稍后改變溫度以固化聚合物。例如,可注入熔融瓊脂糖。美國專利申請第2011/0218123號描述了也可使用的其它溫度敏感物質(zhì)。

      示例性被動分選方法可包括以下各項中的任一種。

      1)介電電泳(DEP)。DEP為其中當(dāng)介電顆粒經(jīng)受非均勻電場時力施予在介電顆粒上的現(xiàn)象。DEP分選的方法描述在例如Ahn等人,應(yīng)用物理快報(Applied Physics Letters)88,024104(2006)和Lenshof和Laurell,化學(xué)學(xué)會評論(Chemical Society Reviews)39:1203-1217(2010)中。

      2)障礙物誘導(dǎo)分離。這種方法也稱為確定性橫向分離并且涉及基于在流動路徑中障礙物(支柱)的放置將不同尺寸的液滴偏轉(zhuǎn)到不同程度。障礙物誘導(dǎo)分離的實例描述在例如Lenshof和Laurell,化學(xué)學(xué)會評論(Chemical Society Reviews)39:1203-1217(2010)中。

      3)變形性選擇性分離。這種方法利用不同尺寸的液滴的差分變形性。變形性選擇性分離的實例描述在例如Lenshof和Laurell,化學(xué)學(xué)會評論(Chemical Society Reviews)39:1203-1217(2010)中。

      4)慣性遷移。這種方法依賴于慣性力諸如夾緊和擴(kuò)展通道。慣性遷移的實例描述在例如Karrimi等人,生物微流體(Biomicrofluidics)7,021501(2013),例如圖2中。也可參見本申請的圖3A至圖3B。

      5)慣性迪安流動。這種方法是指使用彎曲通道以迫使較大液滴移動到壁的一側(cè),因為較大液滴對拖曳力響應(yīng)更大。慣性迪安流動的實例描述在例如Karrimi等人,生物微流體(Biomicrofluidics)7,021501(2013),例如圖5中。

      6)重力或離心。在一些實施例中,力(例如,重力或來自離心的力)可用于分離更致密和較不致密的液滴。

      7)通過密度的微流體分選。一種可使不同密度的流體流動到合并通道中(具有不同密度的流體的兩個單獨通道可合并成一個通道)。因為在微流體流動(低雷諾數(shù),高粘滯力)中,相對于流體的向前移動在長時間刻度由于擴(kuò)散而發(fā)生混合,當(dāng)兩種流體在主通道中在一起時,流體的混合將不會立即出現(xiàn)但是將經(jīng)過一段時間出現(xiàn)。由于流體的密度,流動的液滴或顆粒將具有施加在其上的力:在高密度層中液滴的部分將看到比在較低密度層中液滴部分更高的拖曳力。根據(jù)如何在合并流中產(chǎn)生密度層,不同尺寸的液滴將分離。

      應(yīng)理解的是,本文所述的實例和實施例僅出于說明性目的并且將相本領(lǐng)域技術(shù)人員建議其的各種修改或改變,并且包括在本申請的精神和范疇和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。出于所有目的,本文中引用的所有公開、專利和專利申請都將以其全文引用方式并入本文中。

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