專利名稱：流動聚焦微流裝置的尺度放大的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及流動聚焦式技術(shù)，并且還涉及微流控制技術(shù)，更特別地涉及并行使用微流系統(tǒng)和用于將流體組分輸送到多個這樣的裝置的系統(tǒng)，所述微流系統(tǒng)布置用于控制分散劑中的分散相和所述多相流體系統(tǒng)中分散相的尺寸及尺寸分布。
背景技術(shù)：
為了流體輸送、產(chǎn)品制造、分析等，對流體進行控制以形成期望構(gòu)型的流體流、不連續(xù)的流體流、顆粒、分散體等是比較仔細研究的技術(shù)。例如，已經(jīng)使用稱為毛細流動聚焦的技術(shù)制備了直徑小于100微米的高度單分散性的氣泡。在該技術(shù)中，將氣體驅(qū)出毛細管進入液體浴中，毛細管設(shè)置在一個小孔上方，外部液體通過該小孔的收縮流動使氣體聚焦為細的射流，所述細的射流隨后由于毛細不穩(wěn)定性而破碎為等尺寸的氣泡。在相關(guān)的技術(shù)中，類似的裝置可用于在空氣中制備液滴。微流控制技術(shù)是涉及在非常小的尺度下控制流體流動的技術(shù)領(lǐng)域。微流裝置通常包括非常小的通道，流體在所述通道中流動，所述通道可分支或以其它方式布置用于使流體彼此混合，以將流體轉(zhuǎn)移到不同的位置，引起流體之間的層流，稀釋流體等。已經(jīng)向“晶片實驗室(lab-on-a-chip) ”微流技術(shù)投入了巨大努力，其中研究人員試圖在晶片或微流裝置上的非常小的尺度上進行已知的化學(xué)或生物反應(yīng)。另外，正在使用微流控制技術(shù)開發(fā)不需要在宏觀尺度上知道的新技術(shù)。在微流尺度下正在研究或開發(fā)的技術(shù)的示例包括高通量篩選技術(shù)、藥物輸送、化學(xué)動力學(xué)測量、組合化學(xué)(其中需要快速測試化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)親和力和微結(jié)構(gòu)形成)以及物理、化學(xué)和工程領(lǐng)域中基礎(chǔ)問題的研究。對分散體領(lǐng)域進行了仔細研究。分散體(或乳液)是通常為流體的兩種材料的混合物，由一種分散在另一種中的至少兩種不相容(不能溶混)的材料的混合物限定。即，一種材料破碎為由另一相(分散劑或連續(xù)相)包圍的小的隔離區(qū)域或微滴，第一相攜帶在所述另一相中。分散體的示例可在包括食品和化妝品行業(yè)等很多行業(yè)中找到。例如，洗液通常為分散在水基分散劑中的油。在分散體中，控制分散相微滴的尺寸可影響總體產(chǎn)品性能， 例如洗液的感覺。
分散體的形成通常在包括運動部件的設(shè)備(例如混合器或類似設(shè)計用于破碎材料的裝置)中進行，所述設(shè)備可能易于損壞，并且在很多情況下，不適用于控制非常小的分散相微滴。特別地，傳統(tǒng)的工業(yè)方法通常涉及構(gòu)建用于在通常不適用于精細的小分散體控制的尺寸等級下操作的制造設(shè)備。膜乳化是一種使用微米尺寸的孔來形成乳液的小尺度技術(shù)。但是，分散相的多分散性可能在一些情況下受薄膜的孔尺寸限制。不連續(xù)流體的批量生產(chǎn)易于在產(chǎn)品均勻性方面存在問題。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如雙重乳液(微滴包微滴)或三重乳液(微滴包微滴包微滴)，這些問題可能是復(fù)合的。對于雙重或三重乳液的另一個問題是差的包封率，其中大量的最里層相泄漏到最外層相中，這可能限制這樣的乳液作為用于例如藥物、香料或香精等高價值或揮發(fā)性化合物的載體的有用性。相反，微流裝置可基本上通過在單個微滴水平上控制乳液形成來制備具有非常高均勻性和包封率的多重乳液。這樣的控制基本上以一次形成一滴乳液微滴的速度來形成乳液微滴的代價進行，每一個微流裝置每小時僅制備幾分之一毫升數(shù)量級的小量產(chǎn)物。本發(fā)明部分涉及滿足提高微流裝置產(chǎn)物的需要。雖然存在很多涉及多相系統(tǒng)控制的技術(shù)，但是仍需要改進對分散相尺寸、尺寸范圍(多分散性)和其他因素的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體涉及流動聚焦式技術(shù)，并且還涉及微流控制技術(shù)，更特別地涉及并行使用微流系統(tǒng)和用于將流體組分輸送到多個這樣的裝置的系統(tǒng)，所述微流系統(tǒng)布置用于控制分散劑中的分散相和所述多相流體系統(tǒng)中分散相的尺寸及尺寸分布。本發(fā)明的主題在一些情況下涉及相互關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品、對于特定問題的替代解決方案和/或一個或多個系統(tǒng)和/ 或物品的多種不同用途。在一方面，提供一種方法。所述方法包括將目標流體引入通道的入口中，和將所述目標流體的分開的多個部分同時從多個微流出口排出，所述多個微流出口每一個流體連接到所述入口，同時至少部分由分散流體包圍所述目標流體的分開的多個部分的至少一個。在另一方面，提供一種用于在并行微流通道中形成微滴的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有入口的分配通道，所述入口流體連接到多個微流目標流體出口，每一個目標流體出口限定與可流體連接到分散流體源的至少一個分散流體通道處于流體連通的微流互連區(qū)域的一部分。在另一方面，提供一種用于在并行微流通道中形成微滴的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括連接用于運送目標流體的目標流體通道的互連區(qū)域，和用于運送分散流體的分散流體通道， 其中，至少限定所述互連區(qū)域的外壁的一部分和限定所述目標流體通道的外壁的一部分是單個一體裝置的部分。本申請的主題可在一些情況下涉及相互關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品、特定問題的替代解決方案和 /或單個系統(tǒng)或物品的多種不同用途。本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和用途將從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明非限制性實施例的詳細描述變得顯而易見，所述附圖是示意性的，并且不是按比例繪制。在附圖中，各附圖中示出的每一個相同或幾乎相同的部件通常由一個數(shù)字表示。為了清楚，不是每一個部件在每一幅圖中都標示，也不是本發(fā)明的每一個實施例的每一個部件都示出，其中圖示說明對使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明來說不是必需的。在本說明書和以引用方式并入本文的文件包括相矛盾的公開內(nèi)容的情況下，應(yīng)以本說明書為準。


下文將參照附圖通過示例來描述本發(fā)明的非限制性實施例，附圖為示意性的，并且并非按比例繪制。附圖中，每一個示出的相同的或幾乎相同的部件通常由一個數(shù)字表示。 為了清楚，不是每一個部件都在每一個附圖中標示，也不是所示的本發(fā)明每一個實施例的每一個部件都在每一個附圖中標示，其中圖示說明對使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明來說不是必需的。附圖中圖1是根據(jù)一個實施例的流體分配制品的示意圖。圖2是根據(jù)一個實施例的三維并行微流裝置的示意圖。圖3是根據(jù)一個實施例的一維并行微流裝置的示意圖。圖4是根據(jù)一個實施例的二維并行微流裝置的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的微流裝置的示意圖。圖6是穿過圖5的線44的示意性剖面圖。圖7是根據(jù)一個實施例的二維并行微流裝置的照片。圖8是根據(jù)一個實施例的并行微流裝置的示意圖。圖9是根據(jù)一個實施例的并行微流裝置的示意圖。圖10是根據(jù)一個實施例的并行微流裝置的示意圖。圖11是根據(jù)一個實施例的并行微流裝置的示意圖。圖12是根據(jù)一個實施例的并行微流裝置的照片。
具體實施例方式下面的文檔通過引用以其全文并入本文中1996年4月30日授予Kumar等人的美國專利no. 5，512，131 ； 1996年6月26曰公開的Whitesides等人的國際專利公開WO 96/29629 ；2002年3月12日授予Kim等人的美國專利no. 6，355, 198 ；2001年11月四日公開的Anderson等人的國際專利公開WO 01/89787 ;2004年10月觀日公開的Link等人的國際專利公開WO 2004/091763 ;2004年1月8日公開的Stone等人的國際專利公開WO 2004/002627 ;Ahn等人的2005年3月10日公開的國際專利公開WO 2005/021151 ； 2007年8月9日公開的國際專利公開WO 2007/089541 ；2008年10月9日公開的Chu等人的國際專利公開WO 2008/121342 ；2006年9月14日由Weitz等人公開的國際專利公開 WO 2006/096571 ο 2009 年 3 月 13 日 Weitz 等人提交的名稱為 “Controlled Creation of Emulsions, Including Multiple Emulsions” 的美國臨時專利申請序列號 61/160，020 ; 2009 年 3 月 13 日 Romanowsky 等人提交的名稱為‘、cale-up of MicrofluidicDevices”的美國臨時專利申請序列號61/160，184 ；和2009年7月7日Romanowsky等人提交的名稱為 "Scale-up of Microfluidic Devices”的美國臨時專利申請序列號61/223，627也通過引用并入本文中。提供了并行使用用于在流體中聚焦和/或形成相似或不相似尺寸的不連續(xù)部分的微流方法和裝置的系統(tǒng)和技術(shù)。在一方面，流體分配物品用于將流體從一個輸入分配到多個輸出。使用所公開的方法和物品，可以三維方式連接多個微流裝置。描述了微流系統(tǒng)和技術(shù)，其中，在一些情況下，可能很重要的是，控制回壓和流動速率，以使微流過程，例如微滴形成，可在多個相似或相同的處理位置上可再現(xiàn)地并且一致地進行。這是微流環(huán)境中的挑戰(zhàn)性的問題，并且沒有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中提供了任何實現(xiàn)此的能力。本發(fā)明做到了。在一些情況下，選擇通道尺寸來使并行裝置中的壓力變化顯著減小。在一些實施例中，本發(fā)明涉及與多相材料并行操縱相關(guān)的裝置和技術(shù)。雖然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可操縱包括不同數(shù)量的相的各種材料中的任何一種，本發(fā)明的多個實施例通常可與不相容流體的兩相系統(tǒng)一起使用。當在此使用時，“流體”意思是可被推動流經(jīng)下面所述裝置來獲得本文所討論的有益效果的任何物質(zhì)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到哪些流體具有適用于根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的粘度， 即哪些物質(zhì)為“流體”。應(yīng)意識到，就本發(fā)明一些實施例而言，物質(zhì)在一些條件下可以是流體，但是在其他情況下可能具有太高的粘度因而不能用作流體。在一種或多種材料在至少一些條件下表現(xiàn)為與本發(fā)明一些實施例相容的流體的情況下，所述材料可作為用于操縱的可能材料包括在內(nèi)。在一組實施例中，本發(fā)明涉及在沒有用于產(chǎn)生微滴形成的運動部件的流動系統(tǒng) (優(yōu)選微流系統(tǒng))中，在分散劑中的分散相的微滴形成、控制尺寸和尺寸分布的微滴形成。 即，在具有期望尺寸的微滴形成的一個或多個位置處，所述裝置沒有作為整體相對于所述裝置運動來影響微滴形成或尺寸的部件。例如，在控制尺寸的微滴形成之處，微滴在沒有相對于所述裝置的其他部件運動的部件的情況下形成，所述裝置的其他部件限定微滴在其中流動的通道。在第一組微滴破碎為更小的微滴的情況下，這可稱為微滴尺寸的“被動控制” 或稱為“被動破碎”。通過將很多單個的裝置集成在相同的單片晶片上，并行微流裝置可用于制備大量產(chǎn)物。在一些情況下，并行微流裝置可每天每一個集成晶片產(chǎn)生多升的大量乳液或甚至更多的乳液。例如，每一個集成晶片每天制備至少約200mL，每一個集成晶片每天可制備至少約1L，每一個集成晶片每天制備至少約2L，每一個集成晶片每天制備至少約5L，每一個集成晶片每天制備至少約50L，每一個集成晶片每天制備至少約500L或甚至更多。在一些實施例中，并行尺度放大伴隨有用于將流體輸入到裝置陣列并且從所述裝置陣列收集產(chǎn)物的流體分配物品。如下面更詳細所述，流體分配物品和裝置陣列可使用已知方法制造。流體分配物品可用于在與外部流體供給源和收集器的接口數(shù)量最少的情況下來操作任意數(shù)量的微流裝置、連接高密度裝置陣列和通過系統(tǒng)冗余延長集成裝置的長運行壽命ο現(xiàn)在參照圖1，示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一維并行微流系統(tǒng)300。流體分配物品190用于將流體從輸入130和140分配到并行的微滴形成陣列200，并且將由微滴形成陣列形成的所得乳液通過輸出150排出。流體分配物品允許流體進入例如單個通道 135，以流入通道160中，以及分配到多個通道165中，所述多個通道165進入系統(tǒng)200中的微滴形成裝置中。圖2是本發(fā)明的一個實施例，示意性示出微滴形成裝置120的三維并行微流系統(tǒng) 100的組件。系統(tǒng)100包括微滴形成裝置120的二維陣列200。如圖1中所示，在本發(fā)明的該實施例中，第一流體(即例如油等分散劑流體)通過輸入130流入通道135中，第二流體通過輸入140流入通道145中，在微滴形成裝置120中通過第一流體和第二流體的相互作用制備的乳液通過通道巧5和輸出150流出系統(tǒng)。分配板190包括通道160、170和180，處于與二維微滴形狀陣列200的平面不同的平面中，以使通道160、170和180處于與交叉通道210、220和230不同的平面中。通道165、175和185分別將通道160、170和180連接到通道 210,220 和 230。在一些實施例中，流體分配物品包括疊置在微流裝置層(圖1)上方的一層或多層流體通道。雖然“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于限定本發(fā)明多個實施例的系統(tǒng)的一些部分和各部分的關(guān)系，但是應(yīng)可理解，所述系統(tǒng)可用于與所述的那些定向不同的定向中。 流體分配物品可以可擴展的并行構(gòu)型用于裝置的一維(I-D)、二維Q-D)和/或三維(3-D) 陣列。例如，如圖3中所示的單組流體通道可用于裝置的I-D線性陣列，圖3示出與通道 210,220和230流體連通的微流裝置120的I-D陣列400。在該實施例中，通道210,220和 230直接設(shè)置在陣列中每一個裝置的相應(yīng)的入口或出口上方，即通道210將第一流體通過入口 211供到每一個裝置，通道220將第二流體通過入口 221供到每一個裝置，通道230從出口 231收集來自每一個裝置的產(chǎn)物。在一些實施例中，流體分配物品通道每一個在通道的頂側(cè)具有至少一個孔(例如孔212、222和232)，用于將流體供到相應(yīng)的通道和/或從相應(yīng)的通道收集產(chǎn)物。類似的設(shè)計可用于形成裝置的2-D陣列，每一個I-D子陣列自己的一組分配通道用于每一個I-D子陣列，如圖4中所示，圖4圖示了微流裝置120的2-D陣列500，與每一個裝置的I-D陣列流體連通的第一組分配通道210、220和230，和分別與第一組分配通道 210、220和230流體連通的第二組分配通道160、170和180。通道160、170和180可具有至少兩組孔，第一組孔165、175和185和第二組孔166、167和168，第一組孔165、175和185 分別將通道160、170和180連接到通道210、220和230，流體可通過所述第二組孔流入陣列 500和/或產(chǎn)物可從陣列500收集。在一些實施例中，每一組分配通道中的分配通道結(jié)合在一層中。因而，2-D陣列 500可通過在第一層中制造裝置120，在第一層頂上的第二層中制造分配通道210、220和 230，并且在第二層頂上的第三層中制造分配通道160、170和180來構(gòu)造。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，裝配順序可不同。在一些情況下，3-D陣列通過連接如圖2中所示的2-D陣列的單元來構(gòu)造。在一些實施例中，一組分配通道(例如圖2中的通道135、145和155)用于流體連接2-D陣列的單元。3-D陣列可以多種構(gòu)造方式構(gòu)造，例如通過疊置2-D陣列、并排放置2-D陣列等。如圖 2中所示，陣列100可使用單組輸入和/或輸出130、140和150來操作。在一些實施例中，分配通道和裝置可結(jié)合在單一層中。一個非限制性示例顯示在圖8中，圖8示出具有用于兩個裝置620的兩個分配通道610和612的陣列600。在該示例中，分配通道610容納由入口 614供給的連續(xù)相(例如油)，分配通道612容納由入口 616 供給的分散相(例如水溶液)。分配通道供入微滴制備裝置620中，并且微滴622通過出口 6 離開所述裝置。應(yīng)可理解，多于兩個裝置可使用圖8中圖示的布局來操作，例如，通過并排重復(fù)設(shè)置另外的裝置620和沿其相應(yīng)縱軸延長分配通道610和612來實現(xiàn)。還應(yīng)理解，可使用不同于線性布置的布置。例如，裝置和/或分配通道中的一個或多個可為曲線或彎曲形狀。例如，分配通道610和612及裝置620可如圖9中所示布置，圖9示出二維陣列650。在另一個非限制性示例中，構(gòu)造用于制備微滴包微滴乳液的裝置和分配通道可按單層制造。圖10圖示了該示例的一個實施例，并且顯示了具有用于兩個裝置720的兩個分配通道710和712的陣列700。在該示例中，分配通道710容納由入口 714供給的連續(xù)相， 分配通道712容納由入口 716供給的分散相。連續(xù)相的微滴722通過使連續(xù)相流入容納分散相的通道730中產(chǎn)生。微滴7 每一個包含連續(xù)相微滴722，微滴7 通過使微滴722流入通道732中產(chǎn)生。微滴7M通過出口 7 離開所述裝置。圖12顯示了構(gòu)造用于制備微滴包微滴乳液的裝置的另一個實施例。這樣的微滴可用于例如制備如芯/殼式微粒等微粒。應(yīng)可理解，也可使用例如該設(shè)計等設(shè)計來產(chǎn)生更高階乳液(即，三重乳液、四重乳液等)。例如，通過使微滴7M流入容納另一相的通道中而不是流入出口 7 中，可產(chǎn)生三重乳液。例如，油-水-油乳液可通過使油相流入水相來產(chǎn)生懸浮在水相中的油滴，使懸浮在水相中的油滴流入油相來產(chǎn)生懸浮在油相中的水包油乳液(即包含懸浮在水滴中的油滴的微滴)，并且使懸浮在油相中的水包油乳液流入水相來產(chǎn)生油-水-油乳液(即包含懸浮在懸浮于油滴中的水滴中的油滴的微滴)形成。在一些實施例中，所述相中的一個或多個相，例如水相，可包含表面活性劑。例如，水相可包含十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate)。如本文所討論的，油相可以是任何適合的材料。合適的油相的非限制性示例包括作為連續(xù)相的具有1.8% (重量百分比)“R22”表面活性劑的HFE-7500油和正辛醇(1-octanol) (R22是可購得的全氟聚醚(杜邦)Krytox I57FSL 油的鋁鹽)。在另一個非限制性示例中，圖9中所示的陣列650可通過改變流動方向和流經(jīng)通道的流體類型進行不同的操作，如圖11中所示。圖11示出具有裝置820的陣列800，其產(chǎn)生由連續(xù)相包圍的四種不同的分散相。(四種分散相可根據(jù)應(yīng)用具有相同或不相同的組分)。 在該示例中，分配通道610容納由入口 614供給的連續(xù)相，并且容納由通道840供給的連續(xù)相的收集通道810收集微滴822、擬4、擬6和828，所述微滴通過出口 816離開通道810。入口 830、832、834和836每一個使不同的分散相通過通道840流入收集通道810中，以分別產(chǎn)生微滴822、824、擬6和828。這可用于例如并行產(chǎn)生不同微滴的庫。應(yīng)可理解，入口 830、 832,834和836可使相同或不同流體的任何組合流入。應(yīng)可理解，圖8_11中所示的陣列在其他實施例中也可以三維形式并行設(shè)置。與涉及順序地在第一步中制備微滴以及然后將微滴在分開的第二步中混合在一起的傳統(tǒng)方法相比較，例如如圖11中圖示的陣列可在一些情況下導(dǎo)致節(jié)約大量的時間用于庫的產(chǎn)生。這可是有利的，例如在庫包含一種或多種易于降解的敏感組分時可能是有利的。在一些情況下，使用共同的壓力差來推動每一種微滴類型的形成可改善微滴尺寸的均勻性。在一些實施例中，與例如同一入口通道再次用于流入不同的分散相時的情況相比較， 每一個分散相使用單獨的入口可減小微滴污染的可能。流體分配物品通道可按比裝置微通道的尺寸大得多的尺寸(高度、寬度和/或長度)制造，這可使沿流體分配物品通道的壓降與橫跨每一個微流裝置的壓降相比較基本上可忽略。如下面更詳細所述，這樣的設(shè)計可防止裝置的液力耦合，確保其獨立和穩(wěn)定的性能，和/或在裝置之間平均地分隔流體。因而，單組分配通道可用于微流裝置的線性陣列，并且減少其到單組入口/出口孔的接口界面而基本上不影響裝置的性能。流體分配物品可用于與很多獨立微流裝置的一個陣列相接，由此使單組入口和出口用于包括任意數(shù)量的裝置的組件。在一些實施例中，本發(fā)明的方法和物品允許擴大規(guī)模到至少約100個裝置、至少約1000個裝置、至少約10000個裝置、至少約100000個裝置或甚至更多個裝置。在一些情況下，所述裝置以高密度陣列布置。例如，裝置之間的間距可小于100微米、小于50微米、小于20微米、小于10微米等。由于單層方案中必須避免通道交叉，因此流體分配物品的使用還允許比使用單層方案獲得并行裝置的更致密包裝。進入和/或離開所述組件的流體的總流動速率可以是至少約IOOmL每小時，至少約IL每小時，至少約IOL每小時，至少約100L每小時，至少約1000L每小時或甚至更大。在一個實施例中，本發(fā)明的物品可構(gòu)造成包括多個以三維形式布置的裝置(例如立方體狀結(jié)構(gòu))。例如，這樣的物品可包括至少50、100、200、400、600或甚至10000個裝置。 在一些情況下，包括至少這樣數(shù)量的裝置的物品可占據(jù)小于5cm3的體積。本發(fā)明公開了單個微流裝置可具有壓力P并且使用所公開的流體分配物品連接多個也各自具有壓力P的這樣的裝置沒有造成壓力的顯著增大，例如具有每一個壓力為P的10000個裝置的物品的壓力可遠小于10000XP。在一些情況下，所述壓力可以小于10XP，小于5XP，小于2XP等。 在一些實施例中，具有多個裝置的系統(tǒng)的壓力具有基本上等于P的壓力。在本發(fā)明的該方面，在多個實施例中，包括多個如上所述的裝置的物品不會造成總裝置的總壓力增大高于P 自身25 %、20 %、15 %、10 %、5 %或甚至2 %，其中每一個裝置具有壓力p，多個裝置的連接如在此所述，每一個裝置的壓力P與任何其他壓力P的差不超過5%。本發(fā)明的又一個優(yōu)點是，陣列中的每一個裝置基本上獨立于陣列中的其他裝置操作。因而，如果一個裝置堵塞或損壞，陣列中的其他裝置可繼續(xù)操作。與達到穩(wěn)態(tài)運行之前要遭受長久振動困擾的單層散開方案對比，如本文所述使用流體分配物品連接的裝置的陣列還經(jīng)受非常短的開啟瞬時行為。例如，本發(fā)明的裝置中的開啟瞬時行為可小于約10分鐘，小于約5分鐘，小于約1分鐘，小于約0. 1分鐘等。由于液力耦合造成的壓力振動是微流裝置中的常見問題，特別是當例如PDMS等的彈性材料用于制造裝置時。例如，泵送到彈性微流裝置中的通道內(nèi)的流體可能造成通道膨脹和收縮，由此在流體中引入壓力波動。在通道用于多個微流裝置的實施例中，壓力波動可能在供入連接到通道的每一個裝置中的流體壓力中弓丨入起伏波動。在一些實施例中，本發(fā)明通過控制給裝置進料的通道的容積而基本上避免了這些壓力起伏波動。在一些情況下，裝置中的壓力變化可通過流體分配通道緩解，由此基本上防止壓力變化影響其他裝置。 例如，連接到彼此流體連通的第一和第二裝置的流體分配通道可允許第一和第二裝置彼此退耦。隨后的測試將可用于使本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計基本上沒有液力耦合的微流裝置的陣列。對于具有N個由分配通道連接的基本上相同的裝置的I-D陣列，每一個裝置的液力阻力值為&，并且分配通道在相鄰裝置之間的整個距離上具有液力阻力Rca (即每段阻力)。 應(yīng)可理解，裝置的入口和出口之間的阻力可以不同，但在相同的數(shù)量級內(nèi)。例如，與水入口和裝置出口之間的阻力相比較，油入口和裝置出口之間的阻力可不同。如果Rca比&小得多，則陣列中第一個和最后一個裝置之間的流動速率的分數(shù)差值小于N * Rcl/!^在一些情況下，該數(shù)量保持低于50%，低于40%，低于30%，低于20%，低于川^，低于！^，低于 0. 5%，低于 0. 等。對于具有M排裝置，每一排包含N個裝置，并且每一排使用其自己的一組第一代線性分配通道的以MXN網(wǎng)格布置的MXN個裝置的2-D陣列，第一代分配通道的入口和相應(yīng)的出口之間的液力阻力約為RtZNdgSRca比&小得多。為了將流體均等地輸送到M排裝置中的每一排，第二代分配通道應(yīng)具有比Rd/N小得多的每段阻力R。2。在該情況下，第一排裝置和最后一排裝置之間的流動速率的分數(shù)差值小于M * N *民2/&。為了在對于I-D陣列的相同精度下保持每一個裝置基本上均等的流動，第二代通道應(yīng)設(shè)計成使R。2 <、/Μ。類似地，在以K個MXN網(wǎng)格的平面布置的KXMXN的裝置的3-D陣列中，第三代通道的每段阻力應(yīng)為R。3 < R。2/K。現(xiàn)在參照圖5，以剖視圖示意性示出微流系統(tǒng)沈形式的本發(fā)明的一個實施例(但是應(yīng)可理解，在沒有圖6的頂壁38的情況下，系統(tǒng)沈的俯視圖將看上去類似)。雖然“頂部”和“底部”用于限定本發(fā)明的各個系統(tǒng)的某些部分和各部分的關(guān)系，但是應(yīng)理解，所述系統(tǒng)可按與所述的那些定向不同的定向使用。作為參照，應(yīng)說明，根據(jù)圖5的定向，所述系統(tǒng)設(shè)計成使流體最好從左到右流動。系統(tǒng)沈包括限定微流系統(tǒng)的區(qū)域的一系列壁，所述系統(tǒng)將通過它們進行描述。微流互連區(qū)域觀由壁四限定在系統(tǒng)中，并且包括上游部分30和下游部分32，所述下游部分 32連接到出口，圖5中未示出出口的更下游。在圖5中示出的實施例中，由側(cè)壁31限定的目標流體通道34設(shè)置在互連區(qū)域觀的外邊界內(nèi)。目標流體通道34在互連區(qū)域觀的上游部分30和下游部分32之間具有出口 37。所述系統(tǒng)因而布置用于從通道34向上游部分和下游部分之間的互連區(qū)域中輸送目標流體。圖6是穿過圖5的線4-4的剖視圖，(除了圖5中所示的一些部件，例如壁四和 31)顯示了底壁36和頂壁38，其與壁四和31 —起限定連續(xù)區(qū)域28 (在其上游部分30處) 和目標流體通道；34?？煽吹?，在上游部分30處的互連區(qū)域28包括兩個由目標流體通道34 分開的分開部分。所述分開部分在更下游互連。再次參照圖5，互連區(qū)域28包括由從側(cè)壁四延伸到互連區(qū)域中的延伸部42形成的尺寸限制部分40。從互連區(qū)域的上游部分30流到下游部分32的流體必須經(jīng)過示出實施例中的尺寸限制部分40。目標流體通道34的出口 37設(shè)置在尺寸限制部分上游。在示出的實施例中，互連區(qū)域28的下游部分具有中心軸44，所述中心軸44與目標流體通道34的中心軸相同。即，目標流體通道設(shè)置用于在尺寸限制部分上游并且與尺寸限制部分成直線地釋放目標流體。如圖5中所示布置，目標流體通道34將目標流體釋放到互連區(qū)域觀內(nèi)部。 即，互連區(qū)域的外邊界是在目標流體通道的外邊界的外部。在互連區(qū)域中的向下游流動的流體與從目標流體通道釋放的流體匯合處的精確點處，目標流體至少部分由互連區(qū)域中的流體包圍，但是不是完全由互連區(qū)域中的流體包圍。而在示出的實施例中，其被經(jīng)過其周長的約50%包圍。目標流體的周長的部分由底壁36和頂壁38約束。在示出的實施例中，尺寸限制部分是圓形孔，但是其可采用任何各種形式。例如， 其可以是細長的、卵形、方形等。優(yōu)選地，其以使分散流體包圍并且限制目標流體的橫截面形狀的任何方式成形。尺寸限制部分在優(yōu)選實施例中沒有閥。即，其是不能在打開狀態(tài)和閉合裝置之間轉(zhuǎn)換的孔，并且通常具有固定尺寸。
雖然圖5和6中未示出，但是在圖5和6的布置中可設(shè)置一個或多個中間流體通道，以提供包圍目標流體的不連續(xù)部分的包封流體，其通過由分散流體在目標流體上的作用產(chǎn)生。在一個實施例中，提供兩個中間流體通道，其在目標流體通道34的每一側(cè)，每一個具有靠近目標流體通道出口的出口。在一些情況下，目標流體的不連續(xù)部分通過在目標流體和分散流體之間引入中間流體形成，每一部分由中間流體的殼體包圍。在一些實施例中， 殼體被硬化。后面的定義將有助于理解本發(fā)明的一些方面。而且?guī)捉M參數(shù)也包括在內(nèi)，在定義列表中，本發(fā)明的一些實施例落在所述參數(shù)范圍內(nèi)。當在此使用時，“通道”意思是物品(基底)上或物品(基底)中的特征，所述特征可至少部分限制和引導(dǎo)流體流動，并且所述特征的長寬比(長度與平均橫截面尺寸之比) 為至少2 1，更通常為至少3 1、5 1或10 1。該特征可以是凹槽或具有任何橫截面形狀(彎曲、方形或矩形)的其他凹陷，并且可被覆蓋或不被覆蓋。在其被完全覆蓋的實施例中，通道的至少一部分可具有完全封閉的橫截面，或整個通道除了其入口和出口之外可沿其整個長度完全封閉。開放通道通常將包括便于控制流體輸送的特性，例如結(jié)構(gòu)特性 (例如細長凹陷)和/或物理或化學(xué)特性(疏水性對親水性)或可在流體上施加力(例如包容力)的其他特性。通道中的流體可部分或完全填充通道。在使用開放通道的一些情況下，流體可例如利用表面張力(例如凹入或凸出彎月面)被保持在通道中。通道可具有任何尺寸，例如，垂直于流體流的最大尺寸小于約5或2毫米，或小于約1毫米，或小于約500 微米，小于約200微米，小于約100微米，或小于約50或25微米。在一些情況下，通道尺寸可選擇成使流體能夠自由流經(jīng)反應(yīng)器。通道尺寸也可選擇成例如允許通道中流體的特定體積或線性流動速率。當然，通道的數(shù)量和通道的形狀可通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何方法來改變。在附圖中示出的實施例中，全部通道完全封閉。當在此使用時，“通道”不包括在通道壁和障礙物之間形成的空間。相反，如本文定義的障礙物應(yīng)理解為被容納在通道中。較大的通道、管等可出于多種目的用于微流裝置中，例如用于大量存儲流體或?qū)⒘黧w輸送到本發(fā)明各個實施例的部件。在一些但不是全部實施例中，本文所述的系統(tǒng)的全部部件是微流部件。當在此使用時，“微流”指包括至少一個具有小于1毫米(mm)的橫截面尺寸且長度與最大橫截面尺寸的比率至少為3 1的流體通道的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)，“微流通道”是符合這些標準的通道。 橫截面尺寸垂直于流體流動方向測量。在本發(fā)明的一些部件中的大部分流體通道具有小于 2毫米，優(yōu)選小于1毫米的最大橫截面尺寸。在一組實施例中，全部流體通道至少在一種流體由另一種流體分散的區(qū)域處是微流通道，或最大橫截面尺寸不超過2毫米。在另一個實施例中，與流體分散相關(guān)的、部分地由單個部件形成(例如蝕刻基底或模制單元)全部流體通道是微流通道，或最大尺寸為2毫米。當然，較大的通道、管等可用于存儲大量流體，并且用于將流體輸送到本發(fā)明的其他實施例的部件。當在此使用時，“微流互連區(qū)域”指裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的包括兩個或多個流體連通的微流通道的部分。通道的“橫截面尺寸”垂直于流體流動方向測量。本發(fā)明的各個實施例的部件中的大部分流體通道具有小于2mm，并且在一些情況下小于Imm的最大橫截面尺寸。在一組實施例中，全部流體通道為微流通道，或具有不大于2mm或Imm的最大橫截面尺寸。在另一個實施例中，流體通道可部分地由單個部件形成(例如蝕刻基底或模制單元)。當然，更大的通道、管、隔室、槽等可用于存儲大量流體，和將流體輸送到本發(fā)明各個實施例的部件。在一組實施例中，全部起作用的流體通道的最大橫截面尺寸小于500微米，小于200微米，小于 100微米，小于50微米，或小于25微米。裝置和系統(tǒng)也可包括具有非微流部分的通道。通道中的流體微滴可具有小于通道的平均橫截面尺寸的約90%的橫截面尺寸，并且在一些實施例中，具有小于通道的平均橫截面尺寸的約80%、約70%、約60%、約50%、 約 40%、約 30%、約 20%、約 10%、約 5%、約 3%、約 1%、約 0. 5%、約 0. 3%、約 0. 1%、約 0. 05%、約 0. 03%或約 0. 01%。當在此使用時，“一體”意思是部件的部分結(jié)合的方式使得在不將部件彼此切割或破碎的情況下它們不可能彼此分離。當在此使用時，“微滴”是第一流體的完全由第二流體包圍的隔離的部分。應(yīng)注意的是，微滴不一定是球形的，而是也可例如根據(jù)外部環(huán)境呈現(xiàn)其他形狀。在一個實施例中， 微滴具有基本上等于垂直于流體流動的通道最大尺寸的最小橫截面尺寸，微滴位于所述通道中。微滴總體的“平均直徑”是微滴直徑的算術(shù)平均值。本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員將能夠例如使用激光散射或其他已知技術(shù)確定微滴總體的平均直徑。非球形微滴中的微滴直徑是在整個表面上積分的微滴的數(shù)學(xué)定義的平均直徑。作為非限制性示例，微滴的平均直徑可小于約1mm，小于約500微米，小于約200微米，小于約100微米，小于約75微米，小于約 50微米，小于約25微米，小于約10微米，或小于約5微米。在一些情況下，微滴的平均直徑也可以是至少約1微米，至少約2微米，至少約3微米，至少約5微米，至少約10微米，至少約15微米或至少約20微米。當在此使用時，“流體”被賦予了其最一般的意思，即液體或氣體。流體可具有任何適當?shù)脑试S流動的粘度。如果存在兩種或多種流體，則每一種流體可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在考慮到流體間關(guān)系的情況下，在基本上任何流體(液體、氣體和類似物)中獨立選擇。 流體可每一種為可溶混的或不可溶混的。例如，兩種流體可選擇成在流體流形成的時間范圍內(nèi)不可溶混，或在反應(yīng)或相互反應(yīng)時間范圍內(nèi)不可溶混。在所述部分長時間保持為液體的情況下，則所述流體應(yīng)顯著不可溶混。在接觸和/或形成之后分散部分通過聚合或類似反應(yīng)快速硬化的情況下，流體不需要是不可溶混的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可利用接觸角測量或類似方法選擇適當?shù)目扇芑旎虿豢扇芑炝黧w，以進行本發(fā)明的各種技術(shù)。當在此使用時，如果可僅通過第二實體圍繞第一實體畫出閉合的圈，則第一實體被第二實體“包圍”。如果可圍繞第一實體畫出僅通過第二實體的閉合圈，而與方向無關(guān)，則第一實體被完全包圍。在一個方面，第一實體可以是細胞，例如懸浮在介質(zhì)中的細胞被介質(zhì)包圍。在另一方面，第一實體是微粒。在本發(fā)明的又一方面，實體可都是流體。例如，親水液體可懸浮在疏水液體中，疏水液體可懸浮在親水液體中，氣泡可懸浮在液體中等。通常， 在親水液體比疏水液體對水具有更大的親和力的情況下，疏水液體和親水液體基本上關(guān)于彼此不可溶混。親水液體的示例包括但不限于水和包含水的其他水性溶液，例如細胞或生物介質(zhì)、乙醇、鹽溶液等。疏水液體的示例包括但不限于油，例如烴類、硅油、氟代烴油、有機溶劑等。當在此使用時，術(shù)語“確定”通常指對物種的分析或測量，例如定量或定性分析或測量，或者對物種的存在與否的檢測?！按_定”也可指對兩個或更多個物種之間的相互作用的例如定量或定性的分析或測量，或通過檢測相互作用的存在與否。示例性技術(shù)包括但不限于光譜分析法，例如紅外、吸附、熒光、紫外/可見光譜分析、FTIR(紅外吸收光譜分析)或拉曼方法；比重測定技術(shù)；橢圓光度法；壓電測量；免疫分析；電化學(xué)測量；光學(xué)測量，例如光密度測量；圓二色譜；光散射測量，例如準電光散射；旋光分析；折射法；或透明度測量。本發(fā)明在一些方面提供目標流體在分散流體中的不連續(xù)或隔離區(qū)域的形成，這些流體可任選地由一種或多種中間流體分開。這些流體可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在考慮到流體之間的關(guān)系的情況下在基本上任何流體(液體、氣體和類似物)中選擇。例如，目標流體和分散流體選擇為在分散部分形成的時間范圍內(nèi)不可溶混。在分散部分長時間保持為液體情況下，流體應(yīng)顯著不可溶混。在形成分散部分之后分散部分通過聚合或類似方法快速硬化的情況下，流體不必是不可溶混的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可使用例如接觸角測量或類似方法選擇適當?shù)牟豢扇芑炝黧w來進行本發(fā)明的各種技術(shù)。在一些實施例中，不連續(xù)部分具有最大尺寸，并且具有最大的最大尺寸的部分與具有最小的最大尺寸的部分的尺寸比率為至少10 1，至少25 1，至少50 1，至少 100 1等。不連續(xù)部分可具有小于50微米、小于25微米、小于10微米、小于5微米、小于 1微米等的最大橫截面尺寸。目標流體分散體可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本文的技術(shù)以及流動聚焦領(lǐng)域中的可用技術(shù)來控制。可參照例如“Generation of Steady Liquid Microthreads and Micron-Sized Monodispersed Sprays and Gas Streams，，,Phys. Rev. Lett. ,80 :2,1998年 1月12日，Ganan-Calvo，以及很多其他文獻，選來擇流體以實現(xiàn)本發(fā)明各個實施例的目的。 如將從下面的示例更全面意識到的，對分散流體流動速率和分散流體與目標流體的流動速率之間的比率的控制可用于在流體分散體中控制目標流體流和/或分散體尺寸，以及單分散性與多分散性。與本文教導(dǎo)的流動速率和比率的控制結(jié)合的本發(fā)明的微流裝置使得顯著改善控制和范圍?？蓪⒎稚⒉糠值某叽绲闹睆椒秶鷾p小到小于1微米。在一些實施例中，目標流體與分散流體的流動速率的比率小于1 5、小于1 25、小于1 50、小于1 100、 小于1 250、小于1 400等。微流通道中的分散流體的流動速率可以是任何合適的速率。例如，流動速率可在6X10_5和1X10_2毫升每秒之間，1X10_4和1X10_3毫升每秒之間和類似速率。很多分散體具有整體(bulk)性能(例如流變能力；分散體怎樣流動，和可任選地受分散體尺寸和分散體尺寸分布影響的例如光學(xué)性能、味覺、觸覺等其他性能)。典型的現(xiàn)有技術(shù)，例如現(xiàn)有技術(shù)流動聚焦技術(shù)，最常涉及的是單分散體系。本發(fā)明還涉及控制雙分散體和多分散體不連續(xù)部分分布導(dǎo)致的情況，并且這可能在通過改變不連續(xù)尺寸分布等影響整體性能時有用。在一些實施例中，本發(fā)明可用來形成用于藥物(例如制藥)、護膚產(chǎn)品(例如洗液、 沐浴露)、食品(例如沙拉醬、冰激凌)、墨水膠囊、油漆、微工程材料的微制模(例如，光子晶體、智能材料等)、泡沫和類似物的眾多分散流體部分或微粒。根據(jù)本發(fā)明各個實施例制備的高度單分散濃縮液晶微滴可自組織為二維和三維結(jié)構(gòu)，并且這些可用于例如新穎的光學(xué)裝置中。在一些實施例中，可形成氣-液分散體來產(chǎn)生泡沫。當氣體在氣-液分散體中的體積百分比增大時，各個氣泡可在其被迫向彼此時失去其球形形狀。如果受一個或多個表面限制，則這些球可能被擠壓為盤狀，但是在透過擠壓表面觀看時將通常保持圓形形狀模式。通常，當氣泡在更高的體積百分比下變成非球形或多邊形時，分散體被稱為泡沫。雖然很多因素，例如分散體尺寸、粘度和表面張力可在泡沫形成時影響，但是在一些實施例中， 當氣體在氣-液分散體中的體積百分比超過例如75、80、85、90或95時，泡沫形成(非球形氣泡)。根據(jù)本發(fā)明的一組實施例，多種材料和方法可用于形成所述系統(tǒng)的部件。在一些情況下，所選的各種材料適于各種方法。例如，本發(fā)明的一些實施例的部件可由固體材料形成，其中通道可通過微機加工、例如旋涂和化學(xué)氣相沉積等薄膜沉積法、激光制造、光刻技術(shù)、包括濕化學(xué)或等離子體法的蝕刻方法和類似方法形成。參見例如Angell等人的 Scientific American 248 :44-55 (1983)。在一個實施例中，所述系統(tǒng)的至少一部分通過在硅片中蝕刻特征而由硅形成。用于由硅精確并且有效制造本發(fā)明各個實施例的裝置的技術(shù)是已知的。在另一個實施例中，該部分(或其他部分)可由聚合物形成，并且可以是彈性聚合物，或聚四氟乙烯(PTFE ； Teflon )或類似物。不同的部件可由不同的材料制造。例如，包括底壁和側(cè)壁的微流裝置的底部可由例如硅或PDMS等不透明材料制成，頂部或蓋可由例如玻璃或透明聚合物等透明材料制造， 用于觀察和控制流體過程。在底部支撐材料不具有精確的期望功能的情況下，部件可進行涂覆來將期望的化學(xué)功能暴露給接觸內(nèi)通道壁的流體。例如部件可如所示制造，內(nèi)部通道壁使用另一種材料涂覆。用于制造本發(fā)明各種裝置的材料或用于涂覆流體通道內(nèi)壁的材料可理想地選自不會不利地影響流經(jīng)裝置的流體或受流經(jīng)裝置的流體影響的材料，例如在將用于所述裝置中的工作溫度和壓力下，在存在流體時具有化學(xué)惰性的一種或多種材料。在一個實施例中，本發(fā)明的一些部件由聚合和/或柔韌和/或彈性材料制造，并且可方便地由可硬化流體形成，便于通過模制制造(例如復(fù)制模制法、注射模制法、鑄塑模制法等)?？捎不黧w可基本上是可被促使固化或自發(fā)地固化為固體的任何流體，其能夠容納并且運送預(yù)期用于微流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中或與微流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一起使用的流體。在一個實施例中， 可硬化流體包括聚合物液體或液體聚合物前體(即預(yù)聚物)。合適的聚合物液體可包括例如加熱到其熔融點之上的熱塑性聚合物、熱固性聚合物或這樣的聚合物的混合物；或在適當溶劑中的一種或多種聚合物的溶液，所述溶液在通過例如蒸發(fā)去除溶劑時形成固體聚合物材料。可從例如熔融狀態(tài)或通過溶劑蒸發(fā)而固化的這樣的聚合物材料對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的。對于一個或兩個模具由彈性材料構(gòu)成的實施例，多種聚合物材料是合適的，其中很多是彈性的，并且多種聚合材料也適于形成模子或模具。這樣的聚合物的非限制性示例的列表包括硅樹脂聚合物、環(huán)氧樹脂聚合物和丙烯酸脂聚合物的總類的聚合物。環(huán)氧樹脂聚合物的特征是，存在通常稱為環(huán)氧基、1，2-環(huán)氧化物或環(huán)氧乙烷基的三元環(huán)醚基團。例如，除了基于芳香胺、三嗪和脂環(huán)族主鏈的化合物，可使用雙酚A的二環(huán)氧甘油醚。另一個示例包括公知的酚醛樹脂聚合物。根據(jù)本發(fā)明一些實施例適用的硅樹脂彈性體的示例包括由包含例如甲基氯硅烷、二乙基氯硅烷和苯基氯硅烷等氯硅烷的前體形成的硅樹脂彈性體。在一組實施例中，優(yōu)選硅樹脂聚合物，例如硅樹脂彈性體聚二甲基氯硅烷(PDMS)。 示例性的聚二甲基氯硅烷聚合物包括由Dow Chemical Co. Midland, MI以商標Sylgard出售的聚合物，特別是Sylgard 182, Sylgard 184和Sylgard 186。包括PDMS的硅樹脂聚合物具有簡化本發(fā)明一些實施例的微流結(jié)構(gòu)制造的幾個有益性能。例如，這樣的材料不貴，容易獲得，并且可通過使用熱固化來從預(yù)聚液體固化。例如，PDMS通?？赏ㄟ^將預(yù)聚液體暴露于例如約65°C到約75°C的溫度，暴露時間為例如約1小時來固化。而且，例如PDMS等硅樹脂聚合物可是彈性的，并且因而可用于形成具有相當高的長寬比的非常小的特征，這在本發(fā)明的一些實施例中是必要的。關(guān)于這點，柔性(例如彈性)模子或模具可能是有利的。由例如PDMS等硅樹脂聚合物形成例如本發(fā)明各個實施例的微流結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點是能夠使這樣的聚合物例如通過暴露于例如空氣等離子體等含氧等離子體來氧化， 以使氧化的結(jié)構(gòu)在其表面處包含能夠交聯(lián)到其他氧化的硅樹脂聚合物表面或多種其他聚合和非聚合材料的氧化表面的化學(xué)基團。因而，可制造并隨后氧化部件，并且基本上不可逆地將所述部件密封到其他硅樹脂聚合物表面，或與氧化的硅樹脂聚合物表面反應(yīng)的其他基底的表面，而不需要單獨的粘合劑或其他密封裝置。在大多數(shù)情況下，密封可簡單地通過將氧化的硅樹脂表面接觸另一個表面來完成，而不需要施加輔助壓力來形成密封。艮口， 預(yù)氧化的硅樹脂表面用作針對適當配合表面的接觸粘合劑。特別地，除了可不可逆地將其自身密封外，例如氧化的PDMS等氧化硅樹脂還可不可逆地密封到與其自身不同的一些氧化材料，包括例如已經(jīng)以類似方式氧化到PDMS表面(例如通過暴露于含氧等離子體) 的玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和環(huán)氧樹脂聚合物?？捎糜诒景l(fā)明范圍內(nèi)的氧化和密封方法以及總體成型技術(shù)描述在以下文獻中=Duffy等人的 Rapid Prototyping of Microfluidic Systems and Polydimethylsiloxane, Analytical Chemistry，第70卷，474-480頁，1998年，其以引用的方式并入本文中。由氧化的硅樹脂聚合物形成本發(fā)明各個實施例的微流結(jié)構(gòu)(或內(nèi)部流體接觸表面)的另一個優(yōu)點是，這些表面可能比通常的彈性聚合物表面更具有親水性(在需要親水內(nèi)表面的情況下)。這樣的親水通道表面可能因而比由通常的未氧化的彈性聚合物或其它疏水材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)更易于由水性溶液充滿和潤濕。因而，本發(fā)明的一些裝置可制成具有比未氧化的彈性聚合物更親水的表面。在一些實施例中，可能期望使得通道表面疏水。用于使通道表面疏水的一個非限制性方法包括使通道表面與賦予通道表面疏水性的試劑接觸。例如，在一些實施例中，通道表面可使用Aquapel ( 一種商業(yè)化汽車玻璃處理劑)(PPG Industries, Pittsburgh, PA)接觸(例如沖洗)。在一些實施例中，與賦予疏水性的試劑接觸的通道表面可隨后使用空氣清洗。在一些實施例中，所述通道可被加熱(例如烘烤)來蒸發(fā)包含賦予疏水性試劑的溶劑。因而，在本發(fā)明的一方面，微流通道的表面可改性來便于例如多重乳液等乳液的制備。在一些情況下，表面可通過在微流通道的至少一部分上涂覆溶膠-凝膠來改性。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的，溶膠-凝膠是可處于溶膠或凝膠狀態(tài)的材料，并且通常包括聚合物。凝膠狀態(tài)通常包括包含液相的聚合物網(wǎng)絡(luò)，并且可通過從溶膠例如通過烘干或加熱技術(shù)去除溶劑來由溶膠狀態(tài)制備。在一些情況下，如下面所討論的，溶膠可在使用之前例如通過使一些聚合反應(yīng)在所述溶膠中進行來預(yù)處理。在一些實施例中，溶膠-凝膠涂層可選擇成具有一定的性能，例如，具有一定的疏水性。涂層的性能可通過控制溶膠-凝膠的組分來控制(例如通過在溶膠-凝膠內(nèi)使用一些材料或聚合物)，和/或通過使涂層改性來控制，例如通過將涂層暴露于聚合反應(yīng)，以使聚合物對溶膠-凝膠涂層起反應(yīng)，如下面所討論的。例如，溶膠-凝膠涂層可通過在溶膠-凝膠中結(jié)合疏水聚合物而更疏水。例如，溶膠-凝膠可包含一種或多種硅烷，例如，氟硅烷(即包含至少一個氟原子的硅烷)，如十七氟硅烷，或其他硅烷，如甲基三乙氧基硅烷(MTEQ或包含一個或多個脂鏈的硅烷，如十八烷基硅烷或其他CH3(CH2)n-硅烷，其中η可以是任何合適的整數(shù)。例如，η可大于1、或10，并且小于約20、25或30。硅烷也可任選地包括其他基團，例如醇基，如十八烷基三乙氧基硅烷。通常，大部分硅烷可用于溶膠-凝膠中，具體的硅烷根據(jù)例如疏水性等所需性能選擇。 在本發(fā)明的其他實施例中也可選擇其他硅烷(例如具有更短或更長的鏈長)，取決于例如所需的相對親水性或疏水性等因素。在一些情況下，硅烷可包含其他基團，例如，如氨基等基團，其將使溶膠-凝膠更親水。非限制性示例包括二氨基硅烷、三氨基硅烷或N- [ (3-三甲氧基)丙烷基]乙烯基二氨基硅烷。硅烷可在溶膠-凝膠中反應(yīng)來形成低聚物或聚合物， 并且聚合程度(例如低聚物或聚合物的長度)可通過控制反應(yīng)條件，例如通過控制溫度、存在酸的量或類似物來控制。在一些情況下，溶膠-凝膠中可存在不止一種硅烷。例如，溶膠-凝膠可包括氟硅烷，以使所得溶膠-凝膠表現(xiàn)出更高的疏水性，還包括便于聚合物制備的其他硅烷(或其他化合物)。在一些情況下，可存在能夠制備SiO2化合物以便于聚合的材料，例如TEOS (正硅酸乙酯)。應(yīng)可理解，溶膠-凝膠不限于僅包含硅烷，除了硅烷或代替硅烷，可存在其他材料。例如，涂層可包含一種或多種金屬氧化物，例如SiO2，釩氧化物(V2O5), 二氧化鈦(TiO2) 和/或氧化鋁(Al2O3)。在一些情況下，微流通道由適于接收溶膠-凝膠的材料構(gòu)造，例如玻璃、金屬氧化物或如聚二甲基硅氧烷(PDMQ和其他硅氧烷聚合物等聚合物。例如，在一些情況下，微流通道可以是其中包含硅原子的微流通道，并且在一些情況下，微流通道可以選擇成使其包含硅烷醇(Si-OH)基，或可改性來具有硅烷醇基。例如，微流通道可暴露于使硅烷醇基在微流通道上形成的氧等離子體、氧化劑或強酸。溶膠-凝膠可作為涂層存在于微流通道上，并且涂層可具有任何合適的厚度。例如，涂層可具有不超過約100微米、不超過約30微米、不超過約10微米、不超過約3微米或不超過約1微米的厚度。在一些情況下可能期望更厚的涂層，例如在需要更高的耐化學(xué)性的應(yīng)用中。但是，在其他應(yīng)用中，例如在相對小的微流通道中，可能期望更薄的涂層。在一組實施例中，可控制溶膠-凝膠涂層的疏水性，例如使溶膠-凝膠涂層的第一部分相對疏水，并且使溶膠-凝膠涂層的第二部分相對疏水。涂層的疏水性可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)確定，例如使用接觸角測量法，如下面討論的那些。例如，在一些情況下，微流通道的第一部分可具有疏水性，其有助于有機溶膠到水中，而第二部分可具有疏水性，其有助于水到有機溶膠中。溶膠-凝膠涂層的疏水性可例如通過將溶膠-凝膠涂層的至少一部分暴露于聚合反應(yīng)來將聚合物反應(yīng)到溶膠-凝膠涂層來改性。反應(yīng)到溶膠-凝膠涂層的聚合物可以是任何合適的聚合物，并且可選擇成具有一定的疏水性能。例如，聚合物可選擇成比微流通道和 /或溶膠-凝膠涂層更疏水或更親水。作為一個示例，可使用的親水聚合物為聚(丙烯酸)?？赏ㄟ^將聚合物以單體(或低聚)形式提供到溶膠-凝膠涂層(例如溶液中)，并且在聚合物和溶膠-凝膠之間發(fā)生聚合反應(yīng)，來將聚合物添加到溶膠-凝膠涂層。例如，自由基聚合反應(yīng)可用于使聚合物結(jié)合到溶膠-凝膠涂層。在一些實施例中，例如自由基聚合反應(yīng)等反應(yīng)可通過將反應(yīng)物暴露于熱和/或光，例如紫外(UV)光，來引發(fā)，可任選地，在存在能夠在暴露于光時產(chǎn)生自由基(例如通過分子分裂)的光引發(fā)劑的情況下進行。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到很多這樣的光引發(fā)劑，很多所述光引發(fā)劑可商購獲得，例如Irgacur 2959 (Ciba Specialty Chemicals)或2_羥基-4_(3_三乙氧基硅烷基丙氧基)-二苯酮 (SIH6200. 0，ABCR GmbH & Co. KG)。光引發(fā)劑可包含在添加到溶膠-凝膠涂層中的聚合物中，或在一些情況下，光引發(fā)劑可存在于溶膠-凝膠涂層內(nèi)。例如，光引發(fā)劑可包含于溶膠-凝膠涂層內(nèi)，并在暴露于光時被激發(fā)。光引發(fā)劑還可結(jié)合或鍵合到溶膠-凝膠的組分，例如硅烷。作為示例，例如 Irgacur 2959等光引發(fā)劑可通過氨酯鍵結(jié)合到異氰酸酯-硅烷，其中光引發(fā)劑上的伯醇可參加與異氰酸酯基的親核加成，這可產(chǎn)生氨酯鍵。應(yīng)注意的是，在本發(fā)明的一些實施例中，僅溶膠-凝膠涂層的一部分可與聚合物反應(yīng)。例如，單體和/或光引發(fā)劑可僅暴露于微流通道的一部分，或聚合反應(yīng)可僅在微流通道的一部分中引發(fā)。作為一個特別的示例，微流通道的一部分可暴露于光，而其他部分可通過使用蒙片或濾光器防止暴露于光。因此，由于聚合反應(yīng)不是在微流通道上的所有地方進行，因此微流通道的不同部分可表現(xiàn)出不同的疏水性。作為另一個示例，可通過將曝光模式的縮小圖像投影到微流通道，使微流通道暴露于UV光。在一些情況下，通過投影技術(shù)，可實現(xiàn)小的分辨率(例如1微米或更小)。本發(fā)明的另一方面總體涉及用于將這樣的溶膠-凝膠涂覆到微流通道的至少一部分上的系統(tǒng)和方法。在一組實施例中，微流通道暴露于溶膠，然后處理所述溶膠來形成溶膠-凝膠涂層。在一些情況下，溶膠也可預(yù)處理，以使得進行局部聚合反應(yīng)?？扇芜x地從微流通道去除額外的溶膠-凝膠涂層。在一些情況下，如所討論的，可處理涂層的一部分來改變其疏水性(或其他性能)，例如，通過將涂層暴露于包含單體和/或低聚物的溶液，并且使單體和/或低聚物的聚合與涂層一起發(fā)生來進行。溶膠可包含在溶劑中，所述溶劑也可包含其他化合物，例如包含上面所述那些的光引發(fā)劑。在一些情況下，溶膠也可包含一種或多種硅烷化合物。溶膠可使用任何合適的技術(shù)處理來形成凝膠，例如通過使用化學(xué)或物理技術(shù)，如加熱，將溶劑去除。例如，溶膠可暴露于至少約150°C、至少約200°C或至少約250°C的溫度，所述溫度可用于驅(qū)除或揮發(fā)至少一些溶劑。作為一個特別的示例，溶膠可暴露于熱板裝置來達到至少約200°C或至少約 250°C的溫度，并且溶膠暴露于熱板可使得驅(qū)除或揮發(fā)至少一些溶劑。但是在一些情況下， 溶膠-凝膠反應(yīng)可甚至在不加熱，例如室溫的情況下進行。因而，例如，溶膠可獨自保留一段時間(例如約1小時、約1天等)，和/或可使空氣或其他氣體從溶膠上方經(jīng)過，以使溶膠-凝膠反應(yīng)進行。在一些情況下，可從微流通道去除仍存在的任何未成凝膠的溶膠。未成凝膠的溶膠可例如以物理方式，通過向微通道施加壓力，或添加化合物等來主動去除，或在一些情況下，未成凝膠的溶膠可被動去除。例如，在一些實施例中，存在于微流通道中的溶膠可被加熱來蒸發(fā)溶劑，所述溶劑在微流通道中以氣態(tài)積聚，由此增大微流通道中的壓力。在一些情況下，所述壓力可能足夠使未成凝膠的溶膠中的至少一些從微流通道去除，或被“吹出”微流通道。
在一些實施例中，溶膠被預(yù)處理來使局部聚合反應(yīng)在暴露于微流通道之前進行。 例如，溶膠可被處理來使局部聚合反應(yīng)在溶膠中進行。溶膠可例如通過將溶膠暴露于酸或足夠進行至少一些膠化的溫度下而被處理。在一些情況下，所述溫度可低于溶膠在被添加到微流通道時將暴露的溫度?？蛇M行溶膠的一些聚合反應(yīng)，但是聚合反應(yīng)可例如通過降低溫度在完成之前停止。因而，在溶膠內(nèi)，可形成一些低聚物(其可能不一定在長度方面得到良好表征)，但是完全聚合反應(yīng)尚沒有進行。部分處理的溶膠可然后被添加到微流通道，如上面所述。在一些實施例中，在涂層已經(jīng)引入到微流通道之后，涂層的一部分可被處理來改變其疏水性(或其他性能)。在一些情況下，涂層暴露于含有單體和/或低聚物的溶液，所述單體和/或低聚物然后聚合來結(jié)合到涂層，如上面所討論的。例如，涂層的一部分可暴露于熱或光，例如紫外光，這可用于引發(fā)自由基聚合反應(yīng)，以使聚合反應(yīng)進行。可任選地，可例如在溶膠-凝膠涂層中存在光引發(fā)劑，以利于該反應(yīng)。這樣的涂層和其他系統(tǒng)的另外的詳細內(nèi)容可參見2008年3月觀日Akite等人 11 ^ "Surface, Including Microfluidic Channels, With Controlled Wetting Properties"的美國臨時專利申請序列號61/040，442 ；和2009年2月11日由Abate等人 11 ^ "Surface, Including Microfluidic Channels, With Controlled Wetting !Properties”的國際專利申請，每一個以其全文以引用的方式并入本文中。在一個實施例中，底壁由與一個或多個側(cè)壁或頂壁或其他部件不同的材料形成。 例如，底壁的內(nèi)表面可包括硅片或微晶片或其他基底的表面。其他部件可如上所述密封到這樣的替代基底。在期望將由硅樹脂聚合物(例如PDMS)構(gòu)成的部件密封到不同材料的基底(底壁)的情況下，優(yōu)選基底選自氧化的硅樹脂聚合物能夠不可逆地密封到其的材料組 (例如玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂聚合物和已經(jīng)氧化的玻璃碳表面)。或者，可使用其他密封技術(shù)，如對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的，包括但不限于，使用單獨的粘合劑、熱結(jié)合、溶膠結(jié)合、超聲熔合等。在另一個實施例中，本發(fā)明總體涉及用于形成包括多重乳液等乳液的系統(tǒng)和方法。在一些情況下，包括多重乳液的乳液可通過“觸發(fā)(triggering)”過程形成，其中，流體微滴或其他實體用于形成包含所述流體微滴或其他實體的微滴的一次或多次嵌套。以這樣的方式，在一些情況下，可形成多重乳液，例如三重乳液、四重乳液、五重乳液等。一些實施例中，第一微滴(或其他實體)用于“堵塞”通道；匯集在所述微滴后面的流體將所述微滴推動穿過通道，以形成乳液。在一些情況下可重復(fù)該過程來形成多重乳液。本發(fā)明的其他方面總體涉及用于制備這樣的乳液的系統(tǒng)、使用這樣的乳液的方法、提升這樣的乳液的方法或類似方法。因而，在一些實施例中，本發(fā)明總體涉及包括多重乳液的乳液，并且涉及用于制備這樣的乳液的方法和設(shè)備。當在此使用時，“多重乳液”描述了其中包含一個或多個更小的微滴的更大的微滴。所述更大的微滴可懸浮在第三流體中。在一些實施例中，在多重乳液中的更大程度的嵌套是可能的。例如，乳液可包含其中包含更小微滴的微滴，其中更小微滴中的至少一些中包含甚至更小的微滴等。多重乳液可用于包封例如藥劑、細胞、化學(xué)物品或類似物的物質(zhì)。如下面所述，在一些實施例中，可利用基本上精確的重復(fù)性來形成多重乳液。其中證實乳液或多重乳液可用的領(lǐng)域包括例如食品、飲料、保健和美容、油漆和涂料以及藥物和藥物輸送。例如，精確量的藥物、藥劑或其他制劑可包含在乳液中，或在一些情況下，細胞可包含在微滴中，并且細胞可存儲和/或輸送。可存儲和/或輸送的其他物種包括例如生物化學(xué)物種，例如siRNA，RNAi和DNA等核酸、蛋白質(zhì)、肽或酶或類似物。可結(jié)合到乳液中的其他物質(zhì)包括但不限于納米微粒、量子點、香精、蛋白質(zhì)、指示劑、染色劑、熒光物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)或類似物。在一些情況下，乳液也可用作例如用于控制化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)容器，或用于體外轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的反應(yīng)容器，例如用作定向進化技術(shù)的反應(yīng)容器。在一些實施例中，使用本文所述的方法和裝置，可制備具有一致微滴尺寸和/或數(shù)量的乳液，和/或?qū)τ谏婕岸嘀厝橐旱那闆r，可制備一致外層微滴與內(nèi)層微滴的尺寸和/ 或數(shù)量比率(或其他這樣的比率)的乳液。例如，在一些情況下，在具有可預(yù)知尺寸的外層微滴內(nèi)的單個微滴可用于提供特定藥量。另外，微滴中可存儲、運送或輸送化合物或藥物的組合物。例如，由于微滴可包括疏水和親水部分，因此在一個多重乳液微滴中，可輸送疏水和親水物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，這些部分中的每一個的數(shù)量和濃度可得到一致控制，這可在多重乳液微滴中提供兩種或更多種物質(zhì)的可預(yù)知并且一致的比率。在一方面，乳液可通過“觸發(fā)”過程形成，其中微滴或其他實體用于形成包含所述微滴或其他實體的流體微滴的一次或多次嵌套。除了流體微滴，一些實施例中也可使用其他實體，例如細胞或凝膠微粒。更一般地，本發(fā)明的多個方面涉及用于形成包括多重乳液的乳液的系統(tǒng)和方法， 所述系統(tǒng)和方法利用其中例如流體微滴或凝膠等可變形實體至少部分堵塞通道出口的過程，在所述過程中，包含可變形實體的微滴的形成通過將可變形實體推入出口通道中而被 “觸發(fā)”。出口通道可以是例如如下面討論的微流通道。通常，在沒有該部分堵塞的情況下， 不可能發(fā)生微滴形成(但是在一些實施例中可能存在相對低的誤差率)，并且因此說微滴形成通過形成和釋放可變形實體對出口通道中的部分堵塞來“觸發(fā)”。當在此使用時，“可變形實體”是能夠至少部分堵塞出口通道的任何實體，在可變形實體至少部分堵塞出口通道的同時，包含可變形實體的攜帶流體不能流經(jīng)進入出口通道的可變形實體。在一些情況下，堵塞可以是完全的，即從出口通道橫截面看，攜帶流體的分子在不橫穿可變形實體的情況下不可能流經(jīng)出口通道。但是，在其他情況下，堵塞可以是部分的，以使得理論上分子在不橫穿可變形實體的情況下可能進入出口通道中，但是由于例如粘性、疏水斥力、電荷斥力或類似物等影響，仍可防止攜帶流體進入出口通道。其他示例可參見Weitz等人2009年3月13日提交的名稱為“Controlled Creation of Emulsions, Including Multiple Emulsions” 的美國臨時專禾丨J 申請 No. 61/60，020，其以引用的方式并入本文中。以下的文件以引用的方式并入本文中由Kumar等人1993年10月4日提交的名稱為"Formation of Microstamped Patterns on Surfaces and Derivative Articles，，的美國專利申請序列號08/131，841，現(xiàn)在已為1996年4月30日授權(quán)的美國專利No. 5，512，131 ； 1996年6月洸日WO 96/29629公開、由Whitesides等人1996年3月1日提交的名稱 % "Microcontact Printing on Surfaces and Derivative Articles，，白勺 15際專禾串i青 No. PCT/US96/03073的優(yōu)先權(quán)；Kim等人1998年1月8日提交的名稱為“Method of Forming Articles Including Waveguides via Capillary Micromolding and Microtransfer Molding ”的美國專利申請序列號09/004,583，現(xiàn)在已為2002年3月12日授權(quán)的美國專利 No. 6，355，198 ；Anderson 等人 2001 年 5 月 25 日提交的名稱為“Microfluidic Systems including Three-Dimensionally Arrayed Channel Networks " ^ H U^rM Φ it No. PCT/ US01/16973,2001年11月四日以WO 01/89787公開；由Stone等人2002年6月沘日提交的名稱為“Multiphase Microfluidic System and Method”的美國臨時專利申請序列號 60/392，195 ；由 Link 等人 2002 年 11 月 5 日提交的名稱為“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”的美國臨時專利申請序列號60/424,042 ;Link等人2003年4月10日提交的名稱為“formation and Control of Fluidic Species”的美國臨時專利申請序列號 60/461，954 ；由 Stone 等人 2003 年 6 月 30 日提交的名稱為 “Method and Apparatus for Fluid Dispersion，，的國際專利申請No. PCT/US03/20542，2004年 1 月 8 日 WO 2004/002627 公開；由Link等人2003年8月27日提交的名稱為“Electronic Control of Fluidic Species”的美國臨時專利申請序列號60/498，091 ；Link等人2004年4月9日提交的名稱為 "Formation and Control of Fluidic Species”的國際專利申請 No. PCT/US2004/010903， 2004年10月沘日以W02004/091763公開；Link等人2004年8月27日提交的名稱為 "Electronic Control of Fluidic Species”的國際專利申請No. PCT/US2004/027912，2005 年3月10日以WO 2005/021151公開；Stone等人2004年12月28日提交的名稱為“Method and Apparatus for Fluid Dispersion” 的美國專利申請序列號 11/024，228，2005 年 8 月 11日以美國專利申請公開No. 2005-017M76公開；Weitz等人2005年3月4日提交的名稱 ^"Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions”白勺臨禾Ij串i青 歹lj 號 60/659，045 ；Garstecki 等人 2005 年 3 月 4 日提交的名稱為“Systems and Methods of Forming Particles”的美國臨時專利申請序列號60/659，046 ；和Link等人2005年10月 7日提交的名稱為“Formation and Control of Fluidic Species”的美國專利申請序列號 11/246, 911。將從下面的示例更全面地理解本發(fā)明的這些和其他實施例的功能和優(yōu)點。后面的示例旨在示出本發(fā)明的有益效果，而不是對本發(fā)明的完整范圍進行示例說明。示例 1該示例對并行微滴形成系統(tǒng)的制造進行示例說明。微流微滴形成裝置的陣列使用標準多層軟光刻技術(shù)由PDMS (聚二甲基硅氧烷)制造。流體通道在PDMS層中布置成具有實心壁和頂部，但是具有開放的底部。通道的制造通過將包含通道層結(jié)合到玻璃或PDMS基底完成。一層中的通道可通過在下層通道的頂部中沖孔而連接到相鄰層中的通道。在該示例中，最底層包含微流裝置的陣列，所述微流裝置在該層中不連接在一起。 該裝置層以等離子體方式結(jié)合到涂覆有固化的PDMS彈性體薄層的載玻片。包含流體通道陣列的第一分配通道層結(jié)合在所述裝置層之上，具有與裝置層中的入口匹配的間距和覆蓋全部裝置排的足夠長度。該單個第一通道層構(gòu)成用于裝置的I-D陣列的流體分配物品。對于裝置的2-D陣列，第二通道層結(jié)合到所述第一通道層上方，一組通道垂直延伸到下部組，并且具有適當?shù)拈L度和間距，以覆蓋下部通道的入口和出口，如圖7中所示。為了制造裝置的3-D陣列，幾個2-D陣列和流體分配物品沿以下順序疊置(從載玻片向上構(gòu)建)用于最底部剛性支撐的載玻片；實心隔板層；裝置層；流體分配物品，其包括第一通道層和第二垂直通道層；第二順序的實心隔板層；裝置層；流體分配物品；依此類推，進行任意數(shù)量的重復(fù)。流體分配物品使用垂直于裝置層的一組分配通道。通過使用注射泵將流體經(jīng)由聚乙烯手術(shù)管供給來操作組裝的裝置陣列。示例 2該示例對用于并行微流裝置的通道尺寸的計算進行示例說明。作為樣本計算，用于制備簡單乳液微滴的T形接頭的5X5陣列的期望通道尺寸使用下面本領(lǐng)域已知的方程估算R = [(12 * μ * L)/(w * h3)] * {1_[ (192/π 5) * (h/w) ]},其中“R”是矩形微通道中的阻力，“ μ ”是流體粘度，“L”是通道長度，“W”是通道
寬度，“h”是通道高度。假設(shè)粘度μ = ImPa * s，則通道長度4000 μ m、寬度50 μ m、高度25 μ m的T接頭具有約IOOkI3a * s/ μ L的阻力。如果第一代分配通道高度為150 μ m,寬度為1500 μ m,相鄰裝置之間的距離為10000 μ m，則每段的阻力為Rel = 0. 2kPa * s/yL。這在5個裝置之間以的精度水平提供均等的流動分配。對于第二代分配通道，將高度增大到250 μ m，并且保持其他尺寸相同，則得到R。2 = 0. 04kPa女s/μ L，這再次以精度水平提供均等的流動分配。示例 3該示例對雙重乳液形成的并行過程說明。每一個微滴形成單元包括兩個串聯(lián)交叉接頭，如圖12中所示。裝置的陣列使用標準刻在單片PDMS塊中模制。入口和出口孔手動沖出，并且使用等離子體粘合將微通道密封到玻璃底板。再次使用等離子體粘合將分配通道層密封到陣列上。為了使裝置中的通道表面疏水，以用于微滴形成，使用Aquapel (可購得的汽車玻璃處理劑)沖洗組裝的裝置， 并且使用空氣清洗組裝的裝置。烘焙所述裝置幾小時，以烘干殘留的Aquapel。為了制備雙重乳液，將以下的流體噴射通過分配通道作為最里層相的1-辛醇， 作為殼相的具有0.5% (重量百分比)的十二烷基硫酸鈉(“SDS”，表面活性劑)的水和作為連續(xù)相的具有1. 8% (重量百分比)“R22”表面活性劑的HFE-7500油(R22是可商購獲得的全氟醚Krytox 157 FSL油的銨鹽)。最里層相使用的總流動速率是250微升每小時， 殼相是1000微升每小時，連續(xù)相是4000微升每小時。不同尺寸的雙重乳液可通過改變流動速率和/或通過使用具有不同尺寸微通道的裝置來形成。在這些情況下，分配通道可例如通過使用如示例2中的計算進行調(diào)整。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，在實現(xiàn)本發(fā)明時可用本文沒有示出或詳細描述的輔助部件。例如，各種流體源、用于控制輸送到本文所示通道的這些流體的壓力和/或流動速率的裝置等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地設(shè)想多種其他裝置和結(jié)構(gòu)來執(zhí)行本文所述的功能和/或獲得本文所述的效果或優(yōu)點，并且每一個這樣的變形形式或修改形式被認為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地意識到，本文所描述的所有參數(shù)、 尺寸、材料和結(jié)構(gòu)的意義在于舉例說明，實際的參數(shù)、尺寸、材料和結(jié)構(gòu)將取決于使用本發(fā)明的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到或能夠發(fā)現(xiàn)不止一種常規(guī)實驗、很多等同方法用于本文所述的本發(fā)明的特定實施例。因此，應(yīng)可理解，前述實施例僅以舉例說明方式呈現(xiàn)， 并且在所附權(quán)利要求書及其等同物范圍內(nèi)，本發(fā)明可按不同于具體所述的其它方式實現(xiàn)。本發(fā)明涉及本文所述的每一個單獨的特征、系統(tǒng)、材料和/或方法。另外，如果這樣的特征、 系統(tǒng)、材料和/或方法不相互矛盾，則這樣的特征、系統(tǒng)、材料和/或方法中的兩個或多個的任何組合包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 在權(quán)利要求書中(以及上面的說明中)，全部轉(zhuǎn)換術(shù)語，例如“包含”、“包括”、“攜帶”、“具有”、“含有”、“涉及”、“構(gòu)成”、“制成”、“形成”和類似用語應(yīng)理解為是開放性的，即意思是包括但不限于。如美國專利局專利審查程序手冊2111. 03章提出的，僅轉(zhuǎn)換術(shù)語 “由......構(gòu)成”和“基本由......構(gòu)成”分別應(yīng)是封閉或半封閉的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括將目標流體引入通道的入口中；和將所述目標流體的多個分開的部分同時地從多個微流出口排出，其中每一個微流出口流體連接到所述入口，同時至少部分地使用分散流體包圍所述目標流體的多個分開的部分中的至少一個部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括使分散流體形成所述目標流體的不連續(xù)部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括將所述目標流體暴露于所述分散流體的兩個分開流，并且允許所述兩個分開流結(jié)合且完全地周向地包圍所述目標流體流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括提供微流互連區(qū)域，所述微流互連區(qū)域具有上游部分和連接到一出口的下游部分；和在所述出口上游的互連區(qū)域中形成所述目標流體的多個不連續(xù)部分，所述不連續(xù)部分中的至少一些具有小于20微米的最大尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的方法，其中，所述互連區(qū)域具有封閉的橫截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域具有小于1毫米的最大橫截面尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域具有小于200微米的最大橫截面尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域具有小于50微米的最大橫截面尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域具有小于25微米的最大橫截面尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述目標流體和所述分散流體都在所述互連區(qū)域的外邊界內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域包括尺寸限制部分，所述尺寸限制部分輔助形成所述不連續(xù)部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括允許所述分散流體和目標流體經(jīng)過尺寸限制部分，其中，所述目標流體不接觸限定所述尺寸限制部分的壁。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括在所述互連區(qū)域中將所述目標流體從目標流體通道引入分散流體中。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述目標流體包括液體。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述目標流體包括氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述目標流體通道至少部分由互連區(qū)域包圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述互連區(qū)域包括上游部分，所述上游部分具有部分包圍所述目標流體通道并且在所述目標流體通道的出口處互連的至少兩個部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括在所述互連區(qū)域的上游部分和下游部分之間產(chǎn)生壓力差，在所述上游部分和出口之間引入分散流體，并且至少部分地通過壓力差形成所述目標流體的不連續(xù)部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括至少部分地通過尺寸限制部分在所述互連區(qū)域的上游部分和出口之間產(chǎn)生壓力差。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括使所述目標流體和分散流體流經(jīng)所述尺寸限制部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述分散流體和目標流體中的每一個具有一定的流動速率，并且所述目標流體與分散流體的流動速率的比率小于1 5。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1 25。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1 100。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1 400。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述目標流體通道具有在所述尺寸限制部分上游終止于互連區(qū)域中的出口。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述目標流體通道具有穿過所述尺寸限制部分的軸線。
27.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述互連區(qū)域的下游部分具有中心軸線，所述目標流體從具有與所述互連區(qū)域的下游部分的中心軸線對齊的中心軸線的目標流體通道引入所述互連區(qū)域中。
28.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述分散流體具有在6X10—5毫米每秒和 IX 10_2毫米每秒之間的流動速率。
29.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述分散流體具有在1X10—4毫米每秒和 IXlO-3毫米每秒之間的流動速率。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，目標流體與分散流體的流動速率的比率小于 1 5。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，目標流體與分散流體的流動速率的比率小于 1 100。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，目標流體與分散流體的流動速率的比率小于 1 400。
33.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述分散流體中形成單分散不連續(xù)目標流體部分。
34.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述分散流體中形成單分散目標流體微滴。
35.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述分散流體中形成多分散不連續(xù)目標流體部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述不連續(xù)部分每一個具有最大尺寸，并且具有最大的最大尺寸的部分與具有最小的最大尺寸的部分的尺寸比率為至少10 1。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述比率為至少25 1。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述比率為至少100 1。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述不連續(xù)部分中的至少一些具有小于50微米的最大橫截面尺寸。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述不連續(xù)部分中的至少一些具有小于10微米的最大橫截面尺寸。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述不連續(xù)部分中的至少一些具有小于1微米的最大橫截面尺寸。
42.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在所述目標流體和所述分散流體之間引入中間流體，并且形成所述目標流體的不連續(xù)部分，每一個不連續(xù)部分由中間流體殼體包圍。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，還包括硬化所述殼體。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，包括通過在目標流體通道和互連區(qū)域之間的至少一個中間流體通道而在所述目標流體和所述分散流體之間引入中間流體。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，所述至少一個中間流體通道具有靠近所述目標流體通道的出口的出口。
46.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述目標流體和所述分散流體在形成所述不連續(xù)部分的時間范圍內(nèi)不可溶混。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，所述目標流體、中間流體和分散流體中的每一個在不連續(xù)部分形成的時間范圍內(nèi)相互不可溶混。
48.一種用于在并行的微流通道中形成微滴的系統(tǒng)，包括分配通道，其具有流體連接到多個微流目標流體出口的入口，每一個目標流體出口限定與可流體連接到分散流體源的至少一個分散流體通道處于流體連通的微流互連區(qū)域的一部分。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述分配通道與多個微流裝置處于流體連通， 每一個微流裝置連接到所述多個微流目標流體出口中的至少一個。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括多個分配通道，每一個分配通道具有流體連接到多個微流目標流體出口的入口。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述多個分配通道中的至少一個分配通道流體連接到所述分配通道中的每一個，每一個連接通過所述多個分配通道中的所述至少一個分配通道的微流出口形成。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的系統(tǒng)，其中，所述多個分配通道中的所述至少一個分配通道基本上不與所述多個分配通道平行。
53.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述分配通道連接微流裝置的一維陣列。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述多個分配通道連接微流裝置的二維陣列。
55.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述多個分配通道連接微流裝置的三維陣列。
56.根據(jù)權(quán)利要求53、討或55所述的系統(tǒng)，其中，微流裝置的所述陣列能夠具有至少約 IOOmL每小時的流動速率。
57.根據(jù)權(quán)利要求53、討或55所述的系統(tǒng)，其中，微流裝置的所述陣列能夠具有至少約 IL每小時的流動速率。
58.根據(jù)權(quán)利要求53、討或55所述的系統(tǒng)，其中，微流裝置的所述陣列能夠具有至少約 IOL每小時的流動速率。
59.根據(jù)權(quán)利要求53、討或55所述的系統(tǒng)，其中，微流裝置的所述陣列能夠具有至少約 100L每小時的流動速率。
60.根據(jù)權(quán)利要求5354或55所述的系統(tǒng)，其中，所述陣列包括至少1000個微流裝置。
61.根據(jù)權(quán)利要求5354或55所述的系統(tǒng)，其中，所述陣列包括至少10000個微流裝置。
62.根據(jù)權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，其中NXRcaZX1小于約1%。
63.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中R。2< Rd/M。
64.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中Re3< R。2/K。
65.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，多個所述微流互連區(qū)域與可流體連接到分散流體源的至少兩個分散流體通道處于流體連通。
66.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述微流互連區(qū)域中的每一個與可流體連接到分散流體源的至少兩個分散流體通道處于流體連通。
67.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，至少限定所述互連區(qū)域的一部分和限定目標流體通道的一部分為單個一體裝置的部分。
68.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述互連區(qū)域具有上游部分和連接到出口的下游部分，目標流體微流通道具有在所述互連區(qū)域的上游部分和出口之間的出口。
69.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述互連區(qū)域包括上游部分和連接到出口的下游部分，以及在所述上游部分和所述出口之間的尺寸限制部分。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的系統(tǒng)，其中，所述目標流體通道具有在所述尺寸限制部分上游的出口。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的系統(tǒng)，其中，所述目標流體通道和所述互連區(qū)域的下游部分各具有中心軸線，其中，這些軸線對齊。
72.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述目標流體通道和所述互連區(qū)域的下游部分各具有中心軸線，其中，這些軸線對齊。
73.根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，還包括流體連接到所述互連區(qū)域和目標流體通道的至少一個中間流體通道。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的系統(tǒng)，其中，所述中間流體區(qū)域具有在所述互連區(qū)域的上游部分和出口之間的出口。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的系統(tǒng)，其中，所述中間流體通道具有在所述互連區(qū)域的尺寸限制部分上游的出口。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的系統(tǒng)，其中，所述目標流體通道通過至少一個中間流體通道與所述互連區(qū)域在側(cè)向上分開。
77.根據(jù)權(quán)利要求75所述的系統(tǒng)，其中，所述目標流體通道和中間流體通道中的每一個具有在所述尺寸限制部分上游的出口。
78.一種用于在并行微流通道中形成微滴的系統(tǒng)，包括互連區(qū)域，其連接用于運送目標流體的目標流體通道和用于運送分散流體的分散流體通道，其中，至少限定所述互連區(qū)域的外壁的一部分和限定所述目標流體通道的外壁的一部分是單個一體裝置的部分。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于在流體中聚焦和/或形成具有相似或不相似尺寸的不連續(xù)部分的微流方法和裝置的并行使用。在一些方面，本發(fā)明總體涉及流動聚焦式技術(shù)，并且還涉及微流控制技術(shù)，更具體地，涉及并行使用微流系統(tǒng)和用于將流體組分輸送到多個這樣的裝置的系統(tǒng)，所述微流系統(tǒng)布置用于控制分散劑中的分散相和所述多相流體系統(tǒng)中分散相的尺寸及尺寸分布。
文檔編號B01J19/00GK102405098SQ201080017038
公開日2012年4月4日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者A·R·阿巴特, D·A·韋茨, M·羅曼諾威斯基 申請人:哈佛學(xué)院院長等