用于光学驱动的对流和移位的微流体设备、试剂盒及其方法与流程

本申请是一项非临时申请，根据35U.S.C 119(e)要求2015年12月30日提交的第62/273,104号美国临时申请、2016年3月29日提交的第62/314,889号美国临时申请、和2016年12月1日提交的第62/428,539号美国临时申请的权益，其中的每个公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

随着微流体领域的发展，微流体设备已成为处理和操纵微物体(例如生物细胞)的便利平台。本发明的一些实施例涉及使用光学驱动气泡、对流和移位流体流以在微流体设备中提供动力的方法和设备。

技术实现要素：

在一个方面，提供了一种微流体设备，其中微流体设备包括具有流动区和隔绝围栏的封壳，其中隔绝围栏包括：连接区、隔离区和移位力产生区，其中：连接区包括通向流动区的近侧开口和通向隔离区的远侧开口；隔离区包括通向移位力产生区的至少一个流体连接；并且移位力产生区还包括热靶。

在另一方面，提供了一种微流体设备，其中微流体设备包括：具有微流体回路的封壳，所述微流体回路被配置为容纳流体介质，其中微流体回路被配置为容纳流体介质的至少一个循环流；以及第一热靶，设置在微流体回路内的封壳表面上，其中第一热靶被配置为在光学照射时产生流体介质的第一循环流。

在又一方面，提供了一种微流体设备，其中微流体设备包括具有微流体通道和隔绝围栏的封壳，而且进一步地，其中隔绝围栏与微流体通道相邻且从微流体通道开口，而且热靶设置通道中邻近于通向隔绝围栏的开口，并且其中所述热靶还被配置为在光学照射时将所述流体介质流引导到所述隔绝围栏中。

在另一方面，提供了用于培养微物体的试剂盒，其中所述试剂盒包括：如本文所述的微流体设备；以及一种或更多种试剂，被配置为在微流体设备的封壳内提供至少一个涂覆表面。

在另一方面，提供了一种用于驱逐微流体设备内的一个或更多个微物体的方法，该方法包括以下步骤：照射包含或邻近设置在微流体设备的封壳内的流体介质内的一个或更多个微物体的选择离散区，其中封壳包括具有流动区的微流体回路和衬底；并且保持照射选择离散区长达足以产生驱逐力的第一时间段，从表面驱逐一个或更多个微物体。

在又一方面，提供了一种用于在微流体设备的封壳内混合流体介质和/或包含在其中的微物体的方法，该方法包括：将光源聚焦在设置在微流体回路内的封壳的表面上的热靶上，微流体回路包括至少一种流体介质和/或微物体，从而加热所述至少一种流体介质的第一部分；以及在微流体回路内引起至少一种流体介质的循环流动，从而混合流体介质和/或设置在其中的微物体。

附图说明

图1A是根据本公开的一些实施例的与微流体设备和相关联控制设备一起使用的系统的图示。

图1B和1C是根据本公开的一些实施例的微流体设备的图示。

图2A和2B是根据本公开的一些实施例的隔离围栏的图示。

图2C是根据本公开的一些实施例的详细隔绝围栏的图示。

图2D-2F是根据本公开的一些其他实施例的隔绝围栏的图示。

图2G是根据本公开的实施例的微流体设备的图示。

图2H是根据本公开的实施例的微流体设备的涂覆表面的图示。

图3A是根据本公开的一些实施例的与微流体设备和相关联控制设备一起使用的系统的特定示例的图示。

图3B是根据本公开的一些实施例的成像设备的示意图。

图4A-4I是根据本公开的实施例的各种热靶的图示。

图5A-5E是根据本公开的一些实施例的隔绝围栏的图示。

图6A-6D是根据本公开的一些实施例的隔绝围栏的图示。

图7A-7F是根据本公开的隔绝围栏的其他实施例的图示。

图8A-8D示出了根据本公开的一些实施例的微流体设备。

图9A-9D是根据本公开的一些实施例的被用于从隔绝围栏排出细胞的光学驱动力的应用以及此后的活力的照片表示。

图10A-10C描绘了使用光学驱动移位来从隔绝围栏排出细胞以及此后的活力。

图11A-11C是根据本公开的在光学驱动移位之前和之后维持在微流体设备中的细胞的照片表示。

图12A-12C是根据本公开的在光学驱动移位之前和之后维持在微流体设备中的细胞的照片表示。

图13A-13C是使用照射来产生能够移动微物体的循环流的方法的照片表示。

图14A-14C是用于驱逐微物体的激光照射方法的一个实施例的照片表示。

图15A-15E是用于驱逐微物体的激光照射方法的另一实施例的照片表示。

具体实施方式

本说明书描述了本公开的示例性实施例和应用。然而，本公开不限于这些示例性实施例和应用，或者不限于示例性实施例和应用在此处操作或描述的方式。此外，附图可以示出简化视图或部分视图，并且附图中的元件的尺寸可能被夸大或者不成比例。另外，如本文使用术语“在......上”、“附接到”、“连接到”、“耦合到”或类似的词，一个元件(例如，材料、层、衬底等)可以“在”另一元件“上”、“附接到”、“连接到”或“耦合到”另一元件，不管该一个元件是否直接在另一元件上、附接到、连接到或耦合到该另一元件，还是在该一个元件和该另一个元件之间存在一个或更多个中间元件。此外，除非上下文另有规定，否则方向(例如，上方、下方、顶部、底部、侧面、上、下、下侧、上侧、上部、下部、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)(如果有的话)是相对的并且仅通过示例的方式提供，并且为了便于说明和讨论而不是限制。此外，在提及元素列表(例如，元素a、b、c)时，这样的提及意图包括列出的元素本身中的任何一个、少于所有列出的元素的任何组合、和/或所有列出的元素的组合。说明书中的章节划分仅为了便于查看，并不限制所讨论元素的任何组合。

在微流体特征的尺寸被描述为具有宽度或面积的情况下，该尺寸通常相对于x轴和/或y轴尺寸来描述，这两个尺寸都位于与微流体设备的衬底和/或盖平行的平面内。可以相对于z轴方向描述微流体特征的高度，该z轴方向垂直于平行于微流体设备的衬底和/或盖的平面。在一些情况下，微流体特征(例如通道或通路)的横截面积可以参考x轴/z轴、y轴/z轴或x轴/y轴面积。

如本文所用，“基本上”意指足以用于预期目的。因此，术语“基本上”允许绝对或完美的状态、尺寸、测量、结果等的微小的、不显著的变化，例如本领域普通技术人员所预期的，但不会显著影响整体性能。当关于数值或参数或可以以数值表示的特征来使用时，“基本上”意味着在百分之十内。

术语“多个”意味着不止一个。

如本文所用，术语“多个”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个。

如本文所用，术语“设置”在其含义内包括“位于”。

如本文所用，“微流体设备”或“微流体装置”是包括被配置成保持流体的一个或更多个离散的微流体回路以及被配置为允许流体(以及可选地，悬浮在流体中的微物体)流动进入和/或离开微流体设备的至少一个端口的设备，每个微流体回路包括流体互连的回路元件，包括但不限于区域、流动路径、通道、腔室和/或围栏。通常，微流体设备的微流体回路将包括流动区域(其可包括微流体通道)和至少一个腔室，并且将保持小于约1mL的流体体积，例如，小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2微升。在某些实施例中，微流体回路保持约1-2、1-3、1-4、1-5、2-5、2-8、2-10、2-12、2-15、2-20、5-20、5-30、5-40、5-50、10-50、10-75、10-100、20-100、20-150、20-200、50-200、50-250或50-300微升。微流体回路可以配置成具有与微流体设备中的第一端口(例如，入口)流体连接的第一端和与微流体设备中的第二端口(例如，出口)流体连接的第二端。

如本文所用，“纳流体设备”或“纳流体装置”是一种具有微流体回路的微流体设备，所述微流体回路包含至少一个回路元件，所述回路元件被配置为容纳少于约1微升体积的流体，例如小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1nL或更少。纳流体设备可以包括多个回路元件(例如至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000或更多)。在某些实施例中，至少一个回路元件中的一个或更多个(例如全部)被配置为容纳约100pL至1nL、100pL至2nL、100pL至5nL、250pL至2nL、250pL至5nL、250pL至10nL、500pL至5nL、500pL至10nL、500pL至15nL、750pL至10nL、750pL至15nL、750pL至20nL、1至10nL、1至15nL、1至20nL、1至25nL或1至50nL体积的流体。在其他实施例中，至少一个回路元件中的一个或更多个(例如全部)被配置为容纳约20nL至200nL、100至200nL、100至300nL、100至400nL、100至500nL、200至300nL、200至400nL、200至500nL、200至600nL、200至700nL、250至400nL、250至500nL、250至600nL或250至750nL体积的流体。

如本文所用的“微流体通道”或“流动通道”是指具有明显长于水平和垂直尺寸的长度的微流体设备的流动区域。例如，流动通道可以具有是水平或垂直尺寸至少5倍的长度，例如，至少10倍的长度、至少25倍的长度、至少100倍的长度、至少200倍的长度、至少500倍的长度、至少1,000倍的长度、至少5,000倍的长度或更长的长度。在一些实施例中，流动通道的长度在约100,000微米至约500,000微米的范围内，包括其间的任何范围。在一些实施例中，水平尺寸在约100微米至约1000微米(例如，约150至约500微米)的范围内，并且垂直尺寸在约25微米至约200微米的范围内，例如，从约40到约150微米。应注意，流动通道可在微流体设备中具有各种不同的空间配置，因此不限于完美的线性元件。例如，流动通道可以是或包括具有以下配置的一个或更多个部分：曲线、弯曲、螺旋、倾斜、下降、叉支(例如，多个不同的流动路径)以及它们的任何组合。另外，流动通道沿其路径可具有不同的截面积，加宽和收缩以在其中提供所需的流体流动。流动通道可包括阀门，并且阀门可以是微流体领域中已知的任何类型。包括阀门的微流体通道的示例公开在美国专利6,408,878和9,227,200中，其每一篇通过引用整体并入本文。

如本文所用，术语“障碍”通常指的是隆起物或类似类型的结构，其足够大而部分(但不完全)阻止目标微物体在微流体设备中的两个不同区域或回路元件之间的移动。两个不同区域/回路元件可以是例如微流体隔绝围栏的连接区域和隔离区域。

如本文所用，术语“收缩”通常是指微流体设备中的回路元件(或两个回路元件之间的接口)的宽度变窄。收缩可以位于例如本公开的微流体隔绝围栏的隔离区域和连接区域之间的交界处。

如本文所用，术语“透明”是指允许可见光通过但在通过时基本上不改变光的材料。

如本文所用，术语“微物体”通常是指可根据本公开被隔离和/或操纵的任何微观物体。微物体的非限制性示例包括：无生命的微物体，诸如微颗粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠粒、Luminex^TM珠粒等)、磁珠、微棒、微丝、量子点等；生物微物体，诸如细胞、生物细胞器、囊泡或复合物、合成囊泡、脂质体(例如，合成的或衍生自膜制备)、脂质纳米杆等；或无生命微物体和生物微物体的组合(例如，附着于细胞的微珠、脂质体包被的微珠、脂质体包被的磁珠等)。珠粒可以包括共价或非共价连接的部分/分子，诸如荧光标记、蛋白质、碳水化合物、抗原、小分子信号传导部分、或能够用于测定的化学/生物物质。例如，Ritchie等(2009)“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs(在磷脂双层纳米圆盘中重建膜蛋白)”，Methods Enzymol.，464：211-231中描述了脂质纳米杆。

如本文所用，术语“细胞”可与术语“生物细胞”互换使用。“生物细胞”的非限制性示例包括真核细胞、植物细胞、动物细胞(诸如哺乳动物细胞、爬行动物细胞、禽类细胞、鱼细胞等)、原核细胞、细菌细胞、真菌细胞、原生动物细胞等、从组织(诸如肌肉、软骨、脂肪、皮肤、肝脏、肺、神经组织等)解离的细胞、免疫细胞(诸如T细胞、B细胞、天然杀伤细胞、巨噬细胞等)、胚胎(例如，受精卵)、卵母细胞、卵子、精子细胞、杂交瘤、培养细胞、来自细胞系的细胞、癌细胞、感染细胞、转染和/或转化细胞、报告细胞等。哺乳动物细胞可以来自例如人、小鼠、大鼠、马、山羊、绵羊、牛、灵长类动物等。

如果集落中能够繁殖的所有活细胞是来自单个母细胞的子细胞，则生物细胞的集落是“克隆的”。在某些实施例中，克隆集落中的所有子细胞由单个母细胞通过不超过10次分裂而产生。在其他实施例中，克隆集落中的所有子细胞由单个母细胞通过不超过14次分裂而产生。在其他实施例中，克隆集落中的所有子细胞由单个母细胞通过不超过17次分裂而产生。在其他实施例中，克隆集落中的所有子细胞由单个母细胞通过不超过20次分裂而产生。术语“克隆细胞”是指相同克隆集落的细胞。

如本文所用，生物细胞的“集落”是指2个或更多个细胞(例如约2至约20、约4至约40、约6至约60、约8至约80、约10至约100、约20约200、约40约400、约60约600、约80约800、约100约1000、或大于1000个细胞)。

如本文所用，术语“维持(一个或更多个)细胞”是指提供包含流体和气体组分以及任选的表面的环境，其提供保持细胞存活和/或扩增所必需的条件。

如本文所用，术语“扩增”在提及细胞时指的是细胞数量的增加。

流体介质的“组分”是介质中存在的任何化学或生物化学分子，包括溶剂分子、离子、小分子、抗生素、核苷酸和核苷、核酸、氨基酸、肽、蛋白质、糖、碳水化合物、脂质、脂肪酸、胆固醇、代谢物等。

如本文所用，关于流体介质，“扩散(diffuse)”和“扩散(diffusion)”是指流体介质的组分沿浓度梯度的热力学运动。

短语“介质流动”是指主要由于扩散以外的任何机制导致的流体介质的大量移动。例如，由于点之间的压力差，介质的流动可能涉及流体介质从一点移动到另一点。这种流动可以包括液体的连续、脉冲、周期性、随机、间歇或往复流动、或其任何组合。当一种流体介质流入另一种流体介质时，可能导致介质的湍流和混合。

短语“基本上不流动”是指流体介质的随时间平均得到的流动速率小于材料(例如，感兴趣分析物)的组分扩散到流体介质中或流体介质内的速率。这种材料的组分的扩散速率可以取决于例如温度、组分的尺寸以及组分与流体介质之间相互作用的强度。

如本文关于微流体设备内的不同区域所使用的，短语“流体连接”是指，当不同区域基本上充满流体(诸如流体介质)时，每个区域中的流体连接以形成一个单一的流体。这并不意味着不同区域中的流体(或流体介质)在组成上必然相同。而是，微流体设备的不同流体连接区中的流体可以具有不同的组成(例如，不同浓度的溶质，诸如蛋白质、碳水化合物、离子或其他分子)，其在流动中作为溶质沿着其各自的浓度梯度下移和/或流体流过该设备。

如本文所用，“流动路径”是指一个或更多个流体连接的回路元件(例如，通道、区域、腔室等)，其限定并受制于介质流动的轨迹。因此，流动路径是微流体设备的被扫过的区域的示例。其他回路元件(例如，未被扫过的区域)可以与包括流动路径的回路元件流体连接，而不受流动路径中的介质流动的影响。

如本文所用，“隔离微物体”将微物体限制在微流体设备内的限定区域。微物体仍然能够在原位生成的捕获结构内运动。

微流体(或纳流体)设备可以包括“被扫过的”区域和“未被扫过的”区域。如本文所使用的，“被扫过的”区域包括微流体回路的一个或更多个流体互连的回路元件，当流体流过微流体回路时，每个回路元件经历介质流。被扫过的区域的回路元件可以包括例如区域、通道以及全部或部分腔室。如本文所使用的，“未被扫过的”区域包括微流体回路的一个或更多个流体互连的回路元件，当流体流过微流体回路时，每个回路元件基本上不经历流体通量。未被扫过的区域可以流体连接到被扫过的区域，只要流体连接被构造成能够使扩散进行但基本上没有介质在被扫过的区域和未被扫过的区域之间流动。因此，微流体设备可被构造成基本上将未被扫过的区域与被扫过的区域中的介质流隔离开，同时在被扫过的区域和未被扫过的区域之间基本上仅允许扩散流体连通。例如，微流体设备的流动通道是被扫过的区域的示例，而微流体设备的隔离区(下面进一步详细描述)是未被扫过的区域的示例。

如本文所用，“牺牲特征”是指这样的微流体回路元件，其可以用作本公开的微流体设备和方法中的热靶，并且在被充分照射时至少部分地被破坏以产生气泡、空化力或剪切流，如本文所述。

可以在这种微流体设备中测定生物微物体(例如，生物细胞)产生特定生物材料(例如，诸如抗体的蛋白质)的能力。在测定的一个具体实施例中，可以将包含待测定的用于产生感兴趣分析物的生物微物体(例如，细胞)的样品材料加载到微流体设备的被扫过的区域中。可以选择多个生物微物体(例如，诸如人细胞的哺乳动物细胞)用于特定特征并将其置于未被扫过的区域中。然后，剩余的样品材料可以从被扫过的区域流出，并且测定材料流入被扫过的区域。因为所选择的生物微物体处于未被扫过的区域，所选择的生物微物体基本上不受剩余样品材料流出或测定材料流入的影响。可以允许所选择的生物微物体产生感兴趣的分析物，其可以从未被扫过的区域扩散到被扫过的区域，其中感兴趣的分析物可以与测定材料反应以产生局部可检测的反应，每个反应可以是与特定的未被扫过的区域相关联。可以分析与检测到的反应相关的任何未被扫过的区域，以确定未被扫过的区域中的哪些生物微物体(如果有的话)是感兴趣分析物的足够生产者。

用于操作和观察这种设备的微流体设备和系统。图1A示出了可用于在体外产生胚胎(包括选择和评估卵细胞和/或卵母细胞和/或精子)的微流体设备100和系统150的示例。示出了微流体设备100的透视图，其具有其盖110的局部切割以提供微流体设备100的局部视图。微流体设备100通常包括微流体回路120，该微流体回路120包括流体路径106，流体介质180可通过该流体路径106流动，可选地将一个或更多个微物体(未示出)携带到微流体回路120中和/或通过微流体回路120。尽管在图1A中示出了单个微流体回路120，但是合适的微流体设备可以包括多个(例如2个或3个)这样的微流体回路。无论如何，微流体设备100可以配置成纳米流体设备。如图1A所示，微流体回路120可以包括多个微流体隔绝围栏124、126、128和130，每个隔绝围栏可以具有与流动路径106流体连通的一个或更多个开口。在图1A的设备的一些实施例中，隔绝围栏可以仅具有与流动路径106流体连通的单个开口。如下面进一步讨论的，微流体隔绝围栏包括各种特征和结构，这些特征和结构已经被优化用于将微物体保持在诸如微流体设备100的微流体设备中，即使当介质180流过流动路径106时。然而，在转向前述之前，提供微流体设备100和系统150的简要描述。

如图1A中大体所示，微流体回路120由封壳102限定。虽然封壳102可以物理构造成不同的配置，但在图1A所示的示例中，封壳102被描绘为包括支撑结构104(例如基部)、微流体回路结构108和盖110。支撑结构104、微流体回路结构108和盖110可以彼此附接。例如，微流体回路结构108可以设置在支撑结构104的内表面109上，并且盖110可以设置在微流体回路结构108上方。与支撑结构104和盖110一起，微流体回路结构108可以限定微流体回路120的元件。

如图1A所示，支撑结构104可以位于微流体回路120底部，并且盖110可以位于微流体回路120的顶部。或者，支撑结构104和盖110可以以其他方位配置。例如，支撑结构104可以位于微流体回路120的顶部，并且盖110可以位于微流体回路120的底部。无论如何，可以有一个或更多个端口107，每个端口包括进入或离开封壳102的通道。通道的示例包括阀门、闸门、通孔等。如图所示，端口107是由微流体回路结构108中的间隙形成的通孔。然而，端口107可以位于封壳102的其他部件中，例如盖110。图1A中仅示出一个端口107，但微流体回路120可具有两个或更多个端口107。例如，可以存在用作流体进入微流体回路120的入口的第一端口107，并且可以存在用作流体离开微流体回路120的出口的第二端口107。端口107作为入口还是出口可以取决于流体流过流动路径106的方向。

支撑结构104可以包括一个或更多个电极(未示出)和衬底或多个互连的衬底。例如，支撑结构104可以包括一个或更多个半导体衬底，每个半导体衬底电连接到电极(例如，全部或部分半导体衬底可以电连接到单个电极)。支撑结构104还可以包括印刷电路板组件(“PCBA”)。例如，半导体衬底可以安装在PCBA上。

微流体回路结构108可以限定微流体回路120的回路元件。这样的回路元件可以包括当微流体回路120充满流体时可以流体上互连的空间或区域，诸如流动区(其可以包括或可以是一个或更多个流动通道)、腔室、围栏、捕集器等。在图1A所示的微流体回路120中，微流体回路结构108包括框架114和微流体回路材料116。框架114可以部分地或完全封闭微流体回路材料116。框架114可以是例如基本上围绕微流体回路材料116的相对刚性的结构。例如，框架114可以包括金属材料。

可以用空腔等来图案化微流体回路材料116以限定微流体回路120的回路元件和互连。微流体回路材料116可以包括柔性材料，例如柔性聚合物(例如橡胶、塑料、弹性体、硅树脂、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)等)，其可以是透气的。可构成微流体回路材料116的材料的其他示例包括模制玻璃、诸如硅树脂的可蚀刻材料(例如可光图案化聚硅氧烷或“PPS”)、光致抗蚀剂(例如SU8)等。在一些实施例中，这样的材料(并且因此微流体回路材料116)可以是刚性的和/或基本上不透气的。无论如何，微流体回路材料116可以设置在支撑结构104上并且设置在框架114内部。

盖110可以是微流体回路材料116和/或框架114的整体部分。或者，盖110可以是结构上不同的元件，如图1A所示。盖110可以包括与框架114和/或微流体回路材料116相同或不同的材料。类似地，如图所示，支撑结构104可以是与微流体回路材料116或框架114分开的结构，或者是微流体回路材料116或框架114的整体部分。类似地，框架114和微流体回路材料116可以是如图1A所示的分离结构或相同结构的整体部分。

在一些实施例中，盖110可以包括刚性材料。刚性材料可以是玻璃或具有相似性质的材料。在一些实施例中，盖110可以包括可变形材料。可变形材料可以是聚合物，例如PDMS。在一些实施例中，盖110可以包括刚性和可变形材料。例如，盖110的一个或更多个部分(例如，位于隔绝围栏124、126、128、130上方的一个或更多个部分)可以包括与盖110的刚性材料相接的可变形材料。在一些实施例中，盖110可以进一步包括一个或更多个电极。该一个或更多个电极可以包括导电氧化物，诸如氧化铟锡(ITO)，其可以被涂覆在玻璃或类似的绝缘材料上。或者，所述一个或更多个电极可以是嵌入可变形材料中的柔性电极，例如单壁纳米管、多壁纳米管、纳米线、导电纳米颗粒簇或其组合，所述可变形材料例如聚合物(例如，PDMS)。例如，在US2012/0325665(Chiou等人)中描述了可用于微流体设备的柔性电极，其内容通过引用并入本文。在一些实施例中，盖110可以被修改(例如，通过调节向内面向微流体回路120的表面的全部或部分)以支持细胞粘附、活力和/或生长。该修改可以包括合成或天然聚合物的涂覆。在一些实施例中，盖110和/或支撑结构104可以对光是透明的。盖110还可以包括至少一种气体可渗透的材料(例如，PDMS或PPS)。

图1A还示出了用于操作和控制微流体设备(例如微流体设备100)的系统150。系统150包括电源192、成像设备194(包括在成像模块164中，其中设备194本身未在图1A中示出)和倾斜设备190(倾斜模块166的一部分，其中设备190未在图1A中示出)。

电源192可以向微流体设备100和/或倾斜设备190提供电力，根据需要提供偏置电压或电流。例如，电源192可以包括一个或更多个交流(AC)和/或直流(DC)电压或电流源。成像设备194(下面讨论的成像模块164的一部分)可以包括用于捕获微流体回路120内的图像的设备，例如数码相机。在一些情况下，成像设备194还包括具有快速帧速率和/或高灵敏度的检测器(例如，用于低光照应用)。成像设备194还可以包括用于将刺激辐射和/或光束引导到微流体回路120中并且收集从微流体回路120(或其中包含的微物体)反射或发射的辐射和/或光束的机构。发射的光束可以在可见光谱中，并且可以例如包括荧光发射。反射光束可以包括源自LED或宽光谱灯(例如汞灯(例如高压汞灯)或氙弧灯)的反射的发射。如关于图3B所讨论的，成像设备194可以进一步包括显微镜(或光学系列)，其可以包括或不包括目镜。

系统150进一步包括倾斜设备190(下面讨论的倾斜模块166的一部分)，倾斜设备190被配置为围绕一个或更多个旋转轴线旋转微流体设备100。在一些实施例中，倾斜设备190被配置为围绕至少一个轴支撑和/或保持包括微流体回路120的封壳102，使得微流体设备100(并且因此微流体回路120)可以保持在水平方位(即相对于x轴和y轴成0°)、垂直方位(即相对于x轴和/或y轴成90°)或其间的任何方位。微流体设备100(和微流体回路120)相对于轴线的方位在本文中被称为微流体设备100(和微流体回路120)的“倾斜”。例如，倾斜设备190可以使微流体设备100相对于x轴倾斜0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°或其间的任何角度。水平方位(以及x轴和y轴)被定义为垂直于由重力定义的垂直轴。倾斜设备还可以使微流体设备100(和微流体回路120)相对于x轴和/或y轴倾斜任何大于90°的角度，或使微流体设备100(和微流体回路120)相对于x轴或y轴倾斜180°，以完全反转微流体设备100(和微流体回路120)。类似地，在一些实施例中，倾斜设备190使微流体设备100(和微流体回路120)围绕由流动路径106或微流体回路120的一些其他部分限定的旋转轴线倾斜。

在一些情况下，微流体设备100倾斜成垂直方位，使得流动路径106位于一个或更多个隔绝围栏的上方或下方。如本文所用的术语“上方”表示流动路径106在由重力限定的垂直轴线上定位成高于一个或更多个隔绝围栏(即，位于流动路径106上方的隔绝围栏中的物体将具有比流动区/通道中的物体更高的重力势能)。本文使用的术语“下方”表示流动路径106在由重力限定的垂直轴线上定位成低于一个或更多个隔绝围栏(即，位于流动路径106下方的隔绝围栏中的物体将具有比流动路径中的物体更低的重力势能)。

在一些情况下，倾斜设备190使微流体设备100围绕平行于流动路径106的轴线倾斜。此外，微流体设备100可以倾斜至小于90°的角度，使得流动路径106位于一个或更多个隔绝围栏的上方或下方，而不会位于隔绝围栏的正上方或正下方。在其他情况下，倾斜设备190使微流体设备100围绕垂直于流动路径106的轴线倾斜。在又一些情况下，倾斜设备190使微流体设备100围绕既不平行也不垂直于流动路径106的轴线倾斜。

系统150还可以包括介质源178。介质源178(例如容器、储存器等)可以包括多个部分或容器，每个部分或容器用于容纳不同的流体介质180。因此，如图1A所示，介质源178可以是位于微流体设备100之外并与微流体设备100分离的设备。或者，介质源178可全部或部分位于微流体设备100的封壳102内。例如，介质源178可以包括作为微流体设备100的一部分的储存器。

图1A还示出了构成系统150的一部分并且可以与微流体设备100结合使用的控制和监测设备152的示例的简化框图描绘。如图所示，这种控制和监测设备152的示例包括主控制器154，包括用于控制介质源178的介质模块160、用于控制微流体回路120中的微物体(未示出)和/或介质(例如，介质的液滴)的移动和/或选择的动力模块162、用于控制用于捕获图像(例如数字图像)的成像设备194(例如，照相机、显微镜、光源或其任何组合)的成像模块164、以及用于控制倾斜设备190的倾斜模块166。控制设备152还可以包括用于控制、监测或执行关于微流体设备100的其他功能的其他模块168。如图所示，设备152还可以包括显示设备170和输入/输出设备172。

主控制器154可以包括控制模块156和数字存储器158。控制模块156可以包括例如数字处理器，该数字处理器被配置为根据存储为存储器158中的非暂时性数据或信号的机器可执行指令(例如，软件、固件、源代码等)进行操作。可替代地地或另外地，控制模块156可以包括硬连线数字电路和/或模拟电路。介质模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168可以类似地进行配置。因此，可以由如上配置的主控制器154、介质模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168中的任何一个或更多个来执行本文所讨论的针对微流体装置100或任何其他微流体装置所执行的功能、过程动作、动作或过程步骤。类似地，主控制器154、介质模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168可以通信地耦接，以发送和接收本文讨论的任何功能、过程、动作、行动或步骤中所使用的数据。

介质模块160控制介质源178。例如，介质模块160可以控制介质源178以将选定的流体介质180输入到封壳102中(例如，通过入口端口107)。介质模块160还可以控制从封壳102中去除介质(例如，通过输出端口(未示出))。因此可将一个或更多个介质选择性地输入到微流体回路120中或从微流体回路120移除。介质模块160还可以控制微流体回路120内的流动路径106的流体介质180的流动。例如，在一些实施例中，介质模块160在倾斜模块166使倾斜设备190将微流体设备100倾斜期望的倾斜角度之前停止介质180在流动通路106中并且穿过封壳102的流动。

动力模块162可以被配置为控制微流体回路120中的微物体的选择、捕集和移动。如下面针对图1B和图1C所讨论的，封壳102可以包括介电泳(DEP)、光电子镊子(OET)和光-电润湿(OEW)配置(在图1A中未示出)，动力模块162可以控制电极和/或晶体管(例如，光电晶体管)的激活，以选择和移动流动路径106和/或隔绝围栏124、126、128、130中的介质的液滴(未示出)和/或微物体(未示出)。

成像模块164可以控制成像设备194(未示出)。例如，成像模块164可以接收并处理来自成像设备194的图像数据。来自成像设备194的图像数据可以包括由成像设备194捕获的任何类型的信息(例如，微物体的存在或不存在、介质的液滴、标签(诸如荧光标签等)的积聚)。使用由成像设备194捕获的信息，成像模块164可以进一步计算物体(例如，微物体、介质液滴)的位置和/或这些物体在微流体设备100内的运动速率。

倾斜模块166可以控制倾斜设备190的倾斜运动。可选择地或者另外，倾斜模块166可以控制倾斜速率和定时，以优化通过重力将微物体转移到一个或更多个隔绝围栏。倾斜模块166与成像模块164通信地耦合以接收描述微流体回路120中的微物体和/或介质液滴的运动的数据。使用这个数据，倾斜模块166可以调整微流体回路120的倾斜，以便调整的微物体和/或介质液滴在微流体回路120中移动的速率。倾斜模块166还可以使用这个数据迭代地调整微流体回路120中的微物体和/或介质液滴的位置。

在图1A所示的示例中，微流体回路120被图示为包括微流体通道122以及隔绝围栏124、126、128、130。每个围栏包括通向通道122的开口，除此而外被包围，使得围栏可以将围栏内的微物体与通道122的流动路径106中或其他围栏中的流体介质180和/或微物体基本上隔离。隔绝围栏的壁从基部的内表面109延伸到盖110的内表面而提供围壁。围栏到微流体通道122的开口相对于流体介质180的流动106成一定角度定向，使得流动106不被引导到围栏中。该流动可以与围栏的开口的平面相切或正交。在一些情况下，围栏124、126、128、130被配置为物理地围住微流体回路120内的一个或更多个微物体。根据本公开的隔绝围栏可以包括为了与DEP、OET、OEW、流体流动和/或重力一起使用而优化的各种形状、表面和特征，如将在下面详细讨论的。

微流体回路120可以包括任何数量的微流体隔绝围栏。尽管显示了五个隔绝围栏，但微流体回路120可以具有更少或更多的隔绝围栏。如图所示，微流体回路120的微流体隔绝围栏124、126、128和130各自包括不同的特征和形状，这些特征和形状可以提供对胚胎的生产有用的一个或更多个益处，诸如将一个卵子与相邻卵子隔离开来。测定、刺激和受精可以全部以个体基础来执行，并且在一些实施例中，可以以个体时间尺度来执行。在一些实施例中，微流体回路120包括多个相同的微流体隔绝围栏。

在一些实施例中，微流体回路120包含多个微流体隔绝围栏，其中两个或更多个隔绝围栏包含不同的结构和/或特征，其在生产胚胎中提供不同的益处。一个非限制性示例可包括将卵子保持在一种类型的围栏中，同时将精子保持在不同类型的围栏中。在另一个实施例中，至少一个隔绝围栏配置成具有适于为卵子提供电激活的电触点。在又一个实施例中，不同类型的细胞(诸如例如，子宫细胞、子宫内膜细胞、源自子宫管的PEG(插入)细胞(例如，输卵管或法娄皮欧氏管)、卵丘细胞或其组合)可以设置在与包含卵子的隔绝围栏相邻的隔绝围栏中，使得来自周围隔绝围栏的分泌物可以从每个相应的围栏扩散出来并进入含有卵子的围栏中，这是大规模体外培养和受精所不可能实现的。可用于产生胚胎的微流体设备可包括任何隔绝围栏124、126、128和130或其变体，和/或可包括如图2B、2C、2D、2E和2F所示的那些类似地配置的围栏，如下所述。

在图1A所示的实施例中，示出了单个通道122和流动路径106。然而，其他实施例可包含多个通道122，每个通道配置成包括流动路径106。微流体回路120还包括与流动路径106和流体介质180流体连通的入口阀或端口107，由此流体介质180可以经由入口端口107进入通道122。在一些情况下，流动路径106包括单个路径。在一些情况下，单个路径以Z字形图案布置，由此流动路径106在交替方向上两次或更多次穿过微流体设备100。

在一些情况下，微流体回路120包括多个平行通道122和流动路径106，其中每个流动路径106内的流体介质180沿相同方向流动。在一些情况下，每个流动路径106内的流体介质在正向或反向中的至少一个方向上流动。在一些情况下，配置多个隔绝围栏(例如，相对于通道122)，使得隔绝围栏可以并行地加载目标微物体。

在一些实施例中，微流体回路120还包括一个或更多个微物体捕集器132。捕集器132通常形成在形成通道122的边界的壁中，并且可以与微流体隔绝围栏124、126、128、130中的一个或更多个隔绝围栏的开口相对地定位。在一些实施例中，捕集器132配置成从流动路径106接收或捕获单个微物体。在一些实施例中，捕集器132配置成从流动路径106接收或捕获多个微物体。在一些情况下，捕集器132包括大约等于单个目标微物体的体积的容积。

捕集器132还可包括开口，该开口被配置为帮助目标微物体流入捕集器132。在一些情况下，捕集器132包括开口，该开口的高度和宽度近似等于单个目标微物体的尺寸，由此防止较大的微物体进入微物体捕集器。捕集器132还可以包括其他特征，其被配置为帮助将目标微物体保持在捕集器132内。在一些情况下，捕集器132相对于微流体隔绝围栏的开口与通道122的相对侧对齐并位于该相对侧，使得在使微流体设备100围绕平行于微流体通道122的轴线倾斜时，被捕集的微物体按照使得微物体落入隔离围栏的开口中的轨迹离开捕集器132。在一些情况下，捕集器132包括小于目标微物体的侧通道134，以便于通过捕集器132的流动，从而增加在捕集器132中捕获微物体的可能性。

在一些实施例中，介电泳(DEP)力经由一个或更多个电极(未示出)施加穿过流体介质180(例如，在流动路径和/或隔绝围栏中)以操纵、运输、分离和分选位于其中的微物体。例如，在一些实施例中，DEP力被施加到微流体回路120的一个或更多个部分，以便将单个微物体从流动路径106转移到期望的微流体隔绝围栏中。在一些实施例中，DEP力用于防止隔绝围栏(例如，隔绝围栏124、126、128或130)内的微物体从其移位。此外，在一些实施例中，使用DEP力来选择性地根据本公开的实施例从隔绝围栏移除先前收集的微物体。在一些实施例中，DEP力包括光电镊子(OET)力。

在其他实施例中，光电润湿(OEW)力通过一个或更多个电极(未示出)被施加到微流体设备100的支撑结构104(和/或盖110)中的一个或更多个位置(例如，有助于限定流动路径和/或隔绝围栏的位置)，来操纵、运输、分离和分选位于微流体回路120中的液滴。例如，在一些实施例中，OEW力被施加到支撑结构104(和/或盖110)中的一个或更多个位置，以便将单个液滴从流动路径106转移到期望的微流体隔绝围栏中。在一些实施例中，OEW力用于防止隔绝围栏(例如，隔绝围栏124、126、128或130)内的液滴从其移位。此外，在一些实施例中，OEW力用于根据本公开的实施例从隔绝围栏选择性地移除先前收集的液滴。

在一些实施例中，DEP和/或OEW力与其他力(例如，流动和/或重力)组合，以便在微流体回路120内操纵、传输、分离和分选微物体和/或液滴。例如，封壳102可以倾斜(例如，通过倾斜设备190)以将流动路径106和位于其中的微物体定位在微流体隔绝围栏上方，并且重力可以将微物体和/或液滴传输进入围栏中。在一些实施例中，可以在其他力之前施加DEP和/或OEW力。在其他实施例中，DEP和/或OEW力可以在其他力之后施加。在其他情况下，DEP和/或OEW力可以与其他力同时施加或以与其他力交替的方式施加。

图1B、1C和2A-2H示出了可用于实施本公开的实施例的微流体设备的各种实施例。图1B描绘了其中微流体设备200被配置为光学致动的电动设备的实施例。本领域中已知多种光学致动的电动设备，包括具有光电镊子(OET)配置的设备和具有光电润湿(OEW)配置的设备。在下列美国专利文献中说明了合适的OET配置的例子，每个专利文献的全部内容通过引用包含在此：第RE 44,711号美国专利(Wu等人)(最初作为第7,612,355号美国专利公布)；和第7,956,339号美国专利(Ohta等人)。OEW配置的示例在第6,958,132号美国专利(Chiou等人)和公开号为2012/0024708的美国专利申请(Chiou等人)中示出，这两个专利的全部内容通过引用并入本文。光学致动的电动设备的又一个例子包括组合的OET/OEW配置，其示例见于公开号为20150306598(Khandros等人)和公开号为20150306599(Khandros等人)的美国专利及其相应的PCT公开文本WO2015/164846和WO2015/164847，所有这些都通过引用整体并入本文。

已经描述了具有可以放置、培养和/或监测卵母细胞、卵子或胚胎的围栏的微流体设备的示例，例如，在US 2014/0116881(2013年10月22日提交的第14/060,117号申请)、US 2015/0151298(2014年10月22日提交的第14/520,568号申请)和US 2015/0165436(2014年10月22日提交的第14/521,447号申请)，其每个的全部内容通过引用并入本文。第14/520,568和14/521,447号美国申请还描述了分析在微流体设备中培养的细胞分泌物的示例性方法。前述申请中的每一个进一步描述了微流体设备，其被配置为产生介电泳(DEP)力，例如光电镊子(OET)，或被配置为提供光电润湿(OEW)。例如，US 2014/0116881的图2中所示的光电镊子设备是可以在本公开的实施例中用于选择和移动单个生物微物体或一组生物微物体的设备的示例。

微流体设备动力配置。如上所述，系统的控制和监测设备可以包括动力模块，用于在微流体设备的微流体回路中选择和移动物体，例如微物体或液滴。微流体设备可具有各种动力配置，这取决于被移动物体的类型和其他考虑因素。例如，介电电泳(DEP)配置可用于选择和移动微流体回路中的微物体。因此，微流体设备100的支撑结构104和/或盖110可包括DEP配置，用于选择性地在微流体回路120中的流体介质180中的微物体上引发DEP力，从而选择、捕获和/或移动单个微物体或微物体组。或者，微流体设备100的支撑结构104和/或盖110可包括电润湿(EW)配置，用于选择性地在微流体回路120中的流体介质180中的液滴上引发EW力，从而选择、捕获和/或移动单个液滴或液滴组。

包含DEP配置的微流体设备200的一个示例在图1B和IC中示出。尽管为了简单起见，图1B和1C分别示出了具有开放区域/腔室202的微流体设备200的封壳102的一部分的侧剖视图和俯视剖视图，应当理解的是，区域/腔室202可以是具有更详细结构的流体回路元件的一部分，诸如生长腔室、隔绝围栏、流动区或流动通道。此外，微流体设备200可以包括其他流体回路元件。例如，微流体设备200可以包括多个生长腔室或隔绝围栏和/或一个或更多个流动区或流动通道，例如本文关于微流体设备100所描述的那些。DEP配置可以结合到微流体设备200的任何这种流体回路元件或其选择部分中。应该进一步理解的是，任何上述或下面描述的微流体设备部件和系统部件可以并入微流体设备200和/或与微流体设备200结合使用。例如，包括上述控制和监测设备152的系统150可以与微流体设备200(包括介质模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和其他模块168中的一个或更多个)一起使用。

如图1B所示，微流体设备200包括具有底部电极204和覆盖底部电极204的电极活化衬底206的支撑结构104、以及具有顶部电极210的盖110，其中顶部电极210与底部电极204间隔开。顶部电极210和电极活化衬底206限定区域/腔室202的相对表面。包含在区域/腔室202中的介质180因此在顶部电极210和电极活化衬底206之间提供电阻连接。还示出了被配置为连接到底部电极204和顶部电极210并在电极之间产生偏置电压的电源212，如在区域/腔室202中产生DEP力所需的那样。电源212可以是例如交流(AC)电源。

在某些实施例中，图1B和1C中所示的微流体设备200可具有光学致动的DEP配置。因此，可以由动力模块162控制的来自光源216的光218的改变图案可以选择性地激活和停用电极活化衬底206的内表面208的区域214处的DEP电极的改变图案。(在下文中，具有DEP配置的微流体设备的区域214被称为“DEP电极区域”。)如图1C所示，引导到电极活化衬底206的内表面208上的光图案218可以以诸如正方形的图案照射选择的DEP电极区域214a(以白色显示)。以下将未被照射的DEP电极区域214(交叉影线)称为“暗”DEP电极区域214。通过DEP电极活化衬底206(即，从底部电极204直到电极活化衬底206的与流动区106中的介质180交界的内表面208)的相对阻抗大于在每个暗DEP电极区域214处通过区域/腔室202中的介质180(即，从电极活化衬底206的内表面208到盖110的顶部电极210)的相对阻抗。然而，被照射的DEP电极区域214a呈现出通过电极活化衬底206的减小的相对阻抗，该相对阻抗小于在每个被照射的DEP电极区域214a处通过区域/腔室202中的介质180的相对阻抗。

在激活电源212的情况下，上述DEP配置在被照射的DEP电极区域214a和相邻的暗DEP电极区域214之间的流体介质180中产生电场梯度，这又产生吸引或排斥流体介质180中的附近的微物体(未示出)的局部DEP力。因此，可以在区域/腔室202的内表面208的许多不同的这种DEP电极区域214处通过改变从光源216投射到微流体设备200中的光图案218而选择性地激活和停用吸引或排斥流体介质180中的微物体的DEP电极。DEP力是吸引还是排斥附近的微物体可取决于诸如电源212的频率和介质180和/或微物体(未示出)的介电性质等参数。

图1C中所示的被照射的DEP电极区域214a的正方形图案220仅是示例。可以通过投射到微流体设备200中的光图案218来照射(并由此激活)DEP电极区域214的任何图案，并且照射/激活的DEP电极区域214的图案可以通过改变或移动光图案218来重复改变。

在一些实施例中，电极活化衬底206可以包括光电导材料或由光电导材料组成。在这样的实施例中，电极活化衬底206的内表面208可以是无特征的。例如，电极活化衬底206可以包括氢化非晶硅(a-Si：H)层或由其组成。a-Si：H可以包含例如约8％至40％的氢(按100*氢原子数/氢原子和硅原子的总数计算)。a-Si：H层可具有约500nm至约2.0μm的厚度。在这样的实施例中，根据光图案218，DEP电极区域214可以在电极活化衬底206的内表面208上的任何地方以任何图案形成。因此，DEP电极区域214的数量和图案不需要是固定的，而是可以对应于光图案218。例如在第RE 44,711号美国专利(Wu等人)(最初作为第7,612,355号美国专利公开)中已经描述了具有包括如上所述的光电导层的DEP配置的微流体设备的示例，其全部内容通过引用并入本文。

在其他实施例中，电极活化衬底206可以包括衬底，该衬底包括多个掺杂层、电绝缘层(或区域)和形成半导体集成电路的导电层，诸如在半导体领域中已知的。例如，电极活化衬底206可以包括多个光电晶体管，例如包括横向双极光电晶体管，每个光电晶体管对应于DEP电极区域214。或者，电极活化衬底206可以包括由光电晶体管开关控制的电极(例如，导电金属电极)，每个这样的电极对应于DEP电极区域214。电极活化衬底206可以包括这种光电晶体管或光电晶体管控制电极的图案。例如，该图案可以是排列成行和列的基本上正方形的光电晶体管或光电晶体管控制电极的阵列，如图2B所示。或者，该图案可以是形成六方点阵的基本上六边形的光电晶体管或光电晶体管控制电极的阵列。不管何种图案，电路元件可以在电极活化衬底206的内表面208处的DEP电极区域214与底部电极210之间形成电连接，并且可以由光图案218选择性地激活和停用那些电连接(即，光电晶体管或电极)。当未被激活时，每个电连接可以具有高阻抗，使得通过电极活化衬底206(即，从底部电极204到与区域/腔室202中的介质180相交界的电极活化衬底206的内表面208)的相对阻抗大于在相应DEP电极区域214处通过介质180(即，从电极活化衬底206的内表面208至盖110的顶部电极210)的相对阻抗。然而，当被光图案218中的光激活时，通过电极活化衬底206的相对阻抗小于在每个被照射的DEP电极区域214处通过介质180的相对阻抗，从而激活相应DEP电极区域处的DEP电极，如上所述。因此，以由光图案218确定的方式，可以在区域/腔室202中的电极活化衬底206的内表面208处的许多不同的DEP电极区域214处选择性地激活和停用吸引或排斥介质180中的微物体(未示出)的DEP电极。

在例如第7,956,339号美国专利(Ohta等人)中已经描述了具有包括光电晶体管的电极活化衬底的微流体设备的示例(参见例如图21和图22中所示的设备300及其描述)，其全部内容通过引用并入本文。具有包括由光电晶体管开关控制的电极的电极活化衬底的微流体设备的示例已经在例如公开号为2014/0124370的美国专利(Short等人)中描述(参见例如整个附图示出的设备200、400、500、600和900及其描述)，其全部内容通过引用并入本文。

在DEP配置的微流体设备的一些实施例中，顶部电极210是封壳102的第一壁(或盖110)的一部分，并且电极活化衬底206和底部电极204是第二壁(或支撑结构104)的一部分。区域/腔室202可位于第一壁和第二壁之间。在其他实施例中，电极210是第二壁(或支撑结构104)的一部分，并且电极活化衬底206和/或电极210中的一者或两者是第一壁(或盖110)的一部分。此外，光源216可以替代地用于从下方照射封壳102。

利用图1B至图1C的具有DEP配置的微流体设备200，动力模块162可以通过将光图案218投射到微流体设备200中来选择区域/腔室202中的介质180中的微物体(未示出)，以在围绕并捕获微物体的图案(例如，正方形图案220)中激活电极活化衬底206的内表面208的DEP电极区域214a处的第一组一个或更多个DEP电极。然后，动力模块162可以通过相对于微流体设备200移动光图案218来移动原位生成的捕获的微物体以激活在DEP电极区域214处的第二组一个或更多个DEP电极。或者，微流体设备200可以相对于光图案218移动。

在其他实施例中，微流体设备200可以具有不依赖于在电极活化衬底206的内表面208处的DEP电极的光激活的DEP配置。例如，电极活化衬底206可以包括与包括至少一个电极的表面(例如，盖110)相对定位的选择性可寻址和可激励电极。开关(例如，半导体衬底中的晶体管开关)可以选择性地打开和闭合，以激活或钝化DEP电极区域214处的DEP电极，从而在激活的DEP电极附近的区域/腔室202内的微物体(未示出)上产生净DEP力。取决于诸如电源212的频率和介质(未示出)和/或区域/腔室202中的微物体的介电特性的这样的特性，DEP力可以吸引或排斥附近的微物体。通过选择性地激活和停用成组的DEP电极(例如，在形成正方形图案220的成组的DEP电极区域214处)，区域/腔室202中的一个或更多个微物体可被捕集并在区域/腔室202内移动。图1A中的动力模块162可以控制这样的开关并因此激活和停用DEP电极中的单独的DEP电极以选择、捕集和移动围绕区域/腔室202的特定微物体(未示出)。具有包括选择性可寻址和可激励电极的DEP配置的微流体设备在本领域中是已知的，并且已经在第6,294,063号(Becker等)和第6,942,776号(Medoro)美国专利中已经描述，其全部内容通过引用并入本文。

作为又一个示例，微流体设备200可以具有电润湿(EW)配置，其可以代替DEP配置，或者可以位于微流体设备200的与具有DEP配置的部分分离的部分中。EW配置可以是光电润湿配置或电介质上的电润湿(EWOD)配置，两者都是本领域已知的。在一些EW配置中，支撑结构104具有夹在介电层(未示出)和底部电极204之间的电极活化衬底206。介电层可包括疏水材料和/或可涂覆有疏水材料，如下所述。对于具有EW配置的微流体设备200，支撑结构104的内表面208是介电层的内表面或其疏水涂层。

介电层(未示出)可包括一个或更多个氧化物层，并且可具有约50nm至约250nm(例如，约125nm至约175nm)的厚度。在某些实施例中，介电层可包括氧化物层，例如金属氧化物(例如，氧化铝或氧化铪)。在某些实施例中，介电层可包括除金属氧化物之外的介电材料，例如硅的氧化物或氮化物。无论确切的组成和厚度如何，介电层可具有约10k欧姆至约50k欧姆的阻抗。

在一些实施例中，介电层的向内朝向区域/腔室202的表面涂覆有疏水材料。疏水材料可包括例如氟化碳分子。氟化碳分子的示例包括全氟聚合物，例如聚四氟乙烯(例如)或聚(2,3-二氟亚甲基-全氟四氢呋喃)(例如CYTOP^TM)。构成疏水材料的分子可以共价键合到介电层的表面。例如，疏水材料的分子可借助于诸如硅氧烷基团、膦酸基团或硫醇基团的连接基团共价结合到介电层的表面。因此，在一些实施例中，疏水性材料可包含烷基封端的硅氧烷、烷基封端的膦酸或烷基封端的硫醇。烷基可以是长链烃(例如，具有至少10个碳或至少16、18、20、22或更多个碳的链)。或者，可以使用氟化(或全氟化)碳链代替烷基。因此，例如，疏水材料可包括氟代烷基封端的硅氧烷、氟代烷基封端的膦酸或氟代烷基封端的硫醇。在一些实施例中，疏水涂层的厚度为约10nm至约50nm。在其他实施例中，疏水涂层的厚度小于10nm(例如，小于5nm，或约1.5-3.0nm)。

在一些实施例中，具有电润湿配置的微流体设备200的盖110也涂覆有疏水材料(未示出)。疏水材料可以是用于涂覆支撑结构104的介电层的相同疏水材料，并且疏水涂层可以具有与支撑结构104的介电层上的疏水涂层的厚度基本相同的厚度。此外，盖110可以包括以支撑结构104的方式夹在介电层和顶部电极210之间的电极活化衬底206。电极活化衬底206和盖110的介电层可以具有与电极活化衬底206和支撑结构104的介电层相同的组成和/或尺寸。因此，微流体设备200可具有两个电润湿表面。

在一些实施例中，电极活化衬底206可包括光电导材料，例如上文所述。因此，在某些实施例中，电极活化衬底206可包括氢化非晶硅层(a-Si：H)或由其组成。a-Si：H可包含例如约8％至40％的氢(以100*氢原子数/氢和硅原子总数计算)。a-Si：H层可具有约500nm至约2.0μm的厚度。或者，电极活化衬底206可包括由光电晶体管开关控制的电极(例如，导电金属电极)，如上所述。具有光电润湿配置的微流体设备在本领域中是已知的和/或可以用本领域已知的电极活化衬底构造。例如，第6,958,132号美国专利(Chiou等人，其全部内容通过引用并入本文)公开了具有诸如a-Si：H的光电导材料的光电润湿配置，而上面引用的公开号为2014/0124370的美国专利(Short等人)公开了具有由光电晶体管开关控制的电极的电极活化衬底。

因此，微流体设备200可以具有光电润湿配置，并且光图案218可以用于激活电极活化衬底206中的光电导EW区域或光响应EW电极。电极活化衬底206的这种激活的EW区域或EW电极可以在支撑结构104的内表面208(即，覆盖的介电层或其疏水涂层的内表面)处产生电润湿力。通过改变入射在电极活化衬底206上的光图案218(或相对于光源216移动微流体设备200)，接触支撑结构104的内表面208的液滴(例如，包含水性介质、溶液或溶剂)可以移动通过区域/腔室202中存在的不混溶流体(例如，油介质)。

在其他实施例中，微流体设备200可具有EWOD配置，并且电极活化衬底206可以包括选择性可寻址和可激励的电极，其不依赖于光来激活。因此，电极活化衬底206可包括这种电润湿(EW)电极的图案。例如，图案可以是按行和列布置的基本上正方形的EW电极阵列，如图2B所示。或者，图案可以是形成六边形网格的基本上六边形的EW电极的阵列。无论图案如何，EW电极都可以通过电开关(例如，半导体衬底中的晶体管开关)选择性地激活(或停用)。通过选择性地激活和停用电极活化衬底206中的EW电极，接触覆盖的介电层或其疏水涂层的内表面208液滴(未示出)可以在区域/腔室202内移动。图1A中的动力模块162可以控制这样的开关，从而激活和停用各个EW电极，以选择和移动区域/腔室202周围的特定液滴。具有选择性可寻址和可激励电极的EWOD配置的微流体设备在本领域中是已知的，并且已在例如第8,685,344号美国专利(Sundarsan等人)中进行了描述，其全部内容通过引用合并于此。

无论微流体设备200的配置如何，电源212都可用于提供为微流体设备200的电路供电的电势(例如，AC电压电势)。电源212可以与图1中参考的电源192相同或者是其组件。电源212可以被配置为向顶部电极210和底部电极204提供AC电压和/或电流。对于AC电压，电源212可以提供频率范围和平均或峰值功率(例如，电压或电流)范围，其足以产生足够强的净DEP力(或电润湿力)以捕集和移动区域/腔室202中的各个微物体(未示出)，如上所述，和/或改变区域/腔室202中支撑结构104的内表面208(即，介电层和/或介电层上的疏水涂层)的润湿性质，也如上所述。这种频率范围和平均或峰值功率范围在本领域中是已知的。例如参见第6,958,132号美国专利(Chiou等人)、第RE44,711号美国专利(Wu等人)(最初作为第7,612,355号美国专利公布)以及公开号为US2014/0124370(Short等人)、US2015/0306598(Khandros等人)和US2015/0306599(Khandros等人)的美国专利申请。

隔绝围栏。在图2A-2C所示的微流体设备230内示出了通用隔绝围栏224、226和228的非限制性示例。每个隔绝围栏224、226和228可以包括限定隔离区240的隔离结构232和将隔离区240流体连接到通道122的连接区236。连接区236可以包括通向微流体通道122的近侧开口234和通向隔离区240的远侧开口238。连接区236可以配置成使得从微流体通道122流入隔绝围栏224、226、228的流体介质(未示出)的流动的最大穿透深度不延伸到隔离区240中。因此，由于连接区236，设置在隔绝围栏224、226、228的隔离区240中的微物体(未示出)或其他材料(未示出)因此可以与微流体通道122中的介质180的流动分离并且基本上不受其影响。

图2A-2C的隔绝围栏224、226和228各自具有直接通向微流体通道122的单个开口。隔绝围栏的开口从微流体通道122横向开口。电极活化衬底206位于微流体通道122和隔绝围栏224、226和228两者的下面。形成隔绝围栏的底面的隔绝围栏的封壳内的电极活化衬底206的上表面设置在形成微流体设备的流动通道(或流动区)的底面的微流体通道122(或者如果通道不存在则为流动区)内的电极活化衬底206的上表面的相同高度或基本上相同的高度处。电极活化衬底206可以是无特征的或者可以具有不规则或图案化的表面，该表面从其最高高度到最低的凹陷变化小于约3微米、2.5微米、2微米、1.5微米、1微米、0.9微米、0.5微米、0.4微米、0.2微米、0.1微米或更小。通过微流体通道122(或流动区)和隔绝围栏的衬底的上表面中的高度的变化可小于隔绝围栏壁或微流体设备的壁的高度的约3％、2％、1％、0.9％、0.8％、0.5％、0.3％或0.1％。虽然详细描述了微流体设备200，但这也适用于本文所述的任何微流体设备100、230、250、280、290、320、400、450、500、700。

微流体通道122因此可以是被扫过的区域的示例，并且隔绝围栏224、226、228的隔离区240可以是未被扫过的区域的示例。如上所述，微流体通道122和隔绝围栏224、226、228可以被配置为包含一个或更多个流体介质180。在图2A-2B所示的示例中，端口222连接到微流体通道122并且允许流体介质180被引入微流体设备230或从微流体设备230移除。在引入流体介质180之前，微流体设备可以用诸如二氧化碳气体的气体填装。一旦微流体设备230包含流体介质180，微流体通道122中的流体介质180的流动242可被选择性地产生并停止。例如，如图所示，端口222可以设置在微流体通道122的不同位置(例如，相对的端部)处，并且可以从用作入口的一个端口222到用作出口的另一个端口222创建介质的流动242。

图2C示出了根据本公开的隔绝围栏224的示例的详细视图。还示出了微物体246的示例。

如已知的，流体介质180在微流体通道122中经过隔绝围栏224的近侧开口234的流动242可引起介质180进入和/或离开隔绝围栏224的二次流动244。为了将隔绝围栏224的隔离区240中的微物体246与二次流动244隔离，隔绝围栏224的连接区236的长度Lcon(即，从近侧开口234到远侧开口238)应该是大于二次流动244进入连接区236的穿透深度Dp。二次流动244的穿透深度Dp取决于在微流体通道122中流动的流体介质180的速度以及与微流体通道122的配置和连接区236到微流体通道122的近侧开口234有关的各种参数。对于给定的微流体设备，微流体通道122和开口234的配置将是固定的，而微流体通道122中的流体介质180的流动242的速率将是可变的。因此，对于每个隔绝围栏224，可以识别通道122中的流体介质180的流动242的最大速度Vmax，其确保二次流动244的穿透深度Dp不超过连接区236的长度Lcon。只要微流体通道122中的流体介质180的流动242的速率不超过最大速度Vmax，则所产生的二次流动244可以被限制到微流体通道122和连接区236并且保持在隔离区240之外。因此，介质180在微流体通道122中的流动242不会将微物体246拉出隔离区240。相反，位于隔离区240中的微物体246将停留在隔离区240中，而与微流体通道122中的流体介质180的流动242无关。

而且，只要微流体通道122中的介质180的流动242的速率不超过Vmax，微流体通道122中的流体介质180的流动242将不会使混杂颗粒(例如，微米颗粒和/或纳米颗粒)从微流体通道122中移动进入隔绝围栏224的隔离区240。因此，连接区236的长度Lcon大于二次流动244的最大穿透深度Dp可以防止来自微流体通道122或另一隔绝围栏(例如图2D中的隔绝围栏226、228)的混杂颗粒对一个隔绝围栏224的污染。

因为微流体通道122和隔绝围栏224、226、228的连接区236可能受微流体通道122中的介质180的流动242影响，所以微流体通道122和连接区236可以被认为是微流体设备230的被扫过(或流动)区域。另一方面，隔绝围栏224、226、228的隔离区240可以被认为是未被扫过(或非流动)区域。例如，微流体通道122中第一流体介质180中的组分(未示出)可基本上仅通过第一介质180的组分的扩散从微流体通道122通过连接区236并进入隔离区240中的第二流体介质248而与隔离区240中的第二流体介质248混合。类似地，隔离区240中的第二介质248的组分(未示出)可以基本上仅通过第二介质248的组分的扩散从隔离区240穿过连接区236并且进入微流体通道122中的第一介质180而与微流体通道122中的第一介质180混合。在一些实施例中，隔绝围栏的隔离区与流动区之间通过扩散进行的流体介质交换程度大于流体交换的约90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或大于约99％。第一介质180可以是与第二介质248相同的介质或不同的介质。此外，第一介质180和第二介质248可以开始是相同的，然后变得不同(例如，通过隔离区240中的一个或更多个细胞对第二介质248的调节，或者通过改变流过微流体通道122的介质180)。

如上所述，由微流体通道122中的流体介质180的流动242导致的二次流动244的最大穿透深度Dp可以取决于多个参数。这样的参数的示例包括：微流体通道122的形状(例如，通道可以将介质引导到连接区236中，使介质转移出连接区236，或者在基本上垂直于微流体通道122的连接区236的近侧开口234的方向上将介质引导到微流体通道122中)；微流体通道122在近侧开口234处的宽度Wch(或截面积)；和在近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon(或截面积)；流体介质180在微流体通道122中的流动242的速度V；第一介质180和/或第二介质248的粘度等。

在一些实施例中，微流体通道122和隔绝围栏224、226、228的尺寸可相对于微流体通道122中的流体介质180的流动242的矢量如下定向：微流体通道宽度Wch(或微流体通道122的截面积)可以基本上垂直于介质180的流动242；连接区236在开口234处的宽度Wcon(或截面积)可以基本平行于微流体通道122中的介质180的流动242；和/或连接区的长度Lcon可以基本垂直于微流体通道122中的介质180的流动242。以上仅是示例，并且微流体通道122和隔绝围栏224、226、228的相对位置可以相对于彼此处于其他方位。

如图2C所示，连接区236的宽度Wcon可以从近侧开口234到远侧开口238是均匀的。因此，在远侧开口238处的连接区236的宽度Wcon可以是本文为连接区236在近侧开口234处的宽度Wcon所标识的任何范围内。或者，远侧开口238处的连接区236的宽度Wcon可以大于近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon。

如图2C所示，远侧开口238处的隔离区240的宽度可以与近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon基本相同。因此，在远侧开口238处的隔离区240的宽度可以是本文为连接区236在近侧开口234处的宽度Wcon所标识的任何范围内。或者，远侧开口238处的隔离区240的宽度可以大于或小于近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon。而且，远侧开口238可以小于近侧开口234，并且连接区236的宽度Wcon可以在近侧开口234和远侧开口238之间变窄。例如，连接区236可以使用各种不同的几何形状(例如倒角连接区，斜切连接区)而在近侧开口和远侧开口之间变窄。此外，连接区236的任何部分或子部分(例如，连接区与近侧开口234相邻的一部分)可以变窄。

图2D-2F描绘了包含微流体回路262和流动通道264的微流体设备250的另一个示例性实施例，其是图1A的相应微流体设备100、回路132和通道134的变型。微流体设备250还具有多个隔绝围栏266，所述隔绝围栏266是上述隔绝围栏124、126、128、130、224、226或228的附加变型。特别地，应该理解的是，图2D-2F中示出的设备250的隔绝围栏266可以代替设备100、200、230、250、280、290、500、550、560、600、620、640、670、700、720、720、750、760、780、808、810、812、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500中的任何上述隔绝围栏124、126、128、130、224、226或228。类似地，微流体设备250是微流体设备100的另一种变型，并且也可以具有与上述微流体设备100、200、230、250、280、290、500、550、560、600、620、640、670、700、720、720、750、760、780、808、810、812、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500相同或不同的DEP配置以及本文描述的任何其他微流体系统部件。

图2D-2F的微流体设备250包括支撑结构(在图2D-2F中不可见，但可以与图1A中描绘的设备100的支撑结构104相同或基本相似)、微流体回路结构256和盖(在图2D-2F中不可见，但可以与图1A中描绘的设备100的盖122相同或基本相似)。微流体回路结构256包括框架252和微流体回路材料260，其可以与图1A中示出的设备100的框架114和微流体回路材料116相同或基本相似。如图2D所示，由微流体回路材料260限定的微流体回路262可包括多个隔绝围栏266流体连接到的多个通道264(示出两个，但可以有更多)。

每个隔绝围栏266可以包括隔离结构272、隔离结构272内的隔离区270和连接区268。从微流体通道264处的近侧开口274到隔离结构272处的远侧开口276，连接区268将微流体通道264流体连接到隔离区270。通常，根据图2B和2C的上述讨论，通道264中的第一流体介质254的流动278可以产生第一介质254从微流体通道264进入和/或离开隔绝围栏266的相应连接区268的二次流动282。

如图2E所示，每个隔绝围栏266的连接区268通常包括在通向通道264的近侧开口274与通向隔离结构272的远侧开口276之间延伸的区域。连接区268的长度Lcon可以大于二次流动282的最大穿透深度Dp，在这种情况下，二次流动282将延伸到连接区268中而不被重新引导到隔离区270(如图2D所示)。或者，如图2F所示，连接区268可以具有小于最大穿透深度Dp的长度，在这种情况下，二次流动282将延伸穿过连接区268并且朝向隔离区270重新引导。在后一种情况下，连接区268的长度Lc1和Lc2之和大于最大穿透深度Dp，使得二次流动282不会延伸到隔离区270中。无论连接区268的长度Lcon是大于穿透深度Dp还是连接区268的长度Lc1和Lc2之和大于穿透深度Dp，不会超过最大速度Vmax的第一介质254在通道264中的流动278都将产生具有穿透深度Dp的二次流动，并且在隔绝围栏266的隔离区270中的微物体(未示出，但可以与图2C中所示的微物体246相同或基本相似)将不会被通道264中的第一介质254的流动278从隔离区270中拉出。通道264中的流动278也不会将来自通道264的杂物(未示出)带入隔绝围栏266的隔离区270中。如此，扩散是微流体通道264中的第一介质254中的组分可以从微流体通道264移动到隔绝围栏266的隔离区270中的第二介质258中的唯一机制。类似地，扩散是隔绝围栏266的隔离区270中的第二介质258中的组分可以从隔离区270移动到微流体通道264中的第一介质254的唯一机制。第一介质254可以是与第二介质258相同的介质，或者第一介质254可以是与第二介质258不同的介质。或者，第一介质254和第二介质258可以开始相同，然后变得不同，例如通过隔离区270中的一个或更多个单元对第二介质进行调节，或者通过改变流过微流体通道264的介质。

如图2E所示，微流体通道264中的微流体通道264的宽度Wch(即，横向于通过图2D中的箭头278所指示的微流体通道的流体介质流动的方向所取的方向)可以基本垂直于近侧开口274的宽度Wcon1并且因此基本平行于远侧开口276的宽度Wcon2。然而，近侧开口274的宽度Wcon1和远侧开口276的宽度Wcon2不必基本上彼此垂直。例如，近侧开口274的宽度Wcon1所定向的轴线(未示出)与远侧开口276的宽度Wcon2所定向的另一轴线之间的角度可以不是垂直的，因此不是90°。可选方位角度的示例包括以下任何范围内的角度：约30°至约90°，约45°至约90°，约60°至约90°等。

在隔绝围栏(例如124、126、128、130、224、226、228或266)的各种实施例中，隔离区(例如240或270)被配置为包含多个微物体。在其他实施例中，隔离区可以被配置为仅包含一个、两个、三个、四个、五个或类似的相对较少数量的微物体。因此，隔离区的容积可以是例如至少1x10⁶、2x10⁶、4x10⁶、6x10⁶立方微米或更多。

在隔绝围栏的各种实施例中，近侧开口(例如，234)处的微流体通道(例如，122)的宽度Wch可以在以下范围中的任何一个范围内：约50-1000微米、50-500微米、50-400微米、50-300微米、50-250微米、50-200微米、50-150微米、50-100微米、70-500微米、70-400微米、70-300微米、70-250微米、70-200微米、70-150微米、90-400微米、90-300微米、90-250微米、90-200微米、90-150微米、100-300微米、100-250微米、100-200微米、100-150微米、和100-120微米。在一些其他实施例中，近侧开口(例如234)处的微流体通道(例如，122)的宽度Wch可以在约200-800微米、200-700微米或200-600微米的范围内。以上仅是示例，并且微流体通道122的宽度Wch可以处于其他范围内(例如，由上面列出的任何端点限定的范围)。此外，在微流体通道的除了隔绝围栏的近侧开口处之外的区域中，微流体通道122的Wch可以被选择为处于这些范围中的任何范围中。

在一些实施例中，隔绝围栏具有约30至约200微米或约50至约150微米的高度。在一些实施例中，隔绝围栏的截面积为约1x10⁴–3x10⁶平方微米、2x10⁴–2x10⁶平方微米、4x10⁴–1x10⁶平方微米、2x10⁴–5x10⁵平方微米、2x10⁴–1x10⁵平方微米或约2x10⁵–2x10⁶平方微米。

在隔绝围栏的各种实施例中，近侧开口(例如，234)处的微流体通道(例如，122)的高度Hch可以在以下范围中的任何一个范围内：20-100微米、20-90微米、20-80微米、20-70微米、20-60微米、20-50微米、30-100微米、30-90微米、30-80微米、30-70微米、30-60微米、30-50微米、40-100微米、40-90微米、40-80微米、40-70微米、40-60微米或40-50微米。以上仅是示例，并且微流体通道(例如122)的高度Hch可以处于其他范围(例如，由以上列出的任何端点所定义的范围)中。在微流体通道的除隔绝围栏的近侧开口处之外的区域中，微流体通道122的高度Hch可以被选择为在任何一个这些范围内。

在隔绝围栏的各种实施例中，近侧开口(例如，234)处的微流体通道(例如，122)的截面积可以在以下范围中的任何一个范围内：500-50,000平方微米、500-40,000平方微米、500-30,000平方微米、500-25,000平方微米、500-20,000平方微米、500-15,000平方微米、500-10,000平方微米、500-7,500平方微米、500-5,000平方微米、1,000-25,000平方微米、1,000-20,000平方微米、1,000-15,000平方微米、1,000-10,000平方微米、1,000-7,500平方微米、1,000-5,000平方微米、2,000-20,000平方微米、2,000-15,000平方微米、2,000-10,000平方微米、2,000-7,500平方微米、2,000-6,000平方微米、3,000-20,000平方微米、3,000-15,000平方微米、3,000-10,000平方微米、3,000-7,500平方微米或3,000至6,000平方微米。前述仅仅是示例，并且近侧开口(例如，234)处的微流体通道(例如，122)的截面可以处于其他范围(例如，由以上列出的任何端点限定的范围)内。

在隔绝围栏的各种实施例中，连接区(例如，236)的长度Lcon可以处于以下范围中的任一个：约1-600微米、5-550微米、10-500微米、15-400微米、20-300微米、20-500微米、40-400微米、60-300微米、80-200微米或约100-150微米。以上仅是示例，并且连接区(例如236)的长度Lcon可以处于与前述示例不同的范围(例如，由上面列出的任何端点限定的范围)中。

在隔绝围栏的各种实施例中，在近侧开口(例如，234)处的连接区(例如，236)的宽度Wcon可以处于以下范围中的任一个：20-500微米、20-400微米、20-300微米、20-200微米、20-150微米、20-100微米、20-80微米、20-60微米、30-400微米、30-300微米、30-200微米、30-150微米、30-100微米、30-80微米、30-60微米、40-300微米、40-200微米、40-150微米、40-100微米、40-80微米、40-60微米、50-250微米、50-200微米、50-150微米、50-100微米、50-80微米、60-200微米、60-150微米、60-100微米、60-80微米、70-150微米、70-100微米和80-100微米。前述仅仅是示例，并且近侧开口(例如，234)处的连接区(例如，236)的宽度Wcon可以不同于前述示例(例如，由以上列出的任何端点限定的范围)。

在隔绝围栏的各种实施例中，近侧开口(例如，234)处的连接区(例如，236)的宽度Wcon可以至少与隔绝围栏所要用于的微物体(例如，可以是T细胞、B细胞或卵子或胚胎的生物细胞)的最大尺寸一样大。例如，在卵母细胞、卵子或胚胎将被放入的隔绝围栏的近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon可以处于以下范围中的任何一个范围：约100微米、约110微米、约120微米、约130微米、约140微米、约150微米、约160微米、约170微米、约180微米、约190微米、约200微米、约225微米、约250微米、约300微米或约100-400微米、约120微米-350微米、约140-200-200 300微米、或约140-200微米。前述仅仅是示例，并且近侧开口(例如，234)处的连接区(例如，236)的宽度Wcon可以不同于前述示例(例如，由以上列出的任何端点限定的范围)。

在隔绝围栏的各种实施例中，连接区的近侧开口的宽度Wpr可以至少与隔绝围栏所要用于的微物体(例如，诸如细胞的生物微物体)的最大尺寸一样大。例如，宽度Wpr可以是约50微米，约60微米，约100微米，约200微米，约300微米或者可以在约50-300微米，约50-200微米，约50-100微米，约75-150微米，约75-100微米或约200-300微米。

在隔绝围栏的各种实施例中，连接区(例如236)的长度Lcon与近侧开口234处的连接区(例如236)的宽度Wcon的比率可以大于或等于以下任一比率：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0或更大。前述仅是示例，并且连接区236的长度Lcon与近侧开口234处的连接区236的宽度Wcon的比率可以与前述示例不同。

在微流体设备100、200、230、250、280、290、500、550、560、600、620、640、670、700、720、720、750、760、780、808、810、812、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500的各种实施例中，Vmax可设定为约0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5微升/秒。

在具有隔绝围栏的微流体设备的各种实施例中，隔绝围栏的隔离区(例如，240)的容积可以是例如至少5x10⁵、8x10⁵、1x10⁶、2x10⁶、4x10⁶、6x10⁶、8x10⁶、1x10⁷、5x10⁷、1x10⁸、5x10⁸或8x10⁸立方微米或更大。在具有隔绝围栏的微流体设备的各种实施例中，隔绝围栏的容积可以是约5x10⁵、6x10⁵、8x10⁵、1x10⁶、2x10⁶、4x10⁶、8x10⁶、1x10⁷、3x10⁷、5x10⁷或约8x10⁷立方微米或更大。在一些其他实施例中，隔绝围栏的容积可以是约1纳升至约50纳升、2纳升至约25纳升、2纳升至约20纳升、约2纳升至约15纳升或约2纳升至约10纳升。

在各种实施例中，微流体设备具有如本文讨论的任何实施例中配置的隔绝围栏，其中微流体设备具有约5至约10个隔绝围栏、约10至约50个隔绝围栏、约100至约500个隔绝围栏；约200至约1000个隔绝围栏、约500至约1500个隔绝围栏、约1000至约2000个隔绝围栏或约1000至约3500个隔绝围栏。隔绝围栏不需要全部具有相同的尺寸，并且可以包括多种配置(例如，隔绝围栏内的不同宽度、不同特征。

图2G示出了根据一个实施例的微流体设备280。图2G中示出了微流体设备280是微流体设备100的程式化图。实际上，微流体设备280及其组成回路元件(例如通道122和隔绝围栏128)将具有本文讨论的尺寸。图2G中示出的微流体回路120具有两个端口107、四个不同通道122和四个不同流动路径106。微流体设备280进一步包括在每个通道122开口的多个隔绝围栏。在图2G所示的微流体设备中，隔绝围栏具有与图2C所示的围栏相似的几何形状，因此具有连接区和隔离区两者。因此，微流体回路120包括被扫过的区域(例如，通道122和连接区236的在二次流动244的最大穿透深度Dp内的部分)和未被扫过的区域(例如，隔离区240和连接区236不在二次流动244的最大穿透深度Dp内的部分)。

涂覆溶液和涂覆试剂。不希望受理论限制，当微流体设备的至少一个或更多个内表面已得到调理或涂覆，以呈现提供微流体设备与其中维持的生物微物体之间的主要界面的有机和/或亲水分子层时，可以促进在微流体设备(例如，DEP配置的和/或EW配置的微流体设备)内维持(即，生物微物体在微流体设备内表现出增强的活力、更大的扩增和/或更大的便携性)生物微物体(例如，生物细胞)。在一些实施例中，微流体设备的一个或更多个内表面(例如，DEP配置的微流体设备的电极活化衬底的内表面、微流体设备的盖和/或回路材料的表面)可以用涂覆溶液和/或涂覆试剂处理或改性，以产生所需的有机和/或亲水分子层。

涂覆可以在引入生物微物体之前或之后施加，或者可以与生物微物体同时引入。在一些实施例中，生物微物体可以在包含一种或更多种涂覆试剂的流体介质中输入微流体设备中。在其他实施例中，微流体设备(例如，DEP配置的微流体设备)的内表面在将生物微物体引入微流体设备之前用包含涂覆试剂的涂覆溶液处理或“涂底漆”。

在一些实施例中，微流体设备的至少一个表面包括涂覆材料，其提供适于维持和/或扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层(例如提供如下面所述的经调理表面)。在一些实施例中，微流体设备的基本上所有内表面都包括涂覆材料。涂覆的内表面可包括流动区(例如，通道)、腔室或隔绝围栏的表面或其组合。在一些实施例中，多个隔绝围栏中的每一个具有至少一个内表面涂有涂覆材料。在其他实施例中，多个流动区或通道中的每一个具有至少一个内表面涂覆有涂覆材料。在一些实施例中，多个隔绝围栏中的每一个和多个通道中的每一个的至少一个内表面都涂覆有涂覆材料。

涂覆试剂/溶液。可以使用任何方便的涂覆试剂/涂覆溶液，包括但不限于：血清或血清因子、牛血清白蛋白(BSA)、聚合物、去污剂、酶及其任何组合。

聚合物类涂覆材料。至少一个内表面可包括包含聚合物的涂覆材料。聚合物可以与至少一个表面共价或非共价结合(或可以非特异性地粘附)。聚合物可具有多种结构基序，例如，嵌段聚合物(和共聚物)、星形聚合物(星形共聚物)和接枝或梳形聚合物(接枝共聚物)中发现的所有结构基序，所有这些都可适用于本文公开的方法。

聚合物可包括含有亚烃醚部分的聚合物。多种含亚烃醚的聚合物可适用于本文所述的微流体设备。一类非限制性示例性的含亚烃醚的聚合物是两亲性非离子嵌段共聚物，其包括聚合物链内不同比例和位置的聚环氧乙烷(PEO)和聚环氧丙烷(PPO)亚单元的嵌段。聚合物(BASF)是这种类型的嵌段共聚物，并且在本领域中已知适合与活细胞接触时使用。聚合物的平均分子量Mw可以为约2000Da至约20KDa。在一些实施例中，PEO-PPO嵌段共聚物可具有大于约10(例如，约12-18)的亲水-亲油平衡(HLB)。可用于产生涂覆表面的特定聚合物包括L64、P85和F127(包括F127NF)。另一类含亚烃醚的聚合物是聚乙二醇(PEG Mw<100,000Da)或聚环氧乙烷(PEO，Mw>100,000)。在一些实施例中，PEG可具有约1000Da、5000Da、10,000Da或20,000Da的Mw。

在其他实施例中，涂覆材料可包括含有羧酸部分的聚合物。羧酸亚单元可以是含有亚单元的烷基、链烯基或芳族部分。一个非限制性示例是聚乳酸(PLA)。在其他实施例中，涂覆材料可包括含有磷酸酯部分(在聚合物主链的末端或在聚合物主链的侧基上)的聚合物。在其他实施例中，涂覆材料可包括含有磺酸部分的聚合物。磺酸亚单元可以是含有亚单元的烷基、链烯基或芳族部分。一个非限制性示例是聚苯乙烯磺酸(PSSA)或聚茴脑磺酸。在进一步的实施例中，涂覆材料可包括含有胺部分的聚合物。聚氨聚合物可包括天然聚氨聚合物或合成聚氨聚合物。天然聚氨的示例包括精胺、亚精胺和腐胺。

在其他实施例中，涂覆材料可包括含有糖部分的聚合物。在非限制性示例中，诸如黄原胶或葡聚糖的多糖可适合于形成可减少或防止微流体设备中的细胞粘附的材料。例如，大小为约3kDa的葡聚糖聚合物可用于为微流体设备内的表面提供涂覆材料。

在其他实施例中，涂覆材料可包括含有核苷酸部分的聚合物，即核酸，其可具有核糖核苷酸部分或脱氧核糖核苷酸部分，从而提供聚电解质表面。核酸可仅含有天然核苷酸部分或可含有非天然核苷酸部分，其包含碱基、核糖或磷酸酯部分的类似物，例如7-脱氮腺嘌呤、戊糖、甲基膦酸酯或硫代磷酸酯部分，但不限于此。

在其他实施例中，涂覆材料可包括含有氨基酸部分的聚合物。含有氨基酸部分的聚合物可包括含天然氨基酸的聚合物或含非天然氨基酸的聚合物，其中任一种可包括肽、多肽或蛋白质。在一个非限制性示例中，蛋白质可以是牛血清白蛋白(BSA)和/或血清(或多种不同血清的组合)，其包含白蛋白和/或一种或更多种其他类似蛋白质作为涂覆试剂。血清可以来自任何方便的来源，包括但不限于胎牛血清、绵羊血清、山羊血清、马血清等。在某些实施例中，涂覆溶液中的BSA以约1mg/mL至约100mg/mL的形式的范围存在，包括5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL、或更多或介于之间。在某些实施例中，涂覆溶液中的血清可以以约20％(v/v)至约50％v/v形式的范围存在，包括25％、30％、35％、40％、45％、或更多或介于其间。在一些实施例中，BSA可以作为涂覆试剂以5mg/mL存在于涂覆溶液中，而在其他实施例中，BSA可以作为涂覆试剂以70mg/mL存在于涂覆溶液中。在某些实施例中，血清作为涂覆试剂以30％存在于涂覆溶液中。在一些实施例中，可以在涂覆材料内提供细胞外基质(ECM)蛋白质，用于优化细胞粘附以促进细胞生长。可包含在涂覆材料中的细胞基质蛋白可包括但不限于胶原蛋白、弹性蛋白、含RGD的肽(例如纤连蛋白)或层粘连蛋白。在其他实施例中，可以在微流体设备的涂覆材料内提供生长因子、细胞因子、激素或其他细胞信号传导物种。

在一些实施例中，涂覆材料可包括含有环氧烷烃部分、羧酸部分、磺酸部分、磷酸酯部分、糖部分、核苷酸部分或氨基酸部分中多于一种的聚合物。在其他实施例中，聚合物调理表面可包括多于一种聚合物的混合物，每种聚合物具有环氧烷部分、羧酸部分、磺酸部分、磷酸酯部分、糖部分、核苷酸部分和/或氨基酸部分，其可以是独立地或同时地掺入涂覆材料中。

共价连接的涂覆材料。在一些实施例中，所述至少一个内表面包括共价连接的分子，所述分子提供适于维持/扩增微流体设备内的生物微物体的有机和/或亲水分子层，为这些细胞提供经调理表面。

共价连接的分子包括连接基团，其中连接基团共价连接到微流体设备的一个或更多个表面，如下所述。连接基团还与被配置为提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分共价连接。

在一些实施例中，配置成提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的共价连接部分可包括烷基或氟代烷基(包括全氟烷基)部分；单糖或多糖(可包括但不限于葡聚糖)；醇类(包括但不限于炔丙醇)；多元醇，包括但不限于聚乙烯醇；亚烃醚，包括但不限于聚乙二醇；聚电解质(包括但不限于聚丙烯酸或聚乙烯膦酸)；氨基(包括其衍生物，例如但不限于烷基化胺、羟烷基化氨基、胍基和含有未芳香化的氮环原子的杂环基，例如但不限于吗啉基或哌嗪基)；羧酸，包括但不限于丙炔酸(可提供羧酸盐阴离子表面)；膦酸，包括但不限于乙炔基膦酸(可提供膦酸盐阴离子表面)；磺酸根阴离子；羧基甜菜碱；磺酸甜菜碱；氨基磺酸；或氨基酸。

在各种实施例中，配置成提供适于维持/扩增微流体设备中的生物微物体的有机和/或亲水分子层的共价连接部分可包括非聚合部分，例如烷基部分、诸如氟烷基部分的取代烷基部分(包括但不限于全氟烷基部分)、氨基酸部分、醇部分、氨基部分、羧酸部分、膦酸部分、磺酸部分、氨基磺酸部分或糖部分。或者，共价连接的部分可包括聚合部分，其可以是上述任何部分。

在一些实施例中，共价连接的烷基部分可包含形成直链的碳原子(例如，至少10个碳或至少14、16、18、20、22或更多个碳的直链)并且可以是无支链的烷基部分。在一些实施例中，烷基可包括取代烷基(例如，烷基中的一些碳可被氟化或全氟化)。在一些实施例中，烷基可包括连接至第二片段的第一片段，第一片段可包括全氟烷基，第二片段可包括未取代烷基，其中第一片段和第二片段可直接或间接连接(例如，通过醚键的方式)。烷基的第一片段可位于连接基团的远侧，并且烷基的第二片段可位于连接基团的近侧。

在其他实施例中，共价连接部分可包括至少一个氨基酸，其可包括多于一种类型的氨基酸。因此，共价连接部分可包括肽或蛋白质。在一些实施例中，共价连接部分可包括氨基酸，其可提供两性离子表面以支持细胞生长、活力、便携性或其任何组合。

在其他实施例中，共价连接部分可包括至少一个环氧烷部分，并且可包括如上所述的任何环氧烷聚合物。一类有用的含亚烃醚的聚合物是聚乙二醇(PEG Mw<100,000Da)或者聚环氧乙烷(PEO，Mw>100,000)。在一些实施例中，PEG可具有约1000Da、5000Da、10,000Da或20,000Da的Mw。

共价连接部分可包括一种或更多种糖。共价连接的糖可以是单糖、二糖或多糖。可以改性共价连接的糖以引入反应性配对部分，其允许偶联或精制以附着于表面。示例性的反应性配对部分可包括醛、炔烃或卤素部分。多糖可以以随机方式改性，其中可以改性每种糖单体或仅改性多糖内的一部分糖单体以提供可以直接或间接偶联至表面的反应性配对部分。一个示例可以包括葡聚糖多糖，其可以通过未支化的接头间接地偶联到表面。

共价连接部分可包括一个或更多个氨基。氨基可以是取代的胺部分、胍部分、含氮杂环部分或杂芳基部分。含氨基的部分可以具有允许微流体设备内(并且任选地，在隔绝围栏和/或流动区(例如，通道)内)的环境的pH改变的结构。

提供经调理表面的涂覆材料可以仅包含一种共价连接部分，或者可以包括多于一种的不同种类的共价连接部分。例如，氟烷基调理表面(包括全氟烷基)可具有全部相同的多个共价连接部分，例如具有相同的连接基团和与表面的共价附着、相同的总长度和相同数量的包含氟代烷基部分的氟亚甲基单元。或者，涂覆材料可具有附着于表面的多于一种的共价连接部分。例如，涂覆材料可包括具有共价连接的烷基或氟代烷基部分(具有指定数量的亚甲基或氟亚甲基单元)的分子，并且还可包括另一组分子，其具有共价附着到具有更多数量的亚甲基或氟亚甲基单元的烷基或氟代烷基链的带电荷部分，其可提供在涂覆表面上呈现较大部分的能力。在这种情况下，具有不同的、空间要求较低的末端和较少的主链原子的第一组分子可以帮助使整个衬底表面功能化，从而防止与构成衬底本身的硅/氧化硅、氧化铪或氧化铝的不期望的粘附或接触。在另一个示例中，共价连接部分可以提供在表面上以随机方式呈现交替电荷的两性离子表面。

经调理表面特性。除了经调理表面的组成之外，诸如疏水材料的物理厚度的其他因素可以影响DEP力。各种因素可以改变经调理表面的物理厚度，例如在衬底上形成经调理表面的方式(例如，气相沉积、液相沉积、旋涂、浸渍和静电涂覆)。在一些实施例中，经调理表面的厚度的范围为约1nm至约10nm；约1nm至约7nm；约1nm至约5nm；或其间的任何个别值。在其他实施例中，由共价连接部分形成的经调理表面可具有约10nm至约50nm的厚度。在各种实施例中，如本文所述制备的经调理表面具有小于10nm的厚度。在一些实施例中，经调理表面的共价连接部分可在共价连接至微流体设备的表面(例如，DEP配置的衬底表面)时形成单层，并且可具有小于10nm的厚度(例如，小于5nm，或约1.5至3.0nm)。这些值与(Asahi Glass公司，日本)含氟聚合物旋涂(其厚度在约30nm的范围内)形成鲜明对比。在一些实施例中，经调理表面不需要完美形成的单层，以适于在DEP配置的微流体设备内的操作。

在各种实施例中，提供微流体设备的经调理表面的涂覆材料可提供所需的电性质。不受理论的限制，影响涂覆有特定涂覆材料的表面的鲁棒性的一个因素是固有电荷捕集。不同的涂覆材料可能捕集电子，这可能导致涂覆材料的破坏。涂覆材料中的缺陷可能增加电荷捕集并导致涂覆材料的进一步破坏。类似地，不同的涂覆材料具有不同的介电强度(即导致介电击穿的最小施加电场)，这可能影响电荷捕集。在某些实施例中，涂覆材料可具有整体结构(例如，致密堆积的单层结构)，其减少或限制电荷捕集量。

除了其电性质之外，经调理表面还可具有有益于与生物分子一起使用的性质。例如，含有氟化(或全氟化)碳链的经调理表面可提供相对于烷基封端链的减少表面结垢量的益处。如本文所用，表面污垢是指在微流体设备的表面上不加区别材料的沉积量，其可包括例如蛋白质及其降解产物、核酸和相应降解产物等生物材料的永久或半永久沉积。

单一或多部分经调理表面。共价连接涂覆材料可以通过已经含有以下部分的分子的反应来形成，该部分配置成提供适于维持/扩增微流体设备中的生物微物体的有机和/或亲水分子层，如同如下面所描述的。或者，共价连接涂覆材料可以通过将被配置为提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分偶联至本身已与表面共价连接的表面改性配体而形成为两部分序列。

制备共价连接涂覆材料的方法。在一些实施例中，共价连接至微流体设备表面(例如，包括隔绝围栏和/或流动区的至少一个表面)的涂覆材料具有式1或式2的结构。当在一个步骤中将涂覆材料引入表面时，它具有式1的结构，而当以多步骤过程引入涂覆材料时，它具有式2的结构。

涂覆材料可以共价连接到DEP配置或EW配置的衬底的表面的氧化物。DEP或EW配置的衬底可包括硅、氧化硅、氧化铝或氧化铪。氧化物可以作为衬底的天然化学结构的一部分存在，或者可以如下所述引入。

涂覆材料可以通过连接基团(“LG”)与氧化物附接，该连接基团可以是由硅氧烷或膦酸基团与氧化物反应形成的甲硅烷氧基或膦酸酯基团。配置成在微流体设备中提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分可以是本文所述的任何部分。连接基团LG可以直接或间接连接到配置成提供适于维持/扩增微流体设备中的生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分。当连接基团LG直接连接至该部分时，不存在任选的连接基(“L”)且n为0。当连接基团LG间接连接到该部分时，存在连接基L并且n为1。连接基L可以具有线性部分，其中线性部分的主链可以包括1至200个选自硅、碳、氮、氧、硫和磷原子的任何组合的非氢原子，其受到化学键合限制，如在本领域中已知的。它可以被从醚、氨基、羰基、酰氨基或膦酸酯基团、亚芳基、亚杂芳基或杂环基团组成的组中选择的一个或更多个的任意组合中断。在一些实施例中，连接基L的主链可包含10至20个原子。在其他实施例中，连接基L的主链可包含约5个原子至约200个原子；大约10个原子到大约80个原子；大约10个原子到大约50个原子；或大约10个原子到大约40个原子。在一些实施例中，主链原子都是碳原子。

在一些实施例中，配置成提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分可以在多步骤过程中添加到衬底的表面，并且具有式2的结构，如上所示。该部分可以是上述任何部分。

在一些实施例中，偶联基团CG代表来自反应部分Rx和反应配对部分Rpx(即，配置为与反应部分Rx反应的部分)的反应的所得基团。例如，一个典型的偶联基团CG可以包括甲酰胺基，其是氨基与羧酸衍生物反应的结果，例如活化酯、酰基氯等。其他CG可包括三唑基、甲酰胺基、硫代酰胺基、肟基、巯基、二硫化物、醚或烯基，或可在反应部分与其各自的反应配对部分反应时形成的任何其它合适的基团。偶联基团CG可以位于连接基L的第二端(即，配置成提供适于维持/扩增微流体设备中的生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分的近侧)，其可以包括如上所述的任何元素组合。在一些其它实施例中，偶联基团CG可以中断连接基L的主链。当偶联基团CG是三唑基时，它可以是Click偶联反应产生的产物并且可以进一步被取代(例如，二苯并环辛烯基稠合三唑基)。

在一些实施例中，使用化学气相沉积将涂覆材料(或表面改性配体)沉积在微流体设备的内表面上。可任选地改进气相沉积工艺，例如，通过暴露于溶剂浴、超声处理或其组合来预清洁盖110、微流体回路材料116和/或衬底(例如，DEP配置衬底的电极活化衬底206的内表面208，或者EW配置衬底的支撑结构104的介电层)。替代地或另外地，这种预清洁可包括在氧等离子体清洁器中处理盖110、微流体回路材料116和/或衬底，其可去除各种杂质，同时引入氧化表面(例如，表面上的氧化物，其可以如本文所述进行共价改性)。或者，代替氧等离子体清洁器来使用液相处理，例如，盐酸和过氧化氢的混合物或硫酸和过氧化氢的混合物(例如，食人鱼溶液，其硫酸与过氧化氢的比率可以为约3：1至约7：1)。

在一些实施例中，在微流体设备200已经组装以形成限定微流体回路120的封壳102之后，使用气相沉积来涂覆微流体设备200的内表面。不希望受理论限制，将这种涂覆材料沉积在完全组装的微流体回路120上可有益于防止由微流体回路材料116和电极活化衬底206介电层和/或盖110之间的弱化结合引起的分层。在采用两步工艺的实施例中，表面改性配体可以通过如上所述的气相沉积引入，随后引入配置为提供适于维持/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分。随后的反应可以通过将表面改性的微流体设备暴露于溶液中的合适的偶联剂来进行。

图2H描绘了微流体设备290的截面图，所述微流体设备290具有提供经调理表面的示例性共价连接涂覆材料。如图所示，涂覆材料298(示意性地示出)可包括单层密集填充的分子，其共价地结合到基底286(其可以是DEP衬底)的内表面294和微流体设备290的盖288的内表面292。涂覆材料298可以设置在邻近并向内朝向微流体设备290的封壳284的基本上所有内表面294、292上，在一些实施例中并且如上所述，包括用于限定微流体设备290内的回路元件和/或结构的微流体回路材料(未示出)的表面。在替代实施例中，涂覆材料298可以仅设置在微流体设备290的一个或一些内表面上。

在图2H所示的实施例中，涂覆材料298可包括单层有机硅氧烷分子，每个分子经由甲硅烷氧基连接体296共价键合到微流体设备290的内表面292、294。可以使用任何上述涂覆材料298(例如，烷基封端的、氟代烷基封端的部分、PEG封端的部分、葡聚糖封端的部分、或含有用于有机硅氧基部分的正电荷或负电荷的末端部分)，其中末端部分设置在其面向封壳的末端(即，涂覆材料298的单层的未与内表面292、294结合并且靠近封壳284的部分)。

在其他实施例中，用于涂覆微流体设备290的内表面292、294的涂覆材料298可包括阴离子、阳离子或两性离子部分，或其任何组合。不受理论的限制，通过在微流体回路120的封壳284的内表面上呈现阳离子部分、阴离子部分和/或两性离子部分，涂覆材料298可以与水分子形成强氢键，使得水合作用所得到的水充当将生物微物体与非生物分子(例如，衬底的硅和/或氧化硅)的相互作用分开的层(或“屏蔽”)。此外，在涂覆材料298与涂层剂结合使用的实施例中，涂覆材料298的阴离子、阳离子和/或两性离子可以在封壳284中与介质180(例如，涂覆溶液)中存在的非共价涂层剂(例如，溶液中蛋白质)的带电部分形成离子键。

在其他实施例中，涂覆材料可在其面向封壳的末端处包括亲水性涂层剂，或者可被化学改性为在其面向封壳的末端处呈现亲水性涂层剂。在一些实施例中，涂覆材料可包括含亚烃醚的聚合物，例如PEG。在一些实施例中，涂覆材料可包括多糖，例如葡聚糖。与上面讨论的带电部分(例如，阴离子、阳离子和两性离子部分)类似，亲水性涂层剂可以与水分子形成强氢键，使得水合作用所得到的水充当将生物微物体与非生物分子(例如，衬底的硅和/或氧化硅)的相互作用分开的层(或“屏蔽”)。适当的涂层处理和改进的进一步细节可以在2016年4月22日提交的序号为15/135,707的美国申请中找到，并且其全部内容通过引用并入本文。

用于维持微流体设备的隔绝围栏内的细胞活力的附加系统组件。为了促进细胞群的生长和/或扩增，可以通过系统的其他组件提供有利于维持功能细胞的环境条件。例如，这种附加的组件可以提供营养物、细胞生长信号传到物质、pH调节、气体交换、温度控制和细胞废物除去。

系统操作和光学控制。图3A至图3B示出了可用于操作和观察根据本公开的微流体设备(例如100、200、230、250、280、290、500、550、560、600、620、640、670、700、720、720、750、760、780、808、810、812、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500)的系统150的各种实施例。如图3A所示，系统150可以包括被配置为容纳微流体设备100(未示出)或本文描述的任何其他微流体设备的结构(“巢”)300。巢300可以包括能够与微流体设备320(例如，光致动电动设备100)接口并提供从电源192到微流体设备320的电连接的插座302。巢300可以进一步包括集成的电信号生成子系统304。电信号生成子系统304可以被配置为向插座302提供偏置电压，使得当微流体设备320由插座302保持时，偏置电压被施加在微流体设备320中的一对电极上。因此，电信号生成子系统304可以是电源192的一部分。向微流体设备320施加偏置电压的能力并不意味着当微流体设备320由插座302保持时将始终施加偏置电压。而是，在大多数情况下，将间歇地(例如，仅在需要时)施加偏置电压，以便于微流体设备320中的电动力(例如介电电泳或电润湿)的产生。

如图3A所示，巢300可以包括印刷电路板组件(PCBA)322。电信号生成子系统304可以安装在并且电集成到PCBA 322中。示例性支撑件还包括安装在PCBA 322上的插座302。

通常，电信号生成子系统304将包括波形发生器(未示出)。电信号生成子系统304还可以包括示波器(未示出)和/或被配置为放大从波形发生器接收的波形的波形放大电路(未示出)。示波器(如果存在的话)可以被配置为测量提供给由插座302保持的微流体设备320的波形。在某些实施例中，示波器测量在微流体设备320近侧(并且在波形发生器的远侧)的位置处的波形，从而确保更准确地测量实际施加到设备的波形。从示波器测量中获得的数据可以例如作为反馈提供给波形发生器，并且波形发生器可以被配置为基于这种反馈来调整其输出。一个合适的组合波形发生器和示波器的示例是Red Pitaya^TM。

在某些实施例中，巢300还包括控制器308，诸如用于感测和/或控制电信号生成子系统304的微处理器。合适的微处理器的示例包括Arduino^TM微处理器，例如Arduino Nano^TM。控制器308可以用于执行功能和分析，或者可以与外部主控制器154(在图1A中示出)通信以执行功能和分析。在图3A所示的实施例中，控制器308通过接口310(例如插头或连接器)与主控制器154通信。

在一些实施例中，巢300可以包括电信号生成子系统304，其包括Red Pitaya^TM波形发生器/示波器单元(“Red Pitaya单元”)和放大由Red Pitaya单元生成的波形并传递放大的电压到微流体设备100的波形放大电路。在一些实施例中，Red Pitaya单元被配置为测量微流体设备320处的放大电压，然后根据需要调整其自己的输出电压，使得微流体设备320处的测量电压是期望值。在一些实施例中，波形放大电路可具有由安装在PCBA 322上的一对DC-DC转换器产生的+6.5V至-6.5V电力供应，从而在微流体设备100处产生高达13Vpp的信号。

如图3A所示，支撑结构300(例如，巢)可以进一步包括热控制子系统306。热控制子系统306可以被配置为调节由支撑结构300保持的微流体设备320的温度。例如，热控制子系统306可以包括帕尔贴(Peltier)热电设备(未示出)和冷却单元(未示出)。帕尔贴热电设备可具有配置成与微流体设备320的至少一个表面相交界的第一表面。冷却单元可以是例如冷却块(未示出)，例如液体冷却铝块。帕尔贴热电设备的第二表面(例如，与第一表面相对的表面)可以被配置为与这种冷却块的表面相交界。冷却块可以连接到流体路径314，流体路径314配置成使冷却流体循环通过冷却块。在图3A所示的实施例中，支撑结构300包括入口316以及出口318，以接收来自外部储存器(未示出)的冷却流体，将冷却流体引入流体路径314并通过冷却块，然后将冷却流体返回到外部储存器。在一些实施例中，帕尔贴热电设备、冷却单元和/或流体路径314可以安装在支撑结构300的壳体312上。在一些实施例中，热控制子系统306被配置为调节帕尔贴热电设备的温度，以便实现微流体设备320的目标温度。帕尔贴热电设备的温度调节可以例如通过诸如Pololu^TM热电电源(Pololu机器人技术和电子集团)的热电电源来实现。热控制子系统306可以包括反馈电路，诸如由模拟电路提供的温度值。或者，反馈电路可以由数字电路提供。

在一些实施例中，巢300可以包括具有反馈电路的热控制子系统306，该反馈电路是模拟分压器电路(未示出)，其包括电阻器(例如电阻为1kOhm+/-0.1％，温度系数+/-0.02ppm/C0)和NTC热敏电阻(例如标称电阻为1kOhm+/-0.01％)。在一些情况下，热控制子系统306测量来自反馈电路的电压，然后使用所计算的温度值作为板载PID控制回路算法的输入。来自PID控制回路算法的输出可驱动例如Pololu^TM马达驱动器(未示出)上的定向和脉冲宽度调制信号引脚，以致动热电电源，从而控制帕尔贴热电设备。

巢300可以包括串行端口324，其允许控制器308的微处理器经由接口310(未示出)与外部主控制器154通信。另外，控制器308的微处理器可以与电信号生成子系统304和热控制子系统306通信(例如，经由Plink工具(未示出))。因此，通过控制器308、接口310和串行端口324的组合，电信号生成子系统304和热控制子系统306可以与外部主控制器154通信。以这种方式，主控制器154尤其可以通过执行用于输出电压调整的缩放计算来辅助电信号生成子系统304。经由耦合到外部主控制器154的显示设备170提供的图形用户界面(GUI)(未示出)可以被配置为绘制分别从热控制子系统306和电信号生成子系统304获得的温度和波形数据。可替代地或另外地，GUI可以允许更新控制器308、热控制子系统306和电信号生成子系统304。

如上所述，系统150可以包括成像设备194。在一些实施例中，成像设备194包括光调制子系统330(参见图3B)。光调制子系统330可以包括数字镜设备(DMD)或微型快门阵列系统(MSA)，其中的任一个都可以被配置为接收来自光源332的光并且将所接收的光的子组传输到显微镜350的光具组中。或者，光调制子系统330可以包括产生其自己的光(并因此不需要光源332)的设备，例如有机发光二极管显示器(OLED)、硅基液晶(LCOS)设备、铁电液晶硅设备(FLCOS)或透射式液晶显示器(LCD)。光调制子系统330可以是例如投影仪。因此，光调制子系统330能够发射结构光和非结构光。合适的光调制子系统330的一个示例是来自Andor技术^TM的Mosaic^TM系统。在某些实施例中，系统150的成像模块164和/或动力模块162可以控制光调制子系统330。

在某些实施例中，成像设备194还包括显微镜350。在这样的实施例中，巢300和光调制子系统330可以被单独配置成安装在显微镜350上。显微镜350可以是例如标准研究级光学显微镜或荧光显微镜。因此，巢300可以被配置为安装在显微镜350的载物台344上和/或光调制子系统330可以被配置为安装在显微镜350的端口上。在其他实施例中，这里描述的巢300和光调制子系统330可以是显微镜350的整体部件。

在某些实施例中，显微镜350可以进一步包括一个或更多个检测器348。在一些实施例中，检测器348由成像模块164控制。检测器348可以包括目镜、电荷耦合器件(CCD)、相机(例如数字相机)或其任何组合。如果存在至少两个检测器348，则一个检测器可以是例如快速帧速率相机，而另一个检测器可以是高灵敏度相机。此外，显微镜350可以包括配置成接收来自微流体设备320的反射光和/或发射光并且将反射光和/或发射光的至少一部分聚焦在一个或更多个检测器348上的光具组。显微镜的光具组还可以包括用于不同检测器的不同镜筒透镜(未示出)，使得每个检测器上的最终放大率可以不同。

在某些实施例中，成像设备194被配置为使用至少两个光源。例如，可以使用第一光源332来产生结构光(例如，经由光调制子系统330)，并且可以使用第二光源334来提供非结构光。第一光源332可以产生用于光致电激励和/或荧光激发的结构光，并且第二光源334可以用于提供明场照明。在这些实施例中，动力模块164可以用于控制第一光源332并且成像模块164可以用于控制第二光源334。显微镜350的光具组可以被配置为(1)当设备被巢300保持时，接收来自光调制子系统330的结构光并且将结构光聚焦在微流体设备(例如光致电动设备)中的至少第一区域上，以及(2)接收来自微流体设备的反射光和/或发射光并且将这种反射光和/或发射光的至少一部分聚焦到检测器348上。光具组还可以被配置为当设备被巢300保持时接收来自第二光源的非结构光并将非结构光聚焦在微流体设备的至少第二区域上。在某些实施例中，微流体设备的第一区域和第二区域可以是重叠区域。例如，第一区域可以是第二区域的子组。在其他实施例中，第二光源334可以附加地或替代地包括激光，其可以具有任何合适波长的光。图3B中所示的光学系统的表示仅是示意性表示，并且光学系统可以包括附加滤波器、陷波滤波器、透镜等。当第二光源334包括用于明场和/或荧光激发的一个或多个光源以及激光照射时，光源的物理布置可以与图3B中所示的不同，并且激光照射可以在光学系统内的任何合适的物理位置引入。光源432和光源402/光调制子系统404的示意性位置也可以互换。

在图3B中，第一光源332被示为将光提供给光调制子系统330，光调制子系统330向系统355(未示出)的显微镜350的光具组提供结构光。第二光源334被示为经由分束器336将非结构的光提供给光具组。来自光调制子系统330的结构光和来自第二光源334的非结构光从分束器336穿过光具组一起行进，到达第二分束器(或二向色滤波器338，取决于由光调制子系统330提供的光)，其中光被反射向下通过物镜336到达样本平面342。然后，来自样本平面342的反射光和/或发射光向上返回穿过物镜340，穿过分束器和/或二向色滤光器338，并且到达二向色滤光器346。只有到达二向色滤光器346的一部分光穿过并且到达检测器348。

在一些实施例中，第二光源334发射蓝光。利用适当的二向色滤光器346，从样品平面342反射的蓝光能够穿过二向色滤光器346并到达检测器348。相反，来自光调制子系统330的结构光从样品平面342反射，但不穿过二向色滤光器346。在这个示例中，二向色滤光器346滤除波长大于495nm的可见光。如果从光调制子系统发射的光不包括短于495nm的任何波长，则来自光调制子系统330的光的这种滤除才算完成(如图所示)。实际上，如果来自光调制子系统330的光包括短于495nm的波长(例如，蓝色波长)，则来自光调制子系统的一些光将穿过滤波器346到达检测器348。在这样的实施例中，滤波器346用于改变从第一光源332和第二光源334到达检测器348的光量之间的平衡。如果第一光源332明显强于第二光源334，则这可以是有益的。在其他实施例中，第二光源334可以发射红光，并且二向色滤光器346可以滤除除红光之外的可见光(例如具有短于650nm的波长的可见光)。

使用光学驱动的对流和微物体移位来驱逐一个或更多个微物体的设备和方法。通过多种力，包括但不限于重力、由机械泵引起的流体流动、电润湿和/或介电泳(DEP)，诸如生物细胞或胚胎的微物体可以在其局部环境中(诸如在微流体设备内)移动。为了更有效地将微物体从一个位置(例如，微物体可能已经在微流体设备内培养的特定位置)移动到另一个位置(例如，相同微流体设备的另一个区域或诸如多孔板的单独设备)，可以应用不同的力向量来实现细胞移位。虽然介电泳(DEP)、流体移位等可能足以以期望的方式移动细胞，以不同尺度(例如，更强大的力或更局部的力)、以不同方式(对流力、剪切流力、诸如空化或与气泡的弯月面接触的冲击力或其任何组合)、和/或在不同时间尺度(例如，持续时间从几毫秒到几分钟)施加的力也可用于帮助从现在位置移动细胞和/或将细胞移动到选择位置。在一个非限制性实例中，施加除DEP之外的力可用于移动已在微流体设备内培养一段时间的生物细胞。细胞可能已附着在微流体设备的表面上，使得DEP力或重力可能不足以使细胞从附着位置移动。因此，对于DEP力不足或者重力或机械泵送的流体流不能选择性地和/或充分地驱逐选定细胞的情况下，具有其他特性的力可能在驱逐一个或更多个细胞时很有用。

令人惊讶地发现，对微流体设备上或内的离散选择区的光学照射可加热微流体设备的微流体回路内的流体介质的一部分，以提供在尺度、物理类型和/或时间尺度上不同的各种移位力，其能够在微流体设备内移位微物体(包括但不限于生物细胞)和/或混合流体介质(其可包含微物体，包括生物细胞在内)，同时仍然使得如此被移位的微物体的至少一部分仍然存活。这种移位力的产生可以在相同的或与其相邻的离散选择区施加不止一次，使得可以施加重复力以驱逐细胞和/或混合介质(其可以包括微物体)，同时对微物体具有足够的非破坏性。将细胞从一个区域(在一些实施例中，其可以是腔室、隔绝围栏或微流体设备的其他微流体回路元件)转移到微流体设备内的另一个区域和/或位置，或者替代地，转移到微流体设备外的另一个设备(例如，多孔板)，可以通过将光学照射的脉冲施加到微流体设备内的选择的离散区来实现。光学照射的脉冲可以施加在感兴趣的细胞附近处或内。施加的力矢量是光学照射脉冲的能量、持续时间和位置的函数。在一些实施例中，光学照射脉冲可用于局部加热周围的细胞介质(即，流体介质)，从而增加局部蒸汽压以建立产生气泡的蒸汽-流体界面。取决于微流体设备和/或热靶的持续时间和配置，热诱导的气泡产生对周围流体介质和/或细胞的影响可以变化。各种效果可以包括：

空化。可以使用短脉冲光来加热热靶以产生短寿命的气泡。破裂时，气泡产生空化力，其可能会驱逐可能设置在附近的细胞。在一些实施例中，短脉冲光被引导到一个或更多个细胞，这些细胞可以由如此形成的空化力驱逐。

剪切流。在其他实施例中，可以通过连续照射来使气泡长大，以建立指向附近细胞的流体剪切流，从而驱逐细胞。

弯月面接触。或者，通过在热靶的位置处加热流体介质而建立的气泡可以被引向细胞。随着气泡的移动，气泡的弯月面可能与细胞接触并将它们从表面驱逐。

在其他实施例中，可以使气泡长大直至其在热力学上有利于在流体介质中稳定并持续存。然后气泡可以移位周围的液相，从而驱逐细胞。

对流。不受理论的限制，在热靶周围的流体介质中产生加热的对热靶的照射可以使气泡成核并传播气泡。具有热梯度的持久稳定的气泡的存在可产生热毛细管对流(吉布斯-马兰戈尼效应)。吉布斯-马兰戈尼效应是指沿表面张力梯度的液体流动。液体可以从低表面张力的区域流到高表面张力的区域。由于表面张力在较高温度下降低，因此气泡表面上的温度梯度可导致气泡周围的液体沿梯度方向(即，从高温区域到低温区域)流动，并且可形成对流。为了简化说明，由气泡表面上的温度梯度产生的流动在本文中称为“马兰戈尼效应流动”。表面的热区和冷区之间的温差越大，马兰戈尼效应流动的速率越大。通过改变光功率，可以调制流动。这种对流可用于移动细胞或混合流体介质。在一些实施例中，由光学照射引起的加热所产生的循环流可用于驱逐隔绝围栏的隔离区内的细胞。在其他实施例中，可以在微流体设备的局部区域中引起循环流，否则无流体流，其可以用于混合局部区域中的介质。

在驱逐细胞后，可以通过使用任何其他合适的移动细胞方法来完成细胞的进一步移位，这些方法包括但不限于流体移位、DEP、重力等。

光学照射。光学照射可以是相干光源(例如，激光器)或非相干光源。相干光源可以是以可见光谱中的波长(例如，红色波长，诸如662nm)为特征的激光，或者可以是以光谱的红外部分中的波长(例如，近红外波长，例如785nm)为特征的激光，或者可以是具有任何其他合适波长的激光。非相干光源可以包含波长在可见光范围内的光，和/或可以包括波长在紫外(uv)或红外范围内的光。光源可以提供结构或非结构光。通过用光源照射引起的温度梯度可以通过增加或减小光源的强度来调节。可以以多种方式调制结构光源以控制结构光源的性质(例如，使用DMD来空间调制光源，或者使用光圈和物镜来调制光源，如上参考图3B所述。

不受理论束缚，入射的光学照射可以传输通过微流体设备的封壳的透明、基本上透明和/或半透明的盖或基部。在传输通过封壳的盖或基部之后，入射的照射可以被传输到热靶，如下所述，其被配置为将光学照射转换成热能。

功率。非相干光可以以约1毫瓦(mW)至约1000毫瓦(mW)的范围来透射，但不限于此范围。在一些实施例中，结构或非结构的非相干光的功率可以在约1毫瓦至约500毫瓦、约1毫瓦至约100毫瓦、约1毫瓦至约50毫瓦、约1毫瓦至约20毫瓦、约10毫瓦到约500毫瓦、约10毫瓦至约200毫瓦、约10毫瓦至约100毫瓦、约50毫瓦至约800毫瓦、约50毫瓦至约500毫瓦、约50毫瓦至约200毫瓦、约75毫瓦至约700毫瓦、约75毫瓦至约400毫瓦、约75毫瓦至约175毫瓦的范围内，或其间的任何值。取决于光聚焦的区域和照射持续时间，非相干光的功率可以小于或大于上述任何功率水平。相干光可以以约1毫瓦至约1000毫瓦的范围投射，但不限于此范围。取决于光聚焦的区域和照射持续时间，相干光的功率可以小于或大于上述任何功率水平。在一些实施例中，相干光的功率可以在1毫瓦至约500毫瓦、约1毫瓦至约100毫瓦、约1毫瓦至约50毫瓦、约1毫瓦至约20毫瓦、约10毫瓦到约500毫瓦、约10毫瓦至约200毫瓦、约10毫瓦至约100毫瓦、约50毫瓦至约800毫瓦、约50毫瓦至约500毫瓦、约50毫瓦至约200毫瓦、约75毫瓦至约700毫瓦、约75毫瓦至约400毫瓦、约75毫瓦至约175毫瓦的范围内、或其间的任何值。

可以基于期望的驱逐力的类型来选择不同的入射光的功率。例如，如果需要可以结合马兰戈尼效应流的循环流，则入射光的功率可以选择为低至1毫瓦，并且随着建立和/或维持循环流而进行各种调制。当通过使用空化力、剪切流力或气泡接触力来驱逐微物体时，可以选择功率在更高的范围内，例如，从约10毫瓦到约100毫瓦。还可以基于期望的照射持续时间来调整功率。

照射位置。照射位置可以选择为微流体设备的任何离散的选择区域，这可能是有用的。在一些实施例中，离散的选择照射区域可以是微流体设备的隔绝围栏内的位置。在各种实施例中，离散的选择照射区域位于隔绝围栏的隔离区内，隔绝围栏可被配置为类似于本文所述的任何隔绝围栏，包括但不限于124、126、128、130、224、226、228、266、502、504、506、604、606、608、704、732、734、736、738、802、804、806、902、1002、1102、1202、1402、1502。在各种实施例中，离散的选择照射区域可以在隔绝围栏的移位力产生区域内，如下面更全面地描述的。在其他实施例中，离散的照射区域可以在循环培养围栏内。当在循环培养围栏内进行照射时，它可以指向移位力产生区域中的离散选择区、连接区、细胞培养区域或循环培养围栏通向微流体通道的开口处。在其他实施例中，离散的选择照射区可以位于微流体通道内，如下面更全面地描述的。

微流体设备。本公开提供了微流体设备，其被配置为能够产生光学驱动的对流和/或在其中进行微物体的移位。在本公开的一个方面，提供了一种具有封壳的微流体设备，其中封壳包括流动区和隔绝围栏，其中隔绝围栏可以包括连接区和隔离区，其中连接区包括通向流动区的近侧开口和通向隔离区的远侧开口。隔绝围栏可以包括隔离区中的热靶。在各种实施例中，隔绝围栏还包括移位力产生区，其中隔离区包括至移位力产生区的至少一个流体连接；并且移位力产生区还包括热靶。在各种实施例中，微流体设备可具有至少一个隔绝围栏，其可被配置为隔绝围栏124、126、128、130、224、226、228、266、502、504、506、604、606、608、704、732、734、736、738、802、804、806、902、1002、1102、1202、1402、1502中的任一个。在各种实施例中，热靶或移位力产生区可以配置成约束在一个主要方向上形成的气泡的膨胀。

在各种实施例中，微流体设备的封壳可进一步包括盖，该盖部分地限定隔绝围栏，其中热靶可设置在盖上。在一些实施例中，热靶可以设置在盖的面向封壳的内表面上。在其他实施例中，微流体设备的封壳可以进一步包括微流体回路结构，其部分地限定隔绝围栏，并且热靶可以设置在微流体回路结构上。在其他实施例中，微流体设备的封壳可以进一步包括部分地限定隔绝围栏的基部，并且热靶可以设置在基部的内表面上。

在本公开的另一方面，提供了一种微流体设备，其具有封壳，其中封壳包括：微流体回路，配置成容纳流体介质的，其中微流体回路配置成容纳流体介质的至少一个循环流；第一热靶，在微流体回路内设置在封壳的表面上，其中第一热靶配置成在光学照射时产生流体介质的第一循环流。

在微流体设备的各种实施例中，微流体设备包括配置成容纳循环流的微流体回路，微流体设备的封壳可以进一步包括微流体通道和隔绝围栏，并且进一步其中隔绝围栏可以与隔绝围栏相邻并且对微流体通道开口。在各种实施例中，隔绝围栏可被配置为隔绝围栏124、126、128、130、224、226、228、266、502、504、506、604、606、608、704、732、734、736、738、802、804、806、902、1002、1102、1202、1402、1502中的任一个。在其他实施例中，微流体设备包括配置成容纳循环流的微流体回路，微流体设备的封壳可进一步包括微流体通道和循环培养围栏。循环培养围栏可以配置为循环培养围栏602、802、1302中的任何一种。循环培养围栏可以对微流体通道开口，并且可以进一步具有如本文所述的用于循环培养围栏的任何其他特征或尺寸。

在微流体设备的各种实施例中，微流体设备包括配置成容纳循环流的微流体回路，循环流路径可包括通道的一部分和隔绝围栏的至少一部分。在其他实施例中，循环流路径可以设置在隔绝围栏内。在一些实施例中，循环流路径可包括收缩部分。

在微流体设备的各种实施例中，微流体设备包括配置成容纳循环流的微流体回路，微流体设备可包括第二热靶，其配置成在光学照射时产生流体介质的第二循环流。第二热靶可以在封壳的表面上与第一热靶相邻设置。第二热靶可以设置在与第一热靶相同的微流体回路内。在各种实施例中，第一热靶和第二热靶可以定向成沿相反方向提供流体介质的第一循环流和第二循环流。

在微流体设备的各种实施例中，微流体设备包括配置成容纳循环流的微流体回路，热靶设置在微流体通道内的表面上。在一些实施例中，微流体设备的封壳可进一步包括多于一个的微流体通道，其中第一微流体通道可配置成在沿第二微流体通道的第一位置处从第二微流体通道开口，并且还可配置为在第二位置处重新连接第二微流体通道，从而形成微流体回路；并且热靶可以设置在第一微流体通道内的表面上。在各种实施例中，至少一个隔绝围栏可以对第一微流体通道开口。在各种实施例中，至少一个隔绝围栏可以被配置为隔绝围栏124、126、128、130、224、226、228、266、502、504、506、604、606、608、704、732、734、736、738、802、804、806、902、1002、1102、1202、1402、1502中的任何一个。在一些实施例中，第一通道的流体阻力可以是第二通道的流体阻力约10至100倍高。第二微流体通道的宽度可以是第一微流体通道的宽度大约1.5至3倍大。在一些实施例中，第二微流体通道的宽度为约100至1000微米。在各种实施例中，第一微流体通道的宽度可为约20至300微米。

在又一方面，提供了一种微流体设备，其具有封壳，其中封壳包括微流体通道和隔绝围栏，而且进一步地，其中隔绝围栏与微流体通道相邻并且对微流体通道开口并且热靶设置在与通向隔绝围栏的开口相同的通道中，并且其中热靶还被配置为在光学照射时将流体介质流引导到隔绝围栏中。在各种实施例中，至少一个隔绝围栏可以被配置为隔绝围栏124、126、128、130、224、226、228、266、502、504、506、604、606、608、704、732、734、736、738、802、804、806、902、1002、1102、1202、1402、1502中的任何一个。在一些实施例中，当具有隔绝围栏和在通道中的热靶的微流体设备具有被配置为隔绝围栏502、504、506、602、604、606、608、704、732、734、736、738、902的隔绝围栏时，隔绝围栏在隔绝围栏本身内可以没有热靶。在一些实施例中，热靶可以设置在微流体通道内的表面上。

对于任何微流体设备，封壳可进一步包括介电泳配置。在一些实施例中，介电泳配置可以是光学致动的。

对于任何微流体设备，封壳的至少一个表面可包括涂覆表面。在一些实施例中，微流体设备的隔绝围栏可包括为涂覆表面的至少一个表面。在一些实施例中，涂覆表面可以是共价改性的表面。

热靶。热靶是微流体设备的微流体特征，其可以是为此目的而设计的单独特征。或者，热靶可以是微流体回路内的应用光学照射的位置。热靶是无源(passive)微流体特征，不包括任何自激活的电阻器或电加热器。热靶的无源性质简化了微流体设备的制造。对于包括金属或微结构的热靶，制造的复杂度比诸如电阻器的有源热靶小得多，如下所述。不同于本公开的无源热靶，诸如电阻器等的有源热靶必须具有固定的电连接并且制造在固定位置。当热靶是没有额外的结构特征的微流体回路材料或基部的选择位置时，与固定的有源热靶相比，在需要时特异性地且选择性地产生力的灵活性是特别有利的。

图4A-4E示出了根据本公开的一些实施例的各种热靶的几何形状。如本领域技术人员可以理解的，图4A-4E中描绘的热靶的任何特性可以组合以产生具有一系列期望功能的热靶。

图4A示出了方形的热靶430。图4A的热靶430的钝的角和均匀的侧边可有利于使基本均匀的气泡成核。类似地，图4B中所示的圆形热靶432提供了一种形状，该形状被配置为产生均匀的局部热源以使基本均匀的气泡成核。

相反，图4C、4D、4E和4G中所示的热靶具有不对称的形状，这可有利于产生具有温度梯度的气泡。不受理论的限制，具有温度梯度的气泡可产生吉布斯-马兰戈尼效应(也称为热毛细管对流)，如上所述。图4C中所示的不对称热靶434的特征在于泪滴状形状，其用于产生具有温度梯度的气泡，该气泡可用于产生马兰戈尼效应流。因为泪滴状形状的较宽部分434a具有比泪滴状形状的锥形部分434b更大的表面积，所以较大的表面积将在通过光学照射加热时产生较高的温度。因此，使用图4C中的不对称热靶434产生的气泡可以具有温度梯度，其中位于热靶的较宽部分434a上方的气泡区域将具有比位于热靶的锥形部分434b上方的气泡区域更高的温度。

温度梯度也可以通过物理上分离的热靶的不同尺寸部分来调制。图4D示出了热靶436，其包括两个不同尺寸的部分438、440，这两个部分438、440在物理上分开但位置非常接近，使得它们可以使用相同的结构光源加热。热靶436的两个部分438、440的物理分离产生了更大的温差，该温差可用于产生具有更大速率的马兰戈尼效应流，并因此产生更大的力。图4E示出了热靶442，其进一步分成三个部分444、446、448。

图4A-4G中所示的热靶430、432、434、436、442、450、452可以通过在微流体回路结构108或盖110的一个表面上沉积连续金属形状或非连续金属形状来产生。在一些实施例中，热靶可以设置在盖110的内表面上。热靶面向封壳102的内部(腔室/区域202)，在那里它可以与流体介质接触。热靶430、432、434、436、442、450、452可包括可由光源激发以产生热的任何类型的金属。合适的金属包括铬、金、银、铝、氧化铟锡或其任何组合。其他金属(和合金)在本领域中是已知的。热靶440可以具有连续的金属表面，或者可以由非连续形状的金属(例如诸如点的金属形状)构成。可以使用各种图案来优化加热和均匀气泡的产生。

图4F示出了包括非连续金属形状的热靶450。在图4F所示的实施例中，形状是点。然而，可以使用任何类型的金属形状(例如，正方形、线、圆锥形、波浪形)。另外，可以在同一热靶中使用各种不同的金属形状。

在一些实施例中，非连续金属形状可以以递增的浓度分布，以便增强热靶450的温度梯度。图4G示出了已经用金属形状的梯度图案化的热靶452。通过增加热靶452的较宽部分452a中的金属点的分布密度并降低热靶452的较窄部分452b中的金属点的分布密度，可以增强热靶452的温度梯度。

在一些实施例中，可以改变在热靶中作为连续金属形状或非连续金属形状沉积的金属的厚度，以便增强热靶的温度梯度。例如，较厚的金属沉积可用于在热靶的较大(或较宽)部分中产生更多热，从而增强温度梯度。在一些实施例中，热靶中的沉积金属的厚度可以在约3nm至约50nm、约3nm至约30nm、约5nm至约50nm、约5nm至约30nm、约5nm至约25nm的范围内或其间的任何值。

微结构。如上所述，在一些实施例中，封壳102的微流体回路结构108或盖110可以具有一个或更多个引入其上的微结构以产生这样的表面形貌，该表面形貌可以由在光学照射时产生的热来促进气泡成核和/或成形并用作热靶。微结构可以是非连续的形成。微结构可以是负(negative)特征(例如，在基部的表面上或在壁的表面上产生的凹陷或凹坑(divot))。如本领域已知的，诸如柱、点、腔或凹坑的微结构可被图案化到微流体回路结构108或盖110中，以便产生用于气泡成核的合适位置。图4H是包括可用于气泡成核的凹坑的热靶454的程式化图示。在一些实施例中，可以以各种方式用金属图案组合表面形貌以产生用于产生后续移位力的热吸收的理想表面。当从上方观察时，微结构在x轴和y轴方向上可具有范围为约50平方微米、100平方微米、约200平方微米、约300平方微米、约500平方微米、或其间的任何值的面积。微结构可以仅包括一个单元，或者可以是多个微结构，它们一起具有所述的总面积。可以通过将光源(例如，激光或非相干光)聚焦在可图案化的微流体回路材料上来形成负微结构，所述微流体回路材料可以设置在基部上或者可以是壁的一部分，其中聚焦的光可以图案化可图案化的微流体回路材料并形成凹坑或凹陷。

或者，微结构可以是正(positive)特征，例如，该正结构在基部的表面上方升高或从封壳的壁、流动区域或隔绝围栏延伸出(非限制性示例包括柱或点(未示出))。微结构可以具有在封壳内任何方便制造的高度。它可以具有仍允许微物体(例如生物细胞)在微结构上方通过的高度。微结构的高度可以是约5微米、约10微米、约15微米、约20微米、约25微米、约30微米、约35微米、约40微米、或其间的任何值。多个微结构中的每个微结构不必具有相同的高度，而是可以具有彼此不同的高度。正微结构可以由用于形成微流体回路结构的相同材料(诸如PDMS)或任何可光图案化的硅树脂形成，并且可以在用于制造微流体回路的其他元件(诸如墙壁、隔绝围栏或通道)的相同工艺期间形成。

在一些其他实施例中，正微结构可以由诸如光引发聚合物的水凝胶形成。光引发聚合物可以是合成聚合物、改性合成聚合物或可光活化的生物聚合物。在一些实施例中，可以改性生物聚合物以包括提供可光活化能力的部分。

在一些实施例中，光引发聚合物可包括聚乙二醇、改性聚乙二醇、聚乳酸(PLA)、改性聚乳酸、聚乙醇酸(PGA)、改性聚乙醇酸、聚丙烯酰胺(PAM)、改性聚丙烯酰胺、聚-N-异丙基丙烯酰胺(PNIAm)、改性聚-N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇(PVA)、改性聚乙烯醇、聚丙烯酸(PAA)、改性聚丙烯酸、聚己内酯(PCL)、改性聚己内酯、纤连蛋白、改性纤连蛋白、胶原蛋白、改性胶原蛋白、层粘连蛋白、改性层粘连蛋白、多糖、改性多糖或任何组合共聚物中的至少一种。在其他实施例中，聚合物可包括聚乙二醇、改性聚乙二醇、聚乳酸(PLA)、改性聚乳酸、聚乙醇酸(PGA)、改性聚乙醇酸、聚乙烯醇(PVA)、改性聚乙烯醇、聚丙烯酸(PAA)、改性聚丙烯酸、聚己内酯(PCL)、改性聚己内酯、纤连蛋白、改性纤连蛋白、胶原蛋白、改性胶原蛋白、层粘连蛋白、改性层粘连蛋白、多糖、改性多糖或任何组合共聚物中的至少一种。在其他实施例中，聚合物可包括聚乙二醇、改性聚乙二醇、聚乳酸(PLA)、改性聚乳酸、聚乙醇酸(PGA)、改性聚乙醇酸、聚乙烯醇(PVA)、改性聚乙烯醇、聚丙烯酸(PAA)、改性聚丙烯酸、纤连蛋白、改性纤连蛋白、胶原蛋白、改性胶原蛋白、层粘连蛋白、改性层粘连蛋白或任何组合的共聚物中的至少一种。在一些实施例中，光引发聚合物不包括硅氧烷聚合物。在一些实施例中，光引发聚合物可以不包括聚乳酸(PLA)或改性聚乳酸聚合物。在其他实施例中，光引发聚合物可以不包括聚乙醇酸(PGA)或改性聚乙醇酸聚合物。在一些实施例中，光引发聚合物可以不包括聚丙烯酰胺或改性聚丙烯酰胺聚合物。在其他实施例中，光引发聚合物可以不包括聚乙烯醇(PVA)或改性聚乙烯醇聚合物。在一些实施例中，光引发聚合物可以不包括聚丙烯酸(PAA)或改性PAA聚合物。在一些其他实施例中，光引发聚合物可以不包括聚己内酯(PCL)或改性聚己内酯聚合物。在其他实施例中，光引发聚合物可以不由纤连蛋白或改性纤连蛋白聚合物形成。在一些其他实施例中，光引发聚合物可以不由胶原蛋白或改性胶原蛋白聚合物形成。在一些其他实施例中，光引发聚合物可以不由层粘连蛋白或改性层粘连蛋白聚合物形成。

确定用于固化聚合物网络的聚合物的适合性的物理和化学特性可包括分子量、疏水性、溶解度、扩散速率、粘度(例如、介质的粘度)、激发和/或发射范围(例如，固定其中的荧光试剂的激发和/或发射范围)、已知的背景荧光，影响聚合的特性和固化聚合物网络的孔径。光引发聚合物可以在可流动聚合物(例如，预聚物溶液)聚合时形成。简而言之，在用于本文所述的方法之前，可流动聚合物溶液可以流入微流体设备中并原位(就地)固化。在2016年12月7日提交的第15/372094号美国申请中更全面地描述了安装衍生自光引发聚合物的微结构的方法。

在可以使用的许多聚合物中，一种类型的聚合物是聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)。光引发聚合可以在自由基引发剂的存在下引发，例如，2959(BASF)是一种高效的非黄化自由基α羟基酮光引发剂，其通常用于在UV区域的波长(例如365nm)下引发，但也可以使用其它引发剂。用于聚合反应的另一种有用的光引发剂类的示例是酰基次膦酸锂类，其中的苯基2,4,6,-三甲基苯甲酰次膦酸锂由于其在比α-羟基酮类更长波长(例如，405nm)处的更有效吸收而具有特别的实用性。

可以光聚合的其他类型的PEG包括PEG二甲基丙烯酸酯和/或多臂PEG(n-PEG)丙烯酸酯(n-PEG-Acr)。可以使用的其他聚合物类包括聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙醇酸(PGA)或聚己内酯(PCL)。

聚合物的分子量范围可以根据微结构的性能的要求而变化。取决于聚合物的结构，宽范围的可流动聚合物的分子量可能是合适的。有用的星型聚合物的Mw(重均分子量)可以为约500Da至约20kDa(例如，四臂聚合物)，或者对于每个臂或对于线性聚合物可以至多为约5kDa，或其间的任何值。在一些实施例中，具有较高分子量范围的聚合物可以在可流动聚合物中以较低浓度使用，并且仍然提供可以用于本文所述方法的微结构。

可以使用各种共聚物类，包括但不限于：任何上面列出的聚合物，或生物聚合物，例如纤连蛋白、胶原蛋白或层粘连蛋白。可以使用如葡聚糖的多糖或改性胶原蛋白。

在一些实施例中，微结构可以是或形成本文所述方法中使用的牺牲特征的一部分，并且可以由于吸收光学照射并产生热效应而变形或劣化，这可以用于移动微物体。

或者，可以通过在微流体回路结构108或盖110上投射结构光来原位(就地)生成热靶，以产生具有与热靶450相同的几何形状的光图案。该方法不需要任何特殊的金属沉积或微流体回路材料图案化。图4I提供了通过在微流体回路结构108或盖110上投射圆形光图案而产生的热靶456的程式化图示。具有特定几何形状的光的投射图案也可以与包括各种几何形状、表面形貌、金属图案及其组合的热靶一起使用。

在其他实施例中，光学照射聚焦在隔绝围栏壁的微流体回路材料的部分、基部的面向微流体设备的封壳的内表面、或微流体通道壁上的选择点，不包含任何以上描述的热靶的特殊特征。然而，隔绝围栏或壁的微流体回路材料的这些离散的选择区域、或基部的内表面也可用作热靶并且可用作牺牲特征。

尺寸。热靶可具有约1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm、0.3mm、100微米、80微米、60微米、40微米、20微米、约10微米、约5微米或其间的任何值的第一尺寸(例如，微流体封壳的宽度或x轴尺寸)。照射选择的离散区域的步骤可以进一步包括照射具有约1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm、0.3mm、100微米、80微米、60微米、40微米、20微米、约10微米、约5微米或其间的任何值的第二尺寸(例如，微流体封壳内的y轴尺寸)的区域。x轴和y轴尺寸可以是如上所述尺寸的任何组合。在一些实施例中，热靶可具有约100微米的x轴尺寸和约100微米的y轴尺寸。在其他非限制性实施例中，热靶可具有约5微米的x轴尺寸和约5微米的y轴尺寸。

用于光学驱动的对流和移位的隔绝围栏和循环培养围栏的一些实施例。如上所述，用于光学驱动的对流和/或微物体移位的隔绝围栏可具有移位力产生区，其流体连接到隔绝围栏的隔离区，在隔离区，可以设置微物体并且可选地保持微物体。移位力产生区可以连接到隔离区的远侧部分，与隔离区通向连接区的开口相对。或者，移位力产生区可以在隔离区的通向连接区的开口处或与隔离区的通向连接区的开口相邻地连接到隔离区。在一些实施例中，移位力产生区可具有至隔离区的多于一个流体连接。(见图7A-7F)。在一些实施例中，隔绝围栏可包括循环流动路径。循环流动路径可包括隔离区和移位力产生区。(见图6A-6C)。在一些实施例中，循环流动路径可包括收缩部分。(见图6A)。

在一些其他实施例中，移位力产生区可包括到隔离区的一个或更多个流体连接，其中断隔离区到连接区的开口。在一些实施例中，隔离区和移位力产生区之间的至少一个流体连接可包括这样的横截面尺寸，该横截面尺寸配置为防止微物体从隔离区通向移位力产生区。防止微物体可能进入移位力产生区可以减少被热或冲击损坏，并且可以进一步帮助在隔绝围栏的隔离区内维持微物体。在一些实施例中，隔离区和移位力产生区之间的至少一个流体连接包括一个或更多个屏障模块(参见图7A-7F，726、726a、726b、726c、726d或726e)，其中一个或更多个屏障模块被配置为防止微物体从隔离区通向移位力产生区。屏障模块可具有任何尺寸或形状，以及屏障模块与其相邻件之间的间隙(参见图7A-7F，728、728a、728b、728c、728d、728e)，或屏障模块与隔绝围栏的壁之间的间隙可以具有这样的尺寸，即，其使得诸如生物细胞的微物体不会从隔离区传输到移位力产生区。在一些实施例中，诸如微珠的微物体可以从隔离区进入移位力产生区，但是诸如生物细胞或胚胎的微物体可能不会通过屏障模块进入移位力产生区。屏障模块可以具有跨越隔绝围栏的尺寸，其为隔绝围栏的宽度的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、约80％或其间的任何值。屏障模块与其相邻件之间的间隙或屏障模块与壁之间的间隙可以是约5微米、7微米、9微米、11微米、13微米、15微米、17微米、20微米、25微米、或约40微米，这取决于设置在隔离区内的微物体的尺寸。

在各种实施例中，隔离区和移位力产生区之间的至少一个流体连接可以具有被配置为在没有产生力的情况下(除了通过扩散)防止来自移位力产生区的流体流动的横截面尺寸。(参见图9A-9C)。移位力产生区的尺寸可以与隔离区的尺寸匹配。移位力产生区可以是隔绝围栏的单独隔室。在各种实施例中，移位力产生区可以配置成使二次流最小化。

在一些实施例中，隔绝围栏可包括第二热靶，其配置成在光学照射时产生流体介质的第二循环流。第二热靶可以设置在移位力产生区内。第一热靶和第二热靶可以定向成在相反方向上提供流体介质的第一循环流和第二循环流。

在各种实施例中，移位力产生区可包括单个开口，其中单个开口可以是移位力产生区与隔离区的流体连接。在一些实施例中，移位力产生区域的流体连接可包括流体连接件。(参见图5A，流体连接件514)。在一些实施例中，移位力产生区的流体连接件可包括至少一个弯曲部分。(参见图5A，流体连接件514)。在一些实施例中，流体连接件的至少一个弯曲部分可包括约60度至约180度、约60度至约120度、约60度至约90度、约40度至约180度、约40度至约120度、约40度至约90度或其间的任何值的转弯。在其他实施例中，移位力产生区的流体连接件可包括至少两个弯曲部分。在一些实施例中，流体连接件的至少两个弯曲部分中的每一个可包括约60度至约180度、约60度至约120度、约60度至约90度、约40度至约180度、约40度至约120度、约40度至约90度或其间的任何值的转弯。当转弯包括在移位力产生区和隔离区之间的流体连接件中时，隔绝围栏作为整体可具有类似“U”形状、“N”形状或反向“N”形状的形状。

在各种实施例中，流体连接件的宽度可以与隔离区和/或移位力产生区的宽度相同。在一些实施例中，流体连接件可包括沿x轴和y轴尺寸的横截面尺寸，其配置为防止微物体从隔离区通向移位力产生区。在各种实施例中，流体连接件在z轴方向上的高度也可以变化，使得微物体不能从隔离区传输到移位力产生区。

在各种实施例中，隔绝围栏内的热靶或移位力产生区可以配置成在一个主要方向上约束形成的气泡的膨胀。例如，移位力区可以是细长的，并且可以使热靶位于移位区的远侧部分处，使得空化力/气泡生长/剪切流/对流流动被迫沿着朝向流体连接以及隔离区的方向。这并不是可以约束气泡膨胀的热靶或移位力产生区的配置的限制性描述，并且其他配置也是可能的。

在各种实施例中，热靶可定位在移位力产生区的远离通向隔离区的至少一个流体连接的部分中。在一些实施例中，取决于微流体设备内的移位力产生区的定向，移位力产生区可以在x轴或y轴尺寸上具有约20-100微米的宽度。在一些实施例中，移位力产生区可以配置成使流体介质的二次流最小化，这使得指向隔离区中的细胞的力最大化。

循环培养围栏可以具有连接区和移位力产生区，其具有以上针对隔绝围栏所描述的特征或尺寸的任何组合。循环培养围栏可以包括培养区，该培养区可以具有针对隔绝围栏的隔离区域所描述的任何尺寸或特征，但是在以下方面是不同的，即，循环培养围栏被配置为通过主动地循环使流动循环通过主通道并进入培养区内。在各种实施例中，循环培养围栏的移位力产生区还可包括通向流动区的开口。下面针对图6A更全面地描述循环培养围栏的一个实施例。

通过参照图5A-8D，可以更全面地理解本公开的微流体设备的配置及其用途。

图5A示出了对通道522开口的隔绝围栏502的示例，其被配置为包含微流体设备500中的流体介质流530。根据本公开的一些实施例，隔绝围栏502包括热靶540，其配置成产生气泡(未示出)，用于从隔绝围栏502排出微物体504。隔绝围栏502包括隔离区510，用于存储和/或培养诸如细胞的微物体504。隔离区510和热靶540通过移位力产生区512物理地分开，移位力产生区512还包括流体连接件514，通过将光(未示出)聚焦在热靶540上，该流体连接件514允许有足够的空间使气泡成核并且体积增加(这里称为“膨胀气泡”)。气泡随着体积增加而长大，膨胀的气泡在移位力产生区(512加514)中在流体上产生力，从而沿路径516产生流体的剪切流(未示出)。在许多实施例中，热靶540可以定位在移位力产生区512(加514)的远端，以确保气泡在其膨胀时在主要方向上施加力。在一些实施例中，热靶或移位力产生区被配置为约束气泡的膨胀，使得在通过连续照射继续供应热能时气泡可以仅在一个主要方向上膨胀。隔离区和移位力产生区(512加514)之间的流体连接件514可以具有配置为在其中没有力(除了扩散以外)产生的情况下防止来自移位力产生区(512加514)的流体流的横截面尺寸。

在微物体是生物微物体(例如生物细胞)的情况下，移位力产生区(512加514)还用于在光学照射时将生物微物体与热靶450产生的热物理地分开。在一些情况下，膨胀的气泡还用于在微物体504和热靶540之间提供物理屏障。如下所述，可以优化隔绝围栏502的几何形状，以使成核和膨胀气泡的力(和随后的剪切流)最大化。

图5A中所示的隔绝围栏502具有类似于反向字母“N”的形状(即，反向“N”形状)，然而，其他实施例可以使用有利于产生足以从隔绝围栏502移位微物体504的剪切流的不同形状。

另外，为简单起见，已经示出了隔绝围栏502，而没有示出可以在实践中用于提供其他期望功能的任何其他特征，诸如用于通过重力将细胞保持在适当位置的特征，或者跨隔绝围栏502定位以收集微物体504并将微物体504定位在隔绝围栏502中的陷阱。然而，在实践中，这些特征或本文描述的用于隔绝围栏的任何其他特征可以与隔绝围栏502结合使用。类似地，图5A中所示的隔绝围栏502示出为具有用于产生均匀气泡的方形热靶540。在其他实施例中，可以使用对称热靶的其他形状或材料。在其他实施例中，不存在热靶540，并且光学照射指向热靶540附近的微流体回路材料506，以使可能不稳定或稳定的气泡成核，这可能导致空化力、剪切流流体力或者气泡接触力以驱逐微物体504。

图5B示出了气泡520的形成以及使用由生长气泡520产生的剪切流542来从图5A的隔绝围栏502移位微物体504。光源(未示出)聚焦在热靶540上以激发(即加热)热靶540，从而使气泡520a成核。通过继续将光源聚焦在热靶540上，气泡520a的体积可以膨胀，以产生连续更大的气泡520b、520c、520d、520e。气泡520的尺寸增大在隔绝围栏502中的流体介质(未示出)上产生力，这又产生剪切流542，其将微物体504从隔离区510移位到通道522中。一旦微物体504被移位到通道522中，就可以通过控制通道522中的流530来操纵或移动它们，或者可以使用DEP移动它们。

包括其流体连接件514的移位力产生区512可以通过调节移位力产生区的几何形状和长度被优化以增强剪切流542。例如，可以优化热靶540和隔离区510之间的移位力产生区的长度和宽度以产生剪切流542。热靶540可以定位在隔绝围栏502的远侧部分处，以确保气泡520在单个方向上膨胀。类似地，包括热靶540的移位力产生区512+514的远侧部分的宽度可以变窄，以确保有核气泡520主要在一个方向上膨胀。移位力产生区512+514的远侧部分的合适宽度可在约20至100微米的范围内。在一些实施例中，移位力产生区的流体连接件区514可以具有与移位力产生区512的远侧部分相同的宽度。

在一些实施例中，移位力产生区512+514可以被优化以最小化可能干扰剪切流542的二次流。如下所述，移位力产生区512+514可包括收缩部，其中移位力产生区512+514的宽度显著减小。根据实施例，收缩部的宽度可以是移位力产生区512+514的宽度的二分之一到二十分之一。例如，收缩部可以具有范围约5-50微米的宽度，并且移位力产生区512+514可以具有范围约20-100微米的宽度。在一些实施例中，移位力产生区512+514在移位力产生区的流体连接件区514中包含一个或更多个(2、3、4或5)转弯。

在图5B所示的实例中，气泡520不与微物体504接触；微物体650仅受到通过生长气泡产生的剪切流542的影响。然而，在使用隔绝围栏502的其他实施例中，可能希望或甚至有利的是，使气泡520的弯月面与微物体504接触，从而提供接触力以从隔离区510移位微物体504，并且可选地，从隔绝围栏502排出微物体504。排出可以是由气泡流驱动的主动排出，或者可以简单地驱逐细胞，使得然后诸如DEP的另一个力可以从隔绝围栏502排出细胞504。在一些实施例中，可以缩短移位力产生区512+514的长度，以使气泡520的弯月面与隔离区510内的微物体504接触。根据实施例，移位力产生区512+514可以与隔离区510部分地重叠，并且还可以不具有包括任何转弯的流体连接件514。

在其他情况下，可能是有利的是，使移动通过隔绝围栏502进入通道522的气泡520成核。在一些情况下，气泡520可用于将微物体排出到通道522中。在其他情况下，气泡520可用于阻挡通道522(例如，以防止微物体移动通过通道522)和/或使通道522中的流体介质(未示出)的流530改变方向。例如，在包括多个通道122的微流体回路(诸如图2F中所示的微流体回路280)中，可以诱发气泡520并将其用作阻挡机构以将流动路径106从第一通道122重定向到其他通道122中的一个。

通过气泡流、剪切流、与气泡的弯月面接触或空化力来驱逐微物体504的任何模式可以替代地使用这种配置来实施。

其他方法和技术可以与光学驱动的移位和从隔绝围栏排出微物体到通道或其他回路元件中结合使用。例如，倾斜设备190可以用于倾斜(即，在水平轴上旋转微流体回路)或反转微流体回路，从而使微物体经受重力，其可以同时使用或作为预备步骤来使用光学驱动的方法。类似地，在某些情况下，磁珠可用于破坏或驱逐微物体。在这些情况下，磁珠可以设置在隔绝围栏中并使用磁力移除。当磁珠从隔绝围栏移除时，磁珠的运动可以帮助移位和/或驱逐已经固定到隔绝围栏上的微物体。

图5C示出了指向热靶541的光学照射的使用，该热靶仅是移位力产生区的内表面的选择离散区，其可用于在微流体设备500的隔绝围栏502中产生气泡521。形成热靶541的选择离散区不需要任何金属沉积，也不需要微流体回路材料或基部内表面的任何特殊图案化。在图5C所示的实施例中，光源可以以方形图案的光(未示出)聚焦在隔绝围栏502的区域上。该方形图案的光可加热微流体回路结构108、内表面109和/或盖110，从而在任何选择位置处产生热靶541，其可用于使气泡521成核并生长，从而产生足以从隔绝围栏502排出微物体504的剪切力542。通过气泡流、剪切流、与气泡的弯月面接触或空化力来驱逐微物体504的任何模式可以替代地使用这种配置来实施。

图5D示出了微流体设备550的隔绝围栏544，其中重复编号的元件如上定义。根据本公开的一些实施例，隔绝围栏544被配置用于产生光学驱动的移位力并且用于排出微物体504。图5D中所示的隔绝围栏544的特征在于类似字母“U”的形状(即，“U”形状)，其中隔离区554直接位于近侧开口534和连接区552的下方。热靶543在移位力产生区556内位于隔绝围栏544的远端。像图5A一样，移位力产生区556在隔离区554和热靶543之间提供足够的距离，以允许气泡(未示出)的成核，并允许其用于产生空化力、剪切力、可以接触微物体504的气泡、或者可以驱逐隔离区554内的微物体504并且可选地将微物体504移位到通道522中的气泡流。路径546示出了气泡、剪切流或空化力的路径。

图5E示出了微流体设备560的隔绝围栏548，其中重复编号的元件如上定义。根据本公开的一些实施例，隔绝围栏548被配置用于产生光学驱动的移位力并且用于排出微物体504。图5E中所示的隔绝围栏548也具有与图5A和5B中所示的隔绝围栏502类似的反“N”形状。然而，该实施例中的移位力产生区包括分隔热靶545和隔离区564的三个子区域566、567和568，隔离区568进一步连接到连接区562。移位力产生包括远侧部分566，其还包括：热靶545；第一流体连接件567，具有与移位力产生区的远侧部分566相同的尺寸。移位力产生区还包括第二收缩流体连接件568，其连接到隔离区564，其中流体连接件568的宽度(在观察该图的x轴平面中的尺寸)相对于第一流体连接件567和/或隔离区564变窄。第二流体连接件567的收缩宽度用于防止在热靶545处产生的气泡与隔离区564中的微物体504接触。另外，第二流体连接件567的收缩宽度防止可能破坏或产生异常流的不希望的二次流，该异常流干扰用于移位微物体504的剪切流或空化力。此外，第二流体连接件567的收缩宽度防止微物体504从隔离区通向移位力产生区(566、567和568)。

图6A示出了根据本公开的一个实施例的用于产生马兰戈尼效应流680的微流体设备600的循环培养围栏602和热靶622。热靶622具有不对称的泪滴状形状，当使用光源660加热时，产生具有温度梯度的气泡675，其导致循环马兰戈尼效应流680。如上面关于图4C、4D、4E和4G所讨论的，可以使用各种不同的不对称热靶来产生马兰戈尼效应流680。

在图6A所示的实施例中，热靶622的包含较大表面区域的部分位于热靶622的包含较小表面区域的部分下方。因此，可以通过气泡上的温度梯度产生的所得的马兰戈尼效应流680从气泡675的底部移动到气泡675的顶部(朝向移位力产生区614的近侧开口634，并且远离移位力产生区614加616的流体连接件616)，产生循环马兰戈尼效应流680(在这种情况下是逆时针方向的)。

在图6A所示的实施例中，微流体设备600的循环培养围栏602具有连接区610以及包括流体连接件616的移位力产生区614和培养区612。循环培养围栏602可以类似于隔绝围栏，但是被配置为在主动循环时使流动循环通过主通道。移位力产生区614具有通向微流体通道522的近侧开口634，以及从其流体连接件616通向培养区612的远侧开口636。重复编号的元件如上所定义。当用光660照射热靶622时，气泡675成核，形成循环通过循环培养围栏602和通道522两者的循环流680(马兰戈尼效应流)。循环流680可用于在循环培养围栏602和相邻通道522中的任何地方混合流体和/或移位微物体(例如细胞)。可以通过使照射功率适中来使流动速率以及因此其移位力适中，这可能需要低至1毫瓦来启动。在一些情况下，循环流680的流动矢量的至少一部分在方向上可以与由介质模块160和介质源178控制的介质流530相同。循环流680可用于将通道522中的介质冲到培养区612中。类似地，循环流680还可用于移位和排出循环培养围栏602中的微物体。

在一些其他实施例中，隔绝围栏可以包括其他几何形状，其可以包括用于生成循环(马兰戈尼效应)流680的回路。虽然图6A中所示的循环培养围栏602包括结合主通道522的回路(这里称为“开环”循环培养围栏602)，但是其他围栏几何结构可包括在隔绝围栏内的微流体回路结构的圆形部分，以产生“闭环”隔绝围栏(即，不包括主通道522的任何部分的回路)。

取决于实施例和由气泡产生的马兰戈尼效应流的力，开环循环培养围栏和闭环隔绝围栏可具有不同的尺寸和形状。例如，包含在开环和闭环隔绝围栏内的回路可以容纳不同体积的流体。类似地，回路的长度可以根据马兰戈尼效应流680的力和所使用的热靶622的类型而变化。如下面参考图8C和图8D所讨论的，回路可以包括整个通道。

图6B示出了微流体设备620的“闭环”隔绝围栏604，其配置成产生循环马兰戈尼效应流682。隔绝围栏604具有类似于小写“b”的形状(即“b”状形状)。在图6B中所示的隔绝围栏中，隔离区632直接定位在连接区630下方，连接区630具有通向微流体通道522的近侧开口534。闭环隔绝围栏604具有圆形通道，但是可以使用任何类型的回路(例如，正方形或多边形通道)。隔绝围栏604还包含非对称热靶624，其位于移位力产生区638内，该移位力产生区638具有通向隔离区632的两个流体连接，例如，从隔离区630引出和进入隔离区630的圆形通道的两个臂。可以使用光源662加热热靶624以产生具有温度梯度的气泡672，该气泡672又可以在闭环圆形通道中产生马兰戈尼效应流682。由于圆形通道不向主通道522开口，因此马兰戈尼效应流682可用于独立于主通道522中的流体介质来混合物体或流体介质。

图6C示出了微流体设备640的隔绝围栏606，其被配置为生成马兰戈尼效应流684。隔绝围栏606包括位于连接区642正下方的隔离区664，连接区642具有通向通道530的近侧开口534。隔绝围栏606还围绕微流体回路材料的一部分，提供闭环圆形通道，其具有从移位力产生区646到隔离区域644的两个流体连接。移位力产生区646内的不对称热靶626可以使用光源664加热以产生具有产生马兰戈尼效应流684的温度梯度的气泡674。

图6D示出了微流体设备670的隔绝围栏608，其配置成在交替方向上产生马兰戈尼效应流。对于微流体设备640的隔绝围栏606，隔绝围栏608具有隔离区654、通过两个流体连接(循环通道的臂)连接到隔离区的移位力产生区656、以及具有通向通道522的近侧开口534的连接区652。隔绝围栏608具有两个热靶628、629，其配置成在交替方向上产生马兰戈尼效应流(未示出)。交替马兰戈尼效应流的方向可用于在隔绝围栏608中的微物体或流体介质上产生搅动运动，这可用于在混合和驱逐微物体和介质时提供增强的效果。

图7A-7F示出了用于光学驱动的对流流动和微物体移位的隔绝围栏的其他实施例。在图7A至7F所示的每个实施例中，屏障产生移位力产生区与隔绝围栏的隔离区的物理分离。屏障(可以是单个屏障模块或可以是多个屏障模块)与隔绝围栏的壁之间的间隙在两个区域之间提供流体连接，但是被配置为防止微物体从隔离区通向移位力产生区。类似地，屏障模块和相邻屏障模块之间的间隙在两个区域之间提供流体连接，但是配置成防止微物体从隔离区通向移位力产生区。在每种情况下，屏障模块还可以配置成防止微物体被光学驱动的对流和移位力产生的力的直接冲击所损坏，并且还可以帮助引导剪切流、空化力、或气泡力以更有效地驱逐隔离区内的微物体。具有相同数字的编号元件是等价的。

在图7A中，微流体设备700的隔绝围栏704对微流体通道722开口，微流体通道722被配置为包含流体介质流706。微流体通道706和隔绝围栏的壁由微流体回路材料716制成。隔绝围栏704具有连接区714，其具有通向微流体通道722的近侧开口710。连接区流体连接到隔离区712，在隔离区712处可以设置和/或保持微物体702。隔离区712还连接到移位力产生区718，其包括热靶724，其可以是如本文所述的任何热靶。隔绝围栏704还包括单个屏障模块726，其形成隔离区714和移位力产生区718之间的边界。在隔离区714和移位力产生区718之间存在两个流体连接，它们是屏障728和隔绝围栏704的壁之间的间隙728。隔绝围栏704可以用于光学驱动的对流流动和微物体移位的方法中。在一些实施例中，热靶可以由光源照射，该光源可以是相干或非相干光源，并且可以是结构化的或非结构化的。在一些实施例中，热靶是隔绝围栏704内的附加特征，并且可以由金属、可图案化的微流体回路材料或光引发的水凝胶聚合物制成，其可以沉积在隔绝围栏704上方的盖上或者可以沉积在基部708的表面上。在一些实施例中，为此目的而制造的热靶是牺牲特征。在其他实施例中，被照射的离散选择区是移位力产生区的壁的微流体回路材料726或上表面708上的选择位置。通常，当上表面708或微流体回路材料716被照射时，其表现为牺牲特征，产生热量但也被该过程破坏。照射持续时间可以确定产生何种类型的移位力。如本文描述的短脉冲，在约10微秒至约200微秒范围的一个非限制性示例中，可以产生用于移位的空化力。在约1000毫秒至约2000毫秒的一个非限制性示例中，较长的照射持续时间可以提供气泡接触力、气泡流动力、气泡弯月面力或剪切流动力中的一个，其可以驱逐隔离区712内的一个或更多个微物体。驱逐一个或更多个微物体的力可足以将细胞完全从隔离区移位到微流体通道722中，或者可足以将微物体从隔离区712的表面驱逐，但不足以从隔绝围栏704排出细胞。

图7B示出了另一种布置，其中微流体设备720的隔绝围栏730具有将移位力产生区718与隔离区712分开的多个屏障模块726a。移位力产生区718经由多个流体连接-间隙728a流体连接到隔离区712。

图7C表示微流体设备740的隔绝围栏732的另一种变型，其中多个细长屏障模块726b将移位力产生区718与隔离区712分开。移位力产生区718经由多个流体连接-间隙728b流体连接到隔离区712。

图7D是另一种变型，具有微流体设备750的隔绝围栏734。单个屏障模块726c在其配置中具有弧形部分，其可以保护微物体免受直接冲击。移位力产生区718经由两个流体连接-间隙728c流体连接到隔离区712。

图7E是另一种变型，具有微流体设备760的隔绝围栏736。单个屏障模块726d在其配置中具有变窄的突起，其可以帮助更有效地引导移位力以移位微物体。移位力产生区域718经由两个流体连接-间隙728d流体连接到隔离区712。

图7F表示微流体设备780的隔绝围栏738的另一变型，其中多个屏障模块726e将移位力产生区718限定为围绕热靶724的圆形区域，并将区域718与隔离区712分离。移位力产生区718经由多个流体连接-间隙728e流体连接到隔离区712。

隔绝围栏730、732、734、736和/或738可以以与隔绝围栏704的制造类似的方式制造，并且可以如针对隔绝围栏704描述的方法用于光学驱动的对流流动和/或微物体移位的任何方法中。

图8A示出了包括一系列隔绝围栏802、804、806的微流体设备，其中不对称热靶840、842、844位于通道内并延伸到隔绝围栏802、804、806中。可以使用光源860加热热靶842以使具有温度梯度的气泡870成核，该温度梯度又产生马兰戈尼效应流880，其可以用于破坏或移位隔绝围栏804中的微物体504进入通道822，在隔绝围栏804内产生循环流。马兰戈尼效应流880还可用于将流体介质从通道822引入隔绝围栏804。尽管图8A中所示的热靶840、842、844位于隔绝围栏802、804、806上方，并且可用于将流体介质引入隔绝围栏802、804、806的未被扫过部分，但是被配置为产生马兰戈尼效应流880的热靶可以定位在微流体回路中的任何位置，其中有利的是将流体从被扫过区域引入未被扫过区域。可以通过增加或减小照射功率来使循环流的速率和合力适中，从而加速或减慢循环流的速率。

图8B示出了微流体设备810，其具有放置在通道822的末端的不对称热靶846。当热靶846用于产生具有温度梯度的气泡872时，所得到的马兰戈尼效应流882可用于代替通道中的流动路径830或与其组合以在通道822内移动物体。

图8C示出了另一微流体设备812，其包括主通道824和从主通道824垂直延伸的十个侧通道826a-j。十个侧通道中的每一个连接到另一个侧通道以与主通道824形成微流体回路。具体来说，826a与826b连接，826c与826d连接，826e与826f连接，826g与826h连接，而826i与826j连接以形成回路。如此形成的五个微流体回路中的每一个包括非对称热靶848a-e，其配置成产生引起马兰戈尼效应流的气泡。在图8C所示的实施例中，主通道824中的流体阻力比侧通道826a-e低得多。由于主通道824和侧通道826a-e之间的流体阻力的差异，引入主通道824的流体介质流将不会进入侧通道826a-e。换句话说，在没有由光学照射引起的循环流的情况下，侧通道826a-e是微流体设备812的未被扫过的区域。

根据实施例，主通道824和侧通道之间的流体阻力比可以变化。在大多数实施例中，主通道824在其分支到侧通道826中的点处的流体阻力将比侧通道826的流体阻力低10到100倍。由于流体阻力与通道的长度成比例并且与通道的宽度成反比，因此侧通道通常比主通道更长和更窄，以实现主通道和侧通道之间的最佳流体阻力比。在一些实施例中，主通道可以比侧通道宽1.5至3倍。例如，主通道可以具有100微米至1000微米的宽度，并且侧通道可以具有20微米至300微米的宽度。

然而，如图8D所示，当使用不对称热靶848a和848c产生气泡874a和874b时，由气泡874a和874b产生的最终的马兰戈尼效应流可以与主通道824中的流一起使用，以选择性地将流体介质从主通道824引入侧通道826a、826b、826e、826f。以这种方式，马兰戈尼效应流可以用于选择性地将含有分析物、试剂和或微物体(例如珠粒)的介质引入感兴趣的通道中以进行测定或培养微物体。

试剂盒。提供用于对流流动和/或微物体移位的光学驱动方法和设备的试剂盒，其包括：如本文所述的任何微流体设备，其中微流体设备可包括本文所述的任何组合的任何特征；以及用于提供涂覆表面的试剂。微流体设备可选自微流体设备100、200、230、250、280、290、500、550、560、600、620、640、670、700、720、720、750、760、780、808、810、812、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500中的任一个。用于涂覆表面的试剂可以是用于该目的的本文所述的任何试剂。用于提供涂覆表面的试剂可包括提供共价连接表面的试剂。

在试剂盒的一些实施例中，可以提供一种或更多种流体介质。在其他实施例中，试剂盒可包括可光活化的水凝胶，其可以已经配制成可流动聚合物或可以是干粉或冻干产品。在一些实施例中，试剂盒还可包含光引发剂。试剂盒的组分可以在一个或更多个容器中提供。

制造具有热靶的隔绝围栏的方法。可以在微流体设备的常规制造期间制造热靶。金属靶可以在添加用于电接触的金属接触等的同一操作期间沉积在微流体设备的盖上。在软光刻期间，由微流体回路材料制造的热靶可以包括在掩模中。以这种方式安装的热靶可以包括牺牲目标。用于产生气泡的表面形貌可以在制造期间被图案化到微流体回路结构108或盖110中，或者可以使用光源(未示出)原位(就地)图案化。在使用可图案化材料的实施例中，可以使用结构光源。水凝胶热靶可以在微流体设备制造之后但在用于本公开的方法之前安装。

驱逐一个或更多个微物体和/或混合流体介质的方法。因此，提供了一种用于从微流体设备内的表面驱逐一个或更多个微物体(例如，诸如细胞的生物微物体)的方法，照射包含或邻近于在微流体设备的封壳中的流体介质内设置的一个或更多个微物体的选择离散区，其中，封壳包括具有流动区的微流体回路和衬底；保持照射选择离散区长达足以产生驱逐力的第一时间段，从表面驱逐一个或更多个微物体。

该方法可以包括在执行照射选择离散区的步骤之前将一个或更多个微物体保持在封壳中的流体介质内长达第二段时间的步骤。在封壳内的流体介质内的细胞保持期间，一些类型的细胞可以附着到微流体设备的封壳的一个或更多个内表面。附着可以是细胞与一个或更多个表面之间的非特异性或特异性相互作用。特异性相互作用可包括表面部分(例如细胞的羧酸)与表面的氧化物部分的共价或非共价附着，其可在缔合时形成氢键或酯键。一个或更多个细胞的附着可以直接或非直接(间接)附着到一个或更多个表面。直接附着的非限制性示例是一个或更多个细胞的一部分与表面上具有氧化物部分的表面的氧化物部分的相互作用。一个或更多个细胞与表面的间接附着的非限制性示例可包括细胞的一部分(包括但不限于细胞表面上的部分)与其本身与表面结合的介入物质或材料(例如但不限于由封壳内存在的其他细胞产生的表面污染蛋白质)之间的相互作用。这些是细胞与保持细胞的表面之间的可能附着类型的非限制性示例。任何类型的附着都可能降低一个或更多个细胞的可移植性。

在各种实施例中，微流体设备的封壳还可包括至少一个隔绝围栏。在一些实施例中，微流体设备可包括多个隔绝围栏。多个隔绝围栏中的每一个可具有通向流动区的近侧开口。在一些实施例中，流动区可包括微流体通道。

在一些实施例中，其上保持一个或更多个微物体的表面可以是衬底的表面。其上保持一个或更多个微物体的衬底表面可以是至少一个隔绝围栏内的衬底表面。

在各种实施例中，照射选择离散区的步骤可包括照射具有约1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm、0.3mm、100微米、80微米、60微米、40微米、20微米、约10微米、约5微米或其间任何值的第一尺寸(例如，微流体封壳的宽度或x轴尺寸)的区域。照射选择离散区的步骤还可包括照射具有约1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm、0.3mm、100微米、80微米、60微米、40微米、20微米、约10微米、约5微米或其间任何值的第二尺寸(例如，微流体封壳内的高度或y轴尺寸)的区域。x轴和y轴尺寸可以是如上所述尺寸的任何组合。照射的选择离散区可具有约200平方微米、约150平方微米、约100平方微米、约80平方微米、约70平方微米、约50平方微米、约25平方微米、约10平方微米、或其间任何价值的面积。

照射时间段。照射步骤可以使用如本文所述的任何光源来执行，并且可以是相干光或非相干光。该光可以是结构或非结构光。为简单起见，以下描述涉及激光照射，但是本发明不限于此。

在各种实施例中，照射选择离散区的步骤可包括用激光照射选择离散区。激光可以用波长在约450nm至约800nm范围内的光照射。激光可具有约0.5安培、0.7安培、0.9安培、1.1安培、1.4安培、1.6安培、1.6安培、2.0安培、2.2安培、2.5安培、2.7安培、3.0安培或其间任何值的电流。

激光照射的入射功率可以为约1mW至约1000mW、约100mW至约1000mW、约100mW至约800mW、约100mW至约600mW、约100mW至约500mW、或其间的任何范围或单个值。

在各种实施例中，用激光照射进行的照射选择离散区的步骤可以在约10微秒到约8000毫秒的范围内执行一段时间，并且可以是它们之间的任何值。在一些其他实施例中，照射选择离散区的步骤可以在约100毫秒至约3分钟的范围内执行一段时间。

在各种实施例中，激光照射可以指向选择离散区持续约50毫秒、75毫秒、100毫秒、150微秒、250毫秒、500毫秒、750毫秒、或约1000毫秒。在各种实施例中，激光照射可以指向选择离散区长达以下范围内的时间段：约50毫秒至约2000毫秒、约50毫秒至约1000毫秒、约50毫秒至约500毫秒、约50毫秒至约300毫秒、100毫秒至约1000毫秒、约200毫秒至约1000毫秒、约200毫秒至约700毫秒、约300毫秒至约600毫秒，或长达任何该范围之间的任何值。在其他实施例中，激光照射指向选择离散区长达以下范围内的时间段：约1毫秒至约200毫秒、约1毫秒至约150毫秒、约1毫米至约100毫秒、约1毫米至约50毫秒、约1毫米至约30毫秒、约25毫秒至约200毫秒、约25毫秒至约100毫秒、约25毫秒至约75毫秒、约50毫米至约200毫秒、约50毫秒至约125毫秒、约50毫秒至约90毫秒，或者可以是任何该范围之间的任何值。在这些范围之一中选择的照射时间段可足以光学驱动气泡的产生，该气泡可接触微物体并由此将其驱逐。

在各种其他实施例中，激光照射可以指向选择离散区长达以下范围内的时间段：约500毫秒至约3000毫秒、约1000毫秒至约2700毫秒、约1000毫秒至约2500毫秒、约1000毫秒至约2000毫秒、约1000毫秒至约1500毫秒、约1300毫秒至约3000毫秒、约1300毫秒至约2700毫秒、约1300毫秒至约2300毫秒、约1300毫秒至约2000毫秒、约1300毫秒至约1700毫秒、约1500毫秒至约3000毫秒、约1500毫秒至约2600毫秒、约1500毫秒至约2300毫秒、约1500毫秒至约2000毫秒、约1700毫秒至约3000毫秒、约1700毫秒至约2600毫秒、约1700毫秒至约2000毫秒，或长达其间的任何价值。在这些范围之一中选择的照射时间段可适用于产生光学驱动的剪切流或气泡流接触力。

在其他实施例中，照射选择离散区的步骤可以执行约10微秒至约200毫秒、约10微秒至约100毫秒、约10微秒至约1毫秒、约10微秒至约1毫秒、约10微秒至约500微秒、约50微秒至约1毫秒、约50微秒至约500微秒、约50微秒至约300微秒、约1毫秒至约200毫秒、约1毫米至约150毫秒、约1毫米至约100毫秒、约1毫秒至约50毫秒、约1毫秒至约30毫秒、约25毫秒至约200毫秒、约25毫秒至约100毫秒、约25毫秒至约75毫秒、约50毫秒至约200毫秒、约50毫秒到约125毫秒、约50毫秒至约90毫秒，或者可以是任何该范围之间的任何值。在一个这样的照射范围内的照射时间段可足以在包含或邻近微物体的离散选择区内产生空化力，从而驱逐一个或更多个微物体。在一些实施例中，照射时间段可以在约10微秒至约500微秒或约10微秒至约100毫秒的范围内。

在一些其他实施例中，照射选择离散区的步骤可以执行约100毫秒至约3分钟、约100毫秒至约2分钟、约100毫秒至约1分钟、约100毫秒至约10,000毫秒、约100毫秒至约5,000毫秒、约100毫秒至约1000毫秒、约500毫秒至约3分钟、约500毫秒至约1分钟、约500毫秒至约10,000毫秒、约500毫秒至约3,000毫秒、或其间的任何价值。在选自这些范围之一的范围内的照射时间段可足以产生用于混合流体介质和/或微物体的循环流(马兰戈尼效应)。取决于用于照射离散选择区的功率，可以延长或缩短用于循环流的照射时间段。

这些范围仅是示例性的，并不意图限制本公开。可以确定和使用针对每种类型的对流流动或移位力所描述的范围之外的照射时间段，这仍然在本公开的范围内。

在一些实施例中，照射离散区的步骤包括将激光照射指向包含一个或更多个微物体中的至少一个的选择离散区。这可以在微流体设备的封壳内的任何地方进行。在一些实施例中，被照射的离散区可以在隔绝围栏内，并且还可以是隔绝围栏内的衬底的表面。当照射隔绝围栏内的一个或更多个微物体中的至少一个微物体时，选择离散区可以被选择为位于隔绝围栏通向流动区的近侧开口的远侧位置(例如，在隔绝围栏的底部或基部)或在至少一个隔绝围栏内的中心位置处。

激光照射可以直接在一个或更多个微物体中的至少一个微物体上产生驱逐力。不受理论束缚，照射还可以或替代地加热一个或更多个微物体周围的流体介质的一部分并产生空化驱逐力，其可以驱逐一个或更多个微物体中的至少一些。

在该方法的其他实施例中，待照射的选择离散区可以与一个或更多个微物体相邻。选择离散区可以定位为远离待驱逐的一个或更多个微物体约1mm、0.9mm、0.7mm、0.5mm、0.3mm、100微米、80微米、60微米、40微米、20微米、约10微米、约5微米或其间的任何值。可以在微流体设备的封壳内的任何地方执行与一个或更多个微物体相邻的激光照射。在一些实施例中，可以在衬底上、在壁的微流体回路材料或热靶(其可以是本文所述的任何热靶，可以进一步是牺牲特征)上执行照射与一个或更多个微物体相邻的选择离散区的步骤。在一些实施例中，当一个或更多个微物体被保持在隔绝围栏内时，可以在衬底上的选择离散区上执行照射衬底的步骤，其中，所述选择离散区在至少一个隔绝围栏通向流动区的近侧开口附近。在其他实施例中，当一个或更多个微物体保持在至少一个隔绝围栏内时，照射选择离散区的步骤可以包括照射至少一个隔绝围栏的微流体回路材料的选择离散区。在其他实施例中，当一个或更多个微物体保持在至少一个隔绝围栏内时，照射选择离散区的步骤可包括照射设置在至少一个隔绝围栏内的牺牲特征。

牺牲特征可以由可以从激光照射吸收能量的任何合适的材料制成，其可以包括金属垫或微流体回路材料(例如，与隔绝围栏壁和流动区(例如，微流体通道)的壁相同或相似的材料)。在一些实施例中，牺牲特征可以包括衬底的上表面(其可以包括或不包括另外的涂层或共价改性的表面层)或可包括在微流体设备内的任何其他材料。

照射(例如，包括但不限于激光照射)可以直接在一个或更多个微物体中的至少一个上产生驱逐力。不受理论束缚，照射还可以或替代地围绕一个或更多个微物体加热流体介质的一部分并产生可以驱逐一个或更多个微物体的空化驱逐力。

激光照射可以直接在一个或更多个微物体中的至少一个上产生驱逐力。不受理论束缚，照射与一个或更多个微物体相邻的选择区的步骤也可以或可代替地加热流体介质的第一部分，并且产生持久的气泡，其将围绕一个或更多个微物体的流体介质的第二部分移位，从而驱逐一个或更多个微物体。将流体介质的第二部分移位的步骤还可包括在照射的第一时间段期间产生流体介质的循环流体流。在其他实施例中，该方法还可包括加热流体介质的第一部分；并且产生一个或更多个气泡，从而产生朝向一个或更多个微物体的流体介质的剪切流。在其他实施例中，该方法还可包括加热流体介质的第一部分；产生配置成朝向一个或更多个微物体流动的多个气泡；使一个或更多个微物体与多个气泡中的至少一个气泡的弯月面接触。

激光照射可以指向如上所述的任何地方。或者，当一个或更多个微物体保持在封壳内的隔绝围栏内时，选择离散可包括形成隔绝围栏的远侧的壁的至少一部分，其中壁与通向流动区的近侧开口相对定位。在隔绝围栏的基部处的照射可以防止对一个或更多个微物体的损坏。

或者，当一个或更多个微物体设置在封壳内的隔绝围栏内时，选择离散区可以位于隔绝围栏的移位力产生区中。在一些实施例中，一个或更多个微物体可以设置在隔绝围栏的隔离区内，并且移位力产生区流体连接到隔离区。

在用于驱逐微流体设备内的一个或更多个微物体的方法的各种实施例中，该方法还可包括从所述至少一个隔绝围栏排出一个或更多个微物体的步骤。从至少一个隔绝围栏排出一个或更多个微物体的步骤可包括用介电泳力移动一个或更多个微物体。

在用于驱逐微流体设备内的一个或更多个微物体的方法的各种实施例中，该方法还可包括从微流体设备的封壳的流动区排出一个或更多个微物体的步骤。从流动区排出一个或更多个微物体的步骤可包括使用重力、流体流、介电泳力或其任何组合。

在某些实施例中，本公开还提供了用于存储执行前述方法的非暂时性机器可读指令的机器可读存储设备。机器可读指令可以进一步控制用于获得图像的成像设备。

在另一方面，提供了一种用于在微流体设备的封壳内混合流体介质和/或包含在其中的微物体的方法，该方法包括以下步骤：将光源聚焦在设置在包括至少一种流体介质和/或微物体的微流体回路内的封壳的表面上的热靶上，从而加热至少一种流体介质的第一部分；在微流体回路内引入至少一种流体介质的循环流动，从而混合流体介质和/或设置在其中的微物体。在该方法的一些实施例中，其中热靶设置在第一微流体通道内，第一微流体通道配置成在第一位置从第二流体通道分支，并且还配置成在第二位置重新连接第二流体通道，其中热靶设置在它们之间的表面上。

试验

系统和微流体设备：由Berkeley Lights公司制造。该系统至少包括流动控制器、温度控制器、流体介质调节和泵组件、用于光激活DEP配置的光源、激光器、用于Berkeley Lights公司OptoFluidic^TM微流体设备的安装台、和相机。Berkeley Lights公司OptoFluidic^TM微流体设备包括体积为约7×10⁵立方微米的NanoPen^TM腔室。

材料：除非另有说明，否则细胞是OKT3细胞，即小鼠骨髓瘤杂交瘤细胞系，其获自ATCC(目录号#CRL-8001^TM)。提供细胞作为悬浮细胞系。通过接种约1×10⁵至约2×10⁵个活细胞/mL，并在37℃下在空气中使用5％二氧化碳作为气体环境来孵育，从而进行培养。细胞每2-3天分裂。计数OKT3细胞数和活力，并将细胞密度调节至5x10⁵/ml以加载至微流体设备。

培养基：500毫升Iscove's Modified Dulbecco's Medium(目录号30-2005)、200毫升胎牛血清(目录号30-2020)和1毫升青霉素-链霉素(目录号#15140-122)组合以制备培养基。将完全培养基通过0.22微米过滤器过滤，并在4℃下远离光存储直至使用。

填充程序：以12微升/秒的速率流入250微升100％二氧化碳。然后以12微升/秒流入250微升含有0.1％F27(Life目录号#P6866)的PBS。填充的最后步骤包括以12微升/秒流入250微升PBS。随后介绍培养基。

灌注方案(在芯片上细胞培养期间：灌注方法是以下两种方法之一：

1.以0.01微升/秒灌注2小时；以2微升/秒灌注64秒；并重复。

2.以0.02微升/秒灌注100秒；停止流动500秒；以2微升/秒灌注64秒；并重复。

光学系统。对于示例1和2，光学系统包括785nm激光器、Olympus显微镜Prosilica相机和具有用于激光器的专用准直光学器件的落射荧光灯组。

示例1。金属热靶的光学照射。图9A-9D描绘了使用热靶产生用于从隔绝围栏排出细胞的气泡。图9A-9C中所示的微流体设备900的隔绝围栏902具有类似于图5A中所示的隔绝围栏的反“N”形几何形状，并且包括连接区906、培养有人类杂交瘤细胞904的隔离区908、以及包括三部分流体连接件909的移位力产生区910(在图9C中标记)，三部分流体连接件909具有连接到隔离区的近侧变窄部分912和连接到移位力产生区910的储存区913的远侧变窄部分914。移位力产生区910的近侧变窄部分912的宽度小于细胞的直径，并且防止任何细胞从隔离区908迁移到移位力产生区910，特别是隔离细胞与储存区913，在储存区913处，光学照射被聚焦并且加热最强烈。移位力产生区还包括储存区913中的热靶916，其是已经沉积在微流体设备的盖的内表面上的由金(Au)形成的连续金属形状。图9A示出在光学照射之前在隔离区中培养三天后具有多个细胞的隔绝围栏。

使用785nm激光器将热靶加热5-10秒，电流范围为0.8-1.0安培。图9B是在照射时间段内的时间点拍摄的照片，其中在热靶916处形成气泡(未示出)，该气泡从隔离区908移位细胞并将细胞904排出到连接区906以及靠近隔绝围栏902的微流体通道922。图9C描绘了在排出细胞之后的时间点处的隔绝围栏。将排出的细胞904转移到标准孔板中，并单独铺板。在孔板内培养三天后，细胞904通过扩增为更大的细胞群证明了活力(图9D)。

示例2。光学照射牺牲特征以产生气泡流动力。图10A和10B证明了从隔绝围栏1002(其具有连接区1006和隔离区1008)排出人类杂交瘤细胞。在该示例中，隔绝围栏不具有不同的或单独的移位力产生区。

将细胞在微流体设备1000的隔绝围栏1002内培养三天(未示出)。通过在微流体回路的内表面(热靶)(其是介电泳衬底)以及包括氧化铟锡(“ITO”)的盖上聚焦具有1.4安培电流的激光(功率为90毫瓦)5-10秒来进行排出。照射的特定位置是在隔绝围栏1002的基部处的内表面的离散选择点1020，与隔绝围栏通向微流体通道1022的开口相对。热靶是吸收光学照射、将照射转换成热能、从而加热周围的流体介质的衬底。在该过程中，一部分衬底被破坏，充当牺牲特征。充分加热流体介质以使气泡流成核。图10A示出了照射时间段期间的通过将光聚焦在衬底上而在隔绝围栏1002的底部形成气泡1024的时间点。细胞1004已经从隔离区1008移动到隔绝围栏的连接区1006中。图10B示出了在稍后时间点的隔绝围栏1002，其中气泡流1024体积已经增长并且大部分细胞1004已经从围栏1002排出到微流体通道1022中。将排出的细胞1004转移到孔板中，并单独接种用于进一步培养。图10C示出3天后孔板的一个孔，示出单个接种的细胞是可存活的并且已经扩增。

示例3和4的光学系统。修改光学系统以包含785nm激光器、Chroma ZT745spxrxt-UF1二向色滤光器(Chroma，贝洛斯福尔斯，VT)、ZET785nf(Chroma)发射滤光器和4X尼康物镜。

示例3和4的方案。将785nm激光聚焦在隔绝围栏的内表面(介电泳衬底)上以及围栏上方的盖上以产生90毫瓦(mW)的功率约1秒，加热流体介质并产生一个或更多个气泡。通过气泡接触力和/或气泡产生的剪切流将细胞从相应的隔离区驱逐。驱逐后，使用OET力将单个驱逐的细胞递送和定位到相邻的围栏中。在培养24小时后观察新重新定位的细胞以确定对细胞活力和增殖的影响。

示例3。OKT3细胞的光学驱动移位和活力。图11A-11C描绘了OKT3细胞的光学驱动移位和重新定位之前和之后的实验结果。图11A示出了在从隔绝围栏1102排出细胞1104之前的微流体设备1100的一系列隔绝围栏。光学照射指向牺牲特征1120，即隔绝围栏1102的表面，其用作热靶。结果，细胞1104被驱逐。将单个细胞置于相邻的隔绝围栏中。图11B示出了在用OET移位和重新定位后新占据的围栏中的单个驱逐和重新定位的单个细胞1104b、1104c、1104d和1104e。最初占用的隔绝围栏1102具有减少数量的细胞1104a，其可能已被驱逐但仍保留在隔绝围栏1103内。图11C示出20小时后相同的隔绝围栏。如图12C所示，细胞1104b、1104c、1104d和1104e在被驱逐、排出和重新定位后继续分裂和增殖。另外，最初占据的隔绝围栏1102中的剩余细胞也增殖。这些结果表明，在该实验中，光学照射、加热、驱逐和重新定位的过程对细胞活力没有可检测的影响。如图12C所示，细胞1104c的数量从2增加到4，细胞1104d的数量从1增加到4，细胞1104e从1增加到2。

示例4。JIMT-1细胞的光学驱动移位和最后活力。

介质：无血清介质(ThermoFisher Scientific，目录号12045-096)，含有调理培养基添加剂，即补充剂(2％v/v)。

图12A-12C描绘了JIMT-1细胞(一种附着型人乳腺癌细胞系)(可从AddexBio目录号C0006055商购)的光学驱动移位和重新定位之前和之后的实验结果。图12A示出了在将细胞1204从隔绝围栏1202移位之前的微流体设备1200的一系列隔绝围栏。光学照射指向牺牲特征1220(热靶)，即隔绝围栏1202的表面，并且细胞1204被驱逐。图14B示出了单个细胞1204a，其被驱逐并且在与最初占据的隔绝围栏1202相邻的空的隔绝围栏中重新定位。图14C示出移位和重新定位后20小时的时间点，示出细胞1204a是活的并且在20小时培养时间段内从一个细胞加倍到两个细胞。

示例5。诱导循环(马兰戈尼效应)流。图13A至13C描绘了使用循环培养围栏几何形状证明循环马兰戈尼效应流的实验结果。图13A示出了在第一时间点处的多个微物体1305(6微米直径的聚苯乙烯珠)，在此期间，激光指向热靶1320以产生气泡1330，其在循环培养围栏1302和微流体设备1300的相邻通道1322内引起马兰戈尼效应流。图13B示出了在第二时间点(在气泡1330a脱离成核位置之后)具有微物体1305的相同循环培养围栏1302，在此期间，微物体1305通过马兰戈尼效应流逆时针循环(白色箭头指示流动方向)通过培养围栏1302。图13C示出了第三时间点，在此期间仍然存在激光照射。微物体1305已经越过热靶1320，向外进入通道1322，并且循环回到循环培养围栏1302的第二侧。在图13A至13C所示的实验中，通过将785激光聚焦在沉积在微流体设备的盖的内表面上的金热靶上，使气泡成核。具体地，使用激光产生直径为40微米的光点，并且具有90mW，对应于：1.4kW/cm²。

示例6。OKT3细胞的光学驱动移位，照射时间段更短。OKT3鼠杂交瘤细胞在所示的微流体设备1400的隔绝围栏内的流体介质中培养。图14A示出了保持在中央隔绝围栏1402内的细胞群1440。该细胞群在白色椭圆形内突出显示，并且尚未引入激光照射。图14B示出了图的中央隔绝围栏1402中的相同细胞群1440(在白色椭圆内)，而激光指向隔绝围栏1302(其中包含一些细胞)表面的离散选择点1420(热靶，其是牺牲特征)，使用1.4安培，持续时间在约50毫秒至约1000毫秒的范围内。图14C示出了由激光照射引入的热量成核的气泡的所产生的空化和坍塌将细胞群1404b完全驱逐并移位出隔绝围栏1402，并进入微流体通道1422。其余的细胞1404a被稍微移位但未从隔绝围栏1402排出。

示例7。OKT3细胞的光学驱动移位，更长的照射时间段。在图15A中示出了在任何激光照射之前将OKT3鼠杂交瘤细胞1504保持在微流体设备1500中的隔绝围栏内的流体介质中，其中白色椭圆指出待驱逐的细胞集落。激光照射如图15B所示。激光功率为1.4安培，激光脉冲的持续时间约为2000毫秒。白色椭圆形围绕待驱逐的细胞1504，并且离散照射区1520位于隔绝围栏1502的底部，并且特别地指向形成隔绝围栏壁的微流体回路材料。目标区域充当牺牲特征(例如，热靶)。图15C示出了接近2000毫秒激光照射结束的时间点，其中细胞1504(在白色椭圆内)由细胞1504的群下的气泡(不可见)推动，被驱逐并且朝向隔绝围栏通向流动区(例如，微流体通道)的近侧开口移位。在隔绝围栏的底部看到的变黑部分示出隔绝围栏1502内的衬底材料和一些隔绝围栏壁材料的破坏(参见图15D中的照射后牺牲特征1524)。图15D示出了在光学照射结束之后的时间点，其中施加光学致动的介电泳力以继续将现在驱逐的细胞1504进一步移出隔绝围栏1504。在图15D中，白色条1530、1532、1534、1536是在衬底表面上显示的光(OET)图案，其中衬底包括介电泳配置。随着光图案条1530、1532、1534、1536在朝向隔绝围栏通向微流体通道1522的开口的方向上移动，由每个光条图案产生的介电泳力捕获和驱逐的细胞朝向隔绝围栏的开口移动(参见白色椭圆内的细胞1504b和1504c)。被光图案条1530驱逐的细胞1504c完全从隔绝围栏排出，并重新定位到流动区(例如，微流体通道1522)中。图15E示出了光学致动的介电泳光图案1530、1532、1534、1536完成了捕获、驱逐和移动细胞离开隔绝围栏的连续事件并且流体流恢复到流动区时的稍后的时间点。通过激光脉冲方法驱逐并进一步移出隔绝围栏进入流动区的细胞被排出微流体设备。在激光照射之前，细胞1504d(在白色椭圆内用于强调)仍保留在隔绝围栏中，但是在隔绝围栏1502内清楚地从其原始位置驱逐(与图15A相比)。光学致动的介电泳选择和移动的附加步骤可以允许剩余的细胞排出到隔绝围栏之外。

实施例详述。

1.一种微流体设备，包括封壳，所述封壳还包括流动区和隔绝围栏，其中所述隔绝围栏包括：连接区、隔离区域和移位力产生区，其中：所述连接区包括通向所述流动区的近侧开口和通向所述隔离区的远侧开口，并且所述隔离区包括通向所述移位力产生区的至少一个流体连接；并且所述移位力产生区还包括热靶。

2.根据权利要求1所述的微流体设备，其中所述隔离区和所述移位力产生区之间的所述至少一个流体连接包括被配置为防止微物体从所述隔离区通向所述移位力产生区的横截面尺寸。

3.根据实施例1或2所述的微流体设备，其中所述隔离区和所述移位力产生区之间的所述至少一个流体连接包括被配置为除扩散之外在其中不存在产生的其他力的情况下防止来自所述移位力产生区的流体流的横截面尺寸。

4.根据实施例1至3中任一项所述的微流体设备，其中所述隔离区与所述移位力产生区之间的所述至少一个流体连接包括一个或更多个屏障模块，其中所述一个或更多个屏障模块被配置为防止微物体从所述隔离区通向所述移位力产生区。

5.根据实施例1至5中任一项所述的微流体设备，其中所述移位力产生区还包括通向所述流动区的开口。

6.根据实施例1至5中任一项所述的微流体设备，其中所述移位力产生区具有通向所述隔离区的多于一个流体连接。

7.根据实施例6所述的微流体设备，其中所述隔绝围栏包括循环流动路径。

8.根据实施例7所述的微流体设备，其中所述循环流动路径包括收缩部分。

9.根据实施例6至8中任一项所述的微流体设备，还包括第二热靶，所述第二热靶被配置为在光学照射时产生所述流体介质的第二循环流。

10.根据实施例9所述的微流体设备，其中所述第一热靶和所述第二热靶定向成在相反方向上提供所述流体介质的第一循环流和第二循环流。

11.根据实施例1至5中任一项所述的微流体设备，其中所述移位力产生区包括单个开口，其中所述单个开口是通向所述隔离区的流体连接。

12.根据实施例1至11中任一项所述的微流体设备，其中所述移位力产生区的流体连接包括流体连接件，所述流体连接件包括至少一个弯曲部分。

13.根据实施例12所述的微流体设备，其中所述流体连接件的所述至少一个弯曲部分包括约60度至约180度的转弯。

14.根据实施例12或13所述的微流体设备，其中所述移位力产生区的所述流体连接件包括至少两个弯曲部分。

15.根据实施例14所述的微流体设备，其中所述流体连接件的所述至少两个弯曲部分中的每一个包括约60度至约180度的转弯。

16.根据实施例12至15中任一项所述的微流体设备，其中所述流体连接件的宽度与所述隔离区和/或所述移位力产生区的宽度相同。

17.根据实施例12至15中任一项所述的微流体设备，其中所述流体连接件包括被配置为防止微物体从所述隔离区通向所述移位力产生区的横截面尺寸。

18.根据实施例1至17中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备的所述封壳还包括盖，所述盖部分限定所述隔绝围栏，其中所述热靶设置在所述盖上。

19.根据实施例18所述的微流体设备，其中所述热靶设置在所述盖的面向所述封壳的内表面上。

20.根据实施例1至17中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备的所述封壳还包括微流体回路结构，所述微流体回路结构部分限定所述隔绝围栏，并且其中所述热靶设置在所述微流体回路结构上。

21.根据实施例1至17中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备的所述封壳还包括基部，所述基部部分限定所述隔绝围栏，并且其中所述热靶设置在所述基部的内表面上。

22.根据实施例1至21中任一项所述的微流体设备，其中热靶包括金属。

23.根据实施例1至22中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶具有连续形状。

24.根据实施例1至22中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶具有不连续形状。

25.根据实施例1至22或24中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括多个微结构。

26.根据实施例1至21或23至25中任一项所述的微流体设备，其中热靶是牺牲特征。

27.根据实施例1至26中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶或所述移位力产生区被配置为在一个主要方向上约束在其上形成的气泡的膨胀。

28.根据实施例1至27中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶位于所述移位力产生区的远离通向所述隔离区的至少一个流体连接的一部分中。

29.根据实施例28所述的微流体设备，其中所述移位力产生区具有约20-100微米的宽度。

30.根据实施例1至29中任一项所述的微流体设备，其中所述封壳还包括介电泳配置。

31.根据实施例30所述的微流体设备，其中所述介电泳配置是光学致动的。

32.根据实施例1至31中任一项所述的微流体设备，其中所述隔绝围栏包括为涂覆表面的至少一个表面。

33.根据实施例32所述的微流体设备，其中所述涂覆表面是共价连接的表面。

34.一种微流体设备，包括：封壳，所述封壳包括被配置为容纳流体介质的微流体回路，其中所述微流体回路被配置为容纳所述流体介质的至少一个循环流；以及第一热靶，在所述微流体回路内设置在所述封壳的表面上，其中所述第一热靶被配置为在光学照射时产生流体介质的第一循环流。

35.根据实施例34所述的微流体设备，其中所述热靶具有连续形状。

36.根据实施例34所述的微流体设备，其中所述热靶具有形状图案。

37.根据实施例34至36中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括在所述封壳的表面上的不均匀厚度，其中所述不均匀厚度被配置为在光学照射时通过所述热靶提供所述流体介质的差异加热。

38.根据实施例36或37所述的微流体设备，其中所述形状图案被配置为在光学照射时通过所述热靶提供流体介质的差异加热。

39.根据实施例34至38中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括金属。

40.根据实施例34至39中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括多个微结构。

41.根据实施例40所述的微流体设备，其中所述多个微结构包括增加微结构密度的图案，所述增加微结构密度的图案被配置为在光学照射时通过所述热靶提供流体介质的差异加热。

42.根据实施例34至41中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备的所述封壳还包括微流体通道和隔绝围栏，而且进一步地，其中所述隔绝围栏与所述微流体通道相邻并且对所述微流体通道开口。

43.根据实施例42所述的微流体设备，其中所述循环流动路径包括所述通道的一部分和所述隔绝围栏的至少一部分。

44.根据实施例42所述的微流体设备，其中所述隔绝围栏包括所述循环流动路径。

45.根据实施例34至44中任一项所述的微流体设备，其中所述循环流动路径包括收缩部分。

46.根据实施例34至45中任一项所述的微流体设备，还包括第二热靶，所述第二热靶被配置为在光学照射时产生所述流体介质的第二循环流。

47.根据实施例46所述的微流体设备，其中所述第一热靶和所述第二热靶定向成在相反方向上提供流体介质的第一循环流和第二循环流。

48.根据实施例42所述的微流体设备，其中所述热靶设置在所述微流体通道内的表面上。

49.根据实施例34至41中任一项所述的微流体设备，其中所述微流体设备的所述封壳还包括多于一个的微流体通道，其中第一微流体通道被配置为在沿着第二微流体通道的第一位置处对所述第二微流体通道开口，并且进一步被配置为在第二位置处重新连接到所述第二微流体通道，从而形成微流体回路；并且所述热靶设置在所述第一微流体通道内的表面上。

50.根据实施例49所述的微流体设备，其中至少一个隔绝围栏对所述第一微流体通道开口。

51.根据实施例49或50所述的微流体设备，其中所述第一通道的流体阻力是第二通道的流体阻力约10至100倍高。

52.根据实施例49至51中任一项所述的微流体设备，其中所述第二微流体通道的宽度为所述第一微流体通道的宽度的约1.5至3倍大。

53.根据实施例52所述的微流体设备，其中所述第二微流体通道的宽度为约100至1000微米。

54.根据实施例49至53中任一项所述的微流体设备，其中所述第一微流体通道的宽度为约20至300微米。

55.一种微流体设备，包括：封壳，所述封壳包括：微流体通道和隔绝围栏，而且进一步地，其中所述隔绝围栏与所述微流体通道相邻并且对所述微流体通道开口，并且热靶设置在所述通道中邻近于通向隔绝围栏的开口，并且其中热靶还被配置为在光学照射时将流体介质流引导到所述隔绝围栏中。

56.根据实施例55所述的微流体设备，其中所述热靶设置在所述微流体通道内的表面上。

57.根据实施例55或56所述的微流体设备，其中所述热靶具有连续形状。

58.根据实施例55或56所述的微流体设备，其中所述热靶具有形状图案。

59.根据实施例55至58中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括在所述封壳的表面上的不均匀厚度，其中所述不均匀厚度被配置为在光学照射时通过所述热靶提供所述流体介质的差异加热。

60.根据实施例58或59所述的微流体设备，其中所述形状图案被配置为在光学照射时通过所述热靶提供流体介质的差异加热。

61.根据实施例55至60中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括金属。

62.根据实施例55至60中任一项所述的微流体设备，其中所述热靶包括多个微结构。

63.根据实施例62所述的微流体设备，其中所述多个微结构包括增加微结构密度的图案，所述增加微结构密度的图案被配置为在光学照射时通过所述热靶提供流体介质的差异加热。

64.一种用于培养微物体的试剂盒，包括：根据实施例1至63中任一项所述的微流体设备；以及一种或更多种试剂，其被配置为在所述微流体设备的封壳内提供至少一个涂覆表面。

65.根据实施例64所述的试剂盒，还包括至少一种流体介质。

66.一种驱逐微流体设备内的一个或更多个微物体的方法，所述方法包括以下步骤：照射包含或邻近设置在所述微流体设备的封壳内的流体介质内的一个或更多个微物体的选择离散区，其中所述封壳包括具有流动区的微流体回路和衬底；保持照射所述选择离散区长达足以产生驱逐力的第一时间段，从所述表面驱逐一个或更多个微物体。

67.根据实施例66所述的方法，其中所述选择离散区具有约100平方微米的面积。

68.根据实施例66所述的方法，其中所述选择离散区具有约25平方微米的面积。

69.根据实施例66所述的方法，其中照射步骤包括用激光照射所述选择离散区。

70.根据实施例66至69中任一项所述的方法，其中所述一个或更多个微物体设置在所述衬底的表面上。

71.根据实施例66至70中任一项所述的方法，还包括在执行照射所述选择离散区的步骤之前将所述一个或更多个微物体保持在所述封壳中的所述流体介质内长达第二时间段的步骤。

72.根据实施例66至71中任一项所述的方法，其中所述微流体设备的所述封壳包括至少一个隔绝围栏。

73.根据实施例72所述的方法，其中所述一个或更多个微物体设置和/或保持在所述至少一个隔绝围栏内的所述衬底的表面上。

74.根据实施例66至73中任一项所述的方法，其中照射所述选择离散区的步骤包括用具有在约1mW至约1000mW范围内的入射功率的照射进行照射。

75.根据实施例74所述的方法，其中所述第一时间段为10微秒至3000毫秒或100毫秒至3分钟的范围内。

76.根据实施例66至75中任一项所述的方法，其中所述照射步骤包括照射所述一个或更多个微物体中的至少一个。

77.根据实施例76所述的方法，其中所述第一时间段在10微米至200毫秒的范围内，从而产生驱逐所述一个或更多个微物体的空化力。

78.根据实施例76或77所述的方法，其中当一个或更多个微物体被设置和/或保持在所述至少一个隔绝围栏内时，所述选择离散区是在所述隔绝围栏通向所述流动区的近侧开口远侧的位置或位于所述至少一个隔绝围栏的中心位置处。

79.根据实施例66至78中任一项所述的方法，其中所述选择离散区是与所述一个或更多个微物体相邻的选择点。

80.根据实施例79所述的方法，其中照射所述选择离散区的步骤包括使照射指向所述衬底、壁的微流体回路材料或热靶。

81.根据实施例80所述的方法，其中所述热靶包括金属沉积、金属沉积的图案或在表面上图案化的微结构。

82.根据实施例80或81所述的方法，其中所述热靶包括牺牲特征。

83.根据实施例79至82中任一项所述的方法，其中当所述一个或更多个微物体设置在所述封壳内的至少一个隔绝围栏内时，所述选择离散区位于所述至少一个隔绝围栏通向所述流动区的近侧开口附近。

84.根据实施例79至82中任一项所述的方法，其中当所述一个或更多个微物体设置在所述封壳内的至少一个隔绝围栏内时，所述选择离散区包括有助于限定所述至少一个隔绝围栏的微流体回路材料的选择点。

85.根据实施例79至82中任一项所述的方法，其中当所述一个或更多个微物体保持在所述封壳内的至少一个隔绝围栏内时，所述选择离散区包括设置在所述至少一个隔绝围栏内的牺牲特征。

86.根据实施例85所述的方法，其中所述牺牲特征包括微流体回路材料。

87.根据实施例79至86中任一项所述的方法，其中所述第一时间段在约10微秒至200毫秒的范围内。

88.根据实施例79至87中任一项所述的方法，其中照射所述选择离散区的步骤还包括加热位于所述选择离散区内或附近的流体介质的第一部分，从而产生空化力。

89.根据实施例79至87中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：加热流体介质的第一部分；并且产生稳定的气泡，移位围绕一个或更多个微物体的流体介质的第二部分。

90.根据实施例89所述的方法，其中移位流体介质的第二部分的步骤还包括在照射的第一时间段期间产生流体介质的循环流体流。

91.根据实施例79至87中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：加热流体介质的第一部分；并且产生一个或更多个气泡，从而产生流体介质朝向一个或更多个微物体的剪切流。

92.根据实施例79至87中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：加热流体介质的第一部分；产生被配置为朝向一个或更多个微物体流动的多个气泡；使所述一个或更多个微物体与所述多个气泡中的至少一个气泡的弯月面接触。

93.根据实施例89至92中任一项所述的方法，其中所述第一时间段在约100毫秒至约3000分钟的范围内。

94.根据实施例91或92所述的方法，其中所述第一时间段在约1000毫秒至约2000毫秒的范围内。

95.根据实施例79至94中任一项所述的方法，其中当所述一个或更多个微物体保持在所述封壳内的隔绝围栏内时，所述选择离散区包括形成所述隔绝围栏的远端的壁的至少一部分，其中所述壁与通向所述流动区的近侧开口相对。

96.根据实施例79至94中任一项所述的方法，其中当所述一个或更多个微物体设置在所述封壳内的隔绝围栏内时，所述选择离散区位于所述隔绝围栏的移位力产生区中。

97.根据实施例96所述的方法，其中所述一个或更多个微物体设置在所述隔绝围栏的隔离区内，并且所述移位力产生区流体连接到所述隔离区。

98.根据实施例66至93中任一项所述的方法，还包括从设置在所述封壳内的至少一个隔绝围栏排出所述一个或更多个微物体的步骤。

99.根据实施例98所述的方法，其中从所述至少一个隔绝围栏排出所述一个或更多个微物体的步骤包括用介电泳力移动所述一个或更多个微物体。

100.根据实施例66至99中任一项所述的方法，还包括从所述微流体设备的所述封壳的所述流动区排出所述一个或更多个微物体的步骤。

101.根据实施例100所述的方法，其中从所述流动区排出所述一个或更多个微物体的步骤包括使用流体流或介电泳力。

102.一种在微流体设备的封壳内混合流体介质和/或包含在其中的微物体的方法，所述方法包括：将光源聚焦于在微流体回路内设置在所述封壳的表面上的热靶上，所述微流体回路包括至少一种流体介质和/或微物体，从而加热所述至少一种流体介质的第一部分；以及在所述微流体回路内引起所述至少一种流体介质的循环流动，从而混合所述流体介质和/或设置在其中的微物体。

103.根据实施例102所述的方法，其中所述热靶设置在第一微流体通道内，所述第一微流体通道被配置为在第一位置处从第二流体通道分支，并且还被配置为在第二位置处重新结合到所述第二流体通道，其中所述热靶设置在它们之间的表面上。

尽管已经在本说明书中描述了本公开的特定实施例和应用，但是这些实施例和应用仅是示例性的，并且许多变型是可能的。