用于收集液滴或其他实体的系统和方法与流程
本申请要求由weitz等人于2016年4月15日提交的美国临时专利申请序列号62/323,544的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本发明总体涉及能够收集液滴或其他实体(entities)的微流体装置。
背景技术：
精确控制和操纵液体中微粒的能力是生物学、医学和微流体学中许多应用的基础。已经研究和开发了用于处理液体中的颗粒的不同方法。已经提出了用于筛选和分选液滴的技术。例如，参见美国专利no.美国专利号8,765,485、8,986,628或9,038,919，各自通过引用整体并入本文。然而，收集的液滴通常汇集在一起，这可能使后续分析变得困难。
技术实现要素：
本发明总体涉及能够收集液滴或其他实体的微流体装置。在一些情况下，本发明的主题涉及相互关联的产品、特定问题的替代解决方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。
在一个方面，本发明总体涉及一种用于收集微流体实体的设备。在一组实施例中，该设备包括第一微流体通道和第二微流体通道，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。在一些情况下，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有一个入口和两个或更多个出口，所述一个入口和两个或更多个出口中的每一个都具有横截面积，入口的横截面积大于每个出口的每个横截面积，由此收集腔室能够收集横截面积大于每个出口的横截面积并且小于入口的横截面积的微流体实体。在某些实施例中，出口被间隔成使得可由收集腔室可收集的微流体实体可一次仅阻塞收集腔室内的一个出口。在一些情况下，第一微流体通道的流动阻力在该通道中没有实体的情况下低于第二微流体通道的流动阻力，而当第一微流体通道包含一个或多个微流体实体时高于第二微流体通道的流动阻力。
在另一组实施例中，该设备包括第一微流体通道和第二微流体通道，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。在某些实施例中，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有一个入口和两个或更多个出口，每个入口和出口都具有横截面宽度，所述入口的横截面宽度大于每个出口的每个横截面宽度。在某些情况下，出口的间隔距离介于入口宽度的75％和125％之间。在一些情况下，第一微流体通道的流动阻力低于第二微流体通道的流动阻力。
根据又一组实施例，该设备包括第一微流体通道和第二微流体通道，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。在一些实施例中，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有入口、出口和致动通道，所述致动通道当流体流过该致动通道时，能够使收集腔室内的液滴离开收集腔室。在某些情况下，第一微流体通道的流动阻力低于第二微流体通道的流动阻力。
根据又一组实施例，该设备包括流动路径，该流动路径包括多个分支点，其中至少一些分支点配对成使得成对的分支点通过第一微流体通道和第二微流体通道流体地连通。在一些情况下，至少一些第一微流体通道各自包括收集腔室和致动通道，所述致动通道当流体从中流过时能够使收集腔室内的实体离开收集腔室。
又一组实施例涉及一种设备，该设备包括流动路径，而该流动路径包括多个分支点。在一些情况下，至少一些分支点配对成使得成对的分支点通过第一微流体通道和第二微流体通道流体地连通。根据某些实施例，至少一些第一微流体通道各自包括收集腔室和致动通道。在各种情况下，每个致动通道与公共入口流体连通。
在另一方面，本发明总体涉及一种微流体设备，其包括第一微流体通道和第二微流体通道，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。在一些实施例中，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有入口和出口，入口和出口都具有横截面积，所述入口的横截面积大于所述出口的横截面积，由此所述收集腔室能够收集横截面积大于出口的横截面积并且小于入口的横截面积的微流体实体。该设备还可以包括致动通道，该致动通道当流体从中流过时能够使收集腔室内的实体离开收集腔室。在某些情况下，第一微流体通道的流动阻力在该通道中没有实体的情况下低于第二微流体通道的流动阻力，而当第一微流体通道包含一个或多个微流体实体时高于第二微流体通道的流动阻力。
本发明的又一方面总体涉及一种方法。根据一组实施例，该方法包括使两个或更多个微流体实体流入包含一个入口和两个或多个出口的收集腔室的步骤。在一些情况下，进入收集腔室的每个实体阻塞收集腔室内的一个出口，直到收集腔室的每个出口都被微流体液滴阻塞。在另一组实施例中，该方法包括使两个或更多个微流体实体流入包含一个入口和两个或多个出口的收集腔室。在一些情况下，进入收集腔室的每个实体阻塞收集腔室内的一个出口，直到收集腔室中除了一个出口以外的所有出口都被微流体液滴阻塞。
在又一组实施例中，该方法包括使多个微流体实体流过包括第一微流体通道和第二微流体通道的微流体装置的步骤。在一些实施例中，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。在某些情况下，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有一个入口和两个或更多个出口。在一些情况下，进入收集腔室的每个实体阻塞收集腔室内的一个出口，直到收集腔室的每个出口都被微流体液滴阻塞。在一些情况下，在第一微流体通道中的收集腔室的每个出口都被微流体实体阻塞了时，微流体实体流过第二微流体通道。
根据另一组实施例，该方法包括使多个微流体实体流过包括第一微流体通道和第二微流体通道的微流体装置的步骤，每个通道流体地连通第一场所和第二场所。根据一些实施例，第一微流体通道包括收集腔室，该收集腔室具有一个入口和两个或更多个出口。在某些情况下，进入收集腔室的每个实体阻塞收集腔室内的一个出口，直到收集腔室中除了一个出口之外的每个出口都被微流体液滴阻塞。在一些实施例中，在第一微流体通道中的收集腔室的每个出口都被微流体实体阻塞了时，微流体实体流过第二微流体通道。
在又一组实施例中，该方法包括以下步骤：提供包括一条流动通道和多个收集腔室的微流体装置，至少一些收集腔室各自包含两个或更多个微流体实体，其中至少一些收集腔室流体地连通沿流动路径的两个分离点；并且从一个收集腔室排出实体而不从其他收集腔室排出实体。
根据一组实施例，该方法包括以下步骤：使微流体实体流入包括入口和出口的收集腔室，其中液滴在进入收集腔室之后阻塞收集腔室内的出口；并且通过使流体流入收集腔室来使微流体实体通过入口流出开收集腔室。
在另一组实施例中，该方法包括以下步骤：提供包括一条流动路径和多个收集腔室的微流体装置，至少一些收集腔室各自包含两个或更多个微流体实体，其中至少一些收集腔室流体地连通沿流动路径的两个分离点；并且顺序地从收集腔室排出实体。
在另一组实施例中，该方法包括以下步骤：提供包括一条流动路径和多个收集腔室的微流体装置，至少一些收集腔室各自包含两个或更多个微流体实体，其中至少一些收集腔室流体连通沿流动路径的两个分离点；并通过使流体流入至少一个或多个收集腔室而从一个或多个收集腔室排出实体。在一些实施例中，流体流过与收集腔室流体连通的公共通道。
在又一组实施例中，该方法可以包括以下步骤：提供包括一条流动路径和多个收集腔室的微流体装置，至少一些收集腔室各自包含两个或更多个微流体实体，其中至少一些收集腔室流体地连通沿流动路径的两个分离点；并且将包含在收集腔室内的至少一些微流体实体暴露于共同流体。
在另一方面，本发明涵盖制造本文所述的一个或多个实施例(例如微流体装置)的方法。在另一方面，本发明涵盖使用本文所述的一个或多个实施例(例如微流体装置)的方法。
当结合附图考虑本发明的各种非限制性实施例的以下详细描述时，本发明的其他优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
将参考附图通过示例的方式描述本发明的非限制性实施例，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的组件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见，在图示对于本领域普通技术人员来说不是理解本发明所必需的情况下，并非每个组件都标记在每个图中，也没有示出本发明的每个实施例的每个组件在附图中：
图1a-1n示出了本发明的一些实施例中的某些收集腔室；
图2示出了本发明另一个实施例中的收集腔室；
图3a-3b示出了在本发明的又一个实施例中具有致动通道的收集腔室；
图4a-b示出了在本发明的其他实施例中具有多个收集腔室和致动通道的装置；
图5a-5d示出了在本发明的一个实施例中从多个收集腔室排出液滴；
图6a-6b示出了在本发明的另一个实施例中包括多个收集腔室的装置；
图7示出了在本发明的一个实施例中具有蛇形旁路流动路径的装置；
图8示出了在本发明的另一个实施例中具有蛇形旁路流动路径的另一装置；
图9示出了在本发明的又一个实施例中具有各种流动阻力的出口的收集腔室；以及
图10a-10d示出了液滴离开收集腔室的实施例。
具体实施方式
本发明总体涉及微流体装置。在一些方面，各种实体(例如液滴或颗粒)可以包含在微流体装置内，例如，在装置内的收集腔室或其他场所内。在一些情况下，可以例如以顺序模式或任意模式从这些场所排出实体。在一些情况下，实体可以在包含在收集腔室内的同时被成像、反应、分析等。其他方面总体涉及制造或使用这种装置的方法、涉及这种装置的套件等。
本发明的某些方面涉及用于在微流体装置内(例如在所述装置室内的收集腔室或其他场所内)容纳或操纵各种实体(例如液滴或颗粒)的各种系统和方法。对液滴或其他物种的操纵可以用于各种应用，包括例如化学和生物测定中测试反应条件。例如，现在参考图1a-1n示出本发明的实施例的一个示例。在该示例中，在收集腔室中收集三个微流体液滴。应当理解，尽管本文中经常讨论液滴，但这仅仅是为了易于呈现，在其他实施例中可以替代液滴或除了液滴之外使用其他合适的实体，例如颗粒、凝胶等，并且在某些情况下，实体可以是球形或非球形的。
首先转到图1n，其示出了一个实施例的示意图。在该附图中，示出了一个微流体装置，其包括第一场所11、第二场所12以及流体地连通第一场所和第二场所的两个微流体通道或流动路径21和22。流体(例如包含液滴或其他实体)可以从场所11流到场所12，从而限定流动方向(如箭头所示)。然而，由于场所11和场所12是分支点，所以流体可以流过均由微流体通道限定的路径21或22。
进入第一微流体通道21的液滴可能被捕获并被阻止到达第二场所12，而进入第二微流体通道22的液滴可能能够自由地流到第二场所12。这里将第二微流体通道22描绘为大致半圆形，尽管这在某种程度上是任意的，并且在其他实施例中，第二微流体通道22可以具有其他形状(例如矩形外形等，或包含其他隔室或特征等)。作为非限制性示例，如图7-9所示，“旁路”流动路径可以包括在第一和第二场所之间具有各种蛇形或锯齿形外形的微流体通道。另外，在一些情况下，流动路径的一些部分还可以包括直段。
例如，如果一个微流体通道的流动(流体动力学)阻力基本上小于另一个微流体通道的流动阻力，那么特别是含有液滴或其他实体的流体可以具有优选的流动路径。因此，例如，如果不存在液滴，则流体相对于微流体通道22可优先流过微流体通道21。然而，应当理解，这仅仅是一种偏好，并且通常一些流会同时流过两个通道，尽管流过一个通道的流量可能大于流过另一个通道的流量。
通常，流入场所11的液滴或其他实体可以循着最大流体流量(或最小流动阻力)的路径，因此进入微流体通道21而不是微流体通道22。然而，微流体通道21可以包含收集腔室30，其防止这些液滴或其他实体离开，例如以能够到达场所12。例如，如下所述，收集腔室可以包含一个尺寸被设计成允许液滴或其他实体进入的入口31，但具有一个或多个尺寸被设计成防止这些液滴或其他实体离开的出口32、33、34和35。例如，出口可以具有很小的区域和/或宽度，以防止这种液滴或其他实体离开。以这种方式，使得进入收集腔室的液滴或其他实体可能被捕获或包含在其中。例如，如本文所讨论的那样，出口也可以具有相同或不同的尺寸。
一旦收集腔室30已经例如用液滴或其他实体充分填满，则流体通过收集腔室30和微流体通道21的阻力就可能增加。例如，液滴或其他实体可以部分或完全地阻塞收集腔室30的出口，从而增加流体流过收集腔室的阻力。在一些情况下，这种阻力可能增加成使得微流体通道21内的流动(流体动力学)阻力大于通过微流体通道22的流动阻力。这可能导致流体例如由于较低的流动阻力而相对于微流体通道21优先流过微流体通道22。那么在这样的条件下，进入场所11的液滴或其他实体可能经由微流体通道22在收集腔室30周围流动而不是进入其中。因此，至少在一些实施例中，微流体通道22可以被认为是到收集腔室30的旁路通道。因此，在一些情况下，一旦收集腔室30已被充分填满，液滴或其他实体就将在其周围流动，例如，到达场所12并到达微流体装置的其他下游部分。应当理解，收集腔室30可以完全填满液滴或其他实体，以增加通过微流体通道21的流动阻力，尽管这不是必需的。在一些情况下，例如，收集腔室30可以仅部分地填充有液滴或其他实体以增加流动阻力，例如，一个或多个液滴或其他实体仍然能够进入收集腔室。
在图1n所示的实施例中，收集腔室30包括一系列四个出口，其可以用于在其它液滴绕过它之前收集一系列3个液滴。收集腔室30在该示例中示出为大致矩形并且能够“排成单列”或线性地收集液滴，尽管这仅是示例性的，并且在其他实施例中，收集其他数量的液滴或其他实体的其他构造和能力也是可行的。在图1a-1m示出了示出在收集腔室30内收集液滴的过程的一系列图像，液滴从右向左进入。在这些附图中，第一液滴进入收集腔室30并且基本上阻塞收集腔室30的一个出口(出口32)(图1d)。类似地，第二液滴随后进入并阻塞收集腔室30内的第二出口(出口33)(图1g)，而第三液滴随后进入并阻塞收集腔室30内的第三出口(出口34)(图1j)。此时，收集腔室30内的流动阻力已经由于在收集腔室30内的出口被液滴阻塞而增大，使得该流动阻力现在大于通过微流体通道22的流动阻力，尽管一些流动仍然可以通过出口35在收集腔室30中出现。然而，第四液滴(进入图1j)不进入收集腔室30，而是流过微流体通道22，从而绕过收集腔室3到达场所12(图1m)。
当然，应当理解，在各种实施例中，可以在收集腔室中收集其他数量的液滴(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等个液滴)。例如，图2中示出了具有5个出口的收集腔室的示例。该收集腔室可以是直的或矩形的，并且能够允许液滴排成单列，该收集腔室也可以具有不同的形状(例如弯曲形状、具有一个或多个角度的形状等)。
在一些实施例中，微流体系统可以包括第一微流体通道和第二微流体通道，其中每个通道流体地连通第一场所和第二场所。微流体通道中的一个(或两个)可以包括如本文所述的收集腔室。在一些情况下，第一和/或第二场所可以是分支点，例如，其中两个或更多个微流体通道从共同场所离开。这样的分支点可以连接到装置的其他下游部分(其可以包括其他收集腔室，或其他微流体通道或隔室等)。
收集腔室可以具有一个或多个入口和/或一个或多个出口。在一些情况下，一个或多个入口的尺寸被设计成允许液滴或其他实体进入，而一个或多个出口的尺寸被设计成防止液滴或其他实体离开。在一些情况下，出口将允许流体离开收集腔室，例如，同时防止液滴或其他实体离开。例如，至少在某些实施例中，入口的横截面积可以大于每个出口的每个横截面积。另外，在一些实施例中，一个或多个出口的尺寸可以被设计成防止液滴或其他实体离开，尽管在增大的压力下，液滴或其他实体可以充分变形以便能够通过出口。
收集腔室可能能够收集一个或多个实体，例如本文所述的液滴或其他实体。例如，收集腔室的尺寸可以被设计成收集例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等个液滴或其他实体。收集腔室的尺寸可以被设计成以排成单列、排成双列或其他排列方式收集实体。收集腔室可以是例如如图1n所示那样的相对直的，也可以具有其他几何形状，例如具有弯曲形状或具有一个或多个角度的形状等。在一些情况下，收集腔室是大致线性的或大致矩形的。收集腔室可能能够收集任何合当数量的液滴或其他实体。例如，收集腔室的尺寸可以被设计成收集至少1个、至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少7个、至少10个、至少15个、至少20个、至少25个、至少30个、至少35个、至少40个、至少45个、至少50个、至少75或至少100个液滴或其他实体。
收集腔室可以具有一个或多个入口。在一些情况下，入口可以具有这样的宽度或横截面积(例如，垂直于流入收集腔室的大量流体)，其至少足以允许微流体液滴或其他实体进入收集腔室。在一些情况下，入口可以大致更宽或更大以允许随时进入。然而，在某些实施例中，入口可以更小，例如，在液滴或其他实体可以某种方式“变形”成允许进入收集腔室的情况下。在一些情况下，例如，入口的宽度或横截面积可以是将要被收集在收集腔室内的微流体液滴(或其他实体)的平均直径或横截面积的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少100％、至少125％、至少150％、至少200％、至少300％、至少400％或至少500％。
收集腔室还可以具有一个或多个出口。该出口可能独立地具有相同或不同的形状、尺寸、宽度或内径等。在一些情况下，收集腔室的出口可以间隔成使得可由收集腔室收集的微流体液滴一次仅能阻塞收集腔室内的一个出口。在各种实施例中，液滴或其他实体对出口的阻塞可以是部分的或全部的。相邻出口之间的间隔可以是规则的或不规则的。例如，在某些实施例中，相邻出口的间距可以在相邻出口的平均间距的+/-20％、+/-10％或+/-5％之内。例如，这可以用于收集基本上单分散的，或具有在平均特征直径的+/-20％、+/-10％或+/-5％内的特征直径，或具有诸如本文所讨论的属性那样的其他属性的液滴或其他实体。
在某些实施例中，出口的宽度或横截面积可以大致小于要在收集腔室内收集的液滴或其他实体的宽度或横截面积。例如，一个或多个出口(或所有出口)的宽度或横截面积可以小于将要收集在收集腔室内的微流体液滴(或其他实体)的宽度或横截面积的110％、100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或10％。在一些情况下，出口的尺寸可以被设计成使得液滴或其他实体不能离开收集腔室，尽管在增大的压力下，液滴或其他实体可以充分变形成能够通过出口。另外，应当理解，不同的出口不一定必须各自具有相同的尺寸或尺寸，尽管在某些情况下它们可以这样。在一些实施例中，收集腔室能够收集具有大于每个出口的横截面积并且小于入口的横截面积的横截面积的液滴或其他实体，尽管在其他实施例中，其他尺寸也是可能的。
另外，在一些实施例中，出口可以表现出与流过其中的流体相同或不同的阻力。可以通过控制出口的形状(例如通过控制宽度、长度、横截面积、形状等中的一个或多个)来控制流体阻力。例如，出口之一可以具有比其他出口稍低的流体流动阻力。例如，在某些实施例中，一个出口的流动阻力与其他出口的流动阻力相比，可以减小至少10％、至少25％、至少50％、至少75％等。在一些情况下，该出口可以用于例如在施加增大的压力迫使液滴或其他实体离开收集腔室的前提下，控制从收集区域离开流体，从而可迫使液滴或其他实体通过最小流动阻力的出口离开。在一些情况下，该出口可以是离入口最远的出口，尽管在其他情况下，不同的出口可以具有降低的流动阻力。
然而，应当理解，在其他实施例中，不止一个出口可以具有降低的流动阻力。例如，在一些情况下，例如与其他出口相比，最靠近收集腔室入口的一个、两个或三个或更多个出口可以具有降低的流动阻力。例如，可以通过让出口具有较短长度和/或其他尺寸(例如宽度、横截面积、形状等)来实现降低的流动阻力。例如，这可能对最小化通过收集腔室的流体流量，尤其是当收集腔室包含液滴或其他实体时，是有用的，因为这些出口可能是被收集在室内的液滴或其他实体阻塞的最后那些。在图9中可以看到这种系统的非限制性示例。
出口可以定位在收集腔室内的任何合适的场所。例如，出口可以定位在收集腔室的一个壁或侧面上，或者定位在不同的场所，例如，一个或多个出口可以定位在收集腔室的端壁上。在一些情况下，出口可以定位在与收集腔室内的大量流体流动方向垂直的壁上。另外，在一些实施例中，收集腔室在与该收集腔室内的大量流体流动方向垂直的壁上包括多个出口，并且至少一个出口沿收集腔室内的大量流体流动方向离开该收集腔室。
如果存在多于一个用于收集腔室的出口，它们也可以如上所述那样具有相同或不同的宽度或横截面积。例如，在一些实施例中，一个出口的宽度或横截面积可以在这些出口的平均宽度或横截面积的+/-20％、+/-10％或+/-5％的范围内。这些出口也可能有基本上相同或不同的流动阻力。例如，在一些实施例中，一个出口的流动(流体动力学)阻力可以在这些出口的平均流动阻力的+/-20％、+/-10％或+/-5％的范围内。
在一些实施例中，出口的宽度或横截面积通常可与收集腔室的入口的尺寸相关。例如，入口的宽度或横截面积(例如，垂直于流过其中的大量流体)可以大致等于出口与收集腔室的间隔或平均间隔，或者其中出口的间隔距离介于入口宽度的75％至125％之间、80％至120％之间、85％至115％之间、90％至110％之间或95％至105％之间。然而，在一些情况下，入口宽度可以大于出口的平均间隔，或者出口的间隔距离可以是入口宽度的至少75％、至少80％、至少85％、至少90％或至少95％。
在一些情况下，一些或所有出口可以连通到公共通道，例如，流体地连通到第二场所的通道。然而，在一些实施例中，一个或多个出口可以彼此不连通，例如，这些出口可以连通到第二场所，但不经过公共通道。
在某些实施例中，例如，在没有液滴(或其他实体)的情况下，收集腔室的出口可以统一具有低于旁路流动阻力的流动阻力，从而优选地允许流体(和诸如液滴之类的实体)流入收集腔室。然而，一旦一个或多个液滴进入收集腔室，例如，阻塞了一个或多个出口，流体阻力就可能增大，并且在一些情况下，增大成使得流动阻力大于旁路流动阻力，从而导致更多的流体流动(以及诸如液滴之类的实体)绕过收集腔室。在某些情况下，例如，如所讨论的那样，可以通过控制收集腔室和/或出口的宽度或横截面积来控制通过收集腔室和/或出口的流动阻力。
该装置还可以包含一个或多个旁路微流体通道，例如，将收集腔室上游点与收集腔室下游点连通，而不用通过收集腔室。旁路微流体通道可以在这些点之间具有任何形状，并且在一些情况下可以包括附加腔室、分支或与其他微流体通道等的交叉点。然而，在其他情况下，旁路微流体通道可以是相对均匀和光滑的，例如，以便于液滴或其他实体在收集腔室周围行进。例如，在某些情况下，旁路微流体通道可以是相对弯曲的或蛇形的，旁路微流体通道也可以包含一个或多个直段、角度等。
在一些情况下，如先前所讨论的那样，旁路微流体通道的尺寸可以被设计成具有大于通过空收集腔室的流动阻力的流动阻力，但当收集腔室部分或完全填满时，该流动阻力小于空收集腔室的流动阻力。例如，当通过收集腔室的流动阻力等于或超过通过旁路微流体通道的流动阻力时，收集腔室的流动阻力可以是充满液滴或其他实体时的流动阻力的至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少80％、至少90％或100％。
例如，可以通过控制通道的长度、宽度、形状等来控制旁路微流体通道的流动阻力。作为非限制性示例，可以通过增加通道的长度来增大旁路微流体通道的流动阻力；为了将旁路通道配合在收集腔室周围，微流体通道可以具有例如如图7或8所示的弯曲或蛇形形状。
液滴或其他实体在包含在收集腔室内的同时，可以以某种方式进行分析或反应。例如，可以例如使用显微镜(例如荧光显微镜)对一个或多个液滴或实体成像，或者可以允许一个或多个液滴或实体以某种方式反应。例如，可以将流体引入一收集腔室，该收集腔室可以以某种方式与液滴或其他实体反应或相互作用，例如，以在液滴或实体周围形成涂层，以扩散到液滴或实体中，以与液滴或实体的表面反应等。其他分析技术也是可能的。另外，在一些情况下，例如，可以允许作为保存这种液滴或实体的方法(例如，如在液库中那样)将液滴或实体保持在收集腔室内而不受干扰，以允许其中的某些反应继续进行，以允许发生生物过程(例如，如果液滴或其他实体包含细胞)等。
另外，在本发明的一些方面，包含在收集腔室内的液滴或其他实体可以从腔室中排出。在一些情况下，排出可以单独进行，即，在一个腔室内的液滴或其他实体可以从该腔室中排出，而不同时从其他腔室排出其他液滴或其他实体。在某些情况下，这些可以以随机或任意方式(例如由用户任意选择)排出。例如，可以理想地排出一些收集腔室内包含的某些液滴(例如已经进行某种化学反应的液滴、含有某些所需细胞或其他物种的液滴、荧光或有色的液滴(或者不是荧光或有色的液滴)等)，而包含在其他收集腔室内的液滴不会被排出并保持在收集腔室内。在一些情况下，例如，可以在相同时间或不同时间选择装置内的一个或多个收集腔室进行排出。例如，可以由用户或自动系统(例如，连接到计算机的诸如摄像机之类的图像采集系统，其被编程为基于例如本文所讨论那样的各种标准来选择收集腔室和/或液滴)来进行选择。因此，在一些实施例中，液滴可以以有序的方式排出。
这种收集腔室的一个非限制性示例示出在图3a中。在该附图中，致动通道40流体地连通到收集腔室30。当流体进入致动通道40时(例如，通过控制控制流体流动的阀门)，收集腔室30内的液滴或其他实体可以通过入口31被推出，例如，以进入不同的微流体通道(例如，诸如如上所述的旁路微流体通道)。从致动通道40进入的流体可以是与收集腔室30内的流体相同或不同的流体。通过控制流体何时进入致动腔室，可以排出一个收集腔室内的液滴，而不排出其他收集腔室内的其他液滴。
可以用于控制致动通道40内的流体流动的这种阀门的一个非限制性示例示出在图3b中。在该附图中，通道40内的流体流动由腔室41控制。当流体例如使用合适的泵进入腔室41时，腔室可以膨胀并部分或完全密封通道40。然而，当例如使用合适的泵从腔室41移除流体时，腔室可以收缩，从而允许流体流过通道40进入收集腔室30。作为非限制性示例，阀门包括用于引入正压或减压的控制通道，并且适合于通过收缩或膨胀通道部分来调节相邻通道部分中的流体流动。例如，该阀门和/或通道部分可以由柔性材料形成，并且可以通过向阀门施加正压或减压来变形阀门和/或通道部分以实现阀门的致动。这种阀门的非限制性示例可以在美国申请公开no.2011/0151578中找到，其全部内容通过引用并入本文。然而，应当理解，在本发明的其他实施例中，其他控制方法也是可能的，并且可以使用本领域普通技术人员已知的各种方法，例如电动或气动地控制通道内的流体流动。
其他方法也可以用于从收集腔室排出液滴或其他实体。例如，在一组实施例中，可以在腔室内产生气泡，其可以用于将一个或多个液滴移出收集腔室。例如，在一些情况下，可以将激光引导到收集腔室或收集腔室的一部分。激光可以用于例如通过加热液体以形成气体从而产生气泡。气泡可以在空间上膨胀，从而使一个或多个液滴或其他实体离开腔室。气泡可以在收集腔室内的任何合适位置产生，例如，以将液滴或其他实体引导到一个或多个出口。
在其他实施例中，可以使用各种技术来操纵收集腔室内包含的液滴或其他实体；例如，可以(例如，经由收集腔室的一个或多个入口)将各种反应物添加到收集腔室中，液滴可以被爆裂(例如使用超声波或表面活性剂)，两个或液滴可以聚结在一起，液滴可能会膨胀或收缩等。
在又一组实施例中，可以控制流体流动或压降以使一个或多个液滴或实体从收集腔室离开。在一些情况下，来自收集腔室的一个或多个出口可被设计成具有比其他出口更小的流动阻力。然而，流动阻力仍可足以将液滴或其他实体捕获在收集腔室内。流体流动或压降的变化(例如，增加收集腔室上的压降)可导致一个或多个液滴或其他实体变形或挤压通过一出口，这种出口通常是那些具有比其他出口更小的流动阻力的出口。以这种方式，可以可控地从收集腔室排出液滴。
在图10中可以看到一个非限制性示例。在图10a中，多个液滴包含在一个收集腔室内。在该收集腔室右侧的水平出口具有比其他出口更低的流动阻力。在图10b中，压力增大，使液滴稍微变形。在图10c和10d中，由于施加的压力增加，液滴开始通过水平出口离开收集腔室。
在一些实施例中，流体地连通到不同收集腔室的致动通道可彼此流体地连通。以这种方式，来自多个收集腔室的液滴可以例如同时或顺序地排出，这取决于流体何时例如从致动通道进入每个收集腔室。顺序排出系统的一个非限制性示例示出在图4a中。在该附图中，一系列收集腔室51、52、53，……分别连通到分开的致动通道41、42、43，……在这些附图中，每个收集腔室51、52、53，……的尺寸被设计成仅包含一个液滴(或其他实体)，并且收集腔室是线性排列的；然而，这仅是示例性的，并且在其他实施例中，一个或多个(或所有)收集腔室可能能够包含多于一个的液滴或其他实体(并且它们不一定都需要收集相同数量的这些实体)，并且收集腔室可以以任何合适的配置(例如串联、并联或任何其他合适的配置)布置。如该示例所示，收集腔室与公共通道60流体连通。进入公共通道60的流体可以通过每个分开的致动通道，以使液滴或其他实体(例如以受控方式)从其收集腔室中排出。
应该注意的是，在该示例中，致动通道41、42、43、……不是全部相同的长度。不同长度可使得从公共通道60进入的流体在不同时间点到达每一个收集腔室51、52、53、……中，从而允许液滴或其他实体例如基于进入的流体到达每个收集腔室的时间，以不同的时间而不是同时从收集腔室51、52、53、……顺序排出。从这种系统中连续排出液滴的一个示例示出在图5a-5d中，其中多个收集腔室包含以从图5a至图5d逐渐进展的从左到右的方式排出的液滴。
类似的系统被示出在图4b中。然而，在该附图中，收集腔室不一定使用旁路通道连通，例如前面所讨论的那些。在该附图中，流体从入口70进入。出口80中的流动或流体动力学阻力可以大于通过致动通道41、42、43、44和45的流动阻力，使得流体优先流入收集腔室51、52、53、54和55而不通过出口80，例如，使得包含在流体内的液滴或其他实体进入收集腔室。致动通道41、42、43、44和45可以用作收集腔室51、52、53、54和55的流体出口，但其尺寸可以被设计或以其他方式防止液滴或其他实体通过其离开。以这种方式，液滴或其他实体可能被捕获在收集腔室内。另外，在一些情况下，致动通道41、42、43、44和45可以具有不同的流动阻力，使得流体相对于收集腔室52而优先流入收集腔室51中，和相对于收集腔室53而优先流入收集腔室52中，等等。这可能对例如允许顺序填充收集腔室是有用的(尽管在其他实施例中，例如，如果阻力大致相同，收集腔室也可以随机填充)。液滴或其他实体也可以例如通过使流体流过公共通道60回到收集腔室中来从收集腔室排出。
另外，应当注意，在一些实施例中，收集腔室内的液滴或其他实体可经由致动通道离开。例如，在一些实施例中，例如，通过使用部分或完全关闭的阀门，可以防止致动通道允许流体从中流过。在打开阀门时，液滴或其他实体可以流过致动通道，从而从收集腔室排出。
如上所述，在一些方面，一个以上的收集腔室可以存在于装置内。收集腔室可以以任何合适的配置布置。例如，它们可以以例如图4a中所示的相对线性的方式布置，或者以例如图6a(并在图6b中放大)中所示的二维矩阵形式布置。这种收集腔室可以例如以串联、并联或任何其他合适的配置布置。在一些实施例中，例如，多个收集腔室可以彼此相对靠近。例如，收集腔室可以布置成使得一个分支点(例如收集腔室和旁路通道之间的分支)也是后续收集腔室的分支点。这种配置的非限制性示例例如可以在图4和6b中看到。
因此，在某些实施例中，如本文所讨论的微流体装置可以包含任何数量的收集腔室。收集腔室可能能够独立地收集相同或不同数量的液滴或其他实体。微流体装置的收集腔室可以连通到公共入口和/或公共出口，和/或连通到多于一个入口和/或多于一个出口。如本文所讨论的那样，在一些情况下，还可以存在流体地连通到一些或所有收集腔室的致动通道。可以存在任何数量的合适收集腔室，并且它们可以例如以1维、2维或3维的规则或不规则的阵列定位在装置内的任何合适的场所。在一些情况下，收集腔室可以布置成矩形或其他有序阵列(例如1维阵列)，例如，以便于收集腔室和/或其中的液滴或其他实体的图像采集(例如通过显微镜、孔板读取器(wellplatereader)等)。
在一些情况下，待包含在收集腔室内的实体可以是例如包含在第二流体或携带流体中的第一流体的液滴。在一些情况下，第一流体和第二流体基本上不混溶。应当注意，液滴不一定是球形的，也可以采用其他形状，例如这取决于外部环境。在非球形液滴中的液滴的平均或特征直径可以被取作具有与非球形液滴相同体积的完美数学球体的直径。可以使用如本文所讨论那样的任何合适的技术来产生液滴。在一些情况下，液滴可以是第一流体中完全被第二流体包围的隔离部分，或者液滴的尺寸或横截面积可以小于包含液滴的通道的尺寸或横截面积。然而，在其他情况下，液滴可能稍微更大，并且可能在装置的通道内变形或“压扁”。
如本文所用，“流体”具有其普通含义，即液体或气体。流体不能保持确定的形状，并且在可观察的时间范围内流动以填充其所放置的容器。因此，流体可以具有允许流动的任何合适的粘度。如果存在两种或更多种流体，则本领域普通技术人员可以在基本上任何流体(液体、气体等)中独立地选择每种流体。
在大多数但不是所有实施例中，液滴和含有液滴的流体基本上是不混溶的。然而，在某些情况下，它们可能是混溶的。在一些情况下，亲水性液体可以悬浮在疏水性液体中，疏水性液体可以悬浮在亲水性液体中，气泡可以悬浮在液体中等。通常，疏水液体和亲水液体相对于彼此基本上不混溶，其中亲水液体对水的亲和力大于疏水液体。亲水性液体的示例包括但不限于水和包含水的其他水性溶液，例如细胞或生物介质、乙醇、盐溶液等。疏水性液体的示例包括但不限于诸如烃那样的油、硅油、氟烃油、有机溶剂等。在一些情况下，可以选择在液滴形成的时间范围内基本上不混溶的两种流体。本领域普通技术人员可以使用接触角测量法等来选择合适的基本上可混溶的或基本上不混溶的流体，以实施本发明的技术。在一些情况下，可以使用一种或多种表面活性剂稳定液滴。在一些情况下，例如，对于在室温和常压条件(25℃和1atm)下彼此暴露并且至少保持未分布状态至少大约一天的两种流体，可以通过相分离或其他合适的行为来在平衡状态下确定不混溶性。
作为示例，如果载液是含水的(例如“水”相)，则形成液滴的流体可以是在含水流体(例如“油”相)内基本上不混溶的非含水流体，相反亦然。然而，应当理解，“水”相不仅限于纯水，而且可以是任何与水混溶的流体，和/或流体可以是水，但含有溶解或悬浮在其中的其他物质等。类似地，“油”相不必是烃油，也可以是在水中基本上不混溶的任何流体。因此，术语“油”和“水”用作习惯术语，如本领域普通技术人员通常理解的那样。
根据某些实施例，使用表面活性剂稳定第一液滴和/或第二液滴。通常，表面活性剂存在于液滴中所含的流体与液滴周围的液体之间的界面处。在许多情况下，表面活性剂具有相对亲水(“头部”)区域和相对疏水(“尾部”)区域。在一些情况下，表面活性剂可以具有多于一个相对亲水区域和/或多于一个相对疏水区域。表面活性剂可以定位于界面处并且定向成使得亲水区域被引导至相对亲水流体，而疏水区域被引导至相对疏水流体，从而稳定液体内的液滴。在稳定之后，例如，当不存在表面活性剂时，在液体中彼此直接物理接触的液滴可能不能聚结在一起形成单个组合式液滴，在其他情况下液滴将一起聚结成组合式液滴，例如，使得液滴内的流体能够混合和/或使得液滴不再能够以液滴之间的离散界面而识别或区分为两个分开的液滴。
在一些情况下，第一和第二液滴可以具有相同的表面活性剂或不同的表面活性剂。可以使用多种表面活性剂中的任何一种，并且这些表面活性剂通常是本领域普通技术人员已知的并且可以容易从市场上获得。表面活性剂的示例可在例如如下文献中找到：c.holtze等人，“biocompatiblesurfactantsforwater-in-fluorocarbonemulsions，”labchip，8(10)：1632-9，2008；j.clausell-tormos等人，“droplet-basedmicrofluidicplatformsfortheencapsulationandscreeningofmammaliancellsandmulticellularorganisms”，chem.&biol，15(5)：427-437,2008；或由holtze等人于2007年8月7日提交的名称为“fluorocarbonemulsionstabilizingsurfactants”的pct/us07/17617，其于2008年2月21日作为wo2008/021123公开，在此通过引用并入本文。
不同类型的载液可以用于在装置中携带液滴或其他实体。载液可以是亲水的(例如水性的)或疏水的(例如油)，并且可以根据形成的液滴的类型(例如水基或油基)和在液滴中发生的过程类型(例如化学反应)来选择。在一些情况下，载液可以包含碳氟化合物。在一些实施例中，载液与液滴中的流体不混溶。在其他实施例中，载液与液滴中的流体稍微混溶。有时，与限定液滴的水性流体不混溶的疏水性载液是微溶于水的。例如，诸如pdms和聚(三氟丙基甲基硅氧烷)之类的油类是微溶于水的。
在各种实施例中，液滴的平均或特征直径可以小于约1毫米、小于约500微米、小于约300微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约75微米、小于约50微米、小于约30微米、小于约25微米、小于约20微米、小于约15微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约3微米、小于约2微米、小于约1微米、小于约500纳米、小于约300纳米、小于约100纳米或小于约50纳米。在某些情况下，液滴的平均直径也可以是至少约30纳米、至少约50纳米、至少约100纳米、至少约300纳米、至少约500纳米、至少约1微米、至少约2微米、至少约3微米、至少约5微米、至少约10微米、至少约15微米或至少约20微米。上述的任何组合也是可能的。液滴群的“平均直径”可以被取作液滴直径的算术平均值。
在某些实施例中，流体液滴可以是基本上单分散的。例如，流体液滴的直径分布可使得液滴中不超过约5％、不超过约2％或不超过约1％的液滴的直径小于多个液滴的总平均直径的约90％(或约95％或约99％)和/或大于该多个液滴的总平均直径的约110％(或约105％或约101％)。然而，在其他实施例中，流体液滴是多分散的。
在一些实施例中，液滴可以含有诸如化学、生物化学或生物实体、细胞、颗粒、珠子、气体、分子、药剂、药物、dna、rna、蛋白质、香料、反应剂、杀生物剂、杀真菌剂、杀虫剂、防腐剂之类的物种。因此，物种可以是可以包含在流体中的任何物质，并且可以与含有该物种的流体区分开。例如，物种可以溶解或悬浮在流体中。物种可以存在于一种或多种流体中。如果流体含有液滴，则物种可以存在于一些或所有液滴中。可能存在的物种的其他非限制性示例包括例如生物化学物种，例如核酸(诸如sirna、rnai和dna)、蛋白质、肽或酶。物种的其他示例包括但不限于纳米颗粒、量子点、芳香剂、蛋白质、指示剂、染料、荧光物质、化学品等。作为又一个示例，物种可以是药物、药剂或当摄入或以其他方式引入体内时具有生理作用(例如治疗疾病、缓解症状等)的其他物种。在一些实施例中，药物可以是小分子药物，例如其分子量小于约2000da、小于约1500da、小于约1000da或小于约500da。
如上所述，在其他实施例中可以收集除液滴之外的其他实体。例如，在一些实施例中，收集腔室例如除了液滴之外和/或代替液滴可以用于收集颗粒。颗粒可以是例如金属、玻璃、聚合物、凝胶等。在一些实施例中，颗粒可以是单分散的，和/或颗粒在某些情况下可以是球形的或非球形的。在一些情况下，一些或所有颗粒可以是微粒和/或纳米颗粒。微粒通常具有小于约1毫米的平均直径(例如使得颗粒的平均直径通常以微米计量)，而纳米颗粒通常具有小于约1微米的平均直径(例如使得颗粒的平均直径通常以纳米计量)。在一些情况下，纳米颗粒的平均直径可以小于约100纳米。在一些情况下，颗粒的直径分布可以使得液滴中至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约97％或至少约99％的液滴，具有与颗粒的平均直径相差不多于约10％、不多于约7％、不多于约5％、不多于约4％、不多于约3％、不多于约2％或不多于约1％的直径。
在一组实施例中，颗粒的平均直径小于约1毫米、小于约500微米、小于约300微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约75微米、小于约50微米、小于约30微米、小于约25微米、小于约20微米、小于约15微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约3微米、小于约2微米、小于约1微米、小于约500纳米、小于约300纳米、小于约100纳米或小于约50纳米。在某些情况下，颗粒的平均直径还可以是至少约30纳米、至少约50纳米、至少约100纳米、至少约300纳米、至少约500纳米、至少约1微米、至少约2微米、至少约3微米、至少约5微米、至少约10微米、至少约15微米或至少约20微米。在一些实施例中，这些的组合也是可能的。颗粒也可以是球形或非球形，并且颗粒的平均或特征直径可以被取为具有与颗粒相同体积的完美球体的直径。
流体可以从一个或多个流体源输送到装置中(例如输送到一个或多个通道中)。可以使用任何合适的流体源，并且在一些情况下，使用多于一个的流体源。例如，泵、重力、毛细管作用、表面张力、电渗透、离心力等可以用于将流体从流体源输送到装置。在一些实施例中，也可以使用真空(例如，来自真空泵或其他合适的真空源)。泵的非限制性示例包括注射泵、蠕动泵、加压流体源等。该装置可以具有与其相关的任何数量的流体源，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个流体源。流体源不需要用于将流体输送到相同的通道中，例如，第一流体源可以将第一流体输送到第一通道，而第二流体源可以将第二流体输送到第二通道等。
根据本发明的某些方面，多种材料和方法可以用于形成诸如本文所述的那些装置或组件，例如，诸如微流体通道之类的通道、腔室等。例如，各种装置或组件可由固体材料形成，其中通道可通过机械加工或微机械加工、3d打印、薄膜沉积工艺(例如旋涂和化学气相沉积、物理气相沉积)、激光制造、光刻技术、包括湿化学或等离子体工艺的蚀刻方法、电沉积、3d打印、热压花、层压、激光切割等形成。例如参见scientificamerican，248：44-55,1983(angell等人)。
在一组实施例中，本文描述的装置的各种结构或组件可由诸如玻璃、金属、聚合物之类的材料形成。聚合物的非限制性示例是弹性体聚合物，例如聚二甲基硅氧烷(“pdms”)、聚四氟乙烯(“ptfe”或
可能合适的聚合物的其他示例包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环烯烃共聚物(coc)、聚四氟乙烯、氟化聚合物、聚硅氧烷(如聚二甲基硅氧烷)、聚偏二氯乙烯、双苯并环丁烯(“bcb”)、聚酰亚胺、聚酰亚胺的氟化衍生物等。还设想了涉及包括上述那些的聚合物的组合、共聚物或共混物。该装置也可以由复合材料(例如聚合物和半导体材料的复合材料)形成。
在一些实施例中，该装置的各种结构或组件由聚合物和/或柔性和/或弹性体材料制成，并且可方便地由可硬化流体形成，便于通过模塑(例如复制模塑、注塑、浇铸模塑等等)来制造。可硬化流体基本上可以是任何可以被诱导凝固或自发凝固成为能够容纳和/或传输预期用于流体网络的流体的固体的任何流体。在一个实施例中，可硬化流体包含聚合物液体或液体聚合物前体(即“预聚物”)。合适的聚合物液体可以例如包括热塑性聚合物、热固性聚合物、蜡、金属或加热到其熔点以上的混合物或复合物。作为另一个示例，合适的聚合物液体可以包括一种或多种聚合物在合适溶剂中的溶液，该溶液在除去溶剂后例如通过蒸发而形成固体聚合物材料。可以从例如熔融状态或通过溶剂蒸发凝固的这种聚合物材料，是本领域普通技术人员所熟知的。各种聚合物材料(其中许多是弹性的)都合适，并且对于其中一个或两个模具母模由弹性体材料构成的实施例，其也适用于形成模具或模具母模。此类聚合物的非限制性示例清单包括普通类别的硅氧烷聚合物、环氧聚合物、硫醇和丙烯酸酯聚合物的聚合物。环氧聚合物的特征在于存在通常称为环氧基、1,2-环氧化物或环氧乙烷的三元环醚基。例如，除了基于芳族胺、三嗪和脂环族主链的化合物之外，还可以使用双酚a的二缩水甘油醚。另一个示例包括众所周知的酚醛清漆聚合物。适用于本发明的硅氧烷弹性体的非限制性示例包括由包括氯硅烷(例如甲基氯硅烷，乙基氯硅烷，苯基氯硅烷等)的前体形成的那些。
在某些实施例中使用有机硅聚合物，例如有机硅弹性体聚二甲基硅氧烷。pdms聚合物的非限制性示例包括由位于美国密歇根州的米德兰的陶氏化学公司以商标sylgard销售的那些，特别是sylgard182，sylgard184和sylgard186。包括pdms的有机硅聚合物具有几种有益的性质，简化了本发明各种结构的制造。例如，这种材料便宜、容易获得，并且可以通过加热固化而从预聚合液体凝固。例如，pdms通常可通过将预聚合物液体暴露于例如约65℃至约75℃的温度下例如至少约1小时而固化。而且，硅氧烷聚合物(例如pdms)可以是有弹性的，因此可以用于形成具有相对高纵横比的非常小的特征，这在本发明的某些实施例中是必需的。在这方面，柔性(例如弹性)模具或母模可能是有利的。
用硅氧烷聚合物(例如pdms)形成诸如微流体结构或通道之类的结构的一个优点是这种聚合物例如通过暴露于含氧等离子体(如空气等离子体)而被氧化的能力，使得氧化结构在其表面含有能够与其它氧化硅氧烷聚合物表面交联或与各种其它聚合和非聚合材料的氧化表面交联的化学基团。因此，可以制造结构然后氧化并且基本上不可逆地密封到其他硅氧烷聚合物表面，或者密封到与氧化硅氧烷聚合物表面反应的其他基板的表面，而不需要单独的粘合剂或其他密封手段。在大多数情况下，可以简单地通过将氧化硅氧烷表面接触另一表面来完成密封，而不需要施加辅助压力来形成密封。也就是说，预氧化硅氧烷表面用作抵抗合适的配合表面的接触粘合剂。具体地说，除了不可逆地密封自身之外，氧化硅氧烷(如氧化pdms)也可以不可逆地密封到除自身之外的一系列氧化材料，包括例如玻璃、硅、氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和环氧聚合物，其已经以与pdms表面类似的方式(例如通过暴露于含氧等离子体)被氧化。在本发明的上下文中有用的氧化和密封方法以及整体模塑技术在本领域中有所描述，例如，参见duffy等人的名称为“rapidprototypingofmicrofluidicsystemsandpolydimethylsiloxane”，刊登在anal.chem.,70:474-480,1998上的文章，该文献通过引入并入本文。
由氧化硅氧烷聚合物形成通道或其他结构(或内部，流体接触表面)的另一个优点是这些表面可以比典型弹性体聚合物(其中需要亲水性内表面)的表面更加亲水。因此，与由典型的未氧化弹性体聚合物或其他疏水性材料组成的罐结构相比，这种亲水性通道表面可以更容易用水溶液填充和润湿。
在一些方面，这种装置可以使用多于一个的层或基板(例如多于一层的pdms)来生产。例如，具有多个高度的通道的装置和/或具有如本文所述那样定位的界面的装置可以使用多于一个的层或基板来生产，然后可以例如使用等离子体结合将其组装或结合在一起以产生成品装置。作为具体示例，如本文所讨论的装置可以由包含两层或更多层光致抗蚀剂的母模(例如其中两个pdms模具然后通过使用o2等离子体或其他合适的技术激活pdms表面而结合在一起)模塑而成。例如，在一些情况下，用来浇铸pdms装置的母模可以包含一层或多层光刻胶，例如，以形成3d装置。在一些实施例中，所述层中的一个或多个可以具有一个或多个配合突起和/或凹口，所述配合突起和/或凹口例如以锁定和键合方式被对准以适当地对准所述层。例如，第一层可以具有突起(具有任何合适的形状)，而第二层可以具有相应的凹口，该凹口可以容纳突起，从而使两个层相对于彼此适当地对准。
在另一组实施例中，装置(或装置的至少一部分)可通过制备模具(例如，通过3d打印或其他合适的制造技术)来制备，然后使用模具形成微流体装置，例如通过在模具周围硬化聚合物，然后移除模具以产生微流体装置。通过3d打印生产合适模具的技术对于本领域普通技术人员来说是已知的。另外，制造模具的其他方法包括但不限于压花、层压、激光切割等。
在一些方面，通道的一个或多个壁或部分可以涂覆有涂层材料，包括光活性涂层材料。例如，在一些实施例中，共同接合处的每个微流体通道可以具有基本相同的疏水性，尽管在其他实施例中，各种通道可以具有不同的疏水性。例如，共同接合处的第一通道(或通道组)可表现出第一疏水性，而其他通道可表现出不同于第一疏水性的第二疏水性，例如表现出大于或小于第一疏水性的疏水性。用于例如利用溶胶-凝胶涂层涂覆微流体通道的系统和方法的非限制性实例，可以参见以下文献：abate等人于2009年2月11日提交的名称为“surfaces，includingmicrofluidicchannels，withcontrolledwettingproperties”的国际专利申请no.pct/us2009/000850，其于2009年10月1日公开为wo2009/120254；以及由weitz等人于2008年8月7日提交的名称为“metaloxidecoatingonsurfaces”的国际专利申请no.pct/us2008/009477，其于2009年2月12日公开为wo2009/020633，这些文献均通过引用整体并入本文。涂层的其他示例包括例如使用本领域普通技术人员已知的技术的聚合物、金属、硅烷或陶瓷涂层。
如上所述，在一些(但不是全部)实施例中，可以涂覆或以其他方式处理一些或所有通道，使得包括入口和子通道的一些或所有通道各自具有基本相同的亲水性。在某些情况下，涂层材料可以用于控制和/或改变通道壁的疏水性。在一些实施例中，提供溶胶-凝胶，其可以形成为诸如通道(例如微流体通道)壁之类的基板上的涂层。在一些情况下，溶胶-凝胶的一个或多个部分可以反应以改变其疏水性。例如，一部分溶胶-凝胶可以暴露于光(例如紫外光)，其可以用于在溶胶-凝胶中诱导化学反应，其改变溶胶-凝胶的疏水性。溶胶-凝胶可以包括光引发剂，其在暴露于光时产生自由基。任选地，光引发剂与溶胶-凝胶内的硅烷或其他材料配对。如此产生的自由基可以用于使得在溶胶-凝胶表面上发生缩合或聚合反应，从而改变表面的疏水性。在一些情况下，例如通过控制向光的暴露(例如使用掩模)，可以使各种部分反应或保持不反应。
现在提供各种定义，这将有助于理解本发明的各个方面。下面(借助于这些定义的点缀)是将更全面地描述本发明的进一步公开。
如上所述，本发明的各种实施例涉及流体液滴。取决于具体应用，液滴可以具有大致相同的形状和/或尺寸，也可以具有不同的形状和/或尺寸。应当注意，液滴不一定是球形的，也可以例如取决于外部环境而采用其他形状。在一些情况下，液滴的横截面尺寸可以小于包含液滴的通道，但在其他情况下，液滴可完全填充通道的横截面部分。
如上所述，在一些但不是所有实施例中，本文描述的系统和方法可以包括一个或多个微流体组件，例如一个或多个微流体通道。如本文所用，“微流体”是指包括至少一个横截面尺寸小于1毫米的流体通道的装置、设备或系统。在一些情况下，通道的长度与最大横截面尺寸的比率可以至少为3：1。如本文所用，“微流体通道”是满足这些标准的通道。垂直于通道内流体流动方向测量通道的“横截面尺寸”。因此，本发明的微流体实施例中的一些或所有流体通道可以具有小于2毫米的最大横截面尺寸，并且在某些情况下，具有小于1毫米的最大横截面尺寸。在一组实施例中，含有本发明实施例的所有流体通道都是微流体或具有不大于2毫米或1毫米的最大横截面尺寸。在某些实施例中，流体通道可以部分地由单个组件(例如蚀刻基板或模制单元)形成。当然，较大的通道、管子、腔室、贮存库等可以用于保存流体和/或输送流体。在一组实施例中，含有本发明实施例的通道的最大横截面尺寸小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米或小于25微米。
通道可以具有任何横截面形状(圆形、椭圆形、三角形、不规则形、正方形或矩形等)，并且可以被覆盖或不被覆盖。在完全被覆盖的实施例中，通道的至少一部分可以具有完全封闭的横截面，或者整个通道可以沿其整个长度除了其入口和/或出口之外完全封闭。通道还可以具有至少2：1、更通常至少3：1、5：1、10：1、15：1、20：1或更多的纵横比(长度与平均横截面尺寸)。开放通道通常将包括有利于控制流体输送的特征，例如结构特征(细长压痕)和/或物理或化学特征(疏水性与亲水性)或可以在流体上施加力(例如包含力)的其他特性)。通道内的流体可以部分或完全填充通道。在使用开放通道的一些情况下，流体例如可以使用表面张力(即凹形或凸形弯月面)而保持在通道内。
通道可以具有任何尺寸，例如，垂直于流体流动的最大尺寸小于约5毫米或2毫米、或小于约1毫米、或小于约500微米、小于约200微米、小于比约100微米、小于约60微米、小于约50微米、小于约40微米、小于约30微米、小于约25微米、小于约10微米、小于约3微米、小于约1微米、小于约300纳米、小于约100纳米、小于约30纳米或小于约10纳米。在一些情况下，可以选择通道的尺寸以使得流体能够自由地流过该物品或基板。也可以选择通道的尺寸，例如，以在通道中允许一定的流体体积或线性流量。当然，通道数量和通道形状可以通过本领域普通技术人员已知的任何方法改变。在某些情况下，可以使用多于一个通道或毛细管。例如，可以使用两个或更多个通道，其中它们定位于彼此内部，定位成彼此相邻，定位成彼此相交等。
以下文献通过引用并入本文：由weitz等人于2010年6月25日提交的名称为“fluidinjection”的国际专利申请公开no.wo2010/151776；以及由weitz等人于2015年6月25日提交的名称为“fluidinjectionusingacousticwaves”的国际专利申请公开no.wo2015/200616号。此外，以下文献通过引用并入本文：由link等人于2006年2月23日提交的名称为“electroniccontroloffluidicspecies”的美国专利申请序列号11/360,845，其于2007年1月4日公开为美国专利申请公开no.2007/0003442；由kumar等人于1993年10月4日提交的名称为“formationofmicrostampedpatternsonsurfacesandderivativearticles”的美国专利申请序列号08/131,841，现为1996年4月30日授权的美国专利no.5,512,131；由whitesides等人于1996年3月1日提交的名称为“microcontactprintingonsurfacesandderivativearticles”的国际专利申请pct/us96/03073的优先权，该专利申请于1996年6月26日公开为wo96/29629；由kim等人于1998年1月8日提交的名称为“methodofformingarticlesincludingwaveguidesviacapillarymicromoldingandmicrotransfermolding”的美国专利申请序列号09/004,583，现为2002年3月12日授权的美国专利no.6,355,198；由anderson等人于2001年5月25日提交的名称为“microfluidicsystemsincludingthree-dimensionallyarrayedchannelnetworks”的国际专利申请pct/us01/16973，其于2001年11月29日公开为wo01/89787；由stone等人于2002年6月28日提交的名称为“multiphasemicrofluidicsystemandmethod”的美国临时专利申请no.60/392,195；由link等人于2002年11月5日提交的名称为“methodandapparatusforfluiddispersion”的美国临时专利申请no.60/424,042；由link等人于2003年4月10日提交的名称为“formationandcontroloffluidicspecies”的美国临时专利申请序列号60/461,954；由stone等人于2003年6月30日提交的名称为“methodandapparatusforfluiddispersion”的国际专利申请pct/us03/20542，其于2004年1月8日公开为wo2004/002627；由link等人于2003年8月27日提交的名称为“electroniccontroloffluidicspecies”的美国临时专利申请no.60/498,091；由link等人于2004年4月9日提交的名称为“formationandcontroloffluidicspecies”的国际专利申请号pct/us2004/010903，其于2004年10月28日公开为wo2004/091763；由link等人于2004年8月27日提交的名称为“electroniccontroloffluidicspecies”的国际专利申请no.pct/us2004/027912，其于2005年3月10日公开为wo2005/021151；由stone等人于2004年12月28日提交的名称为“methodandapparatusforfluiddispersion”的美国专利申请no.11/024,228，其于2005年8月11日公开为美国专利申请公开no.2005-0172476；由weitz等人于2005年3月4日提交的名称为“methodandapparatusforformingmultipleemulsions”的美国临时专利申请no.60/659,045；由garstecki等人于2005年3月4日提交的名称为“systemsandmethodsofformingparticles”的美国临时专利申请no.60/659,046；由link等人于2005年10月7日提交的名称为“formationandcontroloffluidicspecies”的美国专利申请no.11/246,911。
另外，以下文献通过引用整体并入本文：国际专利申请公开no.wo2009/134395、wo2009/139898和wo2007/030501。同样通过引用整体并入本文的是由weitz等人于2016年4月15日提交的美国临时专利申请序列号62/323,544。
虽然本文已经描述和说明了本发明的若干实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行这些功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且这些变型和/或修改中的每一个都被认为是在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置旨在示范，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的特定应用。本领域技术人员将认识到或能够使用不超过常规的实验来确定本文所述的本发明具体实施例的许多等效物。因此，应当理解，前述实施例仅作为示例呈现，并且在所附权利要求及其等效物的范围内，本发明可以不同于具体描述和要求保护的方式实施。本发明涉及本文所述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则包括两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本发明的范围内。
在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，本说明书应当受到控制。如果通过引用并入的两个或更多个文献包括相互冲突和/或不一致的公开，则具有较晚生效日期的文献应当受到控制。
如本文定义和使用的所有定义应当理解为控制在字典定义、通过引用并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义上。
除非另有明确说明，否则本说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”、“一个”应当理解为表示“至少一个”。
本说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为表示如此结合的元素中的“任何之一或两者”，即在某些情况下结合地存在而在其他情况下分离地存在的元素。用“和/或”列举的多个元素应当以相同的方式解释，即，如此结合的元素中的“一个或多个”。可以任选地存在除了与“和/或”子句具体标识的元素之外的其他元素，无论与具体所标识的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用可以在一个实施例中仅指代a(可任选地包括除了b之外的元素)；在另一个实施例中仅指代b(可任选地包括除了a之外的元素)；而在又一个实施例中指代a和b两者(可任选地包括其他元素)等等。
如本说明书和权利要求书中所用，“或”应当理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开一个列表中的项目时，“或”或“和/或”应当被解释为包含性的，即，包含至少一个元素，但也包括许多元素或元素列表中的多个元素，以及可任选地其他未列举的项目。只有明确相反地指出的术语(诸如“只有一个”或“恰好一个”或者在权利要求中使用时的“由……组成”)将是指包含许多元素或元素列表中的恰好一个元素。总之，此处使用的术语“或”当前缀诸如“任意一个”、“之一”、“一个”、“只有一个”或“恰好一个”之类的排他性术语时，仅应被解释为表示排他性选项(即“一个或另一个但不是两个”)。
如本说明书和权利要求书中所使用的那样，关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当理解为表示选自该元素列表中的任何一个或多个元素中的至少一个元素，但不一定包括具体列举在该元素列表中的每个元素或全部元素中的至少一个元素，并且不排除该元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许可任选地存在除了具体标识在短语“至少一个”所指的元素列表内的元素之外的元素，无论与具体标识的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地，“a和/或b中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个(任选地包括多于一个)a，而不存在b(并且任选地包括除b之外的元素)；在另一个实施例中可以指至少一个(任选地包括多于一个)b，而不存在a(并且任选地包括除a之外的元素)；而在又一个实施例中可以指至少一个(任选地包括多于一个)a和至少一个(任选地包括多于一个)b(和任选地包括其他元素)等等。
当在本文中关于数字使用词语“约”时，应当理解，本发明的又一个实施例包括没有用出现词语“约”来修饰的那个数字。
还应当理解，除非明确相反地指出，否则在本文要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于该方法的步骤或动作叙述时的顺序。
在权利要求以及上面的说明书中，所有过渡短语，例如“包括”、“含有”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”、“由……构成”等，应当理解为开放式的，即包括但不限于。只有过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”应当分别是闭合或半闭合过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述。
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