基于微流控芯片的液滴处理器的制作方法

本发明总体上涉及在微流体环境中从乳液中分离和分选液滴的设备和方法。

背景技术：

1、微流控装置可以在微小流体量的输送、控制和操作中提供一系列有利的特征。例如，当利用微流控系统如芯片实验室装置在小规模上实现某些操作时，生物、化学和生物化学化验的性能享有显著优点。由于减少了所需的试剂量和产生的化学废物量，使用微流控装置处理微米级(和更小)的液滴具有许多优点。具体来说，利用小体积为特定化验提供了前所未有的灵敏度和控制的机会。此外，某些微流控装置能够在任何需要的地方进行样品分析，而不是在集中的实验室中分析样品。因此，微流控装置可用于各种重要的应用中。

2、微流控装置和/或芯片实验室装置可以被分为“单相”平台和“液滴化”平台。单相平台利用浸没或悬浮在填充并流经微流控装置和/或芯片实验室装置的单一流体介质中的分析物(例如，细胞、分子或化学实体)。液滴化平台利用被分配到浸没或悬浮在连续非水性流体(例如，不混溶流体相)中的单独的(通常)水性的液滴中的分析物。液滴化平台的优点是，每个单独液滴形成独立和隔离的隔间，用于在小体积(例如皮升和纳升)下进行化学或生物反应，同时减少稀释和交叉污染。已经开发了许多基于荧光的分析技术，用于液滴内容物的高通量和灵敏分析，使得微液滴能够在各种化学、生物和其他此类应用中使用。

3、大多数当前的液滴化平台或基于液滴的平台被设计成通过非水性流体(例如，不混溶流体相)的连续流来承载或以其他方式输送液滴。因此，化验操作需要以既定的顺序进行，其时间由周围非水性流体的连续流决定。因此，正在进行的努力是推广这些基于液滴的平台，以使它们更灵活、可编程，并自适应地响应对单独液滴进行的中间测量。例如，为了使基于液滴的平台更灵活，进行单独操作以将液滴分选和/或引导到不同的后续工作流中，并基于某些评估的条件向单独液滴添加适当的试剂。

4、数字微流控(dmf)是当前用于尝试开发和实现更通用的基于液滴的平台的技术之一。典型的dmf平台包括两个平行的基底，这些基底包裹着散布有液滴的准二维(准2d)容积的非水性流体。dmf平台的一个基底表面覆盖有金属垫二维阵列，每个垫可控地连接到电压供应。当特定的金属垫与电压供应顺序地连接和断开时，液滴可以通过电润湿力在二维阵列中可控地移动。这种单独金属垫的激活和去活通常是由计算机控制的，使得可以针对简单操作进行简单脚本或应用程序的编程，允许针对化验实现进行更高水平的编程控制。

5、为了形成有用的基于液滴的平台，装置应当能够产生液滴、输送液滴、分选液滴、将液滴与选定的试剂液滴合并以及将液滴输送到下一个平台步骤的特定工作流。此类实现将能够得到灵活而强大的手段以在紧凑的微流控芯片上实施各种各样的生物、化学和生物化学化验。然而，已经证明很难生产出有用且稳健的dmf平台。制造稳健的dmf平台的许多问题是由于难以在基底表面上制造具有所需的电学和流体特性的金属垫阵列而产生的。例如，对每个垫进行单独电气访问需要位于阵列下方的底层印刷电路板和伴随的电气馈通。此类结构使得难以保持疏水性和电绝缘保形层沉积所需的极其光滑的表面。典型地，制造的垫表面在馈通区域中具有不均匀性，并且这些不均匀性可导致随后沉积的电绝缘和疏水层的断裂。结果，当液滴在这些特征上输送时，这些不均匀性在液滴上引起不可接受的阻力，并且更灾难性的是，在绝缘层上引起电击穿。电击穿导致进一步的表面降解、水电解(以及额外的与分析物流体的电化学反应)和气泡形成。原始表面一旦被电破坏，则在人们试图将液滴输送过受损表面时，会对液滴施加显著的阻力。增加施加电压以增加电润湿输送力会加剧电击穿并进一步损坏表面。这一基本困难和相关问题阻碍了dmf平台被实现以实施所希望的广谱微流体化验。

6、dmf平台的大部分吸引力在于其有能力以灵活的方式保持/评估/分选/混合液滴并且实施指定化验期望的尽可能多的操作(增加化验步骤只需要扩展平台的编程控制脚本)。然而，许多重要的化验仅依赖少量保持/评估/分选/混合操作来完成。因此，从实际实现的角度来看，需要能够以灵活、稳健和成本有效的方式进行这些液滴操作并且以用户指定的受控顺序实施这些操作中的几个的装置。

技术实现思路

1、作为本发明的一个方面，提供了用于在微流体环境中处理液滴的微流控设备。所述微流控设备包括第一微流体通道和第二微流体通道，第一微流体通道适于使第一水性流体的流流动通过第一微流体通道，第二微流体通道与第一微流体通道流体地连接。第二微流体通道适于使第一非水性流体的流流动通过该第二微流体通道并且进入第一微流体通道。所述微流控设备还包括第一微流体储器和第一储器队列部分，第一微流体储器与第一微流体通道流体地连接并且被配置成接收由第一微流体通道形成并且悬浮在第一非水性流体中的一个或多个第一水性流体液滴，第一储器队列部分被限定在第一微流体储器中并且被配置成排列所述一个或多个第一水性流体液滴。所述微流控设备还包括第一电极和第二电极，第一电极被定位成使得向该第一电极施加电压将使第一储器队列部分中的所述一个或多个第一水性流体液滴沿第一方向移动，第二电极被定位成使得向该第二电极施加电压将使第一储器队列部分中的一个或多个第一水性流体液滴沿第二方向移动。

2、作为另一方面，提供了用于在微流体环境中处理液滴的方法。所述方法包括使第一水性流体流动通过第一微流体通道，和使第一非水性流体流动通过与第一微流体通道流体地连接的第二微流体通道。所述方法还包括当第一水性流体和第一非水性流体流入与第一微流体通道流体地连接的第一微流体储器时，形成一个或多个第一水性流体液滴。所述方法还包括将悬浮在所述第一非水性流体中的所述一个或多个第一水性流体液滴输送到所述第一微流体储器的第一储器队列部分，以及评估所述第一储器队列部分中的所述一个或多个第一水性流体液滴，所述第一储器队列部分限定在所述第一微流体储器中。所述方法还包括在第一储器队列部分上产生电场，使得一个或多个第一水性流体液滴从第一储器队列部分沿第一方向和第二方向之一移动。

3、作为又一方面，提供了用于在微流体环境中处理液滴的微流控设备。所述微流控设备包括第一微流体储器和第一储器队列部分，第一微流体储器与第一微流体通道流体地连接并且被配置成接收由该第一微流体通道形成并且悬浮在第一非水性流体中的所述一个或多个第一水性流体液滴，第一储器队列部分被限定在第一微流体储器中并且被配置成排列所述一个或多个第一水性流体液滴。该微流控设备还包括第二微流体储器和第二储器队列部分，第二微流体储器与第三微流体通道流体地连接并且被配置成接收由第三微流体通道形成并且悬浮在第二非水性流体中的一个或多个第二水性流体液滴，第二储器队列部分被限定在第二微流体储器中并且被配置成排列一个或多个第二水性流体液滴。第一电极被定位成使得向该第一电极施加电压将使第一储器队列部分中的一个或多个第一水性流体液滴沿第一方向移动，并且使第二储器队列部分中的一个或多个第二水性流体液滴沿第二方向移动。第二电极被定位成使得向该第二电极施加电压将使第一储器队列部分中的所述一个或多个第一水性流体液滴沿第三方向移动。

4、结合所附权利要求，从下面的详细描述中，本发明的方法和装置的这些和其他特征和优点将是显而易见的。