用于组合液滴的高生产量的生产的系统和设备及使用方法

用于组合液滴的高生产量的生产的系统和设备及使用方法
【专利摘要】本发明涉及包括微流体芯片的微流体系统以及执行化学测定的方法，其中，样本被处理成多个子液滴并且所述子液滴利用不同的试剂进行培养。这些液滴的性质可被检测以提供测定数据。
【专利说明】用于组合液滴的高生产量的生产的系统和设备及使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年I月24日提交的美国临时专利申请号61/931，516的优先权，该临时专利申请的内容通过引用被全部并入本文。
[0003]美国政府的联邦资金
[0004]本发明是在国立卫生研究院(NIH)的健康与人类服务部授予的R01CA155305号基金的政府支持下完成的。美国政府在本发明中有某些权利。
[0005]背景
技术领域
[0006]本发明当前要求的实施例的领域涉及微流体系统、设备以及方法，并且更具体地涉及提供组合液滴的高生产量的生产的微流体系统、设备以及方法。
[0007]相关技术的讨论
[0008]随着液滴可以作为在生物和化学应用中的微型反应器，近期对数字微流体的研究已经迅速成长。液滴微流体平台吹嘘具有短时间内产生许多反应的能力。然而，大部分的液滴平台将样本数字化成离散的液滴，并且局限于根据同类的试样条件I的单一样本的分析。这样的平台是不能解决需要大量的样本和试样库的下一代应用的需要。示例包括用于作物改良和对于常见疾病相关基因的鉴定所需的基因分型的单核苷酸多态性SNP分析。因此，仍然是需要改进的微流体系统、设备和方法。
[0009]概述
[0010]本发明的一些实施例包括微流体系统，微流体系统包括微流体芯片，微流体芯片包括芯片主体、第一样本源、第二样本源和清洗液源，芯片主体界定液滴形成部分、液滴拆分部分、试剂注入部分，其中，液滴形成部分包括样本输入通道，液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分，以及，试剂注入部分被流体地连接到所述液滴拆分部分;第一样本源被选择性地连接到所述样本输入通道;第二样本源被选择性地连接到所述样本输入通道;以及清洗液源被选择性地连接到所述样本输入通道。
[0011]本发明的附加的实施例包括微流体芯片，微流体芯片包括芯片主体，芯片主体界定液滴形成部分、液滴拆分部分、试剂注入部分，液滴形成部分包括:主通道、样本输入通道、输入通道阀门、清洗通道、清洗通道阀门，其中，样本输入通道具有流体地连接到所述主通道的第一端以及配置为接收样本和清洗液的第二端，输入通道阀门在所述输入通道中以选择性地允许以及阻止流体从所述样本输入通道流到所述主通道，清洗通道在所述输入通道阀门和所述样本输入通道的所述第二端之间的位置处被流体地连接到所述样本输入通道，以及清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述输入通道到所述清洗通道的流体流动，其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述输入通道阀门是打开的，并且所述清洗通道阀门是关闭的以提供在惰性流体中悬浮的在所述主通道中具有基本上预定的体积的样本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述输入通道阀门是关闭的，并且所述清洗通道阀门是打开的，使得清洗液通过所述清洗液穿过所述样本输入通道以及从所述清洗通道流出的流动清洗所述样本输入通道;液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分的所述主通道以从所述主通道接收所述样本液滴，并且将所述样本液滴拆分成多个子液滴以从多个次级通道中的相应的一个通道中的所述液滴拆分部分输出；以及试剂注入部分被流体地连接到所述多个次级通道的每一个通道，并且具有对应的被布置的多个试剂注入通道，当所述子液滴在所述试剂注入部分中时，使得多个试剂中的每个试剂基本同时被注入到所述多个子液滴的相应的一个液滴以在来自所述试剂注入部分的多个输出通道中的对应的一个通道中提供多个样本-试剂液滴的输出。
[0012]本发明的一些附加的实施例包括执行化学测定的方法，包括:提供来自穿过所述流体设备的输入通道的第一样本的在流体设备的主通道中的第一液滴;清洗所述流体设备的所述输入通道以从所述输入通道基本除去所述第一样本的所有的残余;继所述清洗之后，立即提供来自穿过所述流体设备的所述输入通道的第二样本的在所述流体设备的所述主通道中的第二液滴，使得所述第一液滴和所述第二液滴由惰性流体分开;把所述第一液滴分成第一多个子液滴;把所述第二液滴分成第二多个子液滴;将第一多个试剂添加到所述第一多个子液滴的对应的一个子液滴;将第二多个试剂添加到所述第二多个子液滴的对应的一个子液滴;检测所述第一多个子液滴和第二多个子液滴中的每一个子液滴的物理性质以提供测定数据；以及基于所述测定数据确定所述第一样本和第二样本的性质。
[0013]附图简述
[0014]图1是根据本发明的实施例的原理图。
[0015]图2是同使用串行操作的流体设备相比的本发明的实施例的原理图。
[0016]图3是并行的液滴分裂和融合平台的原理图。
[0017]图4示出示例微流体设备的设计和结构。
[0018]图5示出又一个示例微流体设备的设计和结构。
[0019]图6是样本液滴生成和通道清洗的原理图。
[0020]图7示出示例样本设备的分裂和培养区的一部分的显微照片以及依赖于阀门开启时间和回压的样本液滴体积的曲线图。
[0021]图8示出表示设备多路复用能力的微流体设备的荧光显微照片。
[0022]图9示出液滴分叉的均匀性。
[0023]图10示出均匀的试剂液滴。
[0024]图11示出融合的样本-试剂液滴。
[0025]图12示出对融合的液滴的基于图像的并行检测。
[0026]图13示出耦合到微流体设备的用于自动加载的设备。
[0027]图14示出耦合到微流体设备的用于阻抗检测的设备。
[0028]详细描述
[0029]以下详细讨论本发明的一些实施例。在描述实施例时，为清晰起见使用了具体的术语。然而，本发明不旨在局限于所选的具体的术语。相关领域的技术人员将认识到可以使用其它等价组件以及开发未脱离本发明的广义概念的其它方法。在包括背景和详细描述部分的说明书中任何地方所引用的所有参考文献通过引用被并入，好像每篇已经被单独并入一样。
[0030]根据组合产生纳升的液滴的需要，本发明的一些实施例提供并行的基于液滴的平台。
[0031]通过并行拆分和融合模块，生产量可提高两个数量级。利用根据本发明的实施例的32Hz的液滴生产，在单个设备(支持75万不同混合物的4次复制)上这种并行的设计的计划的生产量几乎是每天3百万试样样本的液滴。这转化为每分钟复制4次的240个单一的试样样本混合物。
[0032]如图1所示，本发明的实施例可包括微流体芯片101，微流体芯片101具有液滴形成部分102、液滴拆分部分103、试剂注入部分104，液滴拆分部分103连接到液滴形成部分，试剂注入部分104流体地连接到液滴拆分部分。
[0033]如图2所示，本发明的实施例可以是允许并行处理样本液滴的微流体芯片。图2将传统线性设计的微流体芯片(上图)和允许并行操作来处理以及检测样本液滴(下图)的本发明的实施例进行比较。如图2的下图所示，样本液滴在注入试剂前经历分叉步骤。在这个实施例中，分叉导致至少4个子样本液滴的形成。接着，这些子液滴每个被注入四种试剂(尺1、1?2、1?、1?4)中的一种以形成加试剂的样本液滴(3+1?1、3+1?2、3+1?、3+1?4)。最后，这些样本加试剂的液滴进行并行检测。这与传统方法(上图)形成对照，在传统方法中，样本液滴和试剂(R4、R3、R2和Rl)一起培养，以线性的方式创建样本加试剂的液滴(S+R4、S+R3、S+R2和S+Rl)o
[0034]图3详细说明图2中描述的实施例。在这个实施例中，本发明完成一系列的步骤:步骤1:液滴平台(或微流体芯片)有能力从多孔板接受无限数量的样本。随后，无限数量的样本可被加载并处理;在这种情况下，至少7个样本是以S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7表示的。从图3可见，当它们各自的样本液滴(31、32、33、34、35、36和37)通过通道移动时，样本1-样本7可按照先后顺序被处理。液滴平台可制成能够从具有定制的串行样本加载(SSL)系统的多孔板接受无限数量的样本。步骤2:样本液滴被数字化成大小约为?30nL的更小的子液滴。一旦液滴被处理，进样口在注入新的样本前被清洗以防止交叉污染。样本液滴的体积由阀门的开启时间和入口背压控制。通过减少下游的阻力，上游和下游卸压通道(分别是卸压通道I和卸压通道2)有助于液滴的分散性。步骤3:当子液滴流经3个串联的分叉交叉点时发生拆分，并且拆分成8个液滴。一旦子液滴通过启动油阀门到达试剂的注入部位，流动停止。第三个下游卸压通道(卸压通道3)保证液滴被均匀拆分。步骤4:然后，试剂库同时被直接注入到8个样本的子液滴内。在这种情况下，试样(1?1、1?2、1?、1?4、1?5、1?6、1?7和1?8)被直接注入到液滴。试样的体积由阀门的开启时间和入口背压控制。步骤5:注入后，8个样本-试剂滴状物在蛇形通道中混合，并且流经2个附加的串联的分叉交叉点，产生8个唯一的组分的总共32个液滴。使用成像或平行的共焦的荧光光谱学系统3可执行检测。
[0035]这整个操作程序在少于I秒内被完成。此外，液滴的序列被保持在液滴平台上。这允许空间索引用于液滴识别。这排除对包括在每个液滴中的识别它的内容的条码的需要。
[0036]上述样本实施例涉及具有2种不同通道高度的区域。正、浅的通道(25μπι)并入附近的样本引入区域和试样入口以允许阀动。剩下的流体层是45μπι高。我们使用SPR220-7(1?011111&]^&8使用254111)和31]-8(]\1;[01'00116111，3000系列，45μηι)的光刻胶作为结构材料用于制造我们的设备的模具。
[0037]示例微流体芯片或平台的制造
[0038]此外，使用具有改进的三层制造工艺的多层软刻蚀技术制造说明上述样本的实施例的微流体芯片。软刻蚀用于利用这些模具制作多个设备。SYLGARD184硅橡胶工具箱用于制造说明本发明的实施例的微流体芯片。来自工具箱的高弹体和固化剂按照重量以10:1(H)MS支持材料),15:1(流体的)、7:1(阀门)的比率混合，在倒入各自的模具前脱气约30分钟。一旦单个的PDMS层已经装配，全部的组合装置在80°C的环境中被烧制20分钟。然后，凝固的聚合物被剥去，并且切成单个芯片。然后，流体通导孔被冲压进单独的芯片，并且使用02等离子体使芯片与盖玻璃(I号)粘合。所有的设备均采用聚烷基烯酮胶料使其表面具有疏水性。载液用于保持样本塞之间的间隔，其中样本塞由按照体积4:1的比率进行混合的全氟化碳(FC-3283)和非离子的溶于氟的表面活性剂(1H、1H、2H、2H-全氟-1-辛醇)组成。
[0039]图4和图5示出在图2和图3以及上述示出的本发明的实施例。图4示出能够执行单个设备上的样本液滴生成、液滴拆分、液滴与试样的结合以及液滴检测的微流体芯片。
[0040]图4示出流体通道(121)、阀层(￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6、￥7、￥8)和连接到具有并行融合、拆分和培养区域(123)的中心通道(或主通道)(122)的进油口(油)。有2个具有对应的清洗通道(126和127)的进样口(或样本输入通道)(124和125)。靠近进样口的两个卸压通道通过将液滴的大小与培养通道的流阻解耦来确保最初的样本液滴是单分散性的。在拆分区之后的第三个卸压通道将液滴拆分性能与培养通道的流阻解耦。培养通道在设计128中是蛇形。
[0041]图5示出上述微流体芯片的又一个实施例。图5的微流体设备采用两层结构，其中，在流体层的油流、样本液滴和试剂液滴受到阀层中的指定阀门的调节。油经由它的入口被栗送到中心通道内以驱动液滴形成并流动。中心通道(122)-液滴生成、分叉、融合以及检测在此处发生-经历几个拆分，与试剂入口通道连接，并且最终分成具有相同长度进而具有相同流阻的32个通道。有两个具有对应的清洗通道(显微照片插图1)的进样口。靠近进样口的两个卸压通道通过将液滴的生成与培养通道的流阻解耦确保样本液滴的均匀性。样本液滴经过前三个阶段的分叉的Y联接(显微照片插图2)，产生总共八个相同的子液滴。八个试剂经由试剂入口(试剂注入通道)(R1-R8)可被注入，并且直接与样本子液滴(显微照片插图3)融合。经融合的样本-试剂液滴经过两个附加的分叉的Y联接，使得样本和试剂的每个注入导致总共32个液滴(八个不同组分的四次复制)。然后，每个子液滴流过它的蛇形培养通道，并且和在相同组中的所有其他子液滴一起同时到达检测区，其中，所有32个通道变平行，并且适合在显微镜的视野区内，因此促进经由显微镜的并行检测(显微照片插图4)。
[0042]在本发明的实施例中，按照如图6中示出的一系列步骤形成样本液滴。在图6的步骤I中:当阀门1(清洗通道阀门)(163)和阀门2(输入通道阀门)(164)保持关闭时，输入通道161和清洗通道162保持是空的。在步骤2中:当阀门I保持在关闭的配置并且阀门2在打开的配置时，样本被加载到进样口中。在步骤3中:样本加载阶段完成，并且两个阀门都被关闭。在步骤4中:阀门I打开并且液滴形成，进入主通道165。在步骤5中，阀门I关闭，并且阀门2打开以允许清洗流体清洗样本输入通道。使用过的清洗流体退出清洗通道。利用相同的样本或不同的样本，在步骤6-步骤8中复制步骤2-步骤4的过程。
[0043]在图4和图5以及上述中示出的微流体芯片接着用于样本液滴准备和处理。设备上的所有输入端都保持在常压下，对于I)载液输入端、2)进样口和3)所有8个试样输入端具有独立的输入压力。施加到进样口的压力受到用于SSL系统的压力控制器的直接控制。正如前面已经演示的，设备上的所有的阀门受控于芯片外的电磁阀阵列。为了阀门阵列的计算机控制，我们开发Matlab(Mathworks，Natick MA)软件。这个软件允许我们对每个致动执行具有独立的时间控制的阀门致动的预置序列。对应于设备上的输入端的阀门的打开导致释放的流体的样本液滴从那里进入到设备上的中心通道。这个液滴的体积可通过阀门的开启时间以及背压的变化来控制。
[0044]关于试剂:使用微流体设备产生的样本和试样液滴的体积被估计。这个体积估计通过使用软件ImageJ处理这些液滴的图像被执行。对于样本液滴体积估计，我们使用微流体设备上的四个试剂入口中的一个产生由蓝色食用染料组成的液滴，直到设备上的整个培养区充满液滴。接着，整个设备使用DSLR照相机进行成像。将图像输入到ImageJ，并且剪裁以获得设备上的培养区的图像。接着，这个图像使用颜色阈值转换法被转换成二进制图像以在背景图像上识别液滴。接着，使用‘分析颗粒’函数获得图像中的每个液滴的液滴面积的估计。这个分析只限于颗粒区大于下限阈值以从分析排除任何颗粒以及偶然卫星滴。因此，经估计的液滴面积接着使用培养通道区的已知的深度(200μπι)被转换成液滴体积。
[0045]设备对于同样的液滴生成和拆分条件具有优良的样本液滴均匀性。通过压力和阀门开启时间的变化，从独立的进样口在设备上生成的液滴的大小的精细控制在图7中被演示。对于这些测量，拆分后的最终的液滴大小被测量。设备的独特的特征是具有3个卸压通道。这些卸压通道将I)生成的最初的液滴的大小对培养通道的流阻的依赖解耦以及2)将设备上的液滴的拆分对培养通道的流阻的依赖解耦。在图7中，左图显示设备的拆分以及培养区的一部分的显微照片，并且显示正被拆分以及被培养的包含绿色食用染料的样本液滴。图7的顶部中间图是依赖于阀门开启时间和背压的样本液滴的体积的曲线图。液滴体积在液滴拆分后进行测量。液滴体积随着阀门的开启时间线性地变化。小的误差棒表示单分散性。下部中间的图是样本液滴体积(阀门开启时间是0.05秒)的直方图。直方图叠加Kerne I密度曲线图。可见三个数据集:对于2PS1、3PSI和4PSI的液滴体积。液滴的所有总体具有表示单分散性的窄分布并且是良好分离的(液滴体积没有重叠)。图7的顶部右侧的图是依赖于阀门开启时间和背压的试样液滴的体积的曲线图。液滴体积在液滴拆分后进行测量。液滴体积随着阀门的开启时间线性地变化。小的误差棒表示单分散性。底部右侧的图是试样液滴体积(阀门开启时间是0.05秒)的直方图的示例。直方图叠加Kernel密度曲线图。可见四个数据集:对于2PS1、3PS1、4PSI和5PSI的液滴体积。液滴的所有总体具有表示单分散性的窄分布并且是良好分离的(液滴体积没有重叠)。
[0046]在图8中示出样本塞和试样的8个组合混合物的生成。在图8中，具有变化的浓度的不同的荧光物质被使用(FITC、Cy5、DI H2O)以模拟不同的样本和试样。在图8中，顶部左侧的图显示试剂注入:在试剂(Cy5-5yM)注入口处的样本液滴(绿色:FITC-ΙμΜ)的荧光显微照片。顶部右侧的图显示在培养区中融合的样本-试剂液滴。顶部4排液滴注入试剂8 (Cy5-10yΜ)。底部4排注入试剂7(Cy5-105yM)。底部的图显示组合液滴的荧光显微照片:上排显示仅包含试剂(R1-R8)的液滴以及底部的图显示融合的样本(ΙμΜ FITC)和试剂(R1-R8)液滴。
[0047]在图9中可看出液滴分叉的均匀性。液滴能够拆分成相等的两等份-如通过贯穿所有五个分叉阶段的?50%的分叉效率所示。插入的显微照片显示为了提高可视化被黑色食用染料涂色的液滴在五个分叉阶段将被拆分成相等的两等份。在每个显微照片下面的刻度条表不500ym。
[0048]在图10中可见统一的试剂液滴的并行的、八路注入。八个试剂入口的同时致动导致穿过所有入口的具有统一大小的试剂液滴。
[0049]在图11中可见样本液滴与试剂液滴的并行的、八路融合。在图8中，八个试剂直接同时注入到八个进入的子样本导致八个融合的样本-试剂液滴。
[0050]在图12中显示融合的液滴的基于图像的并行检测。八个融合的样本-试剂液滴中的每一个液滴经过两个附加的分叉，导致融合的子液滴的四个复制。培养之后，这些液滴在检测区被并行检测。刻度条表示500微米。
[0051]在上述平台的其他实施例中，试剂入口通道中的每一个通道配备有单独的清洗通道以及阀门(如在上面以及图3-图6中对进样口通道的描述)，因此试剂入口通道在随后的使用前可被清洗。
[0052]在上述平台的其他实施例中，多个样本输入通道被合并使得多个样本同时被处理。在这样的实施例中，进样口通道以交替的方式工作使得当第一样本输入通道正提供样本液滴时，可选的样本输入通道被清洗并且后来被加载样本的附加的等分试样或不同样本的等分试样。一旦第一样本输入通道已经提供样本液滴，它就被清洗，而第二样本输入通道提供样本液滴。重复该过程。
[0053]在上述平台的其他实施例中，用于创建混乱的混合的附加部分也被包括以混合样本和/或样本-试剂液滴。
[0054]示例设备
[0055]本发明的其他实施例可提供并行的微流体乳化设备，其在保持生成组合的混合物的能力的同时提高生产量。在这样的实施例中，如在以前的实施例中以上描述的微流体芯片被连接到附加的系统。在这样的实施例中，设备通过一系列步骤(如在图3中所示)工作:步骤I:液滴平台可制成能够从具有定制的串行样本加载(SSL)系统(也在图14和图15的顶部图中被描述)的多孔板接受无限数量的样本。步骤2:样本液滴被数字化成更小的子液滴(?30nL)。一旦液滴被处理，进样口在注入新的样本前被缓冲剂清洗以防止交叉污染。步骤3:当子液滴流经3个串联的分叉交叉点时发生拆分，并且拆分成8个液滴。一旦子液滴通过启动油阀门到达试样的注入部位，流动停止。步骤4:然后，试样库同时被直接注入到8个样本的子液滴内。步骤5:注入后，8个样本-试样滴状物在蛇形通道中混合，并且流经2个附加的串联的分叉交叉点，产生8个独特的组分的总共32个液滴。这整个操作程序在少于I秒内被完成。此外，液滴的序列被保持在设备上。这允许空间索引用于液滴识别。这排除对包括在每个液滴中的识别它的内容的条码2的需要。
[0056]在上述设备的又一个实施例中，如在图13中所见，自动的样本加载系统(如自动进样器或自动移液管)与样本输入通道相连。这可允许无限量的样本被处理，以及设备的自动化。在每次采样之后，使用设备内置的清洗通道来对通道清洗以防止交叉污染(图14，顶部图)。在图14(顶部图)中，样本从样本库(240)加载到输入通道(241)。一旦样本液滴在主通道(242)中被生成，输入通道利用来自清洗储液器(243)的清洗液清洗，并且清洗液从废物通道(244)排出。自动进样器或自动吸液管也可装有毛细管、毛细管转接器和橡胶密封圈以有助于样本加载和输入通道的清洗。
[0057]在上述设备的又一个实施例中，卸压通道耦合到本发明。当液滴正被生成时，这些卸压通道是打开的，这反过来导致单分散的液滴。基于液滴的面积的大小分析表示液滴具有优良的单分散性。
[0058]在上述设备的又一个实施例中，液滴拆分和拆分后的试剂注入的新颖的组合耦合到本发明。这可允许液滴生成过程是高度并行的。在上述示例的设备的实施例中，单样本塞被拆分成8个子液滴。8种不同的试剂被直接并行注入到液滴。在试剂注入后，附加的拆分创建四个复制液滴，以后达到总共32个液滴的独特的组合。值得注意的是，此处描述的具体的设备是概念的一个实施例，通过改变通道、端口、阀门的数量或布置、拆分的阶段的数量，等等，实施例可变化以适合广泛的需求。
[0059]在上述设备的又一个实施例中，样本-试样液滴保持在单一的文件配置中，因此排除对识别每个单独液滴的内容的条形码机制的需要。
[0060]如在图14中所见，在上述描述的设备的又一个实施例中，阻抗检测系统被连接到样本输入通道。在这样的实施例中，为了样本或清洗液的自动检测，阻抗检测系统通过光学地监控样本输入通道以及清洗通道的内容运行。如果通道包含样本，阻抗系统反馈到控制器以管理样本流体释放到主通道用于样本液滴的生成。可选地，如果通道中包含清洗液，阻抗系统反馈到控制器以管理清洗液通过清洗通道释放。如在图14的底部图中可见的，当设备正在使用时，阻抗系统提供通道的内容的读出。这样的阻抗系统也可被添加到试剂注入通道以确定这些通道的内容以及管理它们的清洗或试剂注入。
[0061]按需的并行的纳升的基于液滴的平台和设备的上述示例是本发明的示例性实施例，这些平台和设备接受来自多孔板的不限量的样本塞，数字化这些塞成小的子液滴，并行执行液滴拆分以及利用试样库并行执行强大的自由同步融合。在上述示例中，设备上的样本-试样液滴的序列被保持以允许空间索引来识别液滴的内容。上述设备结合了基于阀的设备的精度，同时具有增加的生产量。上述按需的平台满足灵活的并且成本效益好的工具的需要，可对下一代生成应用进行高生产量的筛选。
[0062]鉴于上述的示例实施例，下面的权利要求应被理解为包括具体显示的内容和如上所述的内容、概念等价物、能够明显地被取代的内容和基本上符合本发明主要思想的内容。本领域技术人员应理解，在没有背离本发明的范围的情况下，可以对刚刚描述的优选的实施例进行各种改编和修改。所示的实施例仅用于阐明本实施例的目的，不应将其视为对本发明的限制。因此，应该理解，在所附的权利要求的范围内，本发明能够以不同于在这里具体描述的其它方式实施。
[0063]参考文献
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[0066]3.Puleo CM、Yeh HC、Liu KJ、Wang TH.Lab Chip.2008;8(5):822_825。
【主权项】
1.一种微流体系统，包括: 微流体芯片，所述微流体芯片包括芯片主体，所述芯片主体界定: 液滴形成部分，所述液滴形成部分包括样本输入通道， 液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分，以及 试剂注入部分，所述试剂注入部分被流体地连接到所述液滴拆分部分； 第一样本源，所述第一样本源被选择性地连接到所述样本输入通道； 第二样本源，所述第二样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；以及 清洗液源，所述清洗液源被选择性地连接到所述样本输入通道。2.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，自动的样本加载系统被流体地连接到所述微流体芯片。3.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，阻抗检测系统被流体地连接到所述微流体芯片。4.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，样本检测系统被流体地连接到所述微流体芯片。5.一种微流体芯片，所述微流体芯片包括芯片主体，所述芯片主体界定: 液滴形成部分，包括: 主通道， 样本输入通道，所述样本输入通道具有流体地连接到所述主通道的第一端以及配置为接收样本和清洗液的第二端， 输入通道阀门，所述输入通道阀门在所述输入通道中以选择性地允许以及阻止从所述样本输入通道到所述主通道的流体流动， 清洗通道，所述清洗通道在所述输入通道阀门和所述样本输入通道的所述第二端之间的位置处流体地连接到所述样本输入通道，以及 清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述输入通道到所述清洗通道的流体流动， 其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述输入通道阀门是打开的并且所述清洗通道阀门是关闭的以在所述主通道中提供在惰性流体中悬浮的具有基本上预定的体积的样本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述输入通道阀门是关闭的并且所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述样本输入通道以及从所述清洗通道流出，来由所述清洗液清洗所述样本输入通道； 液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分的所述主通道以从所述主通道接收所述样本液滴，并且将所述样本液滴拆分成多个子液滴以在多个次级通道中的相应的一个通道中从所述液滴拆分部分输出；以及 试剂注入部分，所述试剂注入部分被流体地连接到所述多个次级通道的每一个通道，并且具有对应的多个试剂注入通道，所述对应的多个试剂注入通道被布置为使得当所述子液滴在所述试剂注入部分中时，多个试剂中的每个试剂基本能够同时被注入到所述多个子液滴的相应的一个子液滴，以在来自所述试剂注入部分的多个输出通道中的对应的一个通道中提供多个样本-试剂液滴的输出。6.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴形成部分包括卸压通道，以当所述样本液滴正被形成时可控地调节所述样本液滴上的压力。7.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分包括卸压通道，以当所述多个试剂中的每个正被注入到所述多个子液滴中的对应的一个子液滴时可控地调节所述多个子液滴上的压力。8.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴拆分部分是多级液滴拆分器。9.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括样本-试剂液滴拆分部分，所述样本-试剂液滴拆分部分被流体地连接到来自所述试剂注入部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道，以接收所述多个样本-试剂液滴，并且将所述样本-试剂液滴中的每一个液滴拆分成多个子样本-试剂液滴，以在多个输出通道中的相应的一个通道中从所述样本-试剂液滴拆分部分输出。10.根据权利要求9所述的微流体芯片，其中，所述样本-试剂液滴拆分部分是多级液滴拆分器。11.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括培养部分，所述培养部分被流体地连接到来自所述样本-试剂液滴拆分部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道，使得所述样本-试剂液滴中的每一个样本-试剂液滴流进相应的一个培养通道，以便保持其可辨别的样本和试剂信息。12.根据权利要求11所述的微流体芯片，其中，所述培养通道是等长度的。13.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括具有检测通道的部分，其中，所述检测通道至少部分是透明的以用于光学测量。14.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分还包括: 试剂注入阀门，所述试剂注入阀门在所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中以选择性地允许以及阻止从所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述多个次级通道的流体流动， 清洗通道，所述清洗通道被流体地连接到所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道，以及 清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述清洗通道的流体流动， 其中，所述试剂注入部分具有第一配置，其中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是打开的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是关闭的，以在所述多个次级通道中提供试剂，并且，其中，所述试剂注入部分具有第二配置，其中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是关闭的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道并且从在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道出去，来由所述清洗液清洗所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道。15.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴形成部分还包括: 第二样本输入通道，所述第二样本输入通道具有流体地连接到所述主通道的第一端以及配置为接收样本和清洗液的第二端， 输入通道阀门，所述输入通道阀门在所述第二样本输入通道内以选择性地允许以及阻止从所述第二样本输入通道到所述主通道的流体流动， 第二清洗通道，所述第二清洗通道在所述输入通道阀门和所述第二样本输入通道的所述第二端之间的位置处被流体地连接到所述第二样本输入通道，以及 清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述第二清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述第二输入通道到所述第二清洗通道的流体流动， 其中，所述液滴形成部分具有第三配置，其中，所述第二样本输入通道的所述输入通道阀门是打开的并且所述第二样本输入通道的所述清洗通道阀门是关闭的，以在所述主通道中提供在惰性流体中悬浮的具有基本上预定的体积的样本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第四配置，其中，所述第二样本输入通道的所述输入通道阀门是关闭的并且所述第二样本输入通道的所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述第二样本输入通道以及从所述第二清洗通道流出，来由所述清洗液清洗所述第二样本输入通道。16.根据权利要求15所述的微流体芯片，其中，所述输入通道以交替的方式运行，使得当所述输入通道中的第一个输入通道被配置为将样本液滴提供给所述主通道时，所述输入通道中的第二个输入通道同时被配置为清洗，并且，其中，在通过所述输入通道中的所述第一个输入通道的样本液滴的形成后，所述样本输入通道中的所述第一个样本输入通道被配置为清洗，并且所述样本输入通道中的所述第二个样本输入通道同时被配置为将样本液滴提供给所述主通道。17.根据权利要求15所述的微流体芯片，其中，所述液滴形成部分包括卸压通道，以当所述样本液滴正被形成时可控地调节所述样本液滴上的压力。18.根据权利要求15所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分包括卸压通道，以当所述多个试剂中的每一个试剂正被注入到所述多个子液滴中的对应的一个子液滴时可控地调节所述多个子液滴上的压力。19.根据权利要求15所述的微流体芯片，其中，所述液滴拆分部分是多级液滴拆分器。20.根据权利要求15所述的微流体芯片，还包括样本-试剂液滴拆分部分，所述样本-试剂液滴拆分部分被流体地连接到来自所述试剂注入部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道以接收所述多个样本-试剂液滴，并且将所述样本-试剂液滴中的每一个样本-试剂液滴拆分成多个子样本-试剂液滴，以在多个输出通道中的相应的一个输出通道中从所述样本-试剂液滴拆分部分输出。21.根据权利要求20所述的微流体芯片，其中，所述样本-试剂液滴拆分部分是多级液滴拆分器。22.根据权利要求15所述的微流体芯片，还包括培养部分，所述培养部分被流体地连接到来自所述样本-试剂液滴拆分部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道，使得所述样本-试剂液滴中的每一个样本-试剂液滴流进相应的一个培养通道，以便保持其可辨别的样本和试剂信息。23.根据权利要求22所述的微流体芯片，其中，所述培养通道是等长度的。24.根据权利要求15所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分还包括: 试剂注入阀门，所述试剂注入阀门在所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中以选择性地允许以及阻止从所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述多个次级通道的流体流动， 清洗通道，所述清洗通道被流体地连接到所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道，以及 清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述清洗通道的流体流动， 其中，所述试剂注入部分具有第一配置，在所述第一配置中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是打开的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是关闭的，以提供在所述多个次级通道中的试剂，并且，其中，所述试剂注入部分具有第二配置，在所述第二配置中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是关闭的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道并且从在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道流出，来由所述清洗液清洗所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道。25.根据权利要求15所述的微流体芯片，还包括具有检测通道的部分，其中，所述检测通道至少部分是透明的以用于光学测量。26.一种执行化学测定的方法，包括: 通过流体设备的输入通道在所述流体设备的主通道中提供来自第一样本的第一液滴； 清洗所述流体设备的所述输入通道以从所述输入通道基本除去所述第一样本的所有的残余； 继所述清洗之后，立即通过所述流体设备的所述输入通道在所述流体设备的所述主通道中提供来自第二样本的第二液滴，使得所述第一液滴和所述第二液滴由惰性流体分开； 把所述第一液滴分成第一多个子液滴； 把所述第二液滴分成第二多个子液滴； 将第一多个试剂添加到所述第一多个子液滴的对应的一个子液滴； 将第二多个试剂添加到所述第二多个子液滴的对应的一个子液滴； 检测所述第一多个子液滴和第二多个子液滴中的每一个子液滴的物理性质以提供测定数据；以及 基于所述测定数据确定所述第一样本和第二样本的性质。27.根据权利要求26所述的执行化学测定的方法，其中，所述第一多个试剂和第二多个试剂中的每一个试剂是彼此不同的。28.根据权利要求26所述的执行化学测定的方法，其中，所述第一多个试剂和第二多个试剂中至少两个试剂是化学上相同的试剂。
【文档编号】B01L3/00GK106029233SQ201580009203
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】泽-辉·王, 图沙尔·迪尼安德奥·莱恩, 海伦娜·克莱尔·泽克
【申请人】约翰霍普金斯大学