CN103547362A - 乳液、包括多重乳液的控制 - Google Patents

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Abstract

本发明通常涉及乳液，更特别是涉及双重和其它多重乳液。本发明的某些方面通常涉及在微流体槽道的公共相接部处产生双重乳液和其它多重乳液。在一些示例中，微流体槽道在公共相接部处有基本相同的憎水性。在一组实施例中，装置可以包括六个或更多槽道（11、12、13、14、15、16）的公共相接部，其中，第一流体（21）流过一个槽道（11），第二流体（22）流过两个槽道（12、13），第三和运载流体（23）流过另外两个槽道（14、15），这样，第一流体的第一液滴的双重乳液通过第六槽道（16）而从公共相接部流出，该第一流体的第一液滴包含在第二流体的第二液滴中，且该第二流体的第二液滴由运载流体包含。本发明的其它方面大致涉及制造和使用该系统的方法、涉及该系统的工具套件、使用该系统产生的乳液等。

Description

乳液、包括多重乳液的控制
相关申请
本申请要求美国临时专利申请No.61/489211的优先权，该美国临时专利申请No.61/489211的申请日为2011年5月23日，标题为“Control of Emulsions,Including Multiple Emulsions”，申请人为Rotem等，该文献的内容结合到本申请中，作为参考。
技术领域
本发明通常涉及乳液，更特别是涉及双重和其它多重乳液。
背景技术
乳液是当第一流体分散于通常与该第一流体不可混溶的第二流体中时存在的流体状态。普通乳液的示例是水包油或油包水乳液。多重乳液是由超过两种流体形成的乳液，或者两种或更多种流体以比典型的双流体乳液更复杂的方式排列的乳液。例如，多重乳液可以为油包水包油（“o/w/o”），或者水包油包水（“w/o/w”）。多重乳液特别受关注是因为在例如药物传递、油漆、墨和涂料、食品和饮料、化工分离以及保健与美容目的的领域中的当前和潜在的应用。
通常，一个液滴在另一个液滴内的多重乳液利用两级乳化技术制备，例如通过施加剪切力或通过混合来进行乳化作用，以便减小在乳化处理过程中形成的液滴的尺寸。还使用其它方法来制备水包油包水乳液，例如采用如多孔玻璃膜的膜乳化技术。微流体技术也已用来制备液滴内部的液滴，其采用包括两个或更多个步骤的处理过程。例如，见Link等的国际专利申请No.PCT/US2004/010903，申请日为2004年4月9日，标题为“Formation and Control of Fluidic Species”，在2004年10月28日公开为WO2004/091763；或者见Stone等的国际专利申请No.PCT/US03/20542，申请日为2003年6月30日，标题为“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”，在2004年1月8日公开为WO2004/002627，这两篇文献的内容都结合到本申请中，作为参考。
发明内容
本发明通常涉及乳液，更特别是涉及双重或其它多重乳液。在一些示例中，本发明的主题涉及相关产品、对于特殊问题的可选方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。
在一个方面，本发明通常涉及一种微流体装置。在一组实施例中，微流体装置包括微流体槽道的第一相接部，该第一相接部包括流体连通的至少第一、第二和第三微流体槽道。第一相接部可以在交接面处与微流体槽道的第二相接部流体连通，该第二相接部包括流体连通的至少第四、第五和第六微流体槽道。在一些示例中，各第一、第二和第三微流体槽道有在第一相接部处的相应截面面积，各第四、第五和第六微流体槽道有在第二相接部处的相应截面面积，其中，交接面的截面面积小于第四、第五和第六微流体槽道的最小截面面积。
在另一组实施例中，微流体装置包括微流体槽道的相接部，该相接部包括流体连通的至少第一、第二、第三、第四、第五和第六微流体槽道。在一些实施例中，各第一、第二、第三、第四、第五和第六槽道有在相接部处的截面面积，其中，第二和第三截面面积基本相同，第四和第五截面面积基本相同，第一、第二和第三槽道在相接部处的截面面积各自小于第四、第五和第六槽道在相接部处的最小截面面积。
在另一方面，本发明大致涉及一种产生双重乳液或其它多重乳液的方法。根据一组实施例，该方法包括以下动作：使得第一流体由第二流体包围，同时使得第一和第二流体通过在微流体槽道的第一相接部和微流体槽道的第二相接部之间的交接面进入第三流体中，以便包围第一和第二流体并产生双重乳液液滴，该双重乳液液滴包括由第二流体液滴包围的第一流体液滴，且该第二流体液滴包含在第三流体中。
在另一组实施例中，方法包括以下动作：在微流体槽道的公共相接部处产生双重乳液，其中，各微流体槽道在公共相接部处有基本相同的憎水性。
在另一方面，本发明包含制造这里所述的一个或多个实施例的方法，例如用于产生双重和其它多重乳液的装置。在还一方面，本发明包含使用这里所述的一个或多个实施例的方法，例如用于产生双重和其它多重乳液的装置。
当结合附图考虑时，通过下面对本发明各种非限定实施例的详述将清楚本发明的其它优点和新特征。当本说明书与结合到本文中作为参考的文件包含冲突和/或不一致的公开内容时，则以本说明书为准。如果结合到本文中作为参考的两篇或更多的文件相互之间包括冲突和/或不一致的公开内容，则以有效日期在后的文件为准。
附图说明
本发明的非限定实施例将参考附图通过示例来进行说明，附图为示意性的，将不按比例绘制。在附图中，通常用单个数字表示所示的每个相同或几乎相同的部件。为了清楚起见，当不是为本领域普通技术人员理解本发明所必须的说明时，在每幅图中不是每个部件都标号，也不是本发明每个实施例的每个部件都标号。附图中：
图1A-1B表示了根据本发明某些实施例的各种槽道结构；
图2A-2E表示了在根据本发明的另一实施例中多个层在装置内对齐；
图3A-3E表示了在根据本发明的某些实施例中双重乳液的制造；
图4表示了根据本发明另一实施例的微流体装置；以及
图5表示了在本发明的还一实施例中的微流体装置。
具体实施方式
本发明通常涉及乳液，更特别是涉及双重或其它多重乳液。本发明的某些方面通常涉及在微流体槽道的公共相接部处产生双重乳液和其它多重乳液。在一些示例中，在公共相接部处的微流体槽道可以有基本相同的憎水性。在一组实施例中，装置可以包括6个或更多槽道的公共相接部，其中，第一流体流过一个槽道，第二流体流过两个槽道，且第三或承载流体流过两个更多的槽道，这样，包含在第二流体的第二液滴（该第二液滴由运载流体包含）中的第一流体的第一液滴的双重乳液通过第六槽道而从公共相接部流出。本发明的其它方面通常涉及制造和使用这种系统的方法、包括这种系统的工具套件、使用这种系统产生的乳液等。
本发明的一个方面通常涉及用于在微流体槽道的公共相接部处产生双重乳液和其它多重乳液的系统和方法。一个非限定示例在图1A中通过微流体系统10来表示。在该示例中，微流体系统10包括第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16。第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13在第一相接部分18处交汇。第二槽道12和第三槽道13可以与第一槽道11以任意合适角度交汇。例如，第二槽道12和第三槽道13可以成相对尖锐和相对较小的角度，或者它们甚至可以相互成180°。第二槽道12和第三槽道13可以例如以小于90°或大于90°的角度与第一槽道11交汇。另外，第二槽道12和第三槽道13可以相对于第一槽道11成相同或不同角度，即第二槽道12和第三槽道13可以绕第一槽道11对称或不对称地布置。而且，如后面所述，在其它实施例中，可以有其它数目的槽道。
图1A中还表示了第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16，它们在第二相接部分19处交汇。与上面类似，第四槽道14和第五槽道15可以与第六槽道16成任意合适角度交汇。例如，第四槽道14和第五槽道15可以成相对尖锐和相对较小的角度，或者它们甚至可以相互成180°。第四槽道14和第五槽道15可以例如以小于90°或大于90°的角度与第一槽道11交汇。另外，第四槽道14和第五槽道15可以相对于第六槽道16成相同或不同角度，即第四槽道14和第五槽道15可以绕第六槽道16对称或不对称地布置。在其它实施例中，可以有其它数目的槽道。如图1中所示，第一槽道11和第六槽道16定位成相互基本共线，即由第一槽道11限定的中心轴线和由第六槽道16限定的中心轴线基本落在相同线上。不过，在其它实施例中，第一槽道11和第六槽道16不需要共线。
下面将参考图1B介绍第一相接部分18和第二相接部分19的相交。如该图中所示，第一相接部分18和第二相接部分19通过交接面20而流体连通。在该图中，交接面20具有与第一槽道11基本相同的截面面积，但是小于第六槽道16的截面面积，尽管在其它实施例中，交接面20可以小于或大于第一槽道11的截面面积。另外，交接面20可以为正方形或矩形，如图1B中所示，或者有其它形状，例如本文中所述的其它形状。交接面20定位成相对于第六槽道16基本在中心，例如，交接面20的中心点或几何中央基本位于由第六槽道16限定的轴线上。
在这样的系统中，多个流体通过第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14和第五槽道15进入，并通过第六槽道16离开。进入第一相接部分18的流体通过交接面20通入第二相接部分19中。另外，第一相接部分18和第二相接部分19相互流体连通，并可以认为是第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第三槽道14、第五槽道15和第六槽道16的较大相交部分中的一部分。
下面参考图1B介绍微流体系统10的一个使用示例。第一（内部）流体21通过第一槽道11进入，同时第二（外部）流体22通过第二槽道12和第三槽道13进入。第一和第二流体可以是可混溶或不可混溶。在第一相接部分18处，当第一和第二流体经过交接面20进入第二相接部分19时，该第二流体基本包围第一流体。第三（运载）流体23也通过第四槽道14和第五槽道15进入第二相接部分19。当进入第二相接部分19时，第三流体包围第二流体，该第二流体包围第一流体。通过交接面20进入第二相接部分19的第一和第二流体再被夹断，以便形成包含在第三流体内的隔离液滴，从而形成包含在第二流体22的液滴（该第二流体22的液滴包含在运载流体23中）内的第一流体21的双重乳液液滴25，该双重乳液液滴25通过第六槽道16而离开相接部。
因此，本发明的多个方面通常涉及在微流体槽道（该微流体槽道可以包括相邻或相互流体连通的两个或更多部分，如上所述）的公共相接部处产生双重乳液和其它多重乳液的系统和方法。这里使用的“多重乳液”说明其中包含一个或多个较小液滴的较大液滴。在双重乳液中，该较大液滴可以再包含在另一流体中，该另一流体可以与在较小液滴中的流体相同或不同。在某些实施例中，在多重乳液中能够有较大的嵌套程度。例如，乳液可以包含液滴，该液滴中包含较小液滴，其中，至少一些较小液滴中包含甚至更小的液滴等。多重乳液能够用于包封物质（species），例如药剂、细胞、化学药品等。如后面所述，在某些实施例中，多重乳液能够形成为具有大致精确的可重复性。
乳液或多重乳液可以证明很有用的领域包括例如食品、饮料、保健和美容、油漆和涂料以及药物和药物传递。例如，精确量的药物、药品或其它制剂能够包含在乳液中，或者在一些示例中，细胞可以包含在液滴里，细胞能够进行储存和/或传递。能够进行储存和/或传递的其它物质包括例如生物化学物质，例如核酸如siRNA、RNAi和DNA、蛋白质、肽或酶等。能够结合在本发明乳液内的另外物质包括但不限于：纳米颗粒、量子点、香料、蛋白质、指示剂、染料、荧光物质、化学制品、药物等。在某些示例中，乳液也可用作反应容器，例如用于控制化学反应或用于体外转录和转译，例如用于定向进化技术。
在本发明的一组实施例中，产生双重乳液，即运载流体包含第二流体液滴，该第二流体液滴中又包含第一流体液滴。在一些示例中，运载流体和第一流体可以相同。由于憎水性不同，这些流体通常有变化的混溶性。例如，第一流体可以是溶于水的，第二流体是溶于油的，且运载流体是溶于水的。这种结构通常称为w/o/w多重乳液（“水/油/水”）。另一双重乳液可以包括溶于油的第一流体、溶于水的第二流体以及溶于油的运载流体。这种双重乳液通常称为o/w/o双重乳液（“油/水/油”）。应当知道，在上述术语中，术语“油”只是指大致更憎水的流体，且不可混溶于水中，如本领域已知。因此，在一些实施例中，油可以是烃，但是在其它实施例中，油可以包括其它憎水性流体。还应当知道，水并不需要是纯水；它可以是水溶液，例如缓冲溶液、包含溶解盐的溶液等。
更具体地说，如这里所使用的，当在制造乳液的温度和条件下一种流体不能在另一种流体中溶解至少10%重量的水平时，两种流体相互不可混溶或者不可混溶。例如，两种流体可以选择成在形成流体液滴的时间范围内不可混溶。在一些实施例中，用于形成双重乳液或其它多重乳液的流体可以相同或不同。例如，在一些示例中，两种或更多流体可以用于产生双重乳液或其它多重乳液，且在某些示例中，一些或全部这些流体可以是不可混溶的。在一些实施例中，用于形成双重乳液或其它多重乳液的两种流体是相容的或可混溶的，而包含在这两种流体之间的中间流体与这两种流体不相容或不可混溶。不过，在其它实施例中，全部三种流体可以相互不可混溶，且在某些示例中，并不需要所有流体都必须是溶于水的。
在本发明的其它实施例中可以使用多于两种的流体。因此，本发明的某些实施例通常涉及多重乳液，该多重乳液包括较大的流体液滴，该较大流体液滴中包含一个或多个较小液滴，在某些示例中，该较小液滴中能够包含甚至更小的液滴等。能够制成任意数量的嵌套流体，因此，在本发明的一些实施例中，可以添加附加的第三、第四、第五、第六流体等，以便制成复杂性增加的液滴内的液滴，从而限定多种双重乳液。应当知道，并不是所有这些流体都必须可区分；例如，可以制备包含油/水/油/水或水/油/水/油的三重乳液，其中，两个油相有相同组分，和/或两个水相有相同组分。
如上所述，本发明的某些方面通常涉及在公共相接部处交汇或相交的槽道的某些结构，该公共相接部可以包括多个相接部分，各相接部分由两个或更多槽道的相交部分来限定。通常，在相接部处，槽道在相同位置连接或相交，并在相接部内相互流体连通。槽道例如可以用于产生双重乳液或者其它多重乳液，例如在微流体槽道的公共相接部处。例如，使用这样的结构，第一流体可以由第二流体包围，同时第一和第二流体通过交接面进入第三流体，该第三流体包围第一和第二流体，以便产生双重乳液，该双重乳液包括由第二流体的液滴包围的第一流体的液滴，该第二流体的液滴包含在第三流体中。
作为一个特殊的非限定示例，可以有6个槽道，各槽道在公共相接部处交汇，如上所述，尽管在其它实施例中，可以有在公共相接部处的更多或更少槽道。在一些实施例中，可以有至少三个进入槽道，分别包含第一、第二和第三流体，各进入槽道在公共相接部处交汇。不过，在其它实施例中，可以有进入公共相接部的两个或更多槽道，这些槽道包含一种或多种流体。作为非限定示例，在一个示例中，可以有包含第一流体的第一槽道、包含第二流体的第二和第三槽道以及包含第三流体的第四槽道；在另一实施例中，可以有包含第一流体的第一槽道、包含第二流体的第二和第三槽道以及包含第三流体的第四和第五槽道；在还一实施例中，可以有包含第一流体的第一和第二槽道、包含第二流体的第三和第四槽道以及包含第三流体的第五和第六槽道；在还一实施例中，可以有包含第一流体的第一槽道、包含第二流体的第二和第三槽道、包含第三流体的第四和第五槽道以及包含第四流体的第六和第七槽道。
公共相接部还能够有一个或多个出口槽道，用于运载流体离开公共相接部。通常，出口槽道运载进入公共相接部的流体的乳液，例如作为单乳液，或者作为双重或其它多重乳液。
如上所述，在一些实施例中，公共相接部可以包括一个或多个相接部分。各相接部分由在其中相交的至少两个槽道来限定。例如，如上面参考图1B所述，第一相接部分18由三个槽道（第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13）的相交部分来限定，而第二相接部分19由三个不同槽道（第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16）的相交部分来限定，尽管第一相接部分18和第二相接部分19例如通过交接面而彼此相邻，从而限定了相接部，各第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16在该相接部中相交。
在一些实施例中，限定第一相接部分的槽道可以小于限定第二相接部分的槽道。例如，限定第一相接部分的槽道的最大截面面积（例如沿与槽道内的流体流垂直的方向来限定）可以小于限定第二相接部分的槽道的最小截面面积。在一些实施例中，限定第一相接部分的槽道的最大截面面积可以小于限定第二相接部分的槽道的最小截面面积的大约90%、小于大约80%、小于大约70%、小于大约60%、小于大约50%、小于大约40%、小于大约30%、小于大约20%、小于大约10%或者小于大约5%。在某些示例中，这可以在槽道都有基本相同高度（或宽度），但是宽度（或高度）不同的实施例中实现。在其它实施例中，这可以使用具有不同高度和宽度、不同尺寸、不同形状、不同截面面积等的槽道来实现。
如上所述，进入相接部或相接部分的槽道可以相对彼此成任意合适角度，且槽道绕相接部的总体结构可以对称或不对称。例如，进入公共相接部的槽道可以有两侧对称，即存在这样的平面，该平面能够将相接部切成两半部分，且这两半部分基本彼此镜像。在一些实施例中，例如槽道可以布置成使得它们中的一些或全部以小于90°的角度交汇。例如，在一种结构中，到相接部的各输入槽道可以定位成使得由它们限定的最大角度为180°或更小，或者进入公共相接部的两个输入槽道以小于90°的角度交汇。在一些示例中，进入公共相接部的全部输入槽道可以交汇成使得每对相邻输入槽道以小于90°的角度交汇。不过，在其它示例中，这些角度例如可以大于90°，如图4中所示。在一些示例中，出口槽道可以定位成与一个输入槽道相对，例如，由输出槽道限定的轴线和由一个输入槽道限定的轴线基本平行，或者甚至在某些实施例中基本共线。
例如，下面参考图4，在该图中的微流体系统10包括第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16。第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13在第一相接部分18处交汇，而第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16在第二相接部分19处交汇。不过，与图1A中不同，第四槽道14和第五槽道15各自以大于90°的角度与图4中的槽道11交汇。
在相接部内的相接部分之间的交接面能够有任意尺寸和/或形状。例如，交接面可以是正方形、矩形、三角形、圆形、椭圆形、不规则形状等。在一些实施例中，在第一相接部分和第二相接部分之间的交接面可以有不同的槽道尺寸（例如高度、宽度、形状等）。例如，在第一相接部分和第二相接部分之间的交接面可以是在两个部分之间的孔或收缩部分，或者交接面的尺寸或截面面积可以与限定第一相接部分的槽道的尺寸相同（或更小），并小于限定第二相接部分的槽道。因此，例如交接面的尺寸可以与第一相接部分和第二相接部分中的较小一个相同或者更小。例如，交接面的截面面积可以小于在交接面各侧的相接部分的截面面积中的较小一个的大约90%、小于大约80%、小于大约70%、小于大约60%、小于大约50%、小于大约40%、小于大约30%、小于大约20%、小于大约10%或者小于大约5%。交接面还可以定位成与进口和出口槽道中的一个或多个对齐。例如，在某些实施例中，交接面能够定位成使得交接面的中心点或几何中央基本位于输出槽道的中心轴线上。
在一些示例中，第一相接部分可以有第一截面面积（例如由形成第一相接部分的槽道来限定），第二相接部分可以有第二截面面积（例如由形成第二相接部分的槽道来限定），其中，第一截面面积小于第二截面面积。例如，第一截面面积可以小于第二截面面积的大约90%、小于大约80%、小于大约70%、小于大约60%、小于大约50%、小于大约40%、小于大约30%、小于大约20%、小于大约10%或者小于大约5%。
在一些实施例中，可以有防止或者至少减少“死区”形成的、槽道的附加“唇缘”或其它部分，其中，在死区内的流体不会很容易地与其它流体混合，例如由于漩涡等而被捕获，该漩涡等由在公共相接部内的流体流而引起。这样的示例可以见图5A中的微流体系统40。在该附图中，第一内部流体51通过第一槽道41朝着相接部分48进入，如点线所示。第二外部流体52通过第二槽道42和第三槽道43而流向相接部分48，也如点线所示。在第一槽道41、第二槽道42和第三槽道43的相交部分处，在第一槽道41进入相接部分48的进口的上面和下面的唇缘部分37阻挡防止产生“死区”，在该死区中，第二流体52可能由于第一和第二流体流入相接部分中而被捕获。在该示例中，唇缘部分表现为第二槽道42和第三槽道43进入相接部分48内的壁的延伸部分，尽管在其它实施例中，唇缘部分可以有适合防止或者至少减少在相接部分48内产生流体“死区”的其它形状。
在本发明的某些方面，在公共相接部处的各微流体槽道可以有基本相同的憎水性（尽管在其它实施例中，各槽道可以有不同的憎水性）。例如，形成微流体槽道的壁可以是基本未处理的，或者通过相同涂层来处理。用于涂覆微流体槽道的系统和方法的示例将在后面详细介绍。
在一些实施例中，装置可以构成和布置成这样，使得材料在形成装置的槽道的壁上的“污染”或沉积很少或不会发生。例如，在一些实施例中，流体（例如将成为多重乳液液滴的最内侧流体的流体）可以包含这样的材料，该材料在流体与壁接触时可能沉积在槽道的壁上。因此，通过在形成多重乳液液滴之前和/或之后防止流体与槽道的壁接触，在槽道内的污染量可以减少，或者甚至消除。
例如，在一组实施例中，在公共相接部中，流过第一槽道（例如图1A中的槽道11）的流体可以进入公共相接部，并由通过其它槽道（例如图1A中的槽道12、13、14、15）进入的流体包围。因此，由于存在通过其它槽道进入的其它流体，在第一槽道11内的流体可以不能与槽道的壁接触，因此，存在于该流体中的物质不会与槽道的壁接触和因此沉积在这些壁上或污染该壁。
包围流体可以使用多种技术来防止该流体与槽道的壁接触。例如，进入槽道的位置和/或流体的流速可以用于包围内部流体。在某些示例中，这种控制可以在不需要任何涂覆技术（例如这里所述的这些涂覆技术）的情况下实现。不过，在其它实施例中，多种流体的憎水性也可以例如在流体与槽道的壁相互作用时使用。例如，槽道壁可以有憎水性，该憎水性将优选地吸引与内部流体不同的流体，这样，内部流体由壁相对排斥或不吸引。在一些示例中，可以使用这些技术的组合。例如，装置可以构成和布置成通过装置几何形状和与槽道壁的相互作用的组合来防止内部流体与槽道的壁接触。
如上所述，在一些方面，可以使用这样的装置来制造单分散乳液。流体液滴的形状和/或尺寸例如能够通过测量液滴的平均直径或其它特征尺寸来确定。多个或一系列液滴的“平均直径”是各液滴的平均直径的算术平均值。本领域普通技术人员能够确定多个或一系列液滴的平均直径（或者其它特征尺寸），例如使用激光散射、显微镜检测或其它已知技术。在非球形液滴中，单个液滴的平均直径是与该非球形液滴具有相同体积的理想球的直径。在一些示例中，液滴（和/或多个或一系列液滴）的平均直径可以为例如小于大约1毫米、小于大约500微米、小于大约200微米、小于大约100微米、小于大约75微米、小于大约50微米、小于大约25微米、小于大约10微米或者小于大约5微米。在某些示例中，平均直径也可以为至少大约1微米、至少大约2微米、至少大约3微米、至少大约5微米、至少大约10微米、至少大约15微米或者至少大约20微米。
因此，在一些实施例中，通过使用这里介绍的方法和装置，能够产生具有一致的液滴尺寸和/或数量的乳液，和/或对于包括多重乳液的示例，能够产生外部液滴与内部液滴的尺寸和/或数目比率（或者其它这样的比率）一致的乳液。例如，在一些示例中，在可预计尺寸的外部液滴内的单个液滴能够用于提供特定量的药物。另外，化合物或药物的组合可以在液滴中储存、运输或传送，例如，当液滴能够包括亲水性部分和憎水性部分时，憎水性和亲水性的物质能够在单个多重乳液液滴中传送。这些部分各自的量和浓度能够根据本发明的某些实施例而一致地进行控制，这能够提供两种或更多物质在多重乳液液滴中的可预计和一致比率。
这里使用术语“确定”通常是指物质的分析和测量，例如定量地或定性地，和/或检测物质的存在与否。“确定”也可以指分析或测量在两种或更多物质之间的相互作用，例如定量地或定性地，或通过检测这种相互作用的存在与否。合适技术的示例包括但不限于：光谱法如红外、吸收、荧光、紫外/可见光，FTIR（“傅立叶变换红外光谱”）或者Raman；重量分析技术；椭圆光度法；压电测量；免疫测定；电化学测量；光学测量如光密度测量；圆二色性；光散射测量如准电光散射（quasielectric light scattering）；旋光测定法；折光测定法；或浊度测量。
液滴的生成速率可以由液滴形成频率来确定，液滴形成频率在许多情况下可在大约100Hz和5000Hz之间变化。在某些示例中，液滴生成速率可为至少大约200Hz、至少大约300Hz、至少大约500Hz、至少大约750Hz、至少大约1000Hz、至少大约2000Hz、至少大约3000Hz、至少大约4000Hz或者至少大约5000Hz等。该液滴可以在“滴漏”或“喷射”条件下产生。另外，在一些示例中，通过平行使用多个装置能够方便生成大量液滴。在一些示例中，相对大量的装置可以并行使用，例如，至少大约10个装置、至少大约30个装置、至少大约50个装置、至少大约75个装置、至少大约100个装置、至少大约200个装置、至少大约300个装置、至少大约500个装置、至少大约750个装置或者至少大约1000个装置或者更多装置可以并行操作。这些装置可包括不同槽道、孔、微流体等。在一些示例中，一组这样的装置可以通过水平和/或竖直地堆叠装置而形成。这些装置可以被共同控制，或者被分别控制，并且可以根据应用来提供共同或单独的流体源。这些系统的示例也在Romanowsky等的国际专利申请No.PCT/US2010/000753（申请日为2010年3月12日，标题为“Scale-upof Microfluidic Devices”，在2010年9月16日公开为WO2010/104597）中介绍，该文献的内容结合到本申请中，作为参考。
流体可以选择成使得液滴相对于它们的周围环境保持分散。作为非限定示例，流体液滴可以产生为具有运载流体，该运载流体包含第二流体液滴，该第二流体液滴包含第一流体液滴。在一些示例中，运载流体和第一流体可以相同或基本相同；但是在其它示例中，运载流体、第一流体和第二流体可选择为基本上互相不可混溶。包括三种基本上互相不可混溶流体的系统的一个非限定示例为硅油、矿物油和水溶液（即水或者包含一种或多种溶于其中和/或悬浮于其中的物质的水，例如盐溶液、盐水溶液、包含颗粒或细胞的水的悬浮液等）。系统的另一示例是硅油、氟代烃油和水溶液。系统的还一示例是烃油（如十六烷）、氟代烃油和水溶液。合适的氟代烃油的非限定示例包括HFE7500，全氟萘烷：
Figure BDA0000419756750000141
或者1-（1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6-十一氟环己基）乙醇：
在本说明书中，多重乳液通常参考三相系统来介绍，该三相系统即具有外部或运载流体、第一流体和第二流体。不过应当知道，这只是示例，在其它系统中，附加流体可以存在于多重乳液液滴中。因此，应当知道，例如运载流体、第一流体和第二流体的说明是为了便于介绍，本文的说明可很容易地延伸到包括附加流体的系统，该附加流体例如三重乳液、四重乳液、五重乳液、六重乳液、七重乳液等。
由于流体的粘度能够影响液滴形成，因此在一些示例中，流体液滴中的任何流体的粘度可以通过添加或除去能够帮助调节粘度的组分（例如稀释剂）来调节。例如，在一些实施例中，第一流体和第二流体的粘度相等或基本相等。这可以有助于例如在第一流体和第二流体中等效的液滴形成频率或速率。在其它实施例中，第一流体的粘度可以与第二流体的粘度相等或基本相等，和/或第一流体的粘度可以与运载流体的粘度相等或基本相等。在另一实施例中，运载流体可以有与第一流体显著不同的粘度。粘度的明显差异意味着在这两种流体之间的粘度差可以在统计上显著的基础上来测量。液滴中也可以存在其它的流体粘度分布。例如，第二流体的粘度可以大于或小于第一流体的粘度（即，这两种流体的粘度可以明显不同），第一流体的粘度可以大于或小于运载流体的粘度，等等。还应该知道，在较高阶液滴（例如包括三、四、五、六种或更多种流体）中，粘度也可以依据特定应用而根据需要独立地选择。
在本发明的某些实施例中，流体液滴（或其一部分）可以包含另外实体或物质，例如其它化学、生物化学或生物体（如溶解或悬浮于流体中）、细胞、颗粒、气体、分子、药剂、药物、DNA、RNA、蛋白质、香料、活性剂、杀生物剂、杀真菌剂、防腐剂、化学试剂等。例如，细胞可以悬浮于流体乳液中。因此，物质可以是包含在乳液的任何部分中的任何物质。物质可存在于任何流体液滴中，例如内部液滴中、外部液滴中等。例如，一个或多个细胞和/或一个或多个细胞类型可以包含在液滴中。
在本发明的某些方面，能够产生具有非常薄“外壳”的多重乳液液滴。例如，在这样的液滴中，在第一内部流体和一个或多个包围流体之间的体积比率可以为至少大约1:1、至少大约2:1、至少大约3:1、至少大约5:1、至少大约10:1、至少大约15:1、至少大约20:1、至少大约25:1、至少大约30:1、至少大约40:1、至少大约50:1、等等，或者内部流体包括多重乳液液滴的体积的至少大约50%、至少大约55%、至少大约60%、至少大约65%、至少大约70%、至少大约75%、至少大约80%、至少大约85%、至少大约90%、或者至少大约95%，其中，包围流体形成多重乳液液滴的体积的其余部分。
包围液滴的流体“外壳”可以限定为处于两个交界面之间：在第一流体和第二流体之间的第一交界面以及在第二流体和运载流体之间的第二交界面。交界面可以有平均间隔距离（确定为在液滴上的平均值），该平均间隔距离不超过大约1mm、大约300微米、大约100微米、大约30微米、大约10微米、大约3微米、大约1微米等。在一些示例中，交界面可以有相对于平均液滴尺寸限定的平均间隔距离。例如，平均间隔距离可以小于液滴的平均尺寸的大约30%、小于大约25%、小于大约20%、小于大约15%、小于大约10%、小于大约5%、小于大约3%、小于大约2%、或者小于大约1%。
本发明的某些方面通常涉及包含槽道的装置，例如如上所述。在一些示例中，一些槽道可以是微流体槽道，但是在某些示例中，并不是全部槽道都是微流体。在装置内能够有任意数目的槽道，包括微流体槽道，且槽道可以布置成任意合适结构。槽道可以都相互连接，或者能够有超过一个的槽道网络存在。槽道可以独立地成直的、弯曲、弯头等。在一些示例中，在装置中可以有相对较大数目和/或相对较大长度的槽道。例如，在一些实施例中，当加在一起时，在装置内的槽道能够有至少大约100微米的总长度，在一些示例中为至少大约300微米、至少大约500微米、至少大约1mm、至少大约3mm、至少大约5mm、至少大约10mm、至少大约30mm、至少大约50mm、至少大约100mm、至少大约300mm、至少大约500mm、至少大约1m、至少大约2m、或者至少大约3m。作为另一示例，装置能够有至少1个槽道、至少3个槽道、至少5个槽道、至少10个槽道、至少20个槽道、至少30个槽道、至少40个槽道、至少50个槽道、至少70个槽道、至少100个槽道，等等。
在一些实施例中，在装置内的至少一些槽道是微流体槽道。本文中使用的“微流体”是指包括至少一个流体槽道的装置、制品或系统，该流体槽道具有小于大约1毫米（mm）的截面尺寸。槽道的“截面尺寸”垂直于在槽道内的净流体流动方向来测量。因此，例如在装置中的一些或全部流体槽道能够有小于大约2mm的最大截面尺寸，且在某些示例中小于大约1mm。在一组实施例中，在装置中的全部流体槽道是微流体的，和/或具有不超过大约2mm或大约1mm的最大截面尺寸。在某些实施例中，流体槽道可以部分由单个部件形成（例如蚀刻基体或模制单元）。当然，在本发明的其它实施例中，较大的槽道、管、腔室、储存器等能够用于储存流体和/或将流体传送给各个元件或系统，例如如前所述。在一组实施例中，在装置中的槽道的最大截面尺寸小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米、或者小于25微米。
本文中所用的“槽道”的意思是在装置或基体上或在其中至少部分引导流体流动的结构。槽道可以具有任何截面形状（圆形、椭圆形、三角形、不规则形状、正方形或矩形等），并可以被覆盖或不被覆盖。在完全被覆盖的实施例中，槽道的至少一部分能够具有完全封闭的截面，或者整个槽道可以除了它的进口和/或出口或开口外沿它的整个长度完全封闭。槽道还可以具有至少为2∶1的长宽比（长度对平均截面尺寸），更通常为至少3:1、4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、20:1或更大的长宽比。开放槽道通常包括方便控制流体输送的特性，例如结构特性（细长的凹形部分）和/或物理或化学特性（憎水性对亲水性），或者其它能够在流体上施力（如保持力）的特性。槽道内的流体可以局部或完全填充槽道。在某些使用开放槽道的示例中，流体可保持在槽道内，例如利用表面张力（即凹形或凸形弯月面）。
槽道可以具有任何尺寸，例如有与净流体流垂直的最大尺寸，该尺寸小于大约5mm或2mm，或者小于大约1mm，小于大约500微米、小于大约200微米、小于大约100微米、小于大约60微米、小于大约50微米、小于大约40微米、小于大约30微米、小于大约25微米、小于大约10微米、小于大约3微米、小于大约1微米、小于大约300nm、小于大约100nm、小于大约30nm或者小于大约10nm。在一些示例中，槽道尺寸可选择为使得流体能够自由流过装置或基体。槽道尺寸也可选择成例如允许流体在槽道中具有特定的体积或线性流速。当然，槽道的数目和槽道的形状能够通过本领域普通技术人员已知的任何方法来改变。在一些示例中，可以采用多于一个的槽道。例如，可以采用两个或更多槽道，其中它们定位成彼此相邻或靠近，定位成彼此交叉等。
在某些实施例中，在装置内的一个或多个槽道可以有小于10cm的平均截面尺寸。在某些示例中，槽道的平均截面尺寸小于大约5cm、小于大约3cm、小于大约1cm、小于大约5mm、小于大约3mm、小于大约1mm、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米、或者小于25微米。“平均截面尺寸”在与槽道内的净流体流垂直的平面中测量。当槽道为非圆形时，平均截面尺寸可以采取面积与槽道的截面面积相同的圆的直径。因此，槽道可以有任意合适的截面形状，例如圆形、椭圆形、三角形、不规则形状、正方形、矩形、四边形等。在一些实施例中，槽道的尺寸设置成能够产生容纳于槽道中的一个或多个流体的层流。
槽道还可以有任意合适的截面长宽比。对于槽道的截面形状，“截面长宽比”是在截面形状上相互垂直的两个测量值的最大可能比率（大比小）。例如，槽道可以有小于大约2:1的截面长宽比、小于大约1.5:1，或者在一些示例中为大约1:1（例如对于圆形或正方形截面形状）。在其它实施例中，截面长宽比可以相对较大。例如，截面长宽比可以为至少大约2:1、至少大约3:1、至少大约4:1、至少大约5:1、至少大约6:1、至少大约7:1、至少大约8:1、至少大约10:1、至少大约12:1、至少大约15:1、或者至少大约20:1。
如上所述，槽道可以在装置内布置成任意合适结构。例如，不同槽道结构可以用于在槽道内操纵流体、液滴和/或其它物质。例如，在装置内的槽道能够布置成产生液滴（例如离散液滴、单乳液、双重乳液或者其它多重乳液等），以便混合容纳于其中的流体和/或液滴或其它物质、筛选或挑选容纳于其中的流体和/或液滴或其它物质、分裂或分开流体和/或液滴、引起反应产生（例如在两个流体之间、在由第一流体和第二流体运载的物质之间、或者在由两种流体运载的两种物质之间）等。
下面将介绍用于操纵流体、液滴和/或其它物质的系统的非限定示例。合适的操纵系统的另外示例能够在以下文献中可见：Link等的美国专利申请No.11/246911，申请日为2005年10月7日，标题为“Formation and Control of Fluidic Species”，2006年7月27日公开为美国专利申请公开No.2006/0163385；Stone等的美国专利申请No.11/024228，申请日为2004年12月28日，标题为“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”，目前为2010年5月4日公开的美国专利No.7708949；Weitz等的美国专利申请No.11/885306，申请日为2007年8月29日，标题为“Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions”，2009年5月21日公开为美国专利申请No.2009/0131543；Link等的美国专利申请No.11/360845，申请日为2006年2月23日，标题为“Electronic Control of Fluidic Species”，2007年1月4日公开为美国专利申请公开No.2007/0003442；各文献的内容都结合到本申请中，作为参考。
流体可以通过一个或多个流体源而供给装置内的槽道中。任意合适的流体源都能够使用，且在一些示例中，使用多于一个流体源。例如，泵、重力、毛细作用、表面张力、电渗透、离心力等可以用于将流体从流体源供给至装置内的一个或多个槽道中。泵的非限定示例包括注射泵、蠕动泵、增压流体源等。装置能够有与它相连的任意数目的流体源，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等，或者更多流体源。流体源不需要用于将流体传送给相同槽道，例如，第一流体源可以将第一流体供给第一槽道，而第二流体源能够将第二流体供给第二槽道，等等。在一些示例中，两个或更多槽道布置成在一个或多个相交部分处相交。在装置内可以有任意数目的流体槽道相交部分，例如2、3、4、5、6个等，或者更多相交部分。
根据本发明的某些方面，多种材料和方法能够用于形成装置或部件，例如这里所述的装置或部件，例如槽道，如微流体槽道、腔室等。例如，多个装置或部件能够由固体材料形成，其中，槽道可通过微机械加工、膜沉积处理如旋涂和化学气相沉积、激光制造、光刻技术、蚀刻方法（包括湿化学法或等离子体处理）等来形成。例如见Scientific American，248：44-55，1983（Angell等）。
在一组实施例中，这里所述的装置的多种结构和部件能够由聚合物形成，例如弹性体聚合物，如聚二甲基硅氧烷（“PDMS”）、聚四氟乙烯（“PTFE”或
Figure BDA0000419756750000201
）等。例如，根据一个实施例，微流体槽道可以通过使用PDMS或其它软光刻技术单独制造流体系统来实施（适合该实施例的软光刻技术的详细说明在参考文献中介绍，Younan Xia和George M.Whitesides的参考文献的标题为“Soft Lithography”，出版在Annual Review of Material Science,1998第28卷，第153-184页中，George M.Whitesides、Emanuele Ostuni、Shuichi Takayama、Xingyu Jiang和Donald E.Ingber的参考文献的标题为“SoftLithography in Biology and Biochemistry”，出版在Annual Review ofBiomedical Engineering,2001第3卷，第335-373页中，各文献的内容都结合到本申请中，作为参考）。
可能合适聚合物的其它示例包括但不局限于：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、氟化高聚物、硅酮例如聚二甲基硅氧烷、聚偏二氯乙烯、双苯并环丁烯（“BCB”）、聚酰亚胺、聚酰亚胺的氟代衍生物等。也考虑了包括上述聚合物的组合、共聚物或者混合物。装置还可以由复合材料形成，例如聚合物和半导体材料的复合材料。
在一些实施例中，装置的多个结构或部件由聚合物和/或柔性和/或弹性体材料来制造，并能够方便地由可硬化的流体来形成，从而方便通过模制（例如复制模制、注射模制、铸塑模制等）来制造。可硬化流体基本能够是能够引起固化或自发固化成固体的任意流体，该固体能够容纳和/或输送预计用于流体网络中和与流体网络一起使用的流体。在一个实施例中，可硬化的流体包括聚合物液体或液体聚合物前体（即“预聚物”）。合适的聚合物液体能够包括例如加热至高于它们的熔点的热塑性聚合物、热固性聚合物、蜡、金属或者它们的混合物或复合材料。作为另一示例，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，该溶液在除去溶剂时形成固体聚合物材料，例如通过蒸发。能够例如从熔融状态固化或者通过溶剂蒸发而固化的这种聚合物材料为本领域普通技术人员公知。多种聚合物材料（其中许多是弹性体）很合适，也适用于形成模具或母模（mold master）（对于一个或两个母模由弹性体材料构成的实施例）。这种聚合物的非限定示例包括普通类别的硅酮聚合物、环氧聚合物和丙烯酸酯聚合物。环氧聚合物的特征在于存在通常称作环氧基、1，2-环氧化物或环氧乙烷的三元环醚基团。例如，除了基于芳族胺、三嗪和脂环族主链的化合物，还可以使用双酚A的二缩水甘油基醚。另一示例包括众所周知的酚醛清漆（Novolac）聚合物。适用于本发明的硅酮弹性体的非限定示例包括由前体形成的硅酮弹性体，该前体包括氯硅烷如甲基氯硅烷、二乙基氯硅烷、苯基氯硅烷等。
在某些实施例中使用硅酮聚合物，例如硅酮弹性体聚二甲基硅氧烷。PDMS聚合物的非限定示例包括Dow Chemical Co.，Midland，MI所售的商标为Sylgard的PDMS聚合物，特别是Sylgard182、Sylgard184和Sylgard186。包括PDMS的硅酮聚合物具有简化本发明各种结构的制备的多个有利特性。例如，这种材料廉价、易获得，并且能够由预聚合液体通过加热固化而被固化。例如，PDMS通常可以通过使预聚合液体暴露在例如大约65℃至大约75℃的温度下例如大约一小时而固化。还有，硅酮聚合物如PDMS可以是弹性体，因此可以用于形成在本发明的某些实施例中必需的、具有相对高的长宽比的非常小的特征结构。在该方面，柔性（例如弹性体的）模具或母模可能很有利。
由硅酮聚合物如PDMS形成结构例如微流体结构或槽道的一个优点是这种聚合物能够被氧化，例如通过暴露于含氧等离子体如空气等离子体中，从而使得被氧化的结构在其表面包含能够交联到其它被氧化的硅酮聚合物表面或者交联到多种其它聚合物和非聚合物材料的被氧化表面上的化学基团。因此，结构能够制造，然后氧化和基本上不可逆地密封到其它硅酮聚合物表面，或者密封到与被氧化的硅酮聚合物表面反应的其它基体的表面，而不需要单独的粘合剂或其它密封装置。在大部分示例中，密封能够简单地通过使被氧化的硅酮表面与另一个表面接触来完成，而不需要施加辅助压力以形成密封。也就是，被预氧化的硅酮表面用作对合适匹配表面的接触粘合剂。具体地说，除了可以对自身不可逆密封外，被氧化的硅酮如被氧化的PDMS也可以对不是其本身的一定范围被氧化材料不可逆地密封，包括例如玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和环氧聚合物，它们以与PDMS表面相似的方式（例如通过暴露于含氧等离子体）被氧化。适用于本发明的氧化和密封方法以及整体模制技术在本领域中介绍，例如在题为“Rapid Prototyping of Microfluidic Systemsand Polydimethylsiloxane”，Anal.Chem.，70：474-480，1998（Duffy等）的论文中，该文献的内容结合到本申请中，作为参考。
由氧化硅酮聚合物形成槽道或其它结构（或内部流体接触表面）的另一优点是这些表面能够有比普通弹性体聚合物的表面大得多的亲水性（在这些位置中希望有亲水性的内表面）。因此，这些亲水性槽道表面能够更容易由水溶液充装和润湿（与包括普通的未氧化弹性体聚合物或其它憎水性材料的结构相比）。
在一些方面，这样的装置可以使用多于一层基体（例如多于一层PDMS）来制造。例如，具有多重高度的槽道的装置和/或具有如这里所述定位的交接面的装置可以使用多于一层基体来制造，这些基体可以再装配或粘接在一起，例如使用等离子体粘接，以便产生最终装置。在一些实施例中，一层或多层可以有一个或多个匹配的凸起和/或凹入部分，这些凸起和/或凹入部分对齐，以便合适对齐这些层，例如以锁和键的方式。例如，第一层可以有凸起（有任意合适形状），第二层可以有相应凹入部分，该凹入部分能够接收凸起，从而使得两层合适的相互对齐。
在一些方面，槽道的一个或多个壁或部分可以进行涂覆，例如涂覆有涂层材料，包括光敏涂层材料。例如，在一些实施例中，在公共相接部处的各微流体槽道可以有基本相同的憎水性，尽管在其它实施例中，各槽道可以有不同的憎水性。例如，在公共相接部处的第一槽道（或槽道组）可以有第一憎水性，而其它槽道可以有与该第一憎水性不同的第二憎水性，例如有比第一憎水性大或小的憎水性。用于涂覆微流体槽道（例如涂覆有溶胶-凝胶涂层）的系统和方法的非限定示例可以在以下文献中可见：Abate等的国际专利申请No.PCT/US2009/000850，申请日为2009年2月11日，标题为“Surfaces,Including Microfluidic Channels,With Controlled Wetting Properties”，在2009年10月1日公开为WO2009/120254；以及Weitz等的国际专利申请No.PCT/US2008/009477，申请日为2008年8月7日，标题为“Metal Oxide Coating on Surfaces”，在2009年2月12日公开为WO2009/020633，各文的内容都结合到本申请中，作为参考。
如上所述，在一些示例中，一些或全部槽道可以进行涂覆或者以其它方式进行处理，这样，一些或全部槽道（包括进口和子槽道）各自有基本相同的亲水性。涂层材料能够在某些示例中用于控制和/或改变槽道的壁的憎水性。在一些实施例中，提供了溶胶-凝胶，该溶胶-凝胶能够形成为在基体上的涂层，基体例如槽道的壁，如微流体槽道的壁。在一些示例中，溶胶-凝胶的一个或多个部分能够进行反应，以便改变它的憎水性。例如，溶胶-凝胶的一部分可以暴露于光（例如紫外线光）中，该光能够用于引起在溶胶-凝胶中的化学反应，该化学反应改变它的憎水性。溶胶-凝胶可以包括光敏引发剂，该光敏引发剂在暴露于光中时产生原子团。也可选择，光敏引发剂与在溶胶-凝胶内的硅烷或其它材料结合。这样产生的原子团可以用于引起在溶胶-凝胶的表面上产生凝结或聚合反应，从而改变表面的憎水性。在一些示例中，多个部分可以例如通过控制暴露于光中（例如使用掩模）而进行反应或保持未反应。
因此，在本发明的一个方面中，在槽道的壁上的涂层可以是溶胶-凝胶。如本领域普通技术人员已知，溶胶-凝胶是能够成溶胶或凝胶状态的材料。在一些示例中，溶胶-凝胶材料可以包括聚合物。溶胶状态可以通过化学反应而转变成凝胶状态。在一些示例中，可以通过从溶胶中除去溶剂而方便反应，例如通过干燥或加热技术。因此，在一些示例中，例如如后面所述，溶胶可以在使用之前预处理，例如通过引起在溶胶内产生一些凝结。溶胶-凝胶化学性质大致与聚合类似，但是为硅烷水解产生硅烷醇和这些硅烷醇随后凝结以便形成硅石或硅氧烷的顺序。
例如，可以通过在溶胶-凝胶中结合憎水性聚合物来使得溶胶-凝胶涂层更加憎水性。例如，溶胶-凝胶可包含一种或多种硅烷，例如一氟硅烷（即包含至少一个氟原子的硅烷），例如十七氟硅烷或十七氟辛基硅烷（heptadecafluorooctylsilane），或者其它硅烷如甲基三乙氧基硅烷（MTES），或者包含一个或多个脂肪链的硅烷如十八烷基硅烷，或者其它CH3（CH2）n-硅烷，其中n可以是任何合适的整数。
溶胶-凝胶可以存在为在基体上的涂层，且该涂层可以有任意合适的厚度。例如，涂层可以有不超过大约100微米的厚度、不超过大约30微米、不超过大约10微米、不超过大约3微米或者不超过大约1微米。
溶胶-凝胶涂层的憎水性可以改变，例如通过使溶胶-凝胶涂层的至少一部分进行凝结或聚合反应，以使聚合物与溶胶-凝胶涂层反应。与溶胶-凝胶涂层反应的聚合物可以是任何合适的聚合物，并且可以选择成具有特定的憎水性质。例如，聚合物可以选择成比基体和/或溶胶-凝胶涂层更加憎水或者更加亲水。
因此，本发明的一些方面通常涉及用于将这样的溶胶-凝胶涂覆在基体的至少一部分上的系统和方法。在一组实施例中，基体（例如微流体槽道）暴露于溶胶，该溶胶再进行处理以便形成溶胶-凝胶涂层。在一些示例中，溶胶还能够预处理，以便引起产生局部凝结或聚合。
在某些实施例中，涂层的一部分可以在涂层引入基体上之后进行处理，以便改变它的憎水性（或其它特性）。在一些示例中，涂层暴露于包含单体和/或低聚物的溶液，该单体和/或低聚物再凝结或聚合，以便粘接在涂层上，如上面所述。例如，涂层的一部分可以受到热或光，例如紫外线光，该热或光可以用于起动自由基聚合反应，以便导致发生聚合。
下面的文献的内容结合到本申请中，作为参考：Weitz等的美国专利申请No.11/885306，申请日为2007年8月29日，标题为“Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions”，在2009年5月21日公开为美国专利申请公开No.2009/0131543；Chu等的美国专利申请No.12/058628，申请日为2008年3月28日，标题为“Emulsions and Techniques for Formation”，目前为2010年8月17日颁发的美国专利No.7776927；Weitz等的国际专利申请No.PCT/US2010/000763，申请日为2010年3月12日，标题为“Controlled Creation of Multiple Emulsions”，在2010年9月16日公开为WO2010/104604；Weitz等的国际专利申请No.PCT/US2010/047458，申请日为2010年9月1日，标题为“MultipleEmulsions Created Using Junctions”；Weitz等的国际专利申请No.PCT/US2010/047467，申请日为2010年9月1日，标题为“MultipleEmulsions Created Using Jetting and Other Techniques”；以及Rotem等的美国临时专利申请No.61/489211，申请日为2011年5月23日，标题为“Control of Emulsions,Including Multiple Emulsions”；这些文献的内容都结合到本申请中，作为参考。
以下示例用于说明本发明的特定实施例，而不是用来说明本发明的整个保护范围。
示例1
光刻是用于制造微米量级装置的精确、可重复和容易的方法。不过，它不容易在该装置中制造双重乳液。用于双重乳化的一种方案是局部地控制装置的润湿亲和力。例如，水/油/水乳液（w/o/w）可以这样制备，其中，第一乳化阶梯（step）是局部憎水，第二乳化阶梯是局部亲水。例如见Weitz等的国际专利申请No.PCT/US2010/047458，申请日为2010年9月1日，标题为“Multiple Emulsions Created UsingJunctions”，该文献的内容结合到本申请中，作为参考。
用于克服在该装置中的润湿限制的另一方法是通过控制乳化阶梯的几何形状。通过产生形成相接部的更扩大下降，连续的流体能够环绕分散流体流动，使它与壁屏蔽，并防止它润湿装置的壁，从而消除在初始限定的几何形状中存在的润湿问题。
光刻曝光能够重复，以便产生多层装置，但是一些布局（例如图1中的布局）有时可能很难使用多重曝光来获得，并可能需要在制造后堆垛装置的补充方法。用于使得微米量级装置的堆垛对齐的一种方法依赖于匹配的“锁和键”，该锁和键是装置（图2）的固有部件。图2A表示了使用光刻制备的两层母体（master）。两层的对齐确定了两半PDMS的对齐（在图2C）。图2B表示了切成两半的两层装置，且图2C表示了相互面对粘接的两半部分，例如使用等离子体粘接。图2D和2E表示了在装置的一半上凸出和在面对的一半上压入的对齐结构，因此，它们装配在一起，以便执行两半部分的自对齐。接触表面通过水的润滑可以用于暂时停用等离子体粘接，直到在对齐处理之后进行焙烤。
在一些示例中，单阶梯乳化可以通过这样的两厚度装置来实现。例如，憎水性装置可以用于在流体之间的接触点处将水乳化至油中。将该接触点设计成靠近第二乳化部位能够导致单阶梯处理。在一些实施例中，这种处理还能够产生具有非常薄外壳的双重溶液，例如有1:25的外壳/内部相的体积比例（图3）。该图表示了单阶梯、两厚度装置，用于形成有不同体积比例的w/o/w双重乳液，从在左侧图像中的1:1内部:外壳体积比例至在右侧的25:1内部:外壳体积比例。
尽管这里已经描述和举例说明了本发明的多个实施例，但本领域普通技术人员将容易想到许多实现本文中所述功能和/或获得本文中所述结果和/或一种或多种所述优点的其它措施和/或结构，每一种这样的变化和/或修改均被视为在本发明的范围内。更通常是，本领域普通技术人员应当知道，这里所述的所有参数、尺寸、材料和构造是示例性的，实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发明教导的具体应用。本领域普通技术人员只利用常规实验会认识到或能确定本文所述本发明的具体实施例的许多等效情况。因此，应当知道，前述实施例仅作为示例给出，在附加权利要求书及其等效情况的范围内，本发明可以采取与具体说明和要求保护的方式不同的方式来实施。本发明涉及本文中所述的每一个单独的特征、系统、制品、材料、成套组件和/或方法。此外，两种或更多种这类特征、系统、制品、材料、成套组件和/或方法的任意组合也包括在本发明的范围内，只要这类特征、系统、制品、材料、成套组件和/或方法彼此一致。
本文所限定和使用的所有定义应理解为优先于字典中的定义、通过参考结合的文献中的定义和/或所定义术语的通常含义。
除非有明确的相反说明，否则本说明书和权利要求书中的非限定冠词“一”应当理解为指“至少一个”。
本说明书和权利要求书中用到的表述“和/或”应理解为指如此结合的要素中的“任一或二者”，即要素在一些示例中配合的出现，在其它情况下分开出现。用“和/或”列举的多个要素应以相同的方式解释，即“一个或多个”要素如此结合。可选地，存在不是“和/或”从句明确指出的要素的其它要素，无论它们与那些明确指出的要素相关与否。因此，作为非限定的示例，当与开放式语言如“包括”一起使用时，提及“A和/或B”在一个实施例中可以仅指A（可选地包括不是B的要素）；在另一个实施例中可以仅指B（可选地包括不是A的要素）；而在另一个实施例中可以指A和B（可选地包括其它要素）；等等。
本说明书和权利要求书中所用的“或”应理解为与上面定义的“和/或”具有相同含义。例如，当隔开列表中的各项时，“或”或“和/或”应理解为包括性的，即包括许多或列表中要素的至少一个，而且包括多于一个的要素，并可选地包括另外未列出的项目。只有当明确相反定义的术语例如“仅......其中之一”或“确切地......其中之一”，或“由......组成”在权利要求书中使用时，指包括许多或列表中要素的恰好一个。通常，当前面存在排他性术语如“任一”、“......其中之一”、“仅......其中之一”或“......其中确切之一”时，本文中所用的术语“或”应仅解释为表示排他性的可选择项（即“其中之一或另一个但非二者”）。“基本由......组成”用在权利要求书中时应具有如在专利法领域中所用的普通含义。
如在本说明书和权利要求书中所用的，提及一个或多个要素列表时的表述“至少一个”应理解为意指选自所列要素中的任何一个或多个要素中的至少一个要素，但不一定包括要素列表中每个明确列出的至少一个要素，也不排除要素列表中要素的任意组合。该定义还允许除了提及表述“至少一个”的要素列表内所明确指出的要素以外，其它要素也可以选择地存在，无论它们与那些明确指出的要素相关与否。因此，作为非限定的示例，“A和B中的至少一个”（或等同于“A或B中的至少一个”或等同于“A和/或B中的至少一个”）在一个实施例中可以指至少一个A，可选地包括多于一个的A，但不存在B（可选地包括B之外的要素）；在另一个实施例中可以指至少一个B，可选地包括多于一个的B，但不存在A（可选地包括A之外的要素）；而在另一个实施例中可以指至少一个A，可选地包括多于一个的A以及至少一个B，可选地包括多于一个的B（可选地包括其它要素）；等。
还应理解，除非有明确的相反说明，否则本文中要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的这些步骤或动作的顺序并不一定限于所给出的方法的步骤或动作的顺序。
在权利要求书和以上说明书中，所有过渡用语如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等均应理解为开放式的，即指包括但不限于。仅过渡用语“由......组成”和“基本由......组成”分别对应于如美国专利局专利审查程序指南第2111.03节中所规定的封闭或半封闭式的过渡用语。

Claims (45)

1.一种微流体装置，包括：
微流体槽道的第一相接部，所述第一相接部至少包括流体连通的第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道，第一相接部在交接面处与微流体槽道的第二相接部流体连通，所述第二相接部至少包括流体连通的第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道，第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道中的每一个都具有在第一相接部处的相应截面面积，第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道中的每一个都具有在第二相接部处的相应截面面积，其中，交接面的截面面积小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道中的最小截面面积。
2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中：第六微流体槽道限定了中心轴线，交接面具有中心点，所述中心点基本在第六微流体槽道的中心轴线上。
3.根据权利要求1所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道限定了第一中心轴线，第六微流体槽道限定了第六中心轴线，其中，第一中心轴线和第六中心轴线基本平行。
4.根据权利要求3所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道的第一中心轴线和第六微流体槽道的第六中心轴线基本共线。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的微流体装置，其中：第一槽道、第二槽道和第三槽道的截面面积各自小于第四槽道、第五槽道和第六槽道的最小截面面积。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的微流体装置，其中：第一槽道的截面面积小于第二槽道和第三槽道中的最小截面面积。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的微流体装置，其中：第一槽道、第二槽道和第三槽道的截面面积都基本相同。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的微流体装置，其中：第二槽道的截面面积基本等于第三槽道的截面面积。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的微流体装置，其中：第四槽道的截面面积基本等于第五槽道的截面面积。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道的截面面积的平均值小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的截面面积的平均值的大约80%。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道的截面面积的平均值小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的截面面积的平均值的大约50%。
12.根据权利要求1-11中任意一项所述的微流体装置，其中：交接面的面积小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的平均截面面积的大约80%。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的微流体装置，其中：交接面的面积小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的平均截面面积的大约50%。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道的平均高度小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的平均高度的80%。
15.根据权利要求1-14中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道的平均宽度小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道的平均宽度的80%。
16.根据权利要求1-15中任意一项所述的微流体装置，其中：第二槽道以小于90°的角度与第一槽道相交。
17.根据权利要求1-16中任意一项所述的微流体装置，其中：第三槽道以小于90°的角度与第一槽道相交。
18.根据权利要求1-17中任意一项所述的微流体装置，其中：第二槽道以大于90°的角度与第一槽道相交。
19.根据权利要求1-18中任意一项所述的微流体装置，其中：第三槽道以大于90°的角度与第一槽道相交。
20.根据权利要求1-19中任意一项所述的微流体装置，其中：第二槽道和第一槽道的角度以及第三槽道和第一槽道的角度基本相同。
21.根据权利要求1-20中任意一项所述的微流体装置，其中：第四槽道以小于90°的角度与第一槽道相交。
22.根据权利要求1-21中任意一项所述的微流体装置，其中：第五槽道以小于90°的角度与第一槽道相交。
23.根据权利要求1-22中任意一项所述的微流体装置，其中：第四槽道以大于90°的角度与第一槽道相交。
24.根据权利要求1-23中任意一项所述的微流体装置，其中：第五槽道以大于90°的角度与第一槽道相交。
25.根据权利要求1-24中任意一项所述的微流体装置，其中：第四槽道和第一槽道的角度与第五槽道和第一槽道的角度基本相同。
26.根据权利要求1-25中任意一项所述的微流体装置，其中：第四槽道和第一槽道的角度大于第二槽道和第一槽道的角度。
27.根据权利要求1-26中任意一项所述的微流体装置，还包括：阻挡部分，所述阻挡部分定位在第二相接部中并邻近交接面，以使得从交接面至第二相接部有逐渐变化的尺寸。
28.一种微流体装置，包括：
微流体槽道的相接部，所述相接部至少包括流体连通的第一微流体槽道、第二微流体槽道、第三微流体槽道、第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道，第一微流体槽道、第二微流体槽道、第三微流体槽道、第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道中的每一个都具有在相接部处的截面面积，其中，第二截面面积和第三截面面积基本相同，第四截面面积和第五截面面积基本相同，第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道在相接部处的截面面积各自小于第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道在相接部处的最小截面面积。
29.根据权利要求28所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道、第三微流体槽道、第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道中的至少一个有矩形截面。
30.根据权利要求28或29所述的微流体装置，其中：物品包括聚（二甲基硅氧烷）。
31.根据权利要求28-30中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道、第三微流体槽道、第四微流体槽道、第五微流体槽道和第六微流体槽道中的每一个在相接部处都具有基本相同的亲水性。
32.根据权利要求28-31中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道的截面面积小于第二微流体槽道和第三微流体槽道中的最小截面面积。
33.根据权利要求28-32中任意一项所述的微流体装置，其中：第一微流体槽道、第二微流体槽道和第三微流体槽道的截面面积都基本相同。
34.根据权利要求28-33中任意一项所述的微流体装置，其中：第二微流体槽道的截面面积基本等于第三微流体槽道的截面面积。
35.根据权利要求28-34中任意一项所述的微流体装置，其中：第四微流体槽道的截面面积基本等于第五微流体槽道的截面面积。
36.一种产生双重乳液的方法，所述方法包括：
使得第一流体由第二流体包围，同时使得第一流体和第二流体通过在微流体槽道的第一相接部和微流体槽道的第二相接部之间的交接面进入第三流体中，以便包围第一流体和第二流体并产生双重乳液液滴，所述双重乳液液滴包括由第二流体的液滴包围的第一流体的液滴，所述第二流体的液滴包含在第三流体中。
37.根据权利要求36所述的方法，其中：第一流体和第二流体基本不可混溶。
38.根据权利要求36或37所述的方法，其中：第二流体和第三流体基本不可混溶。
39.根据权利要求36-38中任意一项所述的方法，其中：双重乳液液滴包括不超过大约5%体积的第二流体和至少大约95%体积的第一流体。
40.根据权利要求36-39中任意一项所述的方法，其中：双重乳液液滴包括不超过大约10%体积的第二流体和至少大约90%体积的第一流体。
41.根据权利要求36-40中任意一项所述的方法，其中：双重乳液液滴包括不超过大约20%体积的第二流体和至少大约80%体积的第一流体。
42.根据权利要求36-41中任意一项所述的方法，其中：双重乳液液滴包括不超过大约30%体积的第二流体和至少大约70%体积的第一流体。
43.根据权利要求36-42中任意一项所述的方法，还包括：产生多个双重乳液液滴，各双重乳液液滴包括由第二流体的液滴包围的第一流体的液滴，所述第二流体的液滴包含在第三流体中。
44.根据权利要求43所述的方法，包括：产生多个双重乳液液滴，以使得产生的液滴的至少大约95%是双重乳液液滴。
45.一种产生双重乳液的方法，所述方法包括：
在微流体槽道的公共相接部处产生双重乳液，其中，各微流体槽道在公共相接部处具有基本相同的憎水性。
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