CN111032219A - 液滴分配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于分配液滴，特别是包含一个或多个实体的皮升体积的液滴的方法和系统。在本文中公开了一种微流体液滴分配系统，该系统包括：液滴馈送管线，用于载送用于分配的液滴；分配管线，用于载送分配流体以分配所述液滴；液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；第一接头，所述第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部用于接收来自所述液滴馈送管线的流，所述第二输入部用于接收来自所述分配管线的流，所述输出部通向所述液滴出口管线；废液管线，所述废液管线在所述第一接头与所述液滴输出部之间联接到所述液滴输出管线；第一压力源，所述第一压力源用于将被加压的分配流体提供给所述分配管线，以从所述液滴输出部喷射液滴；液滴分配阀，所述液滴分配阀在所述第一压力源和所述分配管线之间，以控制液滴从所述液滴输出部的喷射；其中所述系统还包括：第二压力源，所述第二压力源用于将被加压的分配流体提供给液滴保护管线；第二接头，所述第二接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部来自所述液滴馈送管线，所述第二输入部来自所述液滴保护管线；以及体积流节流装置，所述体积流节流装置联接在所述第二接头的输出部与所述第一接头的第一输入部之间，以限制从所述第二接头进入到所述第一接头中的体积流。

Description

液滴分配系统
技术领域
本发明总体上涉及用于分配液滴，特别是包含一个或多个实体的微液滴的方法和系统。
背景技术
本文所描述的液滴分配技术通常但非排他性地涉及乳化液，所述乳化液通常包含油包水的微液滴，通常是表面活性剂稳定的。可以将一种或多种活性实体(例如，一种或多种活细胞或颗粒)掺入每个液滴中，然后在该液滴内进行实验，例如进行生物测定。可以以每秒几千次以上的速率生成和潜在地处理微体积液滴(微液滴)。
通常，油组合物包含氟和/或矿物油，并且优选地包含表面活性剂，例如约0.5％-5％体积/体积。当微液滴包含活性实体时，使用氟油是特别有利的，这是因为氟油擅长将氧气输送至微液滴。表面活性剂可以是聚合物或小分子；例如可以使用衍生自全氟醚的嵌段共聚物(例如，KrytoxTM或聚乙二醇(PEG))的表面活性剂。微液滴内的材料或分析物可以包含：例如细胞、DNA、蛋白质、肽、珠、颗粒、晶体、胶束、大分子、用于酶法测定的材料、细胞器，例如细胞(例如，哺乳动物细胞、酵母细胞、藻类细胞)或细菌、病毒、朊病毒等。通常，皮升体积的液滴(微液滴)的直径在1μm至120μm的范围内，然而液滴可以更大(或更小)，从而提供可以在纳升至飞升范围内的体积。
发明人已经发现了用于处理和分配这种液滴的现有技术的一些问题。特别地，微流体装置内与分配相关联的压力波动可能会干扰装置内的液滴。另外，分配过程有时可能会导致液滴或部分液滴进入不期望的微流体通道(管线)。
可以在专利公开US2014/162262、GB2495182A、US2015/125947、US2009/320930、US2008/261295和US2016/136643中找到其他背景现有技术。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种微流体液滴分配系统，所述系统包括：液滴馈送管线，用于载送用于分配的液滴；分配管线，用于载送分配流体以分配所述液滴；液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；第一接头，所述第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部用于接收来自所述液滴馈送管线的流，所述第二输入部用于接收来自所述分配管线的流，所述输出部通向所述液滴出口管线；废液管线，所述废液管线在第一接头与所述液滴输出部之间联接到所述液滴输出管线；第一压力源，所述第一压力源用于将被加压的分配流体提供给所述分配管线，以从所述液滴输出部喷射液滴；液滴分配阀，所述液滴分配阀位于所述第一压力源与所述分配管线之间，以控制液滴从所述液滴输出部的喷射；其中所述系统还包括：第二压力源，所述第二压力源用于将被加压的分配流体提供给液滴保护管线；和第二接头，所述第二接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部来自所述液滴馈送管线，所述第二输入部来自所述液滴保护管线；以及体积流量节流装置，所述体积流量节流装置联接在所述第二接头的输出部与所述第一接头的第一输入部之间，以限制从所述第二接头进入到所述第一接头中的体积流。
因此，在一方面中，描述了一种微流体液滴分配系统，所述系统通常但不是必须包括位于聚合物或其它基板上的多个通道或管线。该系统可以包括一个或多个阀、泵等，该一个或多个阀、泵等可以位于基板上/在基板内或与基板分隔开。聚合物基板以及任选地一种或多种额外部件可以呈一次性/可消耗盒的形式。
在一个实施例中，液滴分配系统包括液滴馈送管线，该液滴馈送管线通常在前述的一般类型的单乳化液或双乳化液中输送用于分配的液滴，该液滴包括在载体油中的水性液滴。分配管线被设置成载送分配流体以分配液滴，该分配流体通常为载体油。液滴出口管线联接至液滴出口或喷嘴。这样的喷嘴可以包括破坏液滴/将液滴与乳化液分离的机构，例如筛网、电极或添加去乳化剂的管线。
第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部接收来自液滴馈送管线的流，所述第二输入部接收来自分配管线的流，所述输出部通向液滴出口管线。废液管线在第一接头与液滴输出部之间联接到液滴输出管线。例如由真空泵通常被施加有抽吸的废液管线可以用于将不需要的材料抽吸到废液。
第一压力源可以将被加压的分配流体提供给分配管线以从所述液滴输出部喷射液滴，并且液滴分配阀位于第一压力源与分配管线之间以控制液滴从所述液滴输出部的喷射。液滴分配阀短暂打开以分配液滴(例如，这可以以大约1000∶1的空间比率的标记操作)。
第二压力源可以将被加压的分配流体提供给液滴保护管线。液滴保护管线将被加压的分配流体提供给第二接头的一个输入部，该第二接头的另一个输入部来自液滴馈送管线。体积流量节流装置联接在第二接头的输出部与第一接头的第一输入部之间，以限制从第二接头到第一接头的体积流。在优选的实施例中，但不是必须的，第二压力源提供连续的压力；可选地，这可以与分配阀同步。第二压力源可以是与第一压力源不同的压力源，但是方便地，两者都使用相同的压力源。
广义地讲，系统的实施例对分配接头上游的接头处(其中分配压力被施加在所述接头处)处的流体加压，以保护上游流体。加压可以是基本上连续的。为了减少进入到分配接头中的体积流，在第二接头与第一接头之间施加节流装置，其中体积流进入到分配接头否则会导致过量的载体流体(主要是油)离开液滴出口。优选地，流被节流，以使得液滴出口管线中的体积流不大于废液管线将这种不想要的材料载送至废液的能力。附加地或替代地，可以在分配之前对体积流进行(进一步)节流以减慢液滴，从而帮助成像和/或液滴分析，例如进行荧光测量。更进一步附加地或可替代地，可体积流被节流以限制每个分配循环所使用的试剂的量。技术人员将理解，压力源不一定提供恒定的体积流(不同于例如注射泵)。
在相关方面中，本发明提供了一种微流体液滴分配的方法，该方法包括：在液滴馈送管线中接收用于分配的液滴；将用于分配的所述液滴提供给液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；允许废液来自于所述液滴出口管线；通过将增加的压力选择性地施加到所述液滴出口管线来控制液滴从所述液滴输出部的喷射；以及通过对所述液滴馈送管线的被施加有所述增加额压力的位置的上游的区域加压，来保护所述液滴馈送管线中的液滴免于所述选择性地施加的增加的压力。
这种一般类型的分配系统可能会出现的另一个问题是，旨在用于分配的液滴或其部分反而可能会进入到废液管线中。
因此，在另一方面中，本发明提供了一种微流体液滴分配系统，所述系统包括：液滴馈送管线，用于载送用于分配的液滴；分配管线，用于载送分配流体以分配液滴；液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；第一接头，所述第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部用于接收来自所述液滴馈送管线的流，所述第二输入部用于接收来自所述分配管线的流，所述输出部通向所述液滴出口管线；废液管线，所述废液管线在所述第一接头与所述液滴输出部之间的废液管线接头处联接到所述液滴输出管线；第一压力源，所述第一压力源用于将被加压的分配流体提供给所述分配管线，以从所述液滴输出部喷射液滴；液滴分配阀，所述液滴分配阀在所述第一压力源与所述分配管线之间，以控制液滴从所述液滴输出部的喷射；其中所述系统还包括：喷射管线，所述喷射管线联接到废液管线，以与分配阀的打开同步地将流体喷射到废液管线中。
优选地，该方法还包括限制在施加增加的压力的点的下游限制液滴馈送管线中/通过液滴馈送管线的体积流。
在实施例中，通过将载送流体喷射到优选地邻近废液管线接头的废液管线中，可以保护旨在用于分配的液滴。在实施例中，喷射管线联接到压力源，该压力源与分配阀同步地提供增加的压力。这可以使用相同的压力源或第二压力源来实现，该第二压力源联接到与液滴分配阀同步操作的喷射阀，以与液滴分配阀同步地将压力提供给喷射管线。附加地或可替代地，喷射管线可以联接到分配管线(即，在第一接头的上游)，使得喷射管线被分配阀加压并从分配阀接收一部分流。然后，喷射管线可以被构造成对通过管线的流量进行充分节流，使得液滴不会逆着正常流动方向被迫使回到出口管线；并可选地限制过量的油离开液滴出口。然而，压力/流应足以基本上防止旨在用于分配的液滴(或其部分)反而行进到废液中。
技术人员将理解，液滴分配系统的优选实施例可以在单个系统中结合上述两种技术(上游加压和废液管线喷射)。
在另一方面中，本发明提供了一种分配流体的液滴的方法，该方法包括：在液滴出口管线中从液滴馈送管线接收液滴；通过将被加压的分配流体提供到所述液滴出口管线中，从所述液滴出口管线通过液滴出口喷射液滴；当未将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，在废液管线中从液滴出口管线接收液滴；以及通过在液滴出口管线的上游提供被加压的分配流体来保护所述液滴出口管线的上游的液滴。
优选地，该方法还包括将液滴出口管线的上游的压力维持在等于或高于液滴出口管线的压力。
施加在液滴出口管线的上游的被加压的分配流体可以与施加到液滴出口管线的被加压的分配流体来自相同的源。
该方法还可以包括使用液滴出口管线的上游的体积流节流装置来调节进入液滴出口管线的流体的流量。
在另一方面，本发明提供了一种分配流体的液滴的方法，该方法包括：在液滴出口管线中从液滴馈送管线接收液滴；通过将被加压的分配流体提供到所述液滴出口管线中，从所述液滴出口管线通过液滴出口喷射液滴；当未将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，在废液管线中接收液滴；和当将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，将流体喷射到废液管线中。
喷射到废液管线中的流体可以与施加到液滴出口管线的被加压的分配流体来自相同的源。
在上述系统和方法中，管线(通道)中的一个或多个可以具有氟化内壁。这有助于液滴的稳定、保护和移动。在上述系统和方法中，分配流体可以包括包含一种或多种氟化表面活性剂的油载体，从而类似地稳定、保护和促进液滴的移动。
从广义上讲，还将描述一种用于在悬浮液中分配限定体积的流体或颗粒的微流体结构，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在该检测通道中，封闭的流体或颗粒的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，然后其它部分被送至单独的废液通道。
还描述了一种用于在悬浮液中分配限定体积的流体或颗粒的微流体结构，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在该检测通道中使用物理、物理化学或生物检测方法识别的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，其它部分则被送至单独的废液通道。
检测方法可以包括物理化学(例如光学、电化学、量热14、热、质量敏感、声学、磁性、纳米线感测或机械)方法和/或生物学检测方法以及两者的组合。
还描述了一种用于在悬浮液中分配限定体积的流体或颗粒的微流体结构，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、废液通道、压力平衡侧通道、压力电阻器和检测通道，在所述检测通道中，使用物理检测方法识别的部分被选择并以受控方式被引导，以提供改进且更准确的分配或废液移除。
压力平衡侧通道可以提供对流体和压力网的被动控制。
替换地，压力平衡侧通道可以通过调节并入在微流体结构内部或外部的连接阀来提供对流体和压力网的主动控制。
微流体结构的压力调节网可以通过微流体结构的物理尺寸、设计和形状来控制。
分配喷嘴可以具有被限定的形状。优选地，喷嘴可以具有允许以最小的材料损失进行精确和受控分配的被限定的形状。
可选地，喷嘴和微流体结构可以同时由同一模具以一体的形式被制造而成。
还描述了一种微流体结构，该微流体结构可以包含位于较大腔体内的分配出口。这通过防止样本的横向移动可以减少样本芯吸和损失，并且从而可以改善分配。
微流体结构的一部分可以涂覆有表面能改性涂层。
用于制造微流体结构的材料可以是半刚性或刚性固体。
微流体结构可以使用乳化液。乳化液可以用于分隔各种流体或颗粒，以简化所述流体或颗粒的分析、选择和分配。任选地，可以通过表面活性剂和/或化学或物理手段使乳化液稳定或不稳定。
广义上讲，描述了一种使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒的方法，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中封闭的流体或颗粒的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，其它部分被送至单独的废液通道。
还描述了一种使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒的方法，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中使用物理、物理化学方法和/或生物检测方法识别的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，其它部分被送至单独的废液通道。
另外，还描述了一种使用微流体结构的方法，该结构可以包含定位在较大腔体内的分配出口，这可以通过防止样本的横向移动来减少样本芯吸和损失，并且从而可以改善分配。
广义地说，描述了一种系统，该系统使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中封闭流体或颗粒的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，其它部分被送至单独的废液通道。
还描述了一种系统，该系统使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中使用物理、物理化学方法和/或生物检测方法识别的部分被选择并通过分配喷嘴被分配，其它部分被送至单独的废液通道。
另外，还描述了一种使用微流体结构的系统，该微流体结构可以包含定位于较大腔体内的分配出口，这可以通过防止样本的横向移动来减少样本芯吸和损失，从而可以改善分配。
还描述了一种系统，该系统使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中封闭的流体或颗粒的部分被选择并且通过分配喷嘴被分配，其它部分被送至单独的废液通道。
还描述了一种系统，该系统使用微流体结构来分配悬浮液中限定体积的流体或颗粒，该结构包括：至少两个样本入口流、样本分配喷嘴、检测通道，在所述检测通道中使用物理检测方法识别的部分被选择并通过分配喷嘴被分配到容器或目标区域中，而其它部分被送至单独的废液通道。
还描述了一种使用微流体结构的系统，该微流体结构包含定位于较大的腔体内的分配出口，这通过防止样本的横向移动来减少样本芯吸和损失，并且从而改善了向容器或目标区域的分配。
在本说明书中，流体可以包括但不限于气体、液体、乳化液、悬浮液、胶体，凝胶和气溶胶。
颗粒可以包括但不限于珠、粉末、晶体、量子点、细胞和沉淀物。
附图说明
从随后的详细描述和附图，将更全面地理解本公开，然而，不应将其理解为将本发明限制于所示的特定实施例，而仅是为了说明和理解。
图1示出了示例性双T形接头液滴分配单元的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的具有受保护的上游流体和延迟管线的双T形接头液滴分配单元的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的双T形接头液滴分配单元的示意图，该双T形接头液滴分配单元具有用于喷射油以防止过量废液液滴的系统；
图4示出了根据本发明的实施例的双T形接头液滴分配单元的示意图，该双T形接头液滴分配单元具有使用与分配阀同步的阀来喷射油以防止过量废液液滴的系统；以及
图5示出了根据本发明的实施例的双T形接头液滴分配单元的示意图，该双T形接头液滴分配单元具有使用分配阀来喷射油以防止过量的废液液滴的系统。
具体实施方式
液滴分配系统
参考图1，其示出了具有两个T形接头的液滴分配单元的示例的示意图。
分配单元10具有第一输入通道15，该第一输入通道提供微液滴(体积小于1nl的液滴)。分配单元10具有第一输出通道40和第二输出通道30，第一输出通道40通至废液，第二输出通道30为分配单元10提供出口，该出口用于喷射所选择的液滴以收集在贮存器中。液滴通过喷嘴35被喷射。第二输入通道20联接至分配阀25，以在该示例中接收压缩空气。以此方式，可以将压力脉冲施加到在第二输出通道30中流动的乳化液，以喷射包含所选择的目标液滴的一段乳化液，以收集在多孔贮存器的孔中。通常，压力脉冲通过载送流体(尤其是油)被施加，但是也可以使用气体(空气)。这同样适用于后面描述的系统。当检测到适合分配的液滴时，分配阀25启动。在输入通道与输出通道之间存在共享通道部分50。
上述双T形接头分配技术不容许由分配阀25的打开和关闭引起的压力波动。可以假定这些压力波动不会对上游流动的特性产生影响。然而，从实际实验来看，这些压力波动似乎会导致对皮液滴间距的破坏，并导致高流量逆流。这可能会导致皮液滴潜在的剪切和毁坏。此外，当分配阀25启动时，被选择用于分配的皮液滴将替代地沿着真空废液管线40行进存在很大的可能性。
图1中所示类型的分配器10可以具有承载微流体通道的平板或基板的形式；分配器10还可以包括一个或多个保持区域、阀等。分配阀优选地是基本上光学透明的，并且可以由多种塑料材料制造而成，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)或环烯烃聚合物或共聚物(COP或COC)。然后可以将基板垂直地或以合适的角度安装在液滴处理系统/仪器中，且使分配器输出通道30向下指向多孔板或微量滴定板。然后仪器可以移动盒和/或板以将输出通道30引导到所选择的孔中。
合适的微液滴处理系统/仪器在我们的专利公开WO2016/193758中被描述，其中该专利公开在此通过引用并入本文；这样的仪器因此可以结合(一次性)微流体盒。该仪器可以具有容纳水介质的一个或多个贮存器，该水介质通常包括生长介质，诸如哺乳动物细胞、细菌等的生物实体被容纳在该贮存器中以进行处理。一组一个或多个贮存器可以容纳油以在系统的各个阶段提供乳化液；这些可以是仪器的一部分，也可以是盒的一部分。贮存器中的一个可以提供洗脱液，该洗脱液是被用作/用于目标液滴的提取和喷射的油。可选地，盒/基板的分配器部分可以具有一个或多个液滴感测区域，所述液滴感测区域用于识别流中何时存在液滴，并相应地控制液滴喷射的时间，以便喷射出一段乳化液。例如，光学液滴检测区域可以设置在第一T形接头的下游，更具体地在分配器的第一T形接头与第二T形接头之间。
这种仪器的示例可以用于从非常大的群体中识别出非常少的含有感兴趣的生物实体的极为罕见的液滴。然后，基板上液滴分选器可以操作得比液滴分配器快一个或两个数量级，例如，分配器可以以1-10Hz的频率操作，而分选器可以100-1,000Hz的频率操作。因此，一个或多个乳化液流动缓冲区域可以设置在基板的分选区域与分配区域之间以控制到液滴分配器的乳化液流动速率。在实施例中，这样的缓冲区域可以包括腔室或者一定长度的微流体通道，其中在该腔室中，液滴可以积聚，同时虹吸掉过量的油或将过量的油释放到废液中。液滴的特性可以在其从缓冲区域中出来时(依序)或之后例如以光学的方式被测量，使得当将液滴分配到孔/贮存器中时，特定孔/贮存器内的(一个或多个)液滴的特性是已知的。以这种方式，可以在滴液分配之后回收具有期望/目标特性的滴液内容物(例如，细胞、蛋白质、抗体、试剂或分析物)。
分配器的输出通道可以包括促进液滴或液滴的内容物从乳化液中释放的机构。
乳化液的喷射段可以具有50-300nl或50-2000nl(部分取决于通道宽度和阀打开时间)的体积，而液滴可以具有大约50pl或更大的体积。当一段乳化液被喷射时，来自液滴的水及其内容物可能最终会漂浮在油的表面上。液滴喷射机构因此可以包括从乳化液中提取液滴和/或使液滴分解的系统。这可以通过使分配器输出通道的喷嘴成形(例如，使喷嘴变窄)和/或通过在输出通道上设置筛网来以机械方式实现；和/或这可以例如通过邻近于分配器输出通道的出口设置一对电极来以电气的方式来实现，其中电压可以通过所述一对电极被施加以产生电场来破坏乳剂/液滴；和/或可以例如通过将诸如全氟辛醇的反乳化剂流添加到分配器输出通道中而采用化学机制来实现。
在一些优选的实施例中，特别是在微流体基板的盒的实施例中，微流体基板可以包括一个或多个传感器，例如识别和/或追踪具有期望特性的液滴。
如已经描述的，在一些实施例中，液滴喷射机构包括增加乳化液流中的压力以将液滴引导到分配器输出通道中的机构。在一些实施例中，这可以通过布置分配器输出部以使得该分配器输出部其具有主通道和侧通道(呈T形接头的形式)，然后施加压力脉冲以将液滴驱动到侧通道中而进行输出来实现。在一个实施例中，这样的结构可以包括与侧通道一起沿着乳化液流的长度的一对阀，例如夹管阀。以这种方式，可以关闭阀以隔离该流，然后隔离施加到被隔离的乳化液段的压力，以将包含液滴的乳化液驱动到分配器输出通道中。在另一种方法中，乳化液段可以从第一通道/流转移到第二通道/流，其中在所述第二通道/流中，可以施加压力脉冲以喷射该段乳化液及其相关联的液滴。技术人员将认识到其它配置是可能的。可以例如使用压电换能器以机械的方式提供合适的压力脉冲。可替代地，可以例如通过电加热元件和气泡膨胀(以类似于喷墨打印机的方式)以电气的方式生成压力脉冲。在一些优选的实施例中，施加增加的压力脉冲以喷射乳化液段及其液滴，但是技术人员将理解，原则上，稍后描述的结构可以适于使得代替地，使用减压脉冲以将来自乳化液流的液滴喷射到分配器输出通道中。
在一些优选的实施例中，便利的是将液滴喷射机构与用于感测/检测用于喷射的液滴的存在的系统物理地分开。在实施例中，这可以通过使用容纳基板/盒的仪器(微液滴处理系统)以感测由分选系统所选择的用于喷射的液滴的位置和速度中的一个或两者来实现。可以在液滴喷射机构的上游执行感测，以使得可以在液滴到达喷射机构时预测液滴的位置。原则上，如果可以足够精确地控制乳化液的流量，则不需要测量液滴速度，但是实际上测量速度是有利的。进一步有利的是控制通道尺寸公差，以减小通道尺寸的变化并因此减小液滴速度变化。以这种方式在与液滴喷射机构分隔开的位置使液滴成像使得盒/仪器更简单且更有效。
改进的技术
现在参考图2，其示出了根据本发明的一个实施例的具有受保护的上游流体和延迟管线的双T形接头液滴分配单元的示意图。
分配单元100具有提供皮液滴的第一输入通道或液滴馈送管线105。分配单元100具有流向废液的第一输出通道或液滴出口管线130、以及为分配单元100提供出口以喷射所选择的液滴的第二输出通道或废液管线120。液滴通过喷嘴或液滴出口125被喷射以收集在贮存器中。第二输入通道或分配管线110联接至液滴分配阀115，在该示例中，以从压力源155接收压缩空气。在输入通道105、110与输出通道120、130之间存在共用通道部分140。当液滴分配阀115启动时，压力脉冲可以被施加到在共用通道部分140中流动的乳化液以喷射包含所选择的目标液滴的乳化液段从而将收集在多孔贮存器的孔中。当第一输出通道130保持较低压力时，可防止过量的油和未选择的液滴被分配，以使得当分配阀不启动时，优选的是，油通过废液通道130离开系统而不是通过喷嘴125被分配。
第一输入通道105联接到压力源155，以使得上游流体被保持在等于或高于分配压力的恒定压力下。当分配阀启动时，这可保护第一输入通道105上游的流体行为，从而减小了压力波动和皮液滴的剪切。一定长度的延迟管线或体积流量节流装置135在均与压力源联接的两个端口之间连接第一输入通道105和第二输入通道110。尽管被称为延迟管线，但是管线135的功能通常是充当限流管线或体积节流装置，以减少流入输出通道的体积流量，从而补偿增加的上游压力。然而，还将意识到，通过图2的配置，从液滴馈送管线流动经过分配器的速率(每秒钟液滴的数量)是不变的。
压力源155将油引入到延迟管线/限流管线135中，并增加皮液滴之间的间距，从而调节液滴进入共用通道部分140和输出通道120、130的流量。当分配阀115未被启动时，在延迟管线/限流管线135上存在压降。为了防止过量的油从压力源155连续地进入共用通道部分140并通过喷嘴125离开系统，期望的是油进入共用通道部分140的流量不大于真空废液管线130可以从系统中去除的流量。延迟管线/限流管线135提供流体阻力(并且在其结构上也可以具有一定程度的顺应性)，以在不启动分配阀115时减少进入共享通道部分140的油的量。压力源155将油引入到延迟管线135中，并增加皮液滴之间的间距，从而调节进入共用通道部分140和输出通道120、130的液滴的流量。
应当理解，第一输入通道105可以联接到与第二输入通道110相同的压力源，或者可以以等于或高于联接至第二输入通道110的分配压力的压力联接至压力源。
图3示出了根据本发明的一个实施例的双T形接头液滴分配单元100的示意图，该双T形接头液滴分配单元100具有用于喷射油以防止过量的皮液滴沿废液输出通道130行进的系统。该实施例的许多特征与图2所示的特征相同，并因此具有相同的附图标记，然而第三输入通道或喷射管线245连接到第一输出通道130。在液滴进入第一输出通道130之后，第三输入通道245直接连接到第一输出通道130。在分配阀115启动的同时，将油喷射到该通道245中。这减少了被选择用于分配的进入第一输出通道130并作为废液离开系统的皮液滴的数量。被喷射的油量被调整，以使得所述油量足以阻止皮液滴进入废液输出通道130，但最少的流体量被分配。
图4示出了根据本发明的一个实施例的双T形接头液滴分配单元的示意图，该双T形接头液滴分配单元具有用于从同步阀喷射油以防止过量的废液液滴的系统。该实施例的许多特征与图3中所示的特征相同，并且因此带有相同的附图标记，然而第三输入通道245联接至第二阀350。第二阀350与第一分配阀115同步，以使得可以将所需量的油喷射到第三输入通道245中。被喷射的油量被调整，以使所述油量足以阻止皮液滴进入废液输出通道130，但是最少量的流体被分配。
图5示出了根据本发明的一个实施例的双T形接头液滴分配单元的示意图，该双T形接头液滴分配单元具有用于使用分配阀来喷射油以防止过量的废液液滴的系统。该实施例的许多特征与图3中所示的特征相同，因此带有相同的附图标记，然而第三输入通道245与分配阀115联接。第三输入通道245的尺寸可以被调整以提供流体阻力并限制流动，以使得进入分配区域的皮液滴不会优先返回第一输入通道110并随后进入第三输入通道245。
将理解的是，液滴分配器的优选实施例可以将图2的方法与图3至图5的方法结合。
将理解的是，分配单元可以具有旋转阀，该旋转阀可以用于将液滴选择性地引导到与分配器输出通道连接的流体流中或引导到与废液通道连接的流体流中。
将理解的是，分配单元可以不限于皮液滴，而是可以按比例放大以用于各种尺寸的液滴。
将理解的是，上述技术可以应用于更广泛的应用中，以保护上游/下游流体免受由诸如分选、分配、阀门打开/关闭等其它手段引起的压力波动。
已经描述了在优选实施例中应用于处理含有生物实体的油包水乳化液的液滴的技术。然而，原则上可以以类似方式处理非生物实体，例如有机或无机材料。同样，所描述的技术原则上也适用于处理水包油乳化液中的液滴。
毫无疑问，技术人员将想到许多其它有效的替代方案。应当理解，本发明不限于所描述的实施例，并且包括对本领域技术人员显而易见的落入所附权利要求的精神和范围内的修改。

Claims (18)

1.一种微流体液滴分配系统，所述系统包括：
液滴馈送管线，用于载送用于分配的液滴；
分配管线，用于载送分配流体以分配所述液滴；
液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；
第一接头，所述第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部用于接收来自所述液滴馈送管线的流，所述第二输入部用于接收来自所述分配管线的流，所述输出部通向所述液滴出口管线；
废液管线，所述废液管线在所述第一接头与所述液滴输出部之间联接到所述液滴输出管线；
第一压力源，所述第一压力源用于将被加压的分配流体提供给所述分配管线，以从所述液滴输出部喷射液滴；
液滴分配阀，所述液滴分配阀位于所述第一压力源与所述分配管线之间，以控制液滴从所述液滴输出部的喷射；
其中所述系统还包括：
第二压力源，所述第二压力源用于将被加压的分配流体提供给液滴保护管线；
第二接头，所述第二接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部来自所述液滴馈送管线，所述第二输入部来自所述液滴保护管线；以及
体积流量节流装置，所述体积流量节流装置联接在所述第二接头的输出部与所述第一接头的第一输入部之间，以限制从所述第二接头进入到所述第一接头中的体积流。
2.根据权利要求1所述的微流体液滴分配系统，其中，所述体积流量节流装置包括限流管线，所述限流管线联接在所述第二接头的输出部与所述第一接头的第一输入部之间。
3.根据权利要求1或2所述的微流体液滴分配系统，其中，所述第一压力源和所述第二压力源包括相同的压力源。
4.根据权利要求1或2所述的微流体液滴分配系统，其中，所述第二压力源提供等于或大于所述第一压力源的压力。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微流体液滴分配系统，还包括：抽吸泵，所述抽吸泵联接至所述废液管线，以在所述分配阀被关闭时将废液流提供到所述废液管线中；以及
其中所述体积流量节流装置被构造成充分限制所述体积流，以使得当所述分配阀被关闭时，所述液滴输出管线中的体积流等于或小于所述废液流。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的微流体液滴分配系统，包括：一次性微流体盒，所述一次性微流体盒被构造成用于液滴处理/化验，并且具有承载所述管线和接头的基板；
其中所述液滴包括油包水中的液滴；以及
其中所述分配流体包括油。
7.一种微流体液滴分配的方法，所述方法包括：
在液滴馈送管线中接收用于分配的液滴；
将用于分配的所述液滴提供给液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；
允许废液流来自于所述液滴出口管线；
通过将增加的压力选择性地施加到所述液滴出口管线来控制液滴从所述液滴输出部的喷射；以及
通过对所述液滴馈送管线的在被施加所述增加的压力的位置的上游的区域加压，来保护所述液滴馈送管线中的液滴免受选择性地施加的所述增加的压力。
8.一种微流体液滴分配系统，所述系统包括：
液滴馈送管线，用于载送用于分配的液滴；
分配管线，用于载送分配流体以分配所述液滴；
液滴出口管线，所述液滴出口管线联接到液滴出口；
第一接头，所述第一接头具有第一输入部、第二输入部和输出部，所述第一输入部用于接收来自所述液滴馈送管线的流，所述第二输入部用于接收来自所述分配管线的流，所述输出部通至所述液滴出口管线；
废液管线，所述废液管线在所述第一接头与所述液滴输出部之间的废液管线接头处联接到所述液滴输出管线；
第一压力源，所述第一压力源用于将被加压的分配流体提供给所述分配管线，以从所述液滴输出部喷射液滴；
液滴分配阀，所述液滴分配阀位于所述第一压力源与所述分配管线之间，以控制液滴从所述液滴输出部的喷射；
其中所述系统还包括：
喷射管线，所述喷射管线联接到所述废液管线，并与所述分配阀的打开同步地将流体喷射到所述废液管线中。
9.根据权利要求8所述的微流体液滴分配系统，其中，所述喷射管线联接到所述液滴分配阀。
10.根据权利要求8或9所述的微流体液滴分配系统，其中，所述喷射管线联接到喷射阀，所述喷射阀被构造成与所述液滴分配阀同步地操作。
11.一种分配流体的液滴的方法，所述方法包括：
在液滴出口管线中从液滴馈送管线接收液滴；
通过将被加压的分配流体提供到所述液滴出口管线中，从所述液滴出口管线通过液滴出口喷射液滴；
当未将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，在废液管线中从液滴出口管线接收液滴；以及
通过在液滴出口管线的上游提供被加压的分配流体来保护所述液滴出口管线的上游的液滴。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述液滴出口管线的上游的压力被保持在与所述液滴出口管线相同或更高的压力下。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在所述液滴出口管线的上游所施加的被加压的分配流体来自于与施加到所述液滴出口管线的被加压的分配流体相同的源。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括：
使用所述液滴出口管线的上游的体积流量节流装置来调节进入所述液滴出口管线的流体的流量。
15.一种分配流体的液滴的方法，所述方法包括：
在液滴出口管线中从液滴馈送管线接收液滴；
通过将被加压的分配流体提供到所述液滴出口管线中，从所述液滴出口管线通过液滴出口喷射液滴；
当未将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，在废液管线中接收液滴；以及
当将被加压的分配流体提供到液滴出口管线中时，将流体喷射到废液管线中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，喷射到所述废液管线中的流体来自于与施加到液滴出口管线的被加压的分配流体相同的源。
17.根据前述权利要求中任一项所述的系统或方法，其中，所述管线中的一个或多个具有氟化内壁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的系统或方法，其中，所述分配流体包括油载体，所述油载体包括一种或多种氟化表面活性剂。
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