CN111902211B - 用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置 - Google Patents

用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111902211B
CN111902211B CN201980014247.XA CN201980014247A CN111902211B CN 111902211 B CN111902211 B CN 111902211B CN 201980014247 A CN201980014247 A CN 201980014247A CN 111902211 B CN111902211 B CN 111902211B
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
substrate
sub
selected path
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980014247.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111902211A (zh
Inventor
埃德蒙·沃尔什
亚历山大·福尔伯恩
彼得·理查德·库克
克里斯蒂安·索伊图
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oxford University Innovation Ltd
Original Assignee
Oxford University Innovation Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oxford University Innovation Ltd filed Critical Oxford University Innovation Ltd
Publication of CN111902211A publication Critical patent/CN111902211A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111902211B publication Critical patent/CN111902211B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/12—Well or multiwell plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00497—Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/00527—Sheets
    • B01J2219/00531—Sheets essentially square
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
    • B01J2219/00614—Delimitation of the attachment areas
    • B01J2219/00617—Delimitation of the attachment areas by chemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
    • B01J2219/00614—Delimitation of the attachment areas
    • B01J2219/00621—Delimitation of the attachment areas by physical means, e.g. trenches, raised areas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072—Organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
    • B01J2219/0072—Organic compounds
    • B01J2219/0074—Biological products
    • B01J2219/00743—Cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0642—Filling fluids into wells by specific techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0442—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces thermal energy, e.g. vaporisation, bubble jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0289—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid
    • B01L3/0293—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid for liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5088—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above confining liquids at a location by surface tension, e.g. virtual wells on plates, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

公开了用于制造微流体装置的方法和设备。在一种布置中，提供与第一基板直接接触的第一液体的连续体。第二液体覆盖第一液体。与第一液体不混溶的分离流体被推动通过至少第一液体，并沿着第一基板表面上的全部选定路径与第一基板接触。最初与全部选定路径接触的第一液体从选定路径移开。分割第一液体以形成彼此分开的第一液体的亚体。对于一个或多个亚体中的每一个，亚体足迹表示亚体与第一基板之间的接触区域，并且亚体足迹的全部边界与围绕亚体足迹的选定路径的闭环接触。

Description

用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置
技术领域
本发明涉及通过将第一液体的主体分割成多个分离的亚体来产生微流体装置。亚体可用于提供孤立的样本或带有液体壁的微流体回路，其中包含要研究的物质，例如活细胞或其他生物物质。
背景技术
微孔板被广泛用于涉及生物材料的研究。孔的小型化允许在同一板中提供大量的孔。例如，已知具有超过1000个孔的板，每个孔的体积在几十纳升的范围内。然而，由于本质上需要提供将孔彼此分开的固体壁，因此进一步的小型化是困难的。这些壁的厚度减小了可用于孔的表面区域。例如，对于具有1536个孔的典型平板，壁预计将占据当前设计可用表面的约60％。对于更高的密度，壁无法提供的表面区域比例将进一步增加。
微孔板小型化的另一个障碍是难以将液体添加到由物理壁限定的小孔中。为了将液体可靠地添加到孔中(即，避免空气滞留在液体下方的方式)，需要将尖端精确地推到孔底，而使尖端或附着在尖端上的任何液体都不会接触到孔壁。如果在液体到达孔的底部之前与壁接触，则可能会与壁形成弯液面并将空气捕集到液体下方。这可能意味着液体无法到达孔底。
微孔板也缺乏灵活性，因为孔的大小和每个板的孔数是固定的。此外，生物和化学相容性可能受到需要使用能够以有效方式形成对应于孔的结构的材料的限制。例如，对于高密度板，可能有必要使用诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之类的材料，但是未经处理的PDMS具有较差的生物学和化学相容性，因为它会浸出毒素并与有机溶剂反应。
EP 1 527 888 A2公开了一种替代方法，其中使用喷墨印刷形成用于培养和分析生物材料的生长培养基的紧密隔开的液滴的阵列。这种方法比传统的微孔板具有更大的灵活性，但需要复杂的设备来执行打印。另外，在液滴已经形成之后，向液滴中添加更多的材料是很费时的，并且因为它们没有完全网格化，因此有相当大的足迹(footprint)没有被所得的静液滴(sessile drops)润湿。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生微流体装置的替代方式，其至少部分地解决了上面讨论的一个或多个挑战。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造微流体装置的方法，包括：提供与第一基板直接接触的第一液体的连续体；提供与第一液体的连续体直接接触并覆盖第一液体的连续体的第二液体；推动与第一液体不混溶的分离流体至少通过第一液体，并沿着第一基板表面上的全部选定路径与第一基板接触，从而将最初与全部选定路径接触的第一液体从选定路径移开，而没有任何固体构件直接接触选定路径，也没有任何固体构件通过保持在固体构件尖端的液体小球接触选定路径，选定路径使得第一液体的连续体被分割以形成被第二液体与第一液体的连续体的其余部分分开的第一液体的单个亚体，或者形成被第二液体彼此分开的第一液体的多个亚体，其中：对于一个或多个亚体中的每一个，亚体足迹表示亚体与第一基板之间的接触面积，并且亚体足迹的全部边界与围绕亚体足迹的选定路径的闭环接触。
该方法允许在不预先提供任何机械或化学结构来限定液体的亚体的几何形状的情况下，在基板上灵活地形成亚体。亚体的形状和大小由选定路径的几何形状定义，选定路径定义了第一基板上第一液体已被移开的区域。第二液体填充第一液体留下的空间并将亚体彼此隔离。如下所述，选定路径的选择相对不受限制。可以创建非常小的亚体，例如100微米或更小的数量级，这将很难或不可能使用标准的微孔板制造技术在不进行表面改变/处理的情况下以合理的成本和/或时间来实现。与使用带有物理壁的微孔板相比，亚体的位置也可以彼此更靠近。本公开的实施例的液壁通常具有70-120微米的厚度(并且可以以低至约15微米的厚度产生)，这允许微流体装置的表面区域的超过90％可用于包含要操纵的液体。此外，没有固体壁可以干扰向亚体中添加更多液体。
与通过喷墨打印等沉积的液滴阵列相比，该方法避免了对复杂打印设备的需求，并且可以实现更高的空间填充效率(因为亚体的形状不需要是圆形的)。可以在第一液体的连续体被分割为亚体之前通过将要研究材料(例如细胞、DNA、蛋白质或其他感兴趣的分子等生物材料，例如液晶的组成部分)和测试物质(例如药物)添加到第一液体的连续体中而同时将其添加到多个亚体中。可以在第一液体的条带中施加浓度梯度，并且可以将条带分割为亚体，以快速轻松地创建包含不同浓度组分的多个样本。发明人还发现，对于没有圆形足迹的亚体(例如，基本上是正方形或矩形亚体)，可以在形成亚体后将流体(和细胞等)更有效地沉积到亚体中(合并发生得更快)。不希望被理论所束缚，认为这种效果可能受到非圆形亚体对称性降低和/或它们会变得更平坦的事实的影响。使用本公开的方法可以容易地形成非圆形亚体。
在一个实施例中，通过在使注入构件的远侧尖端相对于第一基板移动的同时从远侧尖端泵送分离流体来将分离流体推到第一基板上的选定路径上。可以使用相对简单的硬件以经济高效且可靠的方式来实现该方法。涉及使固体构件与选定路径接触的替代方法(例如，沿选定路径刮擦固体构件)需要在固体构件的安装布置中提供一定程度的间隙，以允许固体构件垂直于第一基板的表面(即，沿z方向)移动。与这种方法相比，本发明的方法可以提供更高的分辨率，因为不需要使注入构件垂直于第一基板的表面(z方向)移动。因此，可以在平行于第一基板的表面的方向(x-y方向)上在没有任何间隙的情况下牢固地夹持注入构件，这提高了定位精度。定位精度将仅受限于使注入构件在第一基板上方移动的机构的精度限制。消除了注入构件与第一基板之间的接触的需要还意味着该方法对由第一基板的表面的高度变化引起的误差不太敏感和/或不需要补偿这种高度变化。相对于涉及固体构件与选定路径接触的替代方法(需要耗时的z方向移动)，不存在所需的z方向移动还可以提高速度。
相对于涉及使固体构件与选定路径接触的替代方法，使用推到基板表面上的分离流体还提供了增强的灵活性。在使用固体构件沿选定路径切穿第一液体的情况下，切口宽度由固体构件的固定尺寸和形状限定。如果需要不同尺寸的切口，则有必要用不同的固体构件替换固体构件。此外，固体构件中的制造误差将导致切割宽度的相应误差。相反，在本方法中，切口的宽度可以通过改变分离流体被推到表面上的方式来改变，例如通过改变分离流体的速度、注入构件与表面之间的距离或注入构件位于某个位置的时间(或注入构件在表面上扫描的速度)。注入构件中的制造误差将不会导致切口宽度的误差，而且常见且廉价地具有高公差的管(例如不锈钢针)可用作注入构件。
已经观察到，涉及使固体构件与选定路径接触的替代方法可能具有产生彼此不完全分开的亚体的显著风险。例如，已经观察到在使用替代方法生产的亚体的阵列中，发现亚体的一小部分连接在一起。不希望受到理论的束缚，认为这些不想要的连接可能是由于蛋白质或其他材料沿选定路径移动时附着到固体构件上并破坏了固体构件将第一液体切割成亚体的过程而导致的。该机制在本文提出的非接触方法中不会出现，并且实际上，在其他方面相似的条件下，未观察到亚体的不期望的不完全分离。
还已经观察到，在涉及使固体构件与选定路径接触的替代方法中，当固体构件被用于沿选定路径切割第一液体时，碎屑会积聚在固体构件上(例如，蛋白质小泡或块)。这表明切割过程从第一液体中去除了材料，从而不希望地改变或破坏了第一液体的组成。此外，来自固体构件的接触会沿选定路径引入缺陷或切口，这也可能吸引碎屑，例如蛋白质小泡或块。使用本公开的非接触方法，这样的改变或破坏将更低或可忽略。
在一个实施例中，针对选定路径的至少一部分，在将分离流体推到第一基板上的选定路径上的同时，使远侧尖端移动通过第二液体和第一液体两者。在这种类型的实施例中，远侧尖端的运动有助于将第一液体从邻近于选定路径的体积移开，从而提高效率。在一个实施例中，注入构件的远侧尖端的至少一部分构造成比被第一液体更容易被第二液体润湿。通过在远侧尖端的尾流中促进第二液体有效拖动通过第一液体，这促进了第二液体对第一液体的有效移位。由此可以更可靠地和/或以更高的速度执行分割过程。
在一个实施例中，分离流体包括第二液体的一部分；并且通过将能量局部地耦合到包含或邻近将要被推向第一基板上的选定路径的第二液体的上述部分的区域，将第二液体的上述部分推向基板上的选定路径。能量耦合可以包括局部产生热量或压力。这种方法可以快速、灵活且高分辨率地形组成割过程。在一些实施例中，使用电磁辐射或超声的聚焦束来实现能量的局部耦合。
在一个实施例中，对于一个或多个具有全部与选定路径的闭环接触的边界的亚体足迹中的每一个，该边界包括至少一个直线部分。与基于沉积液滴的替代技术相关的圆形或椭圆形足迹相比，具有直线部分的足迹允许更高的空间填充效率。通过分割而不是通过沉积形成亚体极大地促进了这种直线部分的形成。例如，可以形成正方形、矩形或其他网格化形状。
在一个实施例中，第二液体比第一液体更稠密。
使用了比第一液体更稠密的第二液体，该方法令人惊讶地有效，尽管浮力可以预期将第一液体提起而脱离与基板接触。允许使用更稠密的第二液体有利地拓宽了可用于第二液体的组成范围。此外，能够稳定地保持在每个亚体中而第一液体在基板上不横向扩散的最大深度增加。
在一个实施例中，将要研究的材料设置在第一液体的连续体中，并且分割成亚体产生多个孤立的样本，每个样本包含一部分要研究的材料。在一个实施例中，要研究的材料包括粘附的活细胞，并且在将第一液体的连续体分割成亚体之前，允许至少一部分细胞粘附至基板。在至少一部分粘附的活细胞粘附到基板上之后，将试剂(例如药物)添加到第一液体的连续体中。在将测试物质添加到第一液体的连续体中之后，进行亚体的分割。
因此，提供了一种方法，该方法允许在将粘附的活细胞粘附到基板上之后将粘附的活细胞进行整体处理，然后将其分割成多个孤立的样本。使用现有技术的方法不可能做到这一点，并且节省了大量的时间和系统复杂性，特别是在需要创建大量孤立的样本并且对细胞的破坏最小的情况下。它还确保了每个样本中的细胞都处于非常相似的条件下，很难确保何时将测试物质(例如药物)手动添加到各个孔或液滴中，这可能会由于喷墨印刷或连续滴注法而导致不同样本的处理和物理环境之间的显著延迟。可以将细胞放置在表面上，而不会因为使细胞通过喷墨式打印系统的打印喷嘴而产生应力。与在细胞粘附前将细胞置于微型体积之前(例如通过液滴印刷)的替代方法相比，允许细胞在分割第一液体之前粘附可以更好地表示用于药物筛选的更经典的孔板起始条件。发明人还发现，与在粘附细胞之前将细胞加入或存在于相同体积的液滴中时相比，在根据本发明实施方式形成的亚体中，细胞存活率更高。
在一个实施例中，分离流体包括具有与第二液体相同的组成的液体。在提供与第一基板直接接触的第一液体的连续体之后，提供与第一液体的连续体直接接触并覆盖第一液体的连续体的第二液体包括以下步骤：在第一液体的上界面的一部分尚未与第二液体接触的同时，推动分离流体通过第一液体并沿着选定路径的至少一部分与第一基板接触，继续推动分离流体直至分离流体形成与第一液体的连续体直接接触并覆盖第一液体的连续体的第二液体层。
因此，例如，可以在第一液体暴露于空气的同时开始将分离流体推动通过第一液体的过程，而不存在任何第二液体。随着该过程的进行，过量的分离流体上升到第一液体上方并最终覆盖第一液体，从而提供覆盖第一液体的第二液体层。该方法是方便的，因为它消除了使用者提供第二液体层的需要，该步骤与将分离流体推动通过第一液体以形成亚体的步骤分开。这节省了时间并简化了设备。此外，第一液体的连续体可以预先准备好(准备好通过推动分离流体形成亚体)，而不会由于第二液体的覆盖层的危险(因为第二液体层尚不存在)。例如，第二液体的长时间覆盖可能导致在形成亚体之前第一液体的深度变化，这可能导致亚体中不希望的体积变化。
根据一个替代方面，提供了一种用于制造微流体装置的设备，该设备包括：基板台，构造成保持基板，在该基板上设置有与该基板直接接触的第一液体的连续体，并且设置有与第一液体直接接触并覆盖第一液体的第二液体；以及图案形成单元，构造成推动与第一液体不混溶的分离流体至少通过第一液体并沿着基板表面上的全部选定路径与基板接触，从而将最初与全部选定路径接触的第一液体从选定路径移开，而没有任何固体构件直接接触选定路径，也没有任何固体构件通过保持在固体构件尖端的液体小球接触选定路径，选定路径使得第一液体的连续体被分割以形成被第二液体与第一液体的连续体的其余部分分开的第一液体的单个亚体或者形成被第二液体彼此分开的第一液体的多个亚体，其中：对于一个或多个亚体中的每个，亚体足迹表示亚体与第一基板之间的接触面积，并且亚体足迹的全部边界与围绕亚体足迹的选定路径的闭环接触。
因此，提供了一种能够执行根据本公开的方法的设备。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考附图描述本发明的实施例，在附图中，相应的附图标记指示相应的部分，并且在附图中：
图1是在基板上的第一液体的连续体的示意性侧视图，其中第二液体与第一液体直接接触并覆盖第一液体；
图2是图1的布置在通过将分离流体从注入构件的远侧尖端泵出而分割第一液体的连续体期间的示意性侧视图；
图3是图2的布置的示意性俯视图；
图4是示意性侧视图，示出了进一步分割亚体的后续步骤；
图5是使用图2-4的步骤形成的微流体装置的一部分的示意性俯视图，示出了围绕亚体的边界并与亚体的边界接触的选定路径的闭环；
图6是示意性侧面剖视图，示出了将激光束聚焦到基板的中间吸收层中以将第一液体推离基板，从而使第二液体移动成与基板上的选定路径接触；
图7是示意性侧面剖视图，示出了将激光束聚焦到第二液体中以将第二液体的一部分推动通过第一液体并到达基板上的选定路径上；
图8是示意性侧面剖视图，示出了将激光束聚焦到第一液体中以将第一液体推离基板，从而使第二液体移动成与基板上的选定路径接触；
图9是示意性侧面剖视图，示出了将激光束聚焦到第二基板的中间吸收层中以将第二液体的一部分推动通过第一液体并到达基板上的选定路径上；
图10是示意性侧面剖视图，示出了将激光束聚焦到第三液体中以将第二液体的一部分推动通过第一液体并到达基板上的选定路径上；
图11示出了产生等体积的亚体的分割方案；
图12示出了可控制地提供不同体积的亚体的分割方案；
图13描绘了将第一液体的连续体倒置时的连续体的分割；
图14描绘了一种分割方案，其中在第一步骤中将第一液体的连续体分割成平行的细长条带，其中，随后将每个条带分割成多个亚体；
图15描绘了一种分割方案，其中第一液体的连续体被分割以形成至少一个亚体，该亚体包括与至少一个储液器相连的导管；
图16描绘了一种方案，其中通过产生第一液体的多个连续体并随后分割每个连续体以产生亚体来产生相对于彼此具有不同组成的第一液体的多组亚体；
图17是描述制造用于测试生物材料的微流体装置的方法的框架的流程图；
图18是描述用于测试包含粘附的活细胞和测试物质的测试样本的微流体装置的制造方法的框架的流程图；
图19是描述了用于制造成组生长细胞群的微流体装置的方法的框架的流程图；
图20示出了根据本公开的实施例的用于制造微流体装置的设备，涉及将分离流体从注入构件的远侧尖端泵出；
图21示出了根据本公开的实施例的用于制造微流体装置的设备，涉及使用激光束来推动分离流体通过第一液体并与基板接触；
图22描绘了使用替代技术可能发生的液体亚体之间的不想要的连接的图像；以及
图23和24是示意性侧面剖视图，示出了制造微流体装置的方法中的步骤，其中，分离流体首先被推动通过没有被任何第二液体覆盖的第一液体的连续体；图23示出了初始阶段，其中分离流体才刚刚开始覆盖第一液体，使得第一液体的上界面的一部分尚未与任何第二液体接触；图24描绘了稍后的阶段，其中完成的分离流体(现在可以称为第二液体)覆盖了第一液体。
提供附图仅出于说明目的，并且未按比例绘制，以使构成元素清晰可见。特别地，相对于第一液体和第二液体的深度，提供第一基板的容器的宽度通常比图中描绘的大得多。
具体实施方式
提供了用于方便且灵活地制造微流体装置的方法。
如图1中示意性描绘的，提供了第一液体1的连续体。第一液体1与第一基板11直接接触。在一个实施例中，第一液体1包括水溶液，但是也可以是其他组成。提供与第一液体1直接接触的第二液体2。第二液体2与第一液体互不相溶。在一个实施例中，在第二液体2与第一液体1接触之前，在第一基板11上形成第一液体1的连续体。在其他实施例中，在提供第二液体2之后(例如，通过将第一液体1注入通过第二液体2)形成第一液体1的连续体。。在其中微流体装置将用于测试生物材料样本的实施例中，通常将在提供第二液体2之前形成第一液体1的连续体。第二液体2覆盖第一液体1。因此，第一液体1被完全包围并且仅与第二液体2和第一基板11的组合直接接触。此时，在该方法中，第一液体1不与第二液体2和第一基板以外的任何物质接触。通常，至少在与第一液体1的连续体接触(通常在其下方)的区域中，第一基板11将不被图案化(无论是机械还是化学方式)。在一个实施例中，第一液体1的连续体仅与第一基板11的基本上平坦的部分和第二液体2直接接触。
在随后的步骤中，其示例实施方式在图2中进行了描述，分离流体3至少被推动通过第一液体1(如图2的示例所示，并且可选地还通过第二液体2的一部分)并沿着第一基板11的表面5上的全部选定路径4与第一基板11接触。选定路径4由第一基板11的表面5的一部分表面区域组成。因此，选定路径4具有有限的宽度。选定路径的各部分可以基本上是细长的并且相互连接，选定路径从而形成网络或网状图案。分离流体3与第一液体1不混溶。分离流体3将第一液体1从选定路径4移开，而没有任何固体构件直接接触选定路径(例如，通过将固体构件的尖端拖动到第一液体的表面上方)，并且没有任何固体构件通过保持在固体构件的尖端的液体小球接触选定路径(例如，通过将相对于尖端保持固定的液体小球拖动到表面上方)。第一液体1最初与全部选定路径4接触。因此，由选定路径4限定的表面区域代表第一基板11的一部分表面区域，在该部分中，第一液体1被已经被推动通过第一液体1的分离流体3移位远离与与第一基板11的接触。在图2的实施例中，在第一基板11上扫描注入构件的远侧尖端6的同时，分离流体3被从远侧尖端6中的内腔推到选定路径4上。因此在该实施例中，在选定路径4的至少一部分期间，在远侧尖端6与选定路径4之间不进行接触。对于选定路径4的至少一部分，选定路径不会直接地或通过相对于任何其他固体构件静止的液体小球与任何其它固体构件发生接触。分离流体3的动量足以迫使第一液体1移位远离选定路径4。在一个实施例中，对于选定路径的至少一部分，将分离流体3连续地从远侧尖端泵出。在图2所示的实施例中，分离流体3在基本上垂直于选定路径的方向上在远侧尖端6的位置处从远侧尖端6泵出。在其他实施例中，远侧尖端6可以是倾斜以将分离流体3以相对于选定路径4倾斜的角度朝选定路径4泵送。
如例如在图3-5中所描绘的，选定路径4使得第一液体1的连续体被分割成第一液体1的多个亚体7。每个亚体7通过第二液体2与另一亚体7彼此分开。因此，当第一液体1被推动的分离流体3从选定路径4移开时，第二液体2移动成与选定路径4接触并与选定路径4保持稳定的接触。固定线(与界面力相关联)稳定地保持第一液体1的多个亚体7被第二液体2彼此分开。该多个亚体7可以包括单个有用的亚体7和第一液体1的连续体的其余部分(可以被视为另一个亚体)，或者可以包括多个有用的亚体(例如，多个用于容纳试剂的容器等)，可选地与第一液体1的连续体的任何其余部分一起。
该方法允许第一液体1的亚体7柔性地形成在第一基板11上，而无需预先创建任何机械或化学结构来限定亚体7的几何形状。
第一液体1、第二液体2、分离流体和第一基板11的具体组成没有特别限制。然而，期望第一液体1和第二液体2能够充分润湿第一基板11以使该方法有效地操作。此外，期望在微流体装置的制造期间不发生相变。例如，分离流体、第一液体1和第二液体2可以在形成微流体装置之前都为液体，并且在制造过程中以及在形成微流体装置之后以及在微流体装置的正常使用期间保持较长时间的液体。在一个实施例中，选择第一液体1、第二液体2和第一基板11，使得第一液体1的液滴在空气中在第一基板11上的平衡接触角和第二液体2的液滴在空气中在第一基板11上的平衡接触角均小于90度。在一个实施例中，第一液体1包括水溶液。在这种情况下，第一基板11可以描述为亲水的。在一个实施例中，第二液体2包括碳氟化合物，例如FC40(在下面进一步详细描述)。在这种情况下，第一基板11可以描述为亲氟的。因此，在第一液体1为水溶液且第二液体2为碳氟化合物的情况下，可以将第一基板11描述为亲水性和亲氟性的。
分离流体3可以包括以下一种或多种：气体，液体，具有与第二液体2相同的组成的液体，在分离流体3推动通过第一液体1之前提供的第二液体2的一部分。
在一些实施例中，如上所述，将分离流体3从注入构件的远侧尖端6内的内腔(例如，通过连续地将分离流体3从内腔连续泵出，可选地以基本恒定的速率)推到第一基板11上的选定路径4上，同时远侧尖端6相对于第一基板11(在远侧尖端6和第一基板11之间带有一些第一液体1，以及可选地，第二液体2)移动(例如，沿着与选定路径4相对应的路径在上方或下方扫描)。在这种类型的一些实施例中，远侧尖端6移动通过第二液体2和第一液体1两者，同时针对选定路径4的至少一部分，将分离流体3推到第一基板11上的选定路径4上。因此，远侧尖端6被保持为相对靠近第一基板11。在这样的实施例中，远侧尖端6的运动和分离流体3流向第一基板11的流动都起到将第一液体1从第一基板11移开的作用，允许第二液体2移动到先前被第一液体1占据的体积中。在一个实施例中，通过将远侧尖端6的至少一部分布置成被第二液体2比被第一液体1更容易润湿来促进该过程。以这种方式，在能量上更有利于第二液体2流入移动的远侧尖端6后面的区域中，从而有效地移位第一液体1。优选地，第一基板11还构造成使得其比被第一液体1更容易被第二液体2润湿，从而在能量上有利于第二液体2和第一基板11之间沿着选定路径4的接触。这有助于保持稳定的布置，其中亚体7被与选定路径4接触的第二液体彼此分开。在其他实施例中，图2中显示了其示例，远侧尖端6穿过第二液体2但不是第一液体1，同时针对选定路径4的至少一部分，将分离流体3推到第一基板11上的选定路径4上。因此，远侧尖端6保持远离第一基板11。该方法有助于避免由于分离流体3相对于第一基板11的泵送而导致第一液体1的液滴从第一基板11脱离。
图2-5示出了示例实施例。图2和图3描绘了远侧尖端6在水平方向上移动通过第二液体2而不是第一液体1，该水平方向平行于第一基板11与第一液体1接触(通常在其下方)的平面。从远侧尖端6泵送出分离流体3。离开图2中的远侧尖端6的竖直箭头示意性地表示分离流体3的泵送流。图2中的第一液体1内的箭头示意性地表示第一液体1移动远离位于选定路径4的一部分上方的区域，该区域最终将允许第二液体2沿选定路径4接触第一基板11。在图2中，远侧尖端6的运动进入页面。在图3中，运动是向下的。在一个实施例中，在远侧尖端6移动通过第二液体2的同时，远侧尖端6保持与第一基板11的恒定距离。完成后，图2和3的过程将使得图1的第一液体1的连续体被分割成两个亚体。可以重复和/或并行执行该过程，以产生期望数量和尺寸的单独亚体7。分离流体3的泵送可选地在远侧尖端6在选定路径的不同部分之上的移动之间停止和开始，或者当远侧尖端从选定路径的一部分的终点移动到选定路径的下一部分的起点时，泵送可能会继续。图4描绘了重复图2和3的步骤以创建选定路径4的三个平行线的结果(在形成这三个平行线的每一个之间，可选地停止和开始分离流体3的泵送，或者当远侧尖端从一条平行线的终点移动到下一条平行线的起点时，可以继续泵送)。通过在正交方向上重复该过程，可以提供16个正方形亚体7。实际上，可以以这种方式提供许多100或1000个亚体7。例如，发明人已经证明该方法可以常规地用于获得间距小于100微米的亚体的正方形阵列。这比使用标准微孔板制造技术所能达到的尺寸小得多。
如针对图5中的亚体7中的一个所描绘的，选定路径4使得对于一个或多个亚体7中的每一个，亚体足迹表示亚体7与第一基板11之间的接触区域，亚体足迹的全部边界8与围绕亚体足迹的选定路径4的闭合环路9(其示例在图5中用阴影线示出)接触。选定路径4的闭环9被定义为代表形成选定路径4的一部分、形成闭环并沿着亚体7的全部边界8与亚体7的边界8接触的第一基板11的表面区域的一部分的任何区域。第一液体1、第二液体2和第一基板11构造成(例如，通过选择它们的组成)使得全部与选定路径4的闭环9接触的亚体足迹的每个边界8通过界面力固定在静态构造中，而第一液体1和第二液体2保持为液体形式。因此，界面力(也可以称为表面张力)建立了固定线，固定线使得亚体足迹保持其形状。以这种方式形成的亚体7的稳定性使得可以在沿边界8的前进和后退接触角限定的极限内将液体添加到每个亚体7或从每个亚体7中去除液体，而不改变亚体足迹。在一些实施例中，全部与选定路径4的闭环9接触的亚体足迹的边界8被连续地制成(即，在单个过程中没有中断)，并且在图5所示的实施例中，是分四个步骤进行。
在一些实施例中，分离流体3包括第二液体2的一部分，并且通过将能量局部耦合到包含或邻近将被推向第一基板11上的选定路径4的第二液体2的一部分的区域中而将第二液体2的该部分推向选定路径4。能量耦合可包括局部产生热量或压力。能量可能导致材料膨胀、变形、破裂、烧蚀或空化，从而导致压力波向待推动的第二液体2的部分传输。在一些实施例中，使用诸如电磁辐射或超声等波的聚焦束来实现能量的耦合。能量的耦合可以发生在束的焦点处或附近。
在一个实施例中，基于(例如，遵循)选定路径4的几何形状沿着扫描路径扫描束的焦点。当垂直于第一基板11的其上形成选定路径4的表面观察时，扫描路径可以与选定路径4的至少一部分重叠和/或平行于选定路径的至少一部分延伸。扫描路径的全部或大部分可以在选定路径4(以及因此第一基板11的表面)的下方、上方或与选定路径4相同的高度处。
在一些实施例中，来自吸收在第一基板11中的束的能量导致第一液体1沿着选定路径4局部地被迫离开第一基板11，第二液体2运动成，在第一液体1被迫离开的地方(即沿着选定路径4)与第一基板11接触。束在第一基板11中的吸收可引起第一基板11的局部变形或烧蚀，该局部变形或烧蚀将相应的局部推力传递到最初与第一基板11上的选定路径的相应部分接触的第一液体1。在例如A.Piqué等人的“使用激光转移技术直接写入电子和传感器材料(Direct wirting of electornic and sensor materials using a lasertransfer technique)，”J.Mater.Res.15(9)，1872-1875(2000年)中的正向打印(即，将物质转移到最初未图案化的基板上以提供图案的地方)的中描述了使用激光向液体施加局部推力。使用这种途径的方法已被称为激光诱导正向转移(LIFT)方法。发明人已经认识到，这些技术可以适于将第一液体1的连续体分割成本文所述的亚体7。
在图6中示意性地描绘了这种构造的示例。在该示例中，第一基板11包括第一基层11A和在第一基层11A和第一液体1之间的第一中间吸收层11B。第一中间吸收层11B的每单位厚度的束吸收率比第一基层11A的每单位厚度的束吸收率高。来自第一中间吸收层11B中吸收的束的能量使第一液体1沿着选定路径4局部地被迫离开第一基板11。局部地被迫离开的第一液体1的一部分在图6中由阴影线示意性地示出。第二液体2在第一液体1被迫离开的地方移动成与第一基板11接触。提供比基层11A吸收率更高的中间吸收层11B为选择第一基板11的组成提供了更大的灵活性。例如，第一基板11可以主要由相对于束相对透明但是针对其他特性进行了优化的材料形成，而可以以薄膜形式提供的第一中间吸收层11B可以专门构造为提供一定程度的吸收率和/或促进第一液体1有效地局部被迫离开第一基板11的其他特性。在一个实施例中，如图6所示，束被聚焦在第一基板11内，并且可选地(当提供时)被聚焦在第一中间吸收层11B内，以使第一基板11中的吸收率最大化和/或使整体束强度保持在尽可能低的水平，同时仍对第一液体1施加足够的局部推力。当第一液体1包括可能受到束不利影响的材料(例如生物材料)时，最小化整体束强度可能是特别期望的。在图6的示例中，从第一基板11的与第一液体1和第二液体2相对的一侧(即，在图6的方向上从下方)施加束10。在其他实施例中，可以从第一基板11的另一侧施加束10，从而在与第一基板11相互作用之前横穿第二液体2。
图7描绘了替代实施例的示例，其中束10的焦点位于第二液体2内，同时第二液体2的一部分被推向第一基板11上的选定路径4。在这种类型的一些实施例中，束在第二液体2的局部区域中引起气蚀。当第二液体2中的吸收率高到足以克服第二液体2的光学击穿阈值时，就会发生气蚀，从而导致产生引起形成空化气泡的等离子体。理想情况下，应使用非常短的激光脉冲(例如，亚皮秒激光脉冲)将束紧密聚焦。空化气泡膨胀并向相邻区域中的第二液体2施加推力。如果束的焦点位于选定路径4的一部分附近，则施加到第二液体2的相邻区域的推力可以推动第二液体2的一部分(在图7中用阴影线示意性地表示)通过第一液体1并与选定路径4接触。例如，可以使用束腰约为1.2微米的二极管泵浦Yb：KYW飞秒激光器(1027nm波长，450fs脉冲持续时间，1kHz最大重复频率)，例如根据M.Duocastella等人的“透明和弱吸收性液体的无胶片激光正向印刷(Film-free laser forward printing oftransparent and weakly absorbing liquids)”，《光学快报》，2010年10月11日，第18卷，第21篇，第21815-21825页，其描述了在液体中通过激光诱导的气蚀来推动液滴的目的，以将液滴从液体主体中向前打印到面对液体主体的基板上。将理解的是，在不背离基本的工作原理的情况下，可以应用与上述精确的激光规格的各种偏差。
图8描绘了图7中描绘的方法的变型，其中束10通过在第一液体1中引起气蚀而推动第二液体2，该气蚀导致第一液体1局部地被迫离开第一基板11，第二液体2在第一液体1被迫离开的地方移动成与第一基板11接触。例如，这可以通过将束聚焦在第一液体1内来实现。在图8中用阴影线示意性地描绘了通过气蚀被推动离开第一基板11的第一液体1的一部分。
图9描绘了其中提供第二基板12的替代实施例的示例。第二基板12面对第一基板11的至少一部分并且与液体接触。在第二基板12和第一基板11之间存在连续的液体路径。在所示的示例中，第二基板12与第二液体2接触。在该实施例中，来自束10的能量被吸收在第二基板12和与第二基板12相邻的液体中的一者或两者中，并使得第二液体2局部地被迫离开第二基板12，从而将第二液体2推向第一基板11上的选定路径4。在所示的示例中，第二基板12包括第二基层12A和在第二基层12A和第二液体2之间的第二中间吸收层12B。第二中间吸收层12B的每单位厚度的束吸收率高于第二基层12A的每单位厚度的束吸收率。来自在第二中间吸收层12B中吸收的束的能量导致第二液体2局部地被迫离开第二基板12，从而将第二液体2推向第二基板2上的选定路径。如图9所示，束10被聚焦在第二基板12内，并且可选地(如果提供的话)被聚焦在第二中间吸收层12B内，以最大化第二基板12内的吸收率和/或允许整体束强度保持在尽可能低的水平，同时仍对第二液体2施加足够的局部推力。
在一个实施例中，第二基板12漂浮在与第二基板12接触的液体(例如，第二液体2)上。该方法允许第二基板12容易且可靠地被调平，从而促进聚焦位置在第二基板12内(例如在第二中间吸收层12B内)精确对准。
图10示出了以上参考图9讨论的实施例的变型，其中在第二液体2上方提供了第三液体层13。第三液体13的每单位厚度的束吸收率高于第二液体2的每单位厚度的束吸收率。来自吸收在第三液体13中的束10的能量使第二液体2被局部地推向第一基板11上的选定路径4。使用吸收率比第二液体2高的第三液体13为选择第二液体2的组成提供了更大的灵活性。例如，第二液体2可以被优化以提供亚体7的稳定分离，而不受提供足够的吸收率以允许束引起第二液体2中的气蚀从而将第二液体2推动通过第一液体1的需求的限制。可以优化第三液体13来吸收束并引发形成空化气泡，以将第二液体2局部地推向第一基板11。
在一个实施例中，选择分割过程的顺序以控制所形成的亚体7的相对体积。在一个实施例中，如图11所示，将第一液体1的连续体分割成亚体7的顺序包括以下步骤：将第一液体1的连续体对称地分割成等体积的两个亚体；重复地将通过先前的分割步骤形成的每个亚体对称地分割为另外两个等体积的亚体。对称分割可以包括沿着主体或被分割的亚体的镜像对称线的分割。图11描述了一个示例顺序。罗马数字描绘了在选定路径4上的注入构件的远侧尖端6的直线轨迹的序列的顺序(在这种情况下为直线)。轨迹(i)-(iv)首先隔离了第一液体1的正方形初始连续体。然后，随后的轨迹(v)-(x)将连续体和由其形成的亚体对称地逐渐地分割成相等的体积，直至提供16个亚体的阵列。每个阶段的对称分割确保每个亚体具有相同的体积(因此，A1＝B1＝…C4＝D4的体积)。可以创建任意数量的阵列。
图12描绘了用于可控地提供逐渐增加的体积的亚体的替代分割方案。在这种情况下，再次提供轨迹(i)-(iv)以隔离第一液体1的正方形初始连续体。随后的轨迹(v)-(x)从左下角到右上角逐渐扫描，每一次均以不对称的方式切割连续的主体或由其形成的亚体(最后两次切割除外)。该过程的结果是第一液体被逐渐向上和向右推动，导致亚体的相对体积逐渐向上和向右增加(即，其深度逐渐增加)。这是由于沿着切割线形成第一液体1的弯曲边缘(不均匀的深度)而导致第一液体从切割线离开的净运动。因此，对于每次切割，液体将净移动到由切割形成的两个亚体中的较大者中。
在一个实施例中，对于一个或多个具有全部与选择路径4的闭环接触的边界8的亚体足迹中的每一个，边界8包括至少一个直线部分。例如，这可以通过使用诸如以上参考图2-5所述的直线切割形成亚体7来实现。因此，以这种方式形成的亚体7的阵列与替代技术根本不同，所述替代技术涉及将液滴沉积到基板的表面上(其中液滴将具有弯曲的轮廓)。因此可以实现更高水平的空间填充。在一个实施例中，亚体足迹轮廓的至少一个子集相对于彼此网格化。例如，亚体足迹可以包括正方形、矩形或平行四边形。通过执行诸如上面参考图2-5所讨论的那些直线切割，可以有效地形成所有这些四边形形状。
在一个实施例中，第二液体2比第一液体1更稠密。发明人已经发现，尽管由在第一液体1上方的更稠密的第二液体2施加在第一液体1上的浮力，由于第一液体1和第一基板11之间的表面张力效应(界面能)，第一液体1令人惊讶地保持稳定地与第一基板11接触。允许使用更稠密的第二液体2是有利的，因为它扩大了第二液体2可能的组成范围。例如，在第一液体1是水溶液的情况下，可以使用诸如FC40之类的碳氟化合物，其提供足够高的渗透性以允许亚体7中的细胞与周围大气之间通过这第二液体层2进行重要气体交换。FC40是密度为1.8555g/ml的透明的完全氟化的液体，广泛用于基于液滴的微流体中。使用比第一液体1更稠密的第二液体2也是有利的，因为它增加了可以稳定地保持在每个亚体7中的第一液体1的最大深度，而第一液体1不会横向扩散在第一基板11上。这是因为第一液体1的重量将倾向于迫使亚体7向下并且因此向外，并且该作用被浮力抵消。与空气相比，第二液体2还可以有利地增加接触角。
在以上讨论的实施例中，微流体装置形成在第一基板11的上表面上。在其他实施例中，如图13所示，微流体装置可以形成在第一基板11的下表面上。因此，第一液体1的连续体的分割可以在第一基板11相对于图2的布置颠倒的情况下进行。在这种情况下，表面张力可以使第一液体1保持与第一基板11接触。然后可以将第一基板11和第一液体1浸入包含第二液体2的浴42中，同时将第一液体1的连续体分割成亚体。可以从图13的布置开始执行以上参考图2-5描述的后续步骤。例如，在将微流体装置用于形成3D细胞培养球体的情况下，该方法可能很方便。
在一个实施例中，第一液体1的连续体主要受到表面张力的横向约束。例如，可以仅在第一基板11上的选定区域中提供第一液体1的连续体，而不是一路延伸到侧壁(例如，其中第一基板11是包括侧壁的容器的底面的情况，如图1所示)。因此，连续体不受侧壁的横向约束。在第二液体2比第一液体1更稠密的情况下，这种布置是特别期望的，因为其提供了更大的抵抗力，以抵抗由于第二液体2对第一液体1的向下作用力而对第一液体1的连续体的厚度均匀性的破坏。发明人已经发现，当第一液体1主要受到表面张力的横向约束时，第一液体1的深度可以比情况不是这样时更高。期望提供第一液体1的增加的深度，因为对于在第一基板11上的给定空间密度的亚体来说，其允许更大的亚体体积。例如，当亚体7用于培养细胞时，因此，可以为细胞提供更高数量的所需材料，从而允许细胞在需要采取进一步措施之前能够存活更长的时间和/或在更均匀的条件下存活。
在其他实施例中，可以允许第一液体1的连续体延伸到提供第一基板11的容器的侧壁。可以通过提供第一液体1的相对较深的层来填充容器的底部然后去除(例如通过移液)第一液体1以留下第一液体1的薄膜而方便地以此方式形成第一液体1的薄膜。
在一个实施例中，在将第一液体1的连续体分割成亚体的初始步骤中，将第一液体1的连续体分割为多个细长条带40(为了清楚起见，用阴影线示出了每个条带40中的第一液体1)。在一个实施例中，细长条带40彼此平行。这种布置的示例在图14中示出。该布置可以例如通过推动分离流体3沿着一系列平行的水平轨迹与选定路径4接触而形成。在随后的步骤中，将物质添加到一个或多个细长条带40的一个或多个局部区域(例如，侧端)。该物质沿着每个细长条带40迁移(例如，通过扩散和/或对流)，从而产生沿着细长条带40的浓度梯度。在随后的步骤中，细长条带被分割成多个亚体，从而快速且容易地产生在其中具有不同浓度的所选物质的亚体集。在图14的特定示例中，通过在连续地从注入构件的远侧尖端6弹出分离流体3的同时沿着图14中由实线箭头标记的轨迹移动远侧尖端6来将细长条带40分割成多个亚体。
在一个实施例中，可以通过将第一液体1的连续体分割成亚体来形成更复杂的形状。在一个示例中，如图15所示，为清晰起见，在其中用阴影线示出了第一液体1的各个区域，分割第一液体1的连续体，以形成至少一个亚体，该至少一个亚体包括至少一个导管36，该至少一个导管36连接到至少一个储液器32、34。导管36和储液器32、34可以构造成使得在使用中可以驱动液体通过导管36到达储液器32、34或驱动液体从储液器32、34通过导管36。当垂直于第一基板11观察时，导管36通常将具有细长形式。储液器32、34通常将是圆形的或至少具有大于导管36的宽度的横向尺寸。在所示的特定示例中，提供了T形导管36，该T形导管将两个源储液器32和34连接到接收储液器34。在使用中，例如通过拉普拉斯压力、静水压力和/或将材料泵入储液器32来驱动从源储液器32到接收储液器34的流动。
在本公开的实施例中，通过以下方式形成第一液体1的连续体：通过在第一基板11上方移动注入构件以限定第一液体的连续体的形状的同时从注入构件喷射第一液体1来将第一液体1沉积在第一基板11上。例如，当形成主要受到表面张力(而不是壁)的横向约束的第一液体1的连续体时，可以使用这种方法。在一个这样的实施例中，如图16所示，在同一第一基板11上的不同位置处形成第一液体1的多个连续体。第一液体1的每个连续体通过表面张力(界面力)保持在适当位置。提供第一液体1的初始连续体的分离使得分离体相对于彼此具有不同的初始组成。可以创建多个相应的亚体集，其中每个集的亚体要经受相同的初始条件，但是不同集的亚体要经受不同的初始条件。例如，在第一液体1的每个初始连续体中提供诸如活细胞等生物材料的情况下，可以在将两个或更多个初始连续体分割成亚体之前将不同的药物添加到其中。在图16的特定示例中，提供了第一液体1的四个连续体(由实线描绘的大正方形)。四个连续体各自沿虚线分割，从而以四个正方形阵列形成分开的亚体集14A-D。在一个实施例中，通过形成包含活细胞的相同组成的四个连续体来提供四个亚体集14A-D。然后可选地，在已经将活细胞粘附到第一基板11之后将不同的药物添加到相同组成的四个连续体的每一个中。将四个连续体分割以形成四个亚体集14A-D并在以后的时间观察以评估不同药物对细胞的作用。
在一个实施例中，所制造的微流体装置包括多个孤立的样本，这些样本用于研究感兴趣的材料。在图17中示意性地示出了研究方法的框架。在步骤S1中，形成并布置第一液体1的连续体以容纳要研究的材料。在将连续体分割以提供亚体之前，将要研究的材料提供在第一液体1的连续体中。在步骤S2中，添加第二液体。在步骤S3中，将连续体分割为多个亚体。将连续物体分割成亚体的过程会产生多个孤立的样本，这些样本各自都包含一部分要研究的材料，而无需将要研究的材料单独添加到每个样本中，这将非常耗时，尤其是在创建大量亚体和/或亚体非常小的情况下。
在一个实施例中，要研究的材料包括生物材料(例如细胞、DNA、蛋白质等)。在一个实施例中，生物材料包含粘附的活细胞。在此上下文中，本公开的实施例的方法是特别有利的，因为它们允许在已经将粘附的活细胞粘附到基板上之后将粘附的活细胞进行整体处理，并随后分割成多个孤立的样本。使用现有技术的方法不可能做到这一点，并且节省了大量时间和系统复杂性，尤其是在需要创建大量孤立样本的情况下。
图18描绘了适用于处理粘附的活细胞的方法的框架。在步骤S11中，形成并布置第一液体1的连续体以容纳粘附的活细胞。在步骤S12中，使至少一部分粘附的活细胞、可选地大部分粘附的活细胞粘附至第一基板11(这可以例如通过将细胞在适当的培养条件下放置过夜来实现)。当细胞以所需程度粘附至第一基板11时，在继续进行到步骤S13之前，可以可选地倒出在这种情况下包括合适的生长培养基的第一液体1，以留下第一液体1的薄膜。在步骤S13中，将测试物质(例如药物)添加到含有粘附的活细胞的第一液体1的连续体(上述倒出后可以是薄膜)。在该阶段可以可选地倒出过量的测试物质，以留下第一液体1的薄膜(包含粘附的细胞、生长培养基的残留物和测试物质)。在步骤S14中，添加第二液体2。在步骤S15中，将第一液体1的连续体分割为多个亚体。将连续体分割成亚体的过程产生多个孤立的样本，这些样本各自包含粘附的活细胞和在细胞粘附后添加的测试物质，而无需将测试物质单独添加到每个样本中。
图19描绘了适用于形成包含活细胞的孤立样本的另一种方法的框架。在步骤S21中，形成并布置第一液体1的连续体以容纳活细胞、可选地粘附的活细胞。步骤S21可以与以上讨论的S11相同。步骤S21还可以包括与以上讨论的步骤S12和S13中的一个或两个相对应的步骤，从而可以使粘附的活细胞粘附至第一基板11和/或可以将测试物质(例如，药物)施加至粘附的活细胞。在步骤S22中，添加第二液体2。在步骤S23中，将连续体分割为多个亚体。在步骤S24中，第二液体2被去除(例如，通过倒出或注射)。在该阶段也可以去除第一液体1。然后添加生长培养基以覆盖第一基板11。发明人发现，当第一液体1的亚体最初形成在第二液体2的下方时，使第一液体1的亚体分开的分割线继续充当阻碍细胞运动的障碍，即使当第一液体1和第二液体2已被去除并被生长培养基替代时。在不希望受理论束缚的情况下，认为第一基板11的表面被改变和/或第一液体1和/或第二液体2的残留物被留下并引起该效果。该结果方便地允许将细胞群培养在彼此分开的区域中，从而允许有效地并行进行单个细胞群的多重研究。例如，在亚体最初仅包含单个细胞的情况下，所得细胞群将全部源自同一单个细胞。
在一个实施例中，以上方法适于实施对单个细胞或单个分子或单个蛋白质的研究。例如，这可以通过在第一液体1的初始连续体中提供一定浓度的活细胞、感兴趣的分子或感兴趣的蛋白质来实现，该浓度应足够低，以使通过分割连续体创建的每个亚体的平均占有率少于感兴趣的一个细胞/分子/蛋白质。这样，将创建许多亚体，它们仅包含一个且仅一个感兴趣的细胞/分子/蛋白质。该方法比替代方法要快得多，替代方法需要在形成孔后(例如在微孔板中)将感兴趣的细胞/分子/蛋白质分别沉积到单独的孔中。
图20和21描绘了用于执行根据本公开的实施例的方法的示例设备30。设备30因此构造成制造微流体装置。设备30包括基板台16。基板台16保持基板11。第一液体1的连续体设置成与基板11直接接触。第二液体2设置成与第一液体1直接接触。第二液体2覆盖第一液体1。
设置有图案形成单元，该图案形成单元推动分离流体3通过第一液体1并沿着全部选定路径4与基板11接触。可以使用以上参考图1-19描述的任何一种方法来推动分离流体3。
在图20的示例中，设备30通过将分离流体3从注入构件15的远侧尖端6中泵出来推动分离流体3。图20的设备30包括注入系统。注入系统构造成将分离流体3从注入构件15的远侧尖端6中泵出。注入构件15可以包括内腔，分离流体3可以沿着内腔被泵送到远侧尖端6。然后，在远侧尖端6根据选定路径4的几何形状在基板11上方移动的同时，分离流体3从远侧尖端6喷射。注入系统包括注入构件15和泵送系统17。在使用中，泵送系统17将包括容纳分离流体3的储液器、用于将分离流体3从储液器输送到注入构件15的内腔的导管以及用于将分离流体3通过内腔从注入构件15的远侧尖端6泵出的机构。
在一个实施例中，设备30构造成在注入构件15在基板11上方移动的同时在注入构件15的远侧尖端6与基板11之间保持小的但有限的间隔。这至少在微流体装置将被用于基于细胞的研究的情况下是有益的，这将受到表面的任何刮擦或其他改变的影响，如果在与基板11接触的情况下在基板11上方拖动注入构件15，则可能引起表面的这种刮擦或其他改变。任何这种改变可能会对光接入和/或细胞兼容性产生负面影响。在一个实施例中，这是通过将注入构件15可滑动地安装在支架中来实现的，使得与基板11接触的力将导致注入构件15在支架内滑动。通过检测注入构件15相对于支架的滑动来检测注入构件15与基板11之间的接触。当检测到接触时，在注入构件15在基板11上方移动之前(在该运动期间不接触基板11)，注入构件15被少量拉回(例如20-150微米)。与诸如3D打印机中使用的电容性/电感性方法或基于光学的感测技术的替代方案相比，这种控制远侧尖端6与基板11之间的分离的方法可以成本有效地实现。该方法也不需要提供导电表面。
注入系统或以相应方式构造的附加注入系统可以额外地提供与基板11直接接触的第一液体1的初始连续体，这是通过在基板11上方移动注入构件以限定第一液体1的连续体的形状的同时使第一液体1通过注入构件的远侧尖端喷射来实现的。在一个实施例中，注入系统或附加注入系统可以进一步构造为可控制地提取第一液体1，例如通过将液体通过注入构件吸回而可控制地去除多余的第一液体。
在一个实施例中，设备30包括用于施加或去除第二液体2的施加系统(例如包括用于容纳第二液体的储液器、可定位在基板11上方的输出/吸入喷嘴以及用于可控地通过输出/吸入喷嘴将第二液体2从基板11泵送或抽吸到储液器/从储液器泵送或抽吸到基板11)。在其他实施例中，第二液体2是手动施加的。
图20的设备30还包括控制器10。在将分离流体3推到基板11上的选定路径上时(以及可选地，在形成第一液体1的连续体期间)，控制器10控制注入构件15在基板11上方的运动。在一个实施例中，设备30包括支撑注入构件15的处理头20(a processing head)。处理头20构造成使得注入构件15能够被选择性地推进和缩回。在一个实施例中，通过控制器10控制推进和缩回，并且适当的致动机构安装在处理头20上。提供机架系统21以允许处理头20根据需要移动。在所示的特定示例中，示出了页面内的左右移动，但是应当理解，该移动还可以包括进入页面内和离开页面的运动以及朝向和远离基板11的运动(如果由处理头20本身提供的注入构件15的运动不足以提供注入构件15所需的向上和向下位移。
图21描绘了设备30，该设备30构造成通过将能量局部地耦合到包含或邻近第二液体2的一部分的区域中而将第二液体2的该部分推向选定路径。图21的设备可以构造成执行以上参考图6-10描述的任何操作。设备30包括激光源22(例如，亚皮秒脉冲激光器，如上所述)和光学投影系统23，该光学投影系统23构造成将由激光源22提供的束聚焦到期望的位置上。在一个实施例中，光学投影系统23包括扫描仪，该扫描仪用于沿着遵循选定路径4的几何形状的扫描路径来扫描聚焦的激光点。该扫描仪可以由控制器10控制。相对于光学投影系统23移动激光束以可选地结合由扫描仪提供的扫描来提供沿扫描路径的激光点的扫描。例如，当基板台沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动时，扫描仪可以沿着第一轴线扫描激光点。基板台16的移动可以由控制器10控制。可替代地，可以使用掩模将图案化的辐射束投射到基板11上，该束的图案对应于在基板11上的选定路径4的至少一部分。
如说明书的引言部分所述，已经观察到涉及使固体构件与选定路径接触(例如，沿选定路径刮擦的触控笔以允许第二液体沿选定路径替换第一液体)的替代方法会具有产生彼此不完全分离的亚体的巨大风险。例如，已经观察到在使用替代方法生产的亚体的阵列中，发现亚体的一小部分连接在一起。图22描绘了使用这种替代方法产生的液体亚体(称为“腔室”)之间的连接的图像。在这种特殊情况下，产生了一系列正方形亚体(腔室)。
在上述示例中，在将分离流体3推动通过第一液体1以形成亚体7之前，提供第一液体1的连续体和第二液体2的覆盖层。在一些实施例中，至少在分离流体3的推动的初始阶段，情况不是这样的。在这样的实施例中，如图23和24所示，分离流体包括(例如由其组成)与第二液体具有相同组成的液体。提供与第一液体1的连续体直接接触并覆盖第一液体1的连续体的第二液体2包括在已经提供与第一基板11直接接触的第一液体1的连续体之后，推动分离流体3通过第一液体1并沿着选定路径的至少一部分与第一基板11接触，同时第一液体1的上界面的一部分50A尚未与第二液体2接触。这种情况在图23中示出。分离流体3被从注入构件的远侧尖端6中推出，并到达第一基板11上的选定路径4上，如竖直箭头所示。然后，多余的分离流体3向上和向外移动，并开始覆盖第一液体1的上界面，如弯曲箭头所示。在图23所示的时间点，第一液体的上界面的一部分50B被推动的分离流体3覆盖(现在也可以视为第二液体2的一部分)，而部分50A与空气接触。继续推动分离流体3，直至分离流体3形成与第一液体1的连续体直接接触并覆盖第一液体1的连续体的第二液体层2为止，如图24所示。在图24所示的阶段，第一液体1的上界面的任何部分都不与空气接触。
在一些实施例中，针对选定路径4的至少一部分，以连续过程(即，不间断)将分离流体3推动通过第一液体1。例如，在远侧尖端6在选定路径的一部分上方移动的同时(例如，如图3所示沿直线向下或沿图14中的竖直实线箭头之一移动)，可以将分离流体3连续地推出注入构件的远侧尖端(例如，通过以恒定的速率泵送)。在其他实施例中，在第一液体1的至少一部分从选定路径移开4期间，推动分离流体3包括间歇性地推动分离流体3的各部分。例如，可以在第一液体1从选定路径移开4期间沿图3所示的选定路径4的一部分或沿由图14中的竖直实线箭头表示的选定路径的任何一部分间歇性地推动分离流体3。在这样的实施例中，间歇性推动可以使得第一液体1仍然从选定路径移开4，从而使得选定路径4沿着连续线(例如，沿着以上提到的图3和图14中的一条或多条竖直线中的每条竖直线)接触第二液体2。例如，这可以通过将被间歇性地推向第一基板11(即，相对于彼此在不同时间被推动)的分离流体3的不同部分布置成被推动为在重叠区域中与选定路径接触来实现。因此，与被推动的分离流体3的一部分相关联的第一基板11上的冲击区域将与同被推动的分离流体3的至少另一部分相关联的第一基板11上的冲击区域(通常在稍微不同的时间被推动，例如，在驱动推动的头已经相对于第一基板11移动了短距离之后)重叠。使用间歇性推动的可能性开辟了更大范围的驱动推动的可能机构，例如压电机构。
在以下编号的条款中描述了本公开的替代实施例。
1.一种制造微流体装置的方法，包括：
提供与第一基板直接接触的第一液体的连续体；
提供与第一液体的连续体直接接触并覆盖第一液体的连续体的第二液体；以及
推动与第一液体不混溶的分离流体通过至少第一液体，并沿着第一基板表面上的全部选定路径与第一基板接触，从而使最初与全部选定路径接触的第一液体从选定路径移开，选定路径使得第一液体的连续体被分割以形成被第二液体与第一液体的连续体的其余部分分开的第一液体的单个亚体，或者形成被第二液体彼此分开的第一液体的多个亚体，其中：
对于一个或多个亚体中的每一个，亚体足迹表示亚体与第一基板之间的接触区域，并且亚体足迹的全部边界与围绕亚体足迹的选定路径的闭环接触。
2.根据条款1所述的方法，其中，第一液体、第二液体和第一基板构造成使得全部与选定路径的闭环接触的亚体足迹的每个边界通过界面力被固定在静态构造中。
3.根据条款1或2所述的方法，其中，与第一液体不混溶的分离流体包括以下一种或多种：气体，液体，具有与第二液体相同的组成的液体，在推动分离流体通过第一液体之前提供的第二液体的一部分。
4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，对于一个或多个具有全部与选定路径的闭环接触的边界的亚体足迹中的每一个，边界包括至少一个直线部分。
5.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，各自都具有全部与选定路径的闭环接触的边界的亚体足迹的至少一个子集相对于彼此网格化。
6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，通过在使注入构件的远侧尖端相对于第一基板移动的同时从远侧尖端泵送分离流体，将分离流体推到第一基板上的选定路径上。
7.根据条款6所述的方法，其中，针对选定路径的至少一部分，在将分离流体推到第一基板上的选定路径上的同时，使远侧尖端移动通过第二液体而不是第一液体。
8.根据条款6所述的方法，其中，针对选定路径的至少一部分，在将分离流体推到第一基板上的选定路径上的同时，使远侧尖端移动通过第二液体和第一液体两者。
9.根据条款7或8所述的方法，其中，注入构件的远侧尖端的至少一部分构造成比被第一液体更容易被第二液体润湿。
10.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：
分离流体包括第二液体的一部分；以及
通过将能量局部地耦合到包含或邻近将要被推向第一基板上的选定路径的第二液体的上述部分的区域，将第二液体的上述部分推向第一基板上的选定路径。
11.根据条款10所述的方法，其中，使用电磁辐射或超声的聚焦束来实现能量的局部耦合。
12.根据条款11所述的方法，其中，基于选定路径的几何形状，沿着扫描路径来扫描束的焦点。
13.根据条款11或12所述的方法，其中，来自在第一基板中吸收的束的能量使第一液体沿着选定路径局部地被迫离开第一基板，第二液体在第一液体已被迫离开的地方移动成与第一基板接触。
14.根据条款11至13中任一项所述的方法，其中：
第一基板包括第一基层和在第一基层与第一液体之间的第一中间吸收层；
第一中间吸收层的每单位厚度的束吸收率高于第一基层的每单位厚度的束吸收率；以及
来自在第一中间吸收层中吸收的束的能量使第一液体沿着选定路径局部地被迫离开第一基板，第二液体在第一液体被迫离开的地方移动成与第一基板接触。
15.根据条款11至14中任一项所述的方法，其中，在第二液体的上述部分被推向第一基板上的选定路径的同时，束的焦点位于第一基板内。
16.根据条款11至14中任一项所述的方法，其中，在第二液体的上述部分被推向第一基板上的选定路径的同时，束的焦点位于第二液体内。
17.根据条款16所述的方法，其中，束通过在第二液体中引起气蚀来推动第二液体。
18.根据条款11至14中任一项所述的方法，其中，在第二液体的上述部分被推向第一基板上的选定路径的同时，束的焦点位于第一液体内。
19.根据条款18所述的方法，其中，束通过在第一液体中引起气蚀来推动第二液体，气蚀导致第一液体局部地被迫离开第一基板，第二液体在第一液体被迫离开的地方移动成与第一基板接触。
20.根据条款11至14中任一项所述的方法，还包括第二基板，第二基板面对第一基板的至少一部分并且与液体接触，使得在第二基板与第一基板之间存在连续的液体路径。
21.根据条款20所述的方法，其中，来自吸收在第二基板和邻近第二基板的液体中的一者或两者中的束的能量使第二液体局部地被迫离开第二基板，从而将第二液体推向第一基板上的选定路径。
22.根据条款20或21所述的方法，其中：
第二基板包括第二基层和在第二基层与第二液体之间的第二中间吸收层；
第二中间吸收层的每单位厚度的束吸收率高于第二基层的每单位厚度的束吸收率；
来自吸收在第二中间吸收层中的束的能量使第二液体局部地被迫离开第二基板，从而将第二液体推向第二基板上的选定路径。
23.根据条款20至22中任一项所述的方法，其中，在第二液体的一部分被推向第一基板上的选定路径的同时，束的焦点位于第二液体内。
24.根据条款20至23中任一项所述的方法，其中，第二基板漂浮在与第二基板接触的液体上。
25.根据条款11至24中任一项所述的方法，其中：
在第二液体上方提供第三液体层；
第三液体的每单位厚度的束吸收率高于第二液体的每单位厚度的束吸收率；以及
来自吸收在第三液体中的束的能量使第二液体局部地推向第一基板上的选定路径。
26.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第二液体比第一液体更稠密。
27.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：
在第一液体的连续体中提供要研究的材料；以及
分割为亚体产生多个孤立的样本，每个样本都包含一部分要研究的材料。
28.根据条款27所述的方法，其中，要研究的材料包括生物材料。
29.根据条款28所述的方法，其中，生物材料包括粘附的活细胞。
30.根据条款29所述的方法，其中，在将第一液体的连续体分割成亚体之前，允许至少一部分粘附的活细胞粘附至基板。
31.根据条款30所述的方法，其中：
在至少一部分粘附的活细胞粘附到基板上之后，将测试物质添加到第一液体的连续体中；以及
在将测试物质添加到第一液体的连续体中之后，进行亚体的分割。
32.根据条款31所述的方法，其中，测试物质包括药物。
33.根据条款27至32中任一项所述的方法，其中，在分割成亚体之后，第二液体用生长培养基代替。
34.根据条款27至33中任一项所述的方法，其中，生物材料包括一定浓度的活细胞或一定浓度的感兴趣的分子，活细胞的浓度使得每个亚体的平均占用率小于一个活细胞，感兴趣的分子的浓度使得每个亚体的平均占用率小于一个感兴趣的分子。
35.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，在使第二液体与第一液体接触之前，在基板上形成第一液体的连续体。
36.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一液体的连续体主要受到表面张力的横向约束。
37.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一液体的连续体仅与基板的基本上平坦的部分以及第二液体直接接触。
38.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，迫使第二液体通过第一液体按顺序包括以下步骤：
将第一液体的连续体对称地分割成两个等体积的亚体；以及
重复地将通过先前的分割步骤形成的每个亚体对称地分割为两个其他等体积的亚体。
39.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，使第一液体从选定路径移开，而没有任何固体构件直接接触选定路径，并且没有任何固体构件经由保持在固体构件的尖端的液体小球接触选定路径。
40.一种使用任何前述条款的方法制造的微流体装置。
41.一种用于制造微流体装置的设备，包括：
基板台，构造成保持基板，在基板上设置有与基板直接接触的第一液体的连续体，并且设置有与第一液体直接接触并覆盖第一液体的第二液体；以及
图案形成单元，构造成推动与第一液体不混溶的分离流体至少通过第一液体，并沿着基板表面上的全部选定路径与基板接触，从而使最初处与全部选定路径接触的第一液体从选定路径移开，选定路径使得第一液体的连续体被分割以形成被第二液体与第一液体的连续体的其余部分分开的第一液体的单个亚体，或者形成被第二液体彼此分开的第一液体的多个亚体，其中：
对于一个或多个亚体中的每一个，亚体足迹表示亚体与第一基板之间的接触区域，并且亚体足迹的全部边界与围绕亚体足迹的选定路径的闭环接触。

Claims (26)

1.一种制造微流体装置的方法，包括：
提供与第一基板(11)直接接触的第一液体(1)的连续体；
提供与所述第一液体(1)互不相溶的第二液体(2)，所述第二液体(2)与所述第一液体(1)的所述连续体直接接触并覆盖所述第一液体(1)的所述连续体；以及
形成被所述第二液体(2)与所述第一液体(1)的连续体的其余部分开的所述第一液体(1)的单个亚体(7)，或者形成被所述第二液体(2)彼此分开的所述第一液体的多个亚体(7)，其特征在于：
所述第一液体(1)的单个亚体(7)或者所述第一液体的多个亚体(7)的形成包括：
推动与所述第一液体(1)互不相溶的分离流体(3)通过至少所述第一液体(1)，并沿着所述第一基板(11)的表面上的全部选定路径(4)与所述第一基板(11)接触，从而使最初与全部所述选定路径(4)接触的所述第一液体(1)从所述选定路径(4)移开，而没有任何固体构件直接接触所述选定路径(4)，也没有任何固体构件经由保持在所述固体构件的尖端的液体小球接触所述选定路径(4)，所述选定路径(4)使得所述第一液体(1)的所述连续体被分割以形成所述第一液体(1)的单个亚体(7)，或者形成所述第一液体(1)的多个亚体(7)；
对于至少一个所述亚体(7)中的每一个，亚体足迹表示所述亚体与所述第一基板(11)之间的接触区域，并且所述亚体足迹的全部边界与围绕所述亚体足迹的所述选定路径(4)的闭环接触；以及
所述第一液体(1)、所述第二液体(2)和所述第一基板(11)构造成使得全部与所述选定路径(4)的闭环接触的亚体足迹的每个边界通过作用在所述第一液体(1)、所述第二液体(2)和所述第一基板(11)相遇的固定线上的力被固定为静态构造。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述第一液体(1)互不相溶的所述分离流体(3)包括以下一种或多种：气体，液体，具有与所述第二液体(2)相同的组成的液体，在推动所述分离流体(3)通过所述第一液体(1)之前提供的所述第二液体(2)的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对于具有全部与所述选定路径的闭环接触的边界的所述亚体足迹中的一个或多个中的每一个，所述边界包括至少一个直线部分。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述亚体足迹的至少一个子集相对于彼此网格化，其中每个亚体足迹具有全部与所述选定路径的闭环接触的边界。
5.根据权利要求1或2所 述的方法，其中，在使注入构件的远侧尖端(6)相对于所述第一基板(11)移动的同时，通过从所述远侧尖端(6)泵送所述分离流体(3)，将所述分离流体(3)推到所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对于所述选定路径(4)的至少一部分，在将所述分离流体(3)推到所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)上的同时，使所述远侧尖端(6)移动通过所述第二液体(2)而不是通过所述第一液体(1)。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，对于所述选定路径(4)的至少一部分，在将所述分离流体(3)推到所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)上的同时，使所述远侧尖端(6)移动通过所述第二液体(2)和所述第一液体(1)两者。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述注入构件的所述远侧尖端(6)的至少一部分构造成比被所述第一液体(1)更容易被所述第二液体(2)润湿。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述分离流体(3)包括具有与所述第二液体(2)相同的组成的液体；以及
在已经提供了与所述第一基板(11)直接接触的所述第一液体(1) 的所述连续体之后，提供与所述第一液体(1)的所述连续体直接接触并覆盖所述第一液体(1)的所述连续体的所述第二液体(2)，其包括：
在所述第一液体(1)的上界面的一部分尚未与所述第二液体(2)接触的同时，推动所述分离流体(3)通过所述第一液体(1)，并沿着所述选定路径(4)的至少一部分与所述第一基板(11)接触，继续推动所述分离流体(3)直至所述分离流体(3)形成与所述第一液体(1)的所述连续体直接接触并覆盖所述第一液体(1)的所述连续体的第二液体(2)的层。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述分离流体(3)包括所述第二液体(2)的一部分；
通过将能量局部地耦合到包含或邻近将要被推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)的所述第二液体(2)的所述部分的区域，将所述第二液体(2)的所述部分推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)；
使用电磁辐射或超声的聚焦束来实现能量的局部耦合，
基于所述选定路径(4)的几何形状，沿着扫描路径扫描束的焦点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，来自吸收在所述第一基板(11)中的束的能量使所述第一液体(1)沿着所述选定路径(4)局部地被迫离开所述第一基板(11)，所述第二液体(2)在所述第一液体(1)已被迫离开的地方移动成与所述第一基板(11)接触。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述第一基板(11)包括第一基层(11A)和在所述第一基层(11A)与所述第一液体(1)之间的第一中间吸收层(11B)；
所述第一中间吸收层(11B)的每单位厚度的束吸收率高于所述第一基层(11A)的每单位厚度的束吸收率；以及
来自在所述第一中间吸收层(11B)中吸收的束的能量使所述第一液体(1)沿着所述选定路径(4)局部地被迫离开所述第一基板(11)，所述第二液体(2)在所述第一液体(1)被迫离开的地方移动成与所述第一基板(11)接触。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，在将所述第二液体(2)的所述部分推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)的同时，将所述束的焦点定位在所述第一基板(11)内。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，在将所述第二液体(2)的所述部分推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)的同时，将所述束的焦点定位在所述第二液体(2)内。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述束通过在所述第二液体中引起气蚀来推动所述第二液体。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，在将所述第二液体的所述部分推向所述第一基板上的所述选定路径的同时，将所述束的焦点定位在所述第一液体内。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述束通过在所述第一液体中引起气蚀而推动所述第二液体，所述气蚀导致所述第一液体局部地被迫离开所述第一基板，所述第二液体在所述第一液体被迫离开的地方移动成与所述第一基板接触。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括第二基板(12)，所述第二基板(12)面对所述第一基板(11)的至少一部分并且与液体接触，使得在所述第二基板(12)与所述第一基板(11)之间存在连续的液体路径。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，来自吸收在所述第二基板(12)和邻近所述第二基板(12)的液体中的一者或两者中的束的能量使所述第二液体(2)局部地被迫离开所述第二基板(12)，从而将所述第二液体(2)推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)。
20.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述第二基板(12)包括第二基层(12A)和在所述第二基层与所述第二液体(2)之间的第二中间吸收层(12B)；
所述第二中间吸收层(12B)的每单位厚度的束吸收率高于所述第二基层(12A)的每单位厚度的束吸收率；
来自吸收在所述第二中间吸收层(12B)中的束的能量使所述第二液体(2)局部地被迫离开所述第二基板(12)，从而将所述第二液体(2)推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，在将所述第二液体的所述部分推向所述第一基板上的所述选定路径的同时，将所述束的焦点定位在所述第二液体内。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二基板漂浮在与所述第二基板接触的液体上。
23.根据权利要求10所述的方法，其中：
在所述第二液体(2)上方提供第三液体(13 )的层；
所述第三液体(13 )的每单位厚度的束吸收率高于所述第二液体(2)的每单位厚度的束吸收率；以及
来自吸收在所述第三液体(13 )中的束的能量将所述第二液体(2)局部地推向所述第一基板(11)上的所述选定路径(4)。
24.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二液体(2)比所述第一液体(1)更稠密。
25.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分离流体(3)的推动包括在使所述第一液体(1)的至少一部分从所述选定路径(4)移开期间，间歇性地推动所述分离流体(3)的各部分。
26.一种使用权利要求1或2所述的方法制造的微流体装置。
CN201980014247.XA 2018-02-21 2019-02-05 用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置 Active CN111902211B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1802819.1 2018-02-21
GBGB1802819.1A GB201802819D0 (en) 2018-02-21 2018-02-21 Methods and apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement, and a microfluidic arrangement
GB1811977.6A GB2571380B (en) 2018-02-21 2018-07-23 Methods and apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement, and a microfluidic arrangement
GB1811977.6 2018-07-23
PCT/GB2019/050303 WO2019162644A1 (en) 2018-02-21 2019-02-05 Methods and apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement, and a microfluidic arrangement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111902211A CN111902211A (zh) 2020-11-06
CN111902211B true CN111902211B (zh) 2022-04-19

Family

ID=61783876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980014247.XA Active CN111902211B (zh) 2018-02-21 2019-02-05 用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11931735B2 (zh)
EP (1) EP3755462B1 (zh)
JP (1) JP2021514469A (zh)
CN (1) CN111902211B (zh)
AU (1) AU2019223302A1 (zh)
CA (1) CA3091477A1 (zh)
GB (2) GB201802819D0 (zh)
WO (1) WO2019162644A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201908926D0 (en) * 2019-06-21 2019-08-07 Univ Oxford Innovation Ltd Method of manufacturing a microfluidic arrangement method of operating a microfluidic arrangement apparatus for maufacturing a microfluidic arrangment
LU101421B1 (de) * 2019-10-01 2021-04-01 Cytena Gmbh Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines Musters auf einer Trägeroberfläche eines Trägers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101137440A (zh) * 2005-01-12 2008-03-05 因弗因斯医药瑞士股份有限公司 制备微流体器件的方法和微流体器件
CN101146595A (zh) * 2005-01-28 2008-03-19 杜克大学 用于在印刷电路板上操作液滴的装置和方法
WO2017064514A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Oxford University Innovation Limited Microfluidic arrangements

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7189580B2 (en) 2001-10-19 2007-03-13 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of pumping fluid through a microfluidic device
US8053249B2 (en) 2001-10-19 2011-11-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of pumping fluid through a microfluidic device
US20050095664A1 (en) 2003-10-30 2005-05-05 Carpenter Steven E. Printing growth medium for culture and analysis of biological material
EP1846676A2 (en) 2005-01-31 2007-10-24 The President and Fellows of Harvard College Valves and reservoirs for microfluidic systems
US8168133B2 (en) 2005-05-09 2012-05-01 Wisconsin Alumni Research Foundation Device for performing a high throughput assay
US8772046B2 (en) * 2007-02-06 2014-07-08 Brandeis University Manipulation of fluids and reactions in microfluidic systems
US9152150B1 (en) * 2007-02-22 2015-10-06 Applied Biosystems, Llc Compositions, systems, and methods for immiscible fluid discrete volume manipulation
WO2008137212A1 (en) 2007-05-02 2008-11-13 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Piezo dispensing of a diagnostic liquid into microfluidic devices
EP2812103B1 (en) * 2012-02-08 2016-08-03 President and Fellows of Harvard College Droplet formation using fluid breakup
AT514210B1 (de) 2013-04-25 2016-08-15 Greiner Bio-One Gmbh Dispenser-befülltes mikrofluidisches Testsystem und Verfahren dazu
WO2016133783A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-25 Zalous, Inc. Microdroplet digital pcr system
BR112018003614A2 (pt) 2015-08-26 2018-09-25 EMULATE, Inc. conjunto distribuidor de perfusão
GB201614150D0 (en) * 2016-08-18 2016-10-05 Univ Oxford Innovation Ltd Microfluidic arrangements
GB201518392D0 (en) 2015-10-16 2015-12-02 Isis Innovation Microfluidic arrangements
GB2569328A (en) * 2017-12-13 2019-06-19 Univ Oxford Innovation Ltd Methods and apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement , and a microfluidic arrangement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101137440A (zh) * 2005-01-12 2008-03-05 因弗因斯医药瑞士股份有限公司 制备微流体器件的方法和微流体器件
CN101146595A (zh) * 2005-01-28 2008-03-19 杜克大学 用于在印刷电路板上操作液滴的装置和方法
WO2017064514A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Oxford University Innovation Limited Microfluidic arrangements

Also Published As

Publication number Publication date
GB2571380B (en) 2022-03-30
WO2019162644A1 (en) 2019-08-29
EP3755462A1 (en) 2020-12-30
EP3755462B1 (en) 2024-04-03
GB201811977D0 (en) 2018-09-05
CA3091477A1 (en) 2019-08-29
GB2571380A (en) 2019-08-28
AU2019223302A1 (en) 2020-09-03
JP2021514469A (ja) 2021-06-10
GB201802819D0 (en) 2018-04-04
US11931735B2 (en) 2024-03-19
US20200376486A1 (en) 2020-12-03
CN111902211A (zh) 2020-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109661272B (zh) 用于制造微流体布置的方法和装置及微流体布置
CN111902211B (zh) 用于制造微流体装置的方法和设备及微流体装置
CN108472647B (zh) 微流体布置
EP2391444B1 (en) Phaseguide patterns for liquid manipulation
DE112004002254T5 (de) Mikrofluidikvorrichtung
WO2009111723A9 (en) Electrowetting microarray printing system and methods for bioactive tissue construct manufacturing
US11884010B2 (en) Three-dimensional additive printing method
WO2019116033A1 (en) Methods and apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement, and a microfluidic arrangement
US20220219165A1 (en) Method of manufacturing a microfluidic arrangement, method of operating a microfluidic arrangement, apparatus for manufacturing a microfluidic arrangement
KR101718491B1 (ko) 액체 패터닝 장치
EP3941633B1 (en) Method and system for manufacturing a microfluidic arrangement, method of manufacturing a liquid, method of performing a biological assay
Yang et al. Underwater oil droplet splitting on a patterned template
CN113993688B (zh) 三维增材打印方法
EP3639925A1 (en) Droplet generator and generation method
EP3482828A1 (en) Methods and apparatus for adding or removing material from a microfluidic arrangement
JP2002090368A (ja) マイクロアレイ製造装置および製造方法
JP2003207485A (ja) フロー式電気泳動装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant