CN113874114A - 纳升液滴阵列设备的多路复用阵列 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括：多个固定纳升液滴阵列(SNDA)组件；每个SNDA组件包括：至少一个主通道；至少一个次级通道；以及多个纳米孔，每个纳米孔向主通道打开并且每个纳米孔通过一个或更多个通气孔被连接到次级通道；通气孔被构造成仅使空气从纳米孔流到次级通道，使得当液体被引入主通道时，液体填充纳米孔，并且最初被容纳的空气经由通气孔和次级通道被排出；入口端口和配送通道，其被构造成使液体能同时引入进入所有主通道；和出口端口和排出通道，其被构造成使空气能同时排出所有次级通道。

Description

纳升液滴阵列设备的多路复用阵列
发明领域
本发明涉及微流体设备。更具体的,本发明涉及纳升液滴阵列设备的多路复用阵列。
发明背景
被设计成将纳升大小的液滴保持在单独的纳米孔中的微流体设备，在这里称为固定纳升液滴阵列(SNDA)设备，已经被证明可用于执行各种生物和化学测试和程序。在典型的程序中，两种或更多种流体通过一个或更多个入口被相继地引入设备中。然后，例如通过显微镜、自动图像分析系统或其他可视化工具对纳米孔从视觉上进行检查，以确定在相继地被引入的液体之间的任何相互作用的结果，或者对悬浮在被引入的液体之一中的细胞的影响。
在典型的SNDA设备中，被引入的流体可以从入口流入设备的主通道。主通道的两侧是通向纳米孔的开口，其中相邻的纳米孔用壁彼此隔开。每个纳米孔的远离其通向主通道的开口的一端包括一个或更多个通向空气排出通道的通气孔。因此，当每个纳米孔通过其通向主通道的开口被填充液体时，先前填充纳米孔的空气通过其通气孔逸出到空气排出通道。通气孔的开口通常足够小，以防止液体通过通气孔流出纳米孔。例如，通过表面张力、粘度、空气压力或其他力的作用，可以防止液体通过通气孔流出。因此，每个纳米孔可以由被引入的液体部分地或全部地填充。
例如，这种SNDA设备已经成功地被用于执行抗菌敏感性试验(AST)。当SNDA设备被用于AST时，抗生素液体首先被引入每个纳米孔。在一些情况下，以沿着主通道的长度产生抗生素浓度梯度的方式，可以将抗生素引入纳米孔中。抗生素可以被冻干或以其他方式被处理，例如以将抗生素保留在纳米孔中。然后可以将细菌悬浮液引入纳米孔中。然后可以检查纳米孔以确定抗生素对细菌的影响。例如，可以通过人眼或处理器来分析SNDA设备的图像，以确定抗生素对细菌的影响。
发明概述
根据本发明的一些方面，提供一种新设备，其包括：
多个固定纳升液滴阵列(SNDA)组件；每个SNDA组件包括:至少一个主通道；至少一个次级通道；以及多个纳米孔，每个纳米孔向所述主通道打开并且每个纳米孔通过一个或更多个通气孔被连接到所述次级通道；所述通气孔被构造成能够仅使空气从所述纳米孔流到所述次级通道，使得当液体被引入所述主通道时，所述液体填充纳米孔，并且最初被容纳的空气经由所述通气孔和所述次级通道被排出；
其中所述多个SNDA组件彼此平行地对齐并且相对于彼此侧向地移置，使得所述设备包括矩形形状；
入口端口和配送通道，其被构造成使得能够将所述液体同时引入所有主通道的；和
出口端口和排出通道，其被构造成使得能够将所述空气同时排出所有所述次级通道。
根据一些实施例，所述配送通道的直径DDCh或所述配送通道的较小侧边hDCh被选择为基本上大于所述主通道的直径DPCh或较小侧边hPCh，即DDCh>DPCh或hDCh>hPCh；使得所述配送通道被构造成经由入口端口填充液体，同时不将液体提供给主通道，使液体填充到配送通道的容积的大约预定阈值，使得在所述配送通道内形成的液体压力能够然后同时加载所有主通道。
根据一些实施例，设备还包括多个配送通道，所述多个配送通道的每个配送通道将所述入口端口连接到独立SNDA组件的所述主通道；并且其中，每个配送通道从被连接到所述入口的单个主干通道分支出来。
根据一些实施例，每个配送通道从所述主干通道垂直地分支出来。
根据一些实施例，所述配送通道的每一个包括与其和所述公共入口的距离相关的不同的横截面，所述横截面被构造为允许来自所述公共入口开口的液体流流动经由所述公共配送通道，并且同时地到达所有所述SNDA组件。
根据一些实施例，所述配送通道被布置成关于所述入口与所述主干通道连接的连接部对称地沿着所述主干通道。
根据一些实施例，所述多个配送通道与所述主干通道连接的连接部沿着所述主干通道等距地隔开。
根据一些实施例，所述多个配送通道的每个配送通道的在其与所述主干通道连接的连接部和其与SNDA组件的所述主通道连接的连接部之间的总长度被调整以能够使液体流速基本上相等。
根据一些实施例，所述多个配送通道的至少一个配送通道的总长度通过向所述至少一个配送通道添加一个或更多个开环而被延长。
根据一些实施例，被添加到所述多个配送通道的配送通道的所有所述开环的长度是基本上相等的。
根据一些实施例，所述一个或更多个开环的一个开环的长度等于所述多个配送通道的两个相邻的配送通道与所述主干通道连接的连接部之间的距离，其中所述多个配送通道与所述主干通道连接的所述连接部沿着所述主干通道等距地隔开。
根据一些实施例，被添加到第一配送通道的所述开环的数量小于被添加到第二配送通道的所述开环的数量，其中所述第二配送通道与所述主干通道连接的连接部比所述第一配送通道与所述主干通道连接的连接部更靠近所述入口与所述主干通道连接的连接部。
根据一些实施例，所述多个配送通道的配送通道的横截面被选择成使得液体能够以基本上相等的速率进入每个所述主通道。
根据一些实施例，具有最大横截面积的配送通道的宽度等于所述配送通道所连接的所述SNDA组件的所述主通道的宽度。
根据一些实施例，所有的所述SNDA组件是基本上相同的。
根据一些实施例，设备还包括与出口诗人连通的压力设备，所述压力设备被构造为经由所述排出通道向所有所述次级通道同时地施加负压。
根据本发明的一些实施例，提供了一种固定纳升液滴阵列(SNDA)设备的阵列。该阵列可以包括被彼此平行地布置并且相对于彼此被侧向地移置的多个SNDA设备，多个SNDA设备中的每个SNDA设备包括主通道和多个纳米孔，每个纳米孔对主通道开放，所述多个纳米孔中的每个纳米孔通过一个或更多个通气孔被连接到次级通道，以使得当被引入主通道的液体填充该纳米孔时，空气可以通过该纳米孔进入次级通道。
该阵列还可以包括用于可以将液体引入阵列的入口；和多个配送通道，多个配送通道中的每个配送通道将入口连接到多个SNDA设备中的单独的SNDA设备的主通道。
在本发明的一些实施例中，多个配送通道中的每个配送通道从被连接到入口的单个主干通道分支出来。
在本发明的一些实施例中，多个配送通道中的每个配送通道从主干通道垂直地分支出来。
在本发明的一些实施例中，多个配送通道被布置成关于入口与主干通道连接的连接部对称地沿着主干通道布置。
在本发明的一些实施例中，多个配送通道与主干通道连接的连接部沿着主干通道等距地隔开。
在本发明的一些实施例中，所述多个配送通道的每个配送通道的在其与所述主干通道连接的连接部和其与多个SNDA设备中的SNDA设备的所述主通道连接的连接部之间的总长度被调整以能够使液体流速基本上相等。
在本发明的一些实施例中，所述多个配送通道的至少一个配送通道的总长度通过向所述至少一个配送通道添加一个或更多个开环而被延长。
在本发明的一些实施例中，被添加到所述多个配送通道的配送通道的所有所述开环的长度是基本上相等的。
在本发明的一些实施例中，所述一个或更多个开环的一个开环的长度等于所述多个配送通道的两个相邻的配送通道与所述主干通道连接的连接部之间的距离，其中所述多个配送通道与所述主干通道连接的所述连接部沿着所述主干通道等距地隔开。
在本发明的一些实施例中，被添加到第一配送通道的所述开环的数量小于被添加到第二配送通道的所述开环的数量，其中所述第二配送通道与所述主干通道连接的连接部比所述第一配送通道与所述主干通道连接的连接部更靠近所述入口与所述主干通道连接的连接部。
在本发明的一些实施例中，所述多个配送通道的配送通道的横截面被调整使得能够实现基本上相等的流速。
在本发明的一些实施例中，具有最大横截面积的多个配送通道中的配送通道的宽度等于该配送通道所连接的多个SNDA设备中的该SNDA设备的主通道的宽度。
在本发明的一些实施例中，所有多个SNDA设备是基本上相同的。
在本发明的一些实施例中，多个SNDA设备的次级通道被连接到单个排出通道。
在本发明的一些实施例中，排出通道或共用通道包括开口，通过该开口负压可以应用到多个SNDA设备的所有次级通道。
在本发明的一些实施例中，多个阵列中的每一个通过供给通道被连接到单个输入开口，所有的供给通道都被构造成可以同时地加载阵列。
在本发明的一些实施例中，多个阵列的所有阵列被彼此平行地定向。
在本发明的一些实施例中，供给通道是被分支的。
在本发明的一些实施例中，多个阵列中的一个阵列被定向为垂直于多个阵列中的至少一个其他阵列。
在本发明的一些实施例中，多个阵列的所有阵列的多个SNDA设备的次级通道被连接到单个排出通道或共用次级通道。
在本发明的一些实施例中，排出通道或共用通道包括开口，负压通过该开口可施加到多个阵列的所有阵列的多个SNDA设备的所有次级通道。
附图简述
在说明书的结论部分，被视为本发明的主题被特别地指出并且被清楚地要求保护。然而，当与附图一起阅读时，本发明(关于组织和操纵方法两者)连同其目的、特征和优点通过参考以下详细描述可以被最好地理解，在附图中：
图1A示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个固定纳升液滴阵列(SNDA)组件的示例，该组件被布置成阵列构造，形成矩形多路复用SNDA设备；
图1B示意性地示出了根据本发明一些实施例的矩形多路复用SNDA设备的另一示例；
图1C示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个SNDA组件的又一示例，该组件被布置成阵列构造，形成矩形多路复用SNDA设备；
图2示意性地示出了根据本发明的一些实施例的SNDA设备的多路复用阵列的一部分的配送通道的布置。
图3示意性地示出了根据本发明的一些实施例的SNDA设备的多路复用阵列的配送通道，通道的长度被调节和被构造成可以达到均匀的流速；
图4A示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个多路复用SNDA设备阵列的系统的通道的示例，其中所有SNDA设备被定向成彼此平行；和
图4B示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个多路复用SNDA设备阵列的系统的通道的示例，其中一些SNDA设备被定向成垂直于其他设备。
应认识到，为了说明的简单和清楚，在图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，元件中的一些的尺寸可能相对于其他元件被放大。此外，在认为适当的情况下，参考标记可以在附图中被重复以指示相应的或类似的元件。
本发明的详细说明
在以下详细描述中，阐述了许多具体的细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将会理解，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下被实践。在其他实例中，为人所熟知的方法、程序、组件、模块、单元和/或电路没有被详细地描述，以免使本发明不明确。
尽管本发明的实施例不限于这方面，但是使用术语诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”或类似物的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统或其他电子计算设备的操作和/或过程，所述操作和/或过程将被表示为计算机的寄存器和/或存储器中的物理(例如电子)量的数据操纵和/或转化为类似地被表示为计算机的寄存器和/或存储器或可存储用以执行操作和/或过程的指令的其他信息非暂时性存储介质(例如，存储器)中的物理量的其他数据。虽然本发明的实施方案不限于这方面，但是本文所使用的术语“多个(plurality)”和“多个(a plurality)”可以包括例如“若干个(multiple)”或“两个或更多个(two or more)”。在整个说明书中，术语“多个(plurality)”或“多个(aplurality)”可以被用于描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数或类似物。除非有明确说明，本文描述的方法实施方案不限于特定的次序或顺序。另外，所描述的方法实施方案或其要素中的一些能够同步地、在同一时间地、或同时地发生或被执行。除非另有说明，否则本文使用的连词“或”将被理解为包含性的(陈述的选项中的任何选项或所有选项)。
根据本发明的一些实施例，并且如图1A、图1B和图1C所示，多个固定纳升液滴阵列(SNDA)组件14(在这些示例中，12个SNDA组件)被布置成阵列构造，形成矩形的多路复用SNDA设备10。在多路复用SNDA设备10中，液体可以通过公共入口开口12(这里也称为共用入口)被引入SNDA设备10的所有SNDA组件14的纳米孔18中。被引入的液体从公共入口开口12流动穿过配送通道布置46，该配送通道布置46将该入口开口连接到每个SNDA组件14的主通道16。当液体沿着每个SNDA组件的主通道流动时，液体沿着该主通道填充纳米孔18。
根据一些实施例，在多路复用SNDA设备10中，多个SNDA组件14被布置成基本上彼此平行并且基本上彼此被对齐。在这种平行且对齐的构造中，SNDA组件14的主通道16彼此平行并且相对于彼此被侧向地移置。因此，在这种构造中，所有主通道与一个或更多个配送通道的连接部沿着单个线34，例如垂直于主通道的方向的线。
根据一些实施例，当液体填充每个SNDA组件14的纳米孔18时，空气经由每个纳米孔18的一个或更多个通气孔(未示出/不可见)逸出到一个或更多个次级通道20中。根据一些实施例，每个SNDA组件14通常包括两个次级通道20，其被构造成使得来自主通道16任一侧上的纳米孔的空气可以排出纳米孔18。根据一些实施例，在多路复用SNDA设备10中，所有次级通道被布置成连接到单个排出通道22。根据一些实施例，在经由公共入口开口12引入液体的同时，负压能够经由出口44被施加到排出通道22，出口44被构造成便于从纳米孔移除空气，并且便于被引入的液体流入纳米孔。
根据一些实施例，配送通道被构造成使得经由公共入口开口12被引入的液体以基本上相等的流动速度流入多路复用SNDA设备10的SNDA组件14的每个主通道16。例如，当在两个配送通道之间的流速差不超过5％，或者在某些情况下不超过3％时，可以认为流速基本上相等。以这种方式，在多路复用SNDA设备10中的所有SNDA组件14的纳米孔同时地并且以共同的流速填充。
根据一些实施例，并且如图1A中具体地示出的，多路复用SNDA设备10的一些SNDA组件14比其他组件更靠近公共入口开口12。因此，根据一些实施例，提供宽配送通道25，作为单个入口12和主通道16之间的连接通道，供应SNDA组件14的孔18。因此，宽配送通道25的横截面被选择为大于主通道的横截面，使得宽配送通道25被构造为在其中形成的液体压力可以使液体流动并且进入一个或更多个主通道16之前，液体被填充到其容积的预定水平。根据一些实施例，配送通道25和/或一个或更多个主通道的横截面包括从圆形、椭圆形、矩形、正方形、任何多边形及其任意组合中选择的形状。
根据一些实施例，配送通道25和一个或更多个主通道的横截面包括圆形形状。因此，宽配送通道25的直径DDCh被选择为大于一个或更多个主通道16的直径DPCh(DDCh>DPCh),使得宽配送通道25被构造为在其中形成的液体压力可以使液体进入一个或更多个主通道16之前，换句话说，在其中形成的液体压力升高到足够高之前，液体填充至其容积的预定阈值(对于非限制性示例，大约95％-99％)，以使液体可以对抗一个或更多个主通道的流动阻力流动。
根据一些相关的实施例，其中它们的横截面是圆形，纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)的一个重要解是泊肃叶(或哈根-泊肃叶)流(Poiseuille(or Hagen-Poiseuille)flow)，当压力梯度被用于驱动液体通过毛细管或通道时，该泊肃叶(或哈根-泊肃叶)流适用。对于具有圆柱形横截面的毛细管，存在以下体积流量Q表达式：
Figure BDA0003370212410000091
其中R是毛细管的半径，L是它的长度并且ΔP是沿该长度上的压降(也叫液压)。该项8ηL/πR4也被称为流体阻力，该项的倒数出现在方程{1}中。对1/R4的依赖性意味着随着通道尺寸的减小流体阻力急剧增加。因此，需要较高的压降来使液体通过较小的导管。对于具有非圆柱形横截面的通道，类似于方程{1}的表达式能够被找到，但是具有用于流体阻力的不同的项。
根据一些相关实施例，其中它们的横截面是圆形的，在DDCh：DPCh之间的比率分别地选自:10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1以及其任意组合。根据一些实施例，DDCh：DPCh的比率分别为4比1或大于4比1。根据一些实施例，在DDCh：DPCh之间的比率分别被选为X:1，其中X被选为：10>X>4。
根据一些实施例，配送通道25和主通道的横截面包括矩形形状。对于这个例子，如图1A所示，AA是宽配送通道的横截面，其中hDCh是AA矩形横截面的较小的一侧，wDCh是AA矩形横截面的另一侧，并且BB是主通道的横截面，其中hPCh是BB矩形横截面的较小的一侧，wPCh是BB矩形横截面的另一侧。根据这样的实施例，宽配送通道25的壁尺寸hDCh被选择为大于主通道16的壁尺寸hPCh(hDCh>hPCh)，这样使得宽配送通道25被构造为在其中形成的液体压力可以使得液体进入一个或更多个主通道16之前，换句话说，在其中被形成的液体压力升高到足够高之前，液体填充达到其容积的预定阈值(对于非限制性示例，大约95％-99％)，以使液体能够对抗一个或更多个主通道的阻力流动。根据一个非限制性示例：AA＝wDCh×hDCh＝0.3mm×0.3mm，并且BB＝wPCh×hPCh＝0.15mm×0.1mm。
根据一些相关的实施例，其中它们的横截面是矩形，纳维-斯托克斯方程的一个重要解是泊肃叶(或哈根-泊肃叶)流，当压力梯度被用于驱动液体通过毛细管或通道时，该泊肃叶(或哈根-泊肃叶)流适用。对于具有矩形横截面的毛细管，存在以下体积流量Q的近似表达式:
Figure BDA0003370212410000101
其中h是较小的壁，并且w是毛细管的另一个壁，L是其长度，a＝h/w是毛细管壁的宽高比，并且ΔP是沿着这个长度上的压降(也被称为液压)。该项12ηLa/h4也被称为流体阻力，该项的倒数出现在方程{2}中。对1/h4的依赖性意味着随着通道尺寸的减小流体阻力急剧增加。因此，需要较高的压降来使液体通过较小的导管。
根据一些相关的实施例，其中它们的横截面是矩形，在hDCh:hPCh之间的比率分别地选自：10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1以及其任意组合。根据一些实施例，hDCh:hPCh之间的比率分别为4:1或大于4:1。根据一些实施例，hDCh:hPCh之间的比率分别地被选为X∶1，其中X选为：10>X>4。
根据一些实施例，并且如图1B、图1C、图2、图3、图4A和图4B所示出的，多路复用SNDA设备10的一些SNDA组件14比其他组件更接近/更靠近公共入口开口12。因此，相对于将更远的SNDA组件连接到公共入口开口的配送通道24a、配送通道27a，将公共入口开口12连接到更近的SNDA组件的配送通道24f、配送通道27f被构造为抵抗通过该配送通道进入的流或者在通过该配送通道进入的流中引入延迟。
根据一些实施例，配送通道24被构造成通过增加弯曲或开环24b、24c、24d、24e、24f而被加长，该一个或更多个配送通道24将公共入口开口12与靠近或更靠近入口开口的SNDA组件连接。以这种方式，将每个SNDA组件连接到公共入口开口的所有配送通道24a、24b、24c、24d、24e、24f的长度相等。例如，其中通过配送通道的流假设是层流的，并且其中所有配送通道具有基本上相同的横截面，流动阻力被假设为简单地与通道的长度成比例。在这种情况下，其中流速被假设为等于压差除以流动阻力(分别类似于用于电流、电位差和电阻的欧姆定律)，将被添加到每个配送通道以确保相同的流速的必要的附加的长度的计算可能类似于基于电路基尔霍夫规则的简单电路的类似的计算。
根据一些实施例，替代地或附加地，较短的配送通道(例如将公共入口开口连接到更近的SNDA设备的配送通道)的横截面积被构造成比将公共入口开口连接到更远的SNDA组件的较长的配送通道具有更窄的直径。
根据一些实施例，并且如在图1C中所具体示出的，与近端SNDA组件14f的近端配送通道(例如27f靠近入口12)相比，从公共入口12经由公共配送通道28进入的液体的流动阻力被构造成在远端SNDA组件14a的远端配送通道(例如27a远离入口12)处显著较低，这样使得进入每个主通道的流速是大致相等的。根据一些实施例，相对于通过远端配送通道的流速，减小的横截面积被构造为减小通过近端配送通道的流速。以这种方式，从公共入口开口12经由公共配送通道28流过配送通道27的液体同时地到达所有的SNDA组件14。
在一些相关的实施例中，连接通道被设计成彼此不同(如在图1B中24的长度，或者如在图1C中27的宽度)，和/或在公共配送通道(如在图1A中的25)处的阻力被构造成被减小，这样使得流体能够首先填充公共配送通道25、28，并且然后流过SNDA的主要通道，以可以同时地装载SNDA组件。
根据一些实施例，除了经由公共入口开口12将液体引入多路复用SNDA设备10的所有SNDA组件14之外，每个SNDA设备的主通道能够包括一个单独开口32，该单独开口32被构造成可以选择性地将液体引入选定的单独SNDA组件14。典型地(但不是必须的)，每个主通道的单独开口位于主通道的一端，该端与主通道通向配送通道的开口相对。例如，通过引入不同的抗生素溶液，不同的实验能够被同时进行，或者试剂溶液能够被引入到不同的SNDA组件中。根据一些实施例，不应将抗生素或试剂溶液引入到作为控制标准(controlmeasure)的SNDA组件中。
根据一些实施例，多路复用SNDA设备10组成平坦的矩形形状，使得所有SNDA组件14被布置成阵列构造，并且彼此平行定向，并且沿着单对正交轴相对于彼此被线性地移置。多路复用SNDA设备10内的这种矩形布置优于SNDA设备的其他布置(例如，圆形布置，其中SNDA设备从入口开口径向地延伸)。例如，矩形布置被构造成比相邻SNDA组件相对于彼此旋转的布置可以更有效地利用空间/体积，例如更紧凑的填充。矩形布置被构造成可以有效并且容易地控制SNDA组件，例如当将相继的SNDA组件定位(不管手动还是通过自动控制平台)在观察或成像设备的视野内时。
根据一些实施例，多个矩形多路复用SNDA设备10被构造成被连接到公共入口，如在图4A和图4B所示出的。例如，多个矩形多路复用SNDA设备10能够以对称方式被连接到公共入口，使得将公共入口连接到每个多路复用SNDA设备10的入口开口的通道长度是彼此相等的。在一些情况下，一个或更多个多路复用SNDA设备阵列能够相对于另一个多路复用SNDA设备被旋转90°。当一个多路复用的SNDA设备相对于另一个被旋转90°时，上述有效利用空间和易于控制的优点可以仍然存在。
再次参考图1B，其示意性地示出了根据本发明的一些实施例的固定纳升液滴阵列(SNDA)组件14的矩形多路复用阵列10的示例。
在一些实施例中，多路复用SNDA设备10被提供有多个彼此平行布置的SNDA组件14。液体可以通过公共入口12被同时地引入所有SNDA组件14，这里也称为共用入口12。例如，公共入口12可以连接到在一个盖子(未示出)中的开口，该盖子覆盖多路复用SNDA设备10。
根据一些实施例，公共入口12经由配送通道24被连接到SNDA组件14的每一个。在所示的例示中，配送通道24从单个配送主干通道28分支出来。根据一些实施例，如在所示的例子中，配送通道24从配送主干通道28垂直分支出来。在其他示例/实施例中，配送通道24可以以其他方式连接到公共入口12。例如，配送通道24可以通过配送通道24的对角或弯曲部分连接到公共入口12，能够以斜角从配送主干通道28分支出来，或者可以以其他方式连接到公共入口12。
根据一些实施例，并且如在所示出的示例中，公共入口12位于对称轴线30处，并且配送通道24被布置成关于对称轴线30对称。在其他示例/实施例中，公共入口12能够定位成更靠近多路复用SNDA设备阵列10的一个侧向侧，即这样使得在公共入口12和多路复用SNDA设备10一端处的SNDA组件14之间的距离小于在公共入口12和多路复用SNDA设备10另一端处的SNDA组件14之间的距离。
根据一些实施例，每个SNDA组件14包括连接到配送通道24之一的主通道16。因此，被引入公共入口12的液体能够从公共入口12经由将公共入口12连接到所有主通道16的配送通道24流入多路复用SNDA设备10的所有SNDA组件14的主通道16。
根据一些实施例，通向每个主通道16的独立入口32(位于多路复用SNDA装置10的盖子中的开口处)可以位于主通道16的一端，该端与由经配送通道24被连接到公共入口12的一端是相对的。因此，液体能够经由所选SNDA组件14的独立入口32被引入多路复用SNDA设备10的所选SNDA组件14的主通道16，而不用被引入多路复用SNDA设备阵列10的其他SNDA组件14。
根据一些实施例，流入SNDA组件14的主通道16的液体能够流入向该主通道16开放的纳米孔18中。当每个纳米孔18被填充时，先前已经填充该纳米孔18的任何空气或气体可以经由该纳米孔18的一个或更多个通气孔(在图1B的比例下不可见)向外流到与该纳米孔18相邻的次级通道20。例如，典型的SNDA组件14在其主通道16的相对侧包括两个次级通道20。
在一些实施例中，每个纳米孔18通常具有小于100纳升的容积。在一些实施例中，每个通气孔具有几(小于或约为10)微米的长度。在一些实施例中，每个纳米孔18具有大约400微米的长度、大约200微米的宽度和大约100微米的高度，每个通气孔具有大约7微米的宽度和大约100微米的高度，每个主通道16(并且可能地，每个配送通道24)具有大约150微米的宽度，并且每个次级通道20具有大约1毫米的宽度。在其他示例中，多路复用SNDA设备10的结构能够具有不同的尺寸。
在所示出的示例中，多路复用SNDA设备10的所有次级通道20连接到单个排出通道22。以这种方式，来自所有纳米孔18的空气能够经由单个开口44被排出。根据一些实施例，被施加到排出通道22的负压因此被施加到所有次级通道20和所有纳米孔18。因此，向排出通道22施加负压有助于液体流入纳米孔18。
根据一些实施例，多路复用SNDA设备10的结构，包括通道(例如，公共入口12、配送主干通道28、配送通道24、主通道16、独立入口32、次级通道20、排出通道22和其他通道)和纳米孔18，能够与形成每个结构的底部的基底一起形成。例如，基底和结构能够使用任何适用的方法形成，例如通过模制、旋涂、冲压工艺、热压花、三维(3D)打印等，或者能够通过对一块材料执行蚀刻、微机械加工或光刻工艺来形成。根据一些实施例，一个盖子能够被连接到基座和结构上以覆盖该结构。通常，盖子是透明的以便可以对内容物进行光学或视觉检查。典型地，盖子包括开口以便可以将液体引入结构中。例如，一个或更多个开口能够被定位，以便可以将液体引入公共入口12，并且至少在一些情况下，将液体引入一个或更多个独立入口32。一个或更多个开口44能够被定位成使得可以通过其排出空气，或者向排出通道22施加负压。
根据一些实施例，每个配送通道24的长度(或者，在一些情况下，横截面积，或者两者)被选择为使得经由公共入口12被引入到该配送通道24中的液体的流速基本上等于所有其他配送通道24中的流速。在所示出的示例中，为了实现相等的流速，配送通道24b至24f中的每一个的长度通过增加一个或更多个延伸部(例如开环26)而被增加。在所示的例子中，所有开环26是基本上相等的，具有预定的长度，并且近似为U形(例如，具有弯曲的或平坦的底部)。在所示出的示意性示例中，每个开环26的长度等于在两个相邻连接节点40之间的分离距离d，在该节点40处相邻配送通道24连接到配送主干通道28。被添加到每个配送通道24的开环26的数量被选择为使将公共入口12连接到更近侧的(例如到公共入口12或者到入口连接部36)SNDA部件14的配送通道24(例如，配送通道24f)中的流速减速至等于在将公共入口12连接到更远侧的SNDA组件14的配送通道24(例如，配送通道24a)中的流速。
可以被注意到，在所示出的示意性示例中，被添加到每个配送通道24的开环26的数量是基于简单的计算，其中在连接节点40处，被添加到从配送主干通道28分支出来的每个配送通道24b至24f的长度为d的开环26的数量等于该连接节点40和最远端节点(例如，连接节点40，在这里配送通道24a连接到配送主干通道28)之间的距离。下面描述一种更精确的计算，它考虑了通过配送主干通道28的不同部分的不同流速。
在其他示例中，不同配送通道24的长度能够以其他方式被调整，不同配送通道24的横截面积能够被调整，不同配送通道24的表面属性，或者对配送通道24的其他调整能够实现通过所有配送通道24的流速相等。
根据一些实施例，当在公共入口12和排出通道22之间的压差恒定时(例如，由于被施加到排出通道22的负压)，经由公共入口12被引入多路复用SNDA设备10的液体在每个配送通道24中的流速能够与每个配送通道24的流动阻力成反比(例如，类似于欧姆定律，该定律陈述电流等于电位差除以电阻)。在层流的情况下，流动阻力能够是至少液体粘度、导管横截面积和导管长度的函数。
在所示出的例子中，所有配送通道24以及配送主干通道28的横截面积是基本上相同的。因此，在单个不可压缩液体的层流通过所有配送通道24发生时，通过调整配送通道24的长度，通过该配送通道24的流速能够被调整。此外，可以假设通过多路复用SNDA设备10的所有SNDA组件14的流动阻力是基本上相同的。因此，可以假设，当达到基本上相等的流速时，(处于公共入口12和配送主干通道28之间的)入口连接部36和每个配送通道24和与其连接的SNDA组件14的连接部(沿着SNDA设备连接线34)之间的压差对于所有配送通道24都是相同的。
因此，每个配送通道24的长度的计算，或者等效地，将被包括在每个配送通道24中的开环26(预定的长度)的数量的计算，能够基于对用于电路的基尔霍夫规则的模拟。
根据一些实施例，在这种类似的计算中，由一个或更多个导管连接的两点之间的压力差类似于电位差或电压差。如在电模拟中一样，用于连接两点的所有平行导管的压力差是相同的。流速类似于电流。如在电模拟中一样，在单个导管分支成两个或更多个分支导管的节点处，进入节点的总流速(例如，通过单个节点)等于流出节点(例如，通过所有分支导管)的总流速。在每个导管中的流动阻力类似于电阻。因此，如同电模拟的欧姆定律一样，导管中的流速等于导管两端之间的压差除以导管中的流动阻力。
因此，如在电模拟中一样，当导管串联连接时，总流动阻力Rs是被连接导管的流动阻力的总和：
Rs＝R1+R2+…+Rn，
其中，R1、R2、…Rn是每个被连接导管的流动阻力。类似地，当n个导管并联时，流动总阻力Rp可以由下式计算：
1/Rp＝1/R1+1/R2+…+1/Rn。
在可以假设层流(例如，低流速和低雷诺数)并且所有导管具有相似的壁和横截面的示例中，流动阻力是基本上与导管的长度成比例。因此，在这种情况下，导管段的长度可以代替上述公式中的阻力。
多路复用SNDA设备10被构造成可以使通过所有配送通道24的流速基本上相等。特别地，基于电流模拟的计算能够被应用于配送主干通道28和在入口连接部36和SNDA设备连接线34之间的配送通道24。计算的目的是确定将被添加到配送通道24的任何附加的流动阻力，以便使在所有配送通道24中的流速可以基本上相等。
根据一些实施例，通过使所有配送通道24中的流速相等，所有SNDA组件14能够被同时地填充并且应用于SNDA的项是相同的。在没有可以使流速相等的构造的情况下，在更远离公共入口12的SNDA组件14(例如，连接到配送通道24a至24e中的任何一个的SNDA组件14)已经完成填充之前，或者也许甚至还没有开始填充，最靠近公共入口12的SNDA组件14(例如，连接到配送通道24f的SNDA组件14)有可能会已完成填充。这种不均匀的填充可能会不利地影响测试结果，该测试需要比较在多路复用SNDA设备10的不同SNDA组件14中的结果。
图2示意性地示出了根据本发明一些实施例的SNDA组件的多路复用阵列的一部分的配送通道的布置。
如在图2所示出的，所有的未延长的配送通道42a至42f被示出不具有任何开环。如图所示，在调整以便在所有未延长的配送通道42a至42f中提供均匀的流速之前，未延长的配送通道42a至42f被示出为具有他们的最小长度，该最小长度用于将入口连接部36与SNDA组件14连接。每个未延长的配送通道42a至42f的长度是通道最小长度D，该长度例如是从其在连接节点40a至40f之一处与配送主干通道28连接的连接部，到其在SNDA设备连接线34处与SNDA组件14连接的连接部。在相邻连接节点42a至42f之间的侧向的中心到中心距离是分离距离d。
在这个例子中，由于在入口连接部36和SNDA设备连接线34之间经由未延长的配送通道42a的路径，比经由其他未延长的配送通道42b-42f的路径更长，所以对配送通道24a至24f的长度的任何调整可能需要延长未延长的配送通道42b至42f，而不是缩短未延长的配送通道42a。在其他示例/实施例中，例如，其中允许配送通道的对角线或其他变形，调整能够包括缩短配送通道。
根据一些实施例，对于配送通道24a至24f中的每一个，该计算产生总通道长度L，这使得通过所有配送通道24a-24f的流速均匀。如上所述，在当前示例中，在连接节点40a和SNDA设备连接线34之间的配送通道24a的总长度La等于最小长度D。
根据一些实施例，在连接节点40b处，为了使经由在连接节点40b和SNDA设备连接线34之间的配送通道24b的流速等于经由配送通道24a的流速，经由配送通道24a和24b的流动阻力，以及因此总长度La和Lb将分别相等。在连接节点40b和SNDA设备连接线34之间经由未延长的配送通道42a的路径长度是D(未延长的配送通道42a的长度)和d(在连接节点40b和连接节点40a之间的距离)之和。因此，配送通道24b的总通道长度Lb(对应于未延长的配送通道42b，具有附加的开环26)能够被计算为：
Lb＝D+d。
因此，配送通道24b包括长度为d的开环26(或总长度为d的多个开环)。
根据一些实施例，在连接节点40c处，配送通道24c的经计算的总长度Lc将导致在连接节点40c和SNDA设备连接线34之间经由配送通道24a至24c中的每一个的流速相等。使用上述用于串联阻力和并联阻力的公式，在连接节点40c和SNDA设备连接线34之间的通过配送通道24a和24b的并联流动的等效的流动阻力与(D+3d)/2成比例。进一步注意到，经由配送主干通道28的在连接节点40c和40b之间(并且因此通过配送通道24a和24b的组合)的部分的流速是通过配送通道24c的流速的两倍，可以实现均匀流速的配送通道24c的总长度Lc能够被计算为：
Lc＝D+3d。
因此，配送通道24c包括一个或更多个总长度为3d的开环26。可以注意到，在对配送通道24c的Lc的计算以及下面对配送通道24d至24f的计算中，被添加到配送通道24c的开环26的长度不同于在图1B中在总体布局图中所示出的开环26的数量，并且开环26的数量基于不同的计算。
类似地，根据一些实施例，在连接节点40d处，配送通道24d的经计算的总长度Ld将导致在连接节点40d和SNDA设备连接线34之间经由配送通道24a至24d中的每一个的流速相等。使用上述用于串联阻力和并联阻力的公式，在连接节点40d和SNDA设备连接线34之间的通过配送通道24a至24c的并联流动的等效流动阻力与(D+3d)/3成比例。进一步注意到，经由配送主干通道28的在连接节点40d和40c之间(并且因此通过配送通道24a至24c的组合)的部分的流速是通过配送通道24d的流速的三倍，可以实现均匀流速的配送通道24d的总长度Ld能够被计算为：
Ld＝D+6d。
因此，配送通道24d包括一个或更多个总长度为6d的开环26。
类似地，根据一些实施例，在连接节点40e处，配送通道24e的经计算的总长度Le将导致在连接节点40e和SNDA设备连接线34之间的经由配送通道24a至24e中的每一个的流速相等。使用上述用于串联阻力和并联阻力的公式，在连接节点40e和SNDA设备连接线34之间的通过配送通道24a至24d的并联流动的等效流动阻力与(D+6d)/4成比例。进一步注意到，经由配送主干通道28的在连接节点40e和40d之间(并且因此通过配送通道24a至24d的组合)的部分的流速是通过配送通道24e的流速的四倍，可以实现均匀流速的配送通道24e的总长度Le能够被计算为：
Le＝D+10d。
因此，配送通道24e包括一个或更多个总长度为10d的开环26。
最后(在所示出的示例中)，根据一些实施例，在连接节点40f处，配送通道24f的经计算的总长度Lf将导致在连接节点40f和SNDA设备连接线34之间的经由配送通道24a至24f中的每一个的流速相等。使用上述用于串联阻力和并联阻力的公式，在连接节点40f和SNDA设备连接线34之间的通过配送通道24a至24e的并联流动的等效流动阻力与(D+10d)/5成比例。进一步注意到，经由配送主干通道28的在连接节点40f和40e之间(并且因此通过配送通道24a至24e的组合)的部分的流速是通过配送通道24f的流速的五倍，可以实现均匀流速的配送通道24f的总长度Lf能够被计算为:
Lf＝D+15d。
因此，配送通道24f包括一个或更多个总长度15d的开环26。
根据一些实施例，对于配送通道24的数量多于六个，能够以类似的方式继续该计算。当配送通道24的数量少于六个时，计算能够如上所述进行，直到所有配送通道24的长度L已经被计算出来。
可以注意到，当配送通道24关于对称轴线30被对称地布置时，只需要在对称轴线30的一侧执行计算。当对称布置时，与对称轴线30等距的每对被对称地布置的配送通道24的经计算的总长度L是彼此相同的。在配送通道24不对称布置或者并非对于所有对相邻的配送通道24相邻连接节点40之间的距离都相同的情况下，可以根据配送通道24的不对称位置修改计算。
图3示意性地示出了根据本发明的一些实施例的SNDA组件的多路复用阵列的对称平面右侧的配送通道，其中通道的长度被调整以可以使流速均匀。
根据一些实施例，在通道布置46中，配送通道24a至24d中的每一个的总长度被如在以上示例中的方式计算。配送通道24b至24d中的每一个的长度包括一个或更多个开环26。在所示出的示例中，每个开环26的长度等于分离距离d。因此，在每个配送通道24a至24d中开环26的数量是等于d的倍数，该倍数被加到通道最小长度D上以产生对于配送通道24a至24d的每一个的总长度L。
例如，根据上面的计算，配送通道24a不包括(没有)开环26，配送通道24b包括一个开环26，配送通道24c包括三个开环26，并且配送通道24d包括六个开环26。相同数量的开环26能够被包括在配送通道24中，该配送通道24在对于那些配送通道24a至24d关于对称轴线30对称的位置从配送主干通道28延伸出去。
可以注意到，在配送主干通道28和SNDA设备连接线34之间的最大距离能够被各种考虑因素限制。因此，可能有限制能够被添加到配送通道24的开环26的数量的各种原因。其他考虑因素能够限制d的最小尺寸。因此，从配送主干通道28延伸的配送通道24的数量可能受到限制。在图1B和图3所示出的示例中，能够被包括在单个配送通道24中的开环26的最大数量被限制为大约六个。在这种情况下，如果如上所述计算被增加的长度，在对称轴线30的各侧，不多于四个配送通道24能够从配送主干通道28延伸。
替代调整每个配送通道24的总长度，或者除了调整每个配送通道24的总长度之外，每个配送通道24的横截面能够被设计成可以使通过所有配送通道24的流速基本上相同。例如，在这种情况下的通道布置能够类似于图2的布置，其中每个未延长的配送通道42具有不同的横截面。
例如，流动模拟的结果可以得出使通过所有未延长的配送通道42的流速相同所需的每个未延长的配送通道42的宽度。
在一个示例性模拟中，未延长的配送通道42a的宽度和配送主干通道28的宽度被设置为150微米(例如，以与主通道16的宽度相匹配)，d被设置为2.35毫米，并且D被设置为11毫米。在该模拟中，被计算的宽度范围从未延长的配送通道42b的14微米到未延长的配送通道42f的大约10微米。可以注意到，在这个示例中，相对于未延长的配送通道42a的宽度，未延长的配送通道42b至42f之间的宽度差异较小。基于其他尺寸从模拟能够获得不同的结果。
根据一些实施例，多路复用SNDA设备10的矩形形状能够使多个组件多路复用SNDA设备10能连接到多阵列系统中。多阵列系统能够包括单个入口端口，液体将被引入该入口端口，以经由供给通道的布置流向所有组件多路复用SNDA设备10。类似地，所有次级通道20能够被连接到能够施加负压的单个排出通道(例如，具有矩形形状)。
图4A示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个多路复用SNDA设备的系统51的通道的示例，其中所有SNDA设备10a-10h是彼此平行定向。
在通道系统50的所示示例中，八个多路复用SNDA设备10a-10h以及它们相关的通道布置46被连接到单个输入端口52。经由输入端口52被引入通道系统50的液体能够经由供给通道54从输入端口52流到多个通道布置46。供给通道54被构造成使得从输入端口54到每个通道布置46的所有路径的长度是基本上相同的。在所示出的示例中，供给通道54被布置成分支图案，其中所有分支是长度相等的。
根据一些实施例，例如具有矩形形状或U形形状的单个排出通道(未示出)能够围绕所有多路复用SNDA设备10a-10h，该多路复用SNDA设备10a-10h经由供给通道54和通道布置46被连接到输入端口52。根据一些实施例，排出通道能够包括单个端口，经由该端口能够将负压施加到所有组件多路复用SNDA设备10a-10h。
图4B示意性地示出了根据本发明的一些实施例的多个多路复用SNDA设备10i-10l的系统61的通道的示例，其中一些SNDA设备被定向为垂直于其他设备。
在通道系统60的所示示例中，四个多路复用的SNDA设备10i-10l以及它们相关的通道布置46a和46b被连接到单个输入端口52。经由输入端口52被引入通道系统60的液体能够经由供给通道62从输入端口52流到多个通道布置46a和46b。在所示出的示例中，供给通道62是具有阻力的段的形式，该阻力能够基本上低于在46a和46b入口端口处的阻力，确保所有供给通道在到达46a、46b复合结构之前被填充。
在所示的示例中，通道布置46a被布置成跨过输入端口52彼此相对。类似地，通道布置46b(相对于通道布置46a每个通道布置46b被旋转90°)被布置成跨过输入端口52彼此相对。
根据一些实施例，例如是矩形的单个排出通道(未示出)能够围绕所有多路复用SNDA设备10i-10l，该多路复用SNDA设备10i-10l经由供给通道54和通道布置46a和46b被连接到输入端口52。排出通道可以包括单个端口，通过该端口负压能够被施加到所有组件多路复用SNDA设备10i-10l。
本文公开了不同的实施例。某些实施例的特征可以与其他实施例的特征组合；因此，某些实施例可以是多个实施例的特征的组合。出于说明和描述的目的提出了本发明的实施例的前述描述。以上内容不意图是详尽的或将本发明限于所公开的精确形式。本领域技术人员应该理解，根据上述教学，许多修改、变化、替换、改变和等同物都是可能的。因此应理解，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的改变和变化。
虽然在本文中已经图示和描述了本发明的某些特征，但本领域普通技术人员现在应会想到很多改变、替换、变化和等效形式。因此应理解，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的改变和变化。

Claims (16)

1.一种设备，包括：
多个固定纳升液滴阵列(SNDA)组件；每个SNDA组件包括:至少一个主通道；至少一个次级通道；以及多个纳米孔，每个纳米孔向所述主通道打开并且每个纳米孔通过一个或更多个通气孔被连接到所述次级通道；所述通气孔被构造成能够仅使空气从所述纳米孔流到所述次级通道，使得当液体被引入所述主通道时，所述液体填充纳米孔，并且最初被容纳的空气经由所述通气孔和所述次级通道被排出；
其中所述多个SNDA组件彼此平行地对齐并且相对于彼此侧向地移置，使得所述设备包括矩形形状；
入口端口和配送通道，所述入口端口和所述配送通道被构造成使得能够将所述液体同时引入所有主通道中；和
出口端口和排出通道，所述出口端口和所述排出通道被构造成使得能够将空气同时排出所有所述次级通道。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述配送通道的直径DDCh或所述配送通道的较小侧边hDCh被选择为基本上大于所述主通道的直径DPCh或较小侧边hPCh，即DDCh>DPCh或hDCh>hPCh；所述配送通道被构造成经由所述入口端口填充液体，同时不将液体提供给所述主通道，使液体填充到所述配送通道的容积的大约预定阈值，使得在所述配送通道内形成的液体压力能够然后同时加载所有所述主通道。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括多个配送通道，所述多个配送通道中的每个配送通道将所述入口端口连接到独立SNDA组件的所述主通道；并且其中，每个配送通道从被连接到所述入口的单个主干通道分支出来。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，每个配送通道从所述主干通道垂直地分支出来。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述配送通道的每一个包括与其和所述公共入口的距离相关的不同的横截面，所述横截面被构造为允许来自所述公共入口开口的液体流流动经由所述公共配送通道，并且同时地到达所有所述SNDA组件。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述配送通道被布置成关于所述入口与所述主干通道连接的连接部对称地沿着所述主干通道。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个配送通道与所述主干通道连接的连接部沿着所述主干通道等距地隔开。
8.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个配送通道中的每个配送通道的在其与所述主干通道连接的连接部和其与SNDA组件的所述主通道连接的连接部之间的总长度被调整以能够使液体流速基本上相等。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个配送通道的至少一个配送通道的总长度通过向所述至少一个配送通道添加一个或更多个开环而被延长。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，被添加到所述多个配送通道的配送通道的所有所述开环的长度是基本上相等的。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述一个或更多个开环的一个开环的长度等于所述多个配送通道的两个相邻的配送通道与所述主干通道连接的连接部之间的距离，其中所述多个配送通道与所述主干通道连接的所述连接部沿着所述主干通道等距地隔开。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，被添加到第一配送通道的所述开环的数量小于被添加到第二配送通道的所述开环的数量，其中所述第二配送通道与所述主干通道连接的连接部比所述第一配送通道与所述主干通道连接的连接部更靠近所述入口与所述主干通道连接的连接部。
13.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多个配送通道的配送通道的横截面被选择成使得液体能够以基本上相等的速率进入每个所述主通道。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，具有最大横截面积的配送通道的宽度等于所述配送通道所连接的所述SNDA组件的所述主通道的宽度。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所有的所述SNDA组件是基本上相同的。
16.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述出口诗人连通的压力设备，所述压力设备被构造为经由所述排出通道向所有所述次级通道同时地施加负压。
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