CN116440969A - 具有优化的相流的微流控芯片架构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液滴室(350)，其根据底平面(x/y)延伸，其中，所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，并且其中，所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状；另外还涉及一种微流控芯片(300)，及其系统和使用方法。
Description
本申请是申请号为“201980090529.8”，申请日为“2019年11月27日”，题目为“具有优化的相流的微流控芯片架构”的中国专利申请的分案申请。
本发明涉及用于产生用于核酸扩增和分析的液滴的微流控芯片。
背景技术
微流控过程通常使用乳液，其中包含被不混溶的连续液相包围的分散液相液滴。液滴可用作化学或生物反应的反应容器、储存容器和/或分离和分隔分子(例如化学或生物元素)的方法。通过使用适当的化学物质，例如液滴表面上的表面活性剂，可以使液滴“稳定”，这意味着它们在相互接触时基本上不会混合和合并。这种稳定性允许人们创建由不同化学或生物成分组成的液滴群或库，这些液滴可以储存在大致相同容积的空间中，而不会在一个液滴和另一液滴的成分之间发生混合或污染。
US2015/352513公开了一种多端口液桥，将包封油相载液中的水相液滴添加到通风通道中。一个腔室连接四个产生液滴的端口。然而，该腔室未被配置为储存液滴，也不适合于储存液滴。
US2016/339435公开了一种桥，其包括位于毛细管末端的第一入口、作为毛细管末端的较窄的第二入口、作为毛细管末端的出口，以及其中产生和生长液滴的用于硅油的腔室。然而，该腔室未被配置为储存液滴，也不适合于储存液滴。
在当前的微流控技术中，液滴跟随连续相流。允许连续相沿任何方向流动并同时保持液滴静止是有利的。
此外，在当前的微流控技术中，液滴可以通过微流控通道产生并储存在液滴室中。在这种只有分散相流动的技术中，连续相仍然保持静止，因此在表面活性剂和/或在液滴中或液滴表面迁移的其他成分中用尽。
本公开解决了这些问题。
发明内容
本发明提供一种液滴室，其根据底平面延伸，其中，所述液滴室包括垂直于所述底平面延伸的室柱，并且其中，所述室柱在平行于所述底平面的横截面中具有菱形形状。
在一些实施例中，所述菱形(rhombus)形状是菱形(diamond)的形状。
在一些实施例中，所述室柱具有范围从20°到90°的锐角ζ。
在一些实施例中，所述室柱的顶点是圆边的。
在一些实施例中，所述室柱的顶点具有范围从0.01mm到0.5mm的曲率半径。
本发明提供一种微流控芯片，其包括至少一个液滴室，其中，所述液滴室包括垂直于所述底平面延伸的室柱，并且其中，所述室柱在平行于所述底平面的横截面中具有菱形形状。
在一些实施例中，所述微流控芯片，还包括连续相。
在一些实施例中，所述连续相部分或完全填充所述微流控芯片的微流控网络。
在一些实施例中，所述微流体芯片的微流体网络包括至少一个液滴发生器和所述液滴室。
在一些实施例中，所述微流控芯片还包括液滴群。
在一些实施例中，所述液滴群储存在所述液滴室中。
本发明提供一种系统，包括至少一个液滴室，用于增加所述至少一个液滴室中的液滴/表面比，其中，所述液滴室包括垂直于所述底平面延伸的室柱，其中所述室柱在平行于所述底平面的横截面中具有菱形形状，并且其中，所述系统被配置为防止所述液滴晶格中的组织缺陷。
本发明提供一种增加微流控芯片的液滴室中的液滴/表面比的方法，所述方法包括：-提供根据上述的微流控芯片，-在所述液滴室中储存液滴群，从而防止所述液滴晶格中的组织缺陷。
本文公开的微流控装置具有大量优于形成和收集液滴的其他方法的优点。
这些优点包括：
(1)优化(即增加)将样品加载到微流控芯片中的能力，从而例如通过减小分散相的死体积来减少样品浪费；
(2)在不破坏液滴群完整性的情况下使连续相在微流控芯片中流动的能力；
(3)在微流控芯片中在整个液滴加载或产生过程中均质化局部静态连续相的能力；
(4)在不更新连续相的情况下产生稳定的液滴群的能力；
(5)优化检测重现性和准确性的能力，尤其是每次检测产生的液滴数量；
(6)增加液滴室中液滴/表面比的能力；
(7)防止与微流控通道中的加载孔非常接近的敏感微流控通道翘曲的能力，和/或
(8)优化微流控元件空间占用的能力。
附图说明
图1是根据本公开的一些面的流程图，其列出了可以在通过基于液滴的检测进行样品分析的方法中执行的示例性步骤。
图2A是微流控芯片300的示例性实施例的透视顶视图。
图2B是微流控芯片300的示例性实施例的透视底视图。
图3A是用于执行基于液滴的检测的系统100的示例性实施例的透视图，其中系统100包括仪器200和三个微流控芯片300。
图3B是图2A所示的仪器200的接收区域210的详细视图，包括三个微流控芯片300。
图4是用于执行基于液滴的检测的系统100的示例性实施例的透视图，其中系统100包括仪器200和三个微流控芯片300。
图5是结合微流控单元301阵列的微流控芯片300的示例性实施例的顶视图。
图6是结合微流控单元阵列的微流控芯片300的示例性实施例的侧视图。
图7是结合微流控单元301阵列的微流控芯片300的示例性实施例的底视图。
图8是根据图10中的平面B-B'的加载孔320的侧剖视图。
图9是根据图10中的平面C-C'的加载孔320的侧剖视图。
图10是以放大方式示出的图5中的“A”指示的区域中的加载孔320的顶视图。
图11是以放大方式示出的图7中的“D”指示的区域中的一个微流控单元的底视图，具体包括液滴发生器340、液滴室350、空气罐360和室柱370。
图12是以放大方式示出的图11中的“E”指示的区域中的一个液滴发生器的平面底视图。
图13是以放大方式示出的图11至图12中的“F”指示的区域中的接合垫341的视图。
图14是以放大方式示出的图11至图12中的“G”指示的区域中的喷射器343的平面底视图。
图15是根据图5或图7中的平面H-H'的微流控芯片300的一部分的侧剖视图。
图16是以放大方式示出的图15中的“J”指示的区域中的入口330的侧剖视图。
图17是根据图5或图7中的平面I-I'的微流控芯片300的一部分的侧剖视图。
图18是以放大方式示出的图17中的“K”指示的区域中的分配通道342和喷射器343的侧剖视图。
图19是以放大方式示出的图17中的“L”指示的区域中的喷射器343和可操作地耦合到液滴室350的倾斜区域344的侧剖视图。
图20是以放大方式示出并根据图11中的平面M-M'截取的空气罐360的侧剖视图。
图21是以放大方式示出并根据图11中的平面N-N'截取的空气罐360的侧剖视图。
图22是以放大方式示出的图21中的“P”指示的区域中的可操作地耦合空气罐和液滴室350的输出通道361的侧剖视图。
图23是以放大方式示出的图11中的“Q”指示的区域中的室柱370的底视图。
图24是根据本公开的加载孔320的示例性实施例的剖面示意图，其中填充有连续相312并在加载孔中的第一位置处包括样品液滴313。
图25是根据本公开的加载孔320的示例性实施例的剖面示意图，其中填充有连续相312并在加载孔320中的第二位置处包括样品液滴313。
图26是根据本公开的加载孔320的示例性实施例的剖面示意图，其中填充有连续相312并包括靠近入口330的样品液滴313。
图27至图32是根据本公开的加载孔320的示例性实施例的剖面示意图，其中填充有连续相312并在加载孔320中不同位置处包括所示出的样品液滴313。
图33是液滴314的晶格的示意图。
图34是三张照片的偏移，显示储存在包括圆形截面(A和B)或椭圆形截面(C)室柱370的液滴室350中的液滴314的晶格。
图35是包括菱形截面室柱370的液滴室350中的液滴314的晶格的示意图。
图36是示出储存在包括菱形截面室柱370的液滴室350中的液滴314的晶格的照片。
图37是在侧壁部分的底部呈现缩痕的加载孔的所述侧壁部分的示意图。
图38是包括窄加载孔的微流控芯片设计的侧截面图。
图39是包括宽加载孔320的微流控芯片设计的侧截面图。
图40是透明显示的图5顶视图和图7的底视图的叠加，其中示出了微流控芯片300。
图41是示例性微流控芯片设计的一部分的示意图，其中包括通过毛细管阱可操作地耦合到入口微通道和输出通道的液滴室。
图42是液滴加载期间的图41的示例性微流控芯片的示意图。
图43是液滴室中相反液滴和连续相流的示意图。
图44是液滴加载完成之后的图41的示例性微流控芯片的示意图。
图45是示例性微流控芯片设计的示意图，其中包括通过毛细管阱可操作地耦合到入口微通道和输出通道的液滴室，步骤A示出液滴加载期间示例性微流控芯片设计的操作，步骤B示出液滴加载完成之后示例性微流控芯片设计的操作。
图46是示例性微流控芯片设计的示意图，其中包括通过液滴发生器可操作地耦合到入口微通道，以及通过毛细管阱可操作地耦合到输出通道的液滴室，步骤A示出液滴加载期间示例性微流控芯片设计的操作，步骤B示出液滴加载完成之后示例性微流控芯片设计的操作。
图47是示例性微流控芯片设计的示意图，其中包括通过液滴发生器可操作地耦合到多个入口微通道，以及通过毛细管阱可操作地耦合到输出通道的液滴室，步骤A示出液滴加载期间示例性微流控芯片设计的操作，步骤B示出液滴加载完成之后示例性微流控芯片设计的操作。
图48是示例性微流控芯片设计的示意图，其中包括通过液滴发生器可操作地耦合到多个入口微通道，以及通过毛细管阱可操作地耦合到多个输出通道的液滴室，步骤A示出液滴加载期间示例性微流控芯片设计的操作，步骤B示出液滴加载完成之后示例性微流控芯片设计的操作。
图49是示例性微流控芯片设计的透视图，其中包括可操作地耦合到包括多个喷射器的液滴发生器的液滴室和通过包括毛细管阱的输出通道的两个空气罐。
图50是图49的示例性微流控芯片设计的平面底视图。
图51是操作中的图49至图50的示例性微流控芯片的示意图，步骤A示出液滴加载期间的操作，步骤B示出液滴加载完成之后的操作。
图52是以放大方式示出的图7中的“D”指示的区域中的操作中的微流控单元的底视图。步骤A示出液滴加载期间的操作，步骤B示出液滴加载完成之后的操作。
具体实施方式
本公开提供用于使用微流控芯片执行基于液滴的检测的构件、装置、系统、设备和方法。例如，这些可能涉及，例如，准备用于分析的样品(例如临床或环境样品)；通过将样品成分分成液滴或其他分区来分离这些成分，每个液滴或分区仅包含一种或几种成分(例如，核酸靶标或其他感兴趣分析物的单个拷贝)；放大或以其他方式使液滴或分区内的成分发生反应；检测扩增或反应的成分或其特征；和/或分析由检测产生的数据。以这种方式，复杂的样品可以转化为多个更简单、更容易分析的样品，同时减少背景和分析时间。
当结合附图阅读时，将更好地理解以下详细描述。为了说明的目的，在当前设想的实施例中示出了装置、系统和设备。然而，应当理解，本公开不限于所示的特定布置、结构、特征、实施例和方面。附图不一定按比例绘制并且不旨在将权利要求的范围限制到所描绘的实施例。
因此，应当理解，在所附权利要求中提到的特征后跟有参考标号的地方，包括这些参考标号仅仅是为了增强权利要求的可理解性而不以任何方式限制权利要求的范围。
图1示出了可以在通过基于液滴的检测的样品分析方法中执行的示例性步骤。简而言之，基于液滴的检测可以包括以下步骤中的一个或多个：样品准备、液滴产生、反应(例如扩增)、检测和数据分析。该检测可用于例如进行数字聚合酶链反应(PCR)分析。
更具体地，样品准备可涉及收集或提供样品(例如临床或环境样品)，处理样品以释放相关核酸和/或形成包含核酸的反应混合物(例如，用于靶核酸的扩增)。
液滴产生可涉及将核酸包封在液滴中，例如，每个液滴具有每个靶核酸的一个或几个拷贝，其中液滴悬浮在连续相(例如油)中以形成乳液。
反应可涉及使液滴进行合适的反应，例如热循环以诱导PCR扩增，以便液滴内的靶核酸(如果有)被扩增以形成额外的拷贝。
检测可涉及检测来自液滴的一些指示是否实现了扩增的信号。
最后，数据分析可涉及基于发生扩增的液滴百分比来估计样品中靶核酸的浓度。
下面描述装置、系统、设备和方法的这些和其他方面。具体地，本文提供了用于诸如微流控芯片的微流控装置的各种方面，包括但不限于用于减小待注入微流控芯片中的分散相的死体积；用于通过防止精密微流控通道的翘曲来优化微流控元件的空间占用；用于优化液滴室中一层分散相液滴的二维(2D)晶格图案；用于增加液滴室中分散相液滴/表面比；用于控制流体载流的构件和方法。
定义
在本公开中，下列术语具有以下含义：
本文在数字或值之前使用的术语“大约”是指本领域技术人员可以容易理解的所述数字或值的余量或误差。具体地，术语“大约”可以指1％、2％、5％或10％的误差幅度。
术语“扩增子”是指扩增反应的产物。扩增子可以是单链的或双链的或其组合。扩增子对应于核酸靶标的任何合适的片段或全长。
术语“扩增”是指其中复制在一段时间内重复发生以形成模板分子的至少一个片段的多个拷贝的反应。随着扩增的进行，扩增可产生拷贝数的指数或线性增加。典型的扩增会使拷贝数和/或信号增加1,000倍以上。用于本文公开的基于液滴的检测的示例性扩增反应可以包括聚合酶链式反应(PCR)或连接酶链式反应，这些反应中的每一个都由热循环驱动。基于液滴的检测还可以使用或备选地可以使用其他扩增反应，这些反应可以等温进行，例如分支链探针DNA检测、级联滚环扩增(级联-RCA)、解旋酶依赖性扩增、环介导等温扩增(LAMP)、基于核酸的扩增(NASBA)、切口酶扩增反应(NEAR)、PAN-AC、Q-β复制酶扩增、滚环扩增(RCA)、自持序列复制、链置换扩增等。扩增可以利用线性或环状模板。扩增可以用任何合适的试剂进行。可以在扩增混合物中进行扩增或检测其发生，扩增混合物是能够在组合物中产生核酸靶分子(如果存在)的多个拷贝的任何组合物。“扩增混合物”可以包括至少一种引物或引物对、至少一种探针、至少一种复制酶(例如至少一种聚合酶，例如至少一种DNA和/或RNA聚合酶)和/或RNA聚合酶)，以及脱氧核苷酸(和/或核苷酸)三磷酸(dNTP和/或NTP)等的任何组合。
术语“分析物”是指在检测中分析的样品的成分或潜在成分。“分析物”是检测中感兴趣的特定对象，在此检测中，“样品”是感兴趣的一般对象。分析物例如可以是核酸、蛋白质、肽、酶、细胞、细菌、孢子、病毒、细胞器、大分子组装、候选药物、脂质、碳水化合物、代谢物或它们的任何组合等等。可以检测分析物在样品和/或其分区中的存在、活动和/或其他特征。分析物的存在可涉及分析物在样品或其一个或多个分区中的绝对或相对数量、浓度、二元评估(例如，存在或不存在)等。在一些示例中，样品可以被分区，使得分析物的拷贝不存在于所有分区中，例如以大约0.0001到10000、0.001到1000、0.01到100、0.1到10的平均浓度存在于分区中，或者每个分区一个拷贝。
术语“检测”是指用于表征样品的程序和/或反应，以及从该程序和/或反应获得的任何信号、值、数据和/或结果。示例性的基于液滴的检测是使用水性检测混合物的生化检测。更具体地，基于液滴的检测可以是酶检测和/或结合检测等。例如，酶检测可以确定单个液滴是否含有酶的底物分子(例如，核酸靶标)的拷贝和/或酶分子的拷贝。基于这些检测结果，可以估计样品中底物和/或酶的浓度和/或拷贝数。
术语“通道”是指用于流体移动的细长通道。通道通常包括至少一个入口和至少一个出口，流体在入口处进入通道，流体在出口处离开通道。入口和出口的功能可以互换(即，流体可以仅沿一个方向或沿相反方向流过通道，通常在不同时间)。通道可以包括限定并封闭入口和出口之间的通道的壁。通道例如可以由管(例如，毛细管)形成，在平面结构(例如，芯片)之中或之上形成，或通过上述组合形成。通道可以分支，也可以不分支。通道可以是线性的或非线性的。示例性非线性通道包括沿平面流动路径(例如，蛇形通道)、非平面流动路径(例如，提供螺旋流动路径的螺旋通道)延伸的通道。本文公开的任何通道可以是微流控通道，其是具有小于约一mm的特征横向尺寸(例如，通道的平均直径)的通道。通道还可以包括一个或多个排气机构或死端以允许流体进入/退出而不需要开放的出口。排放机构的示例包括但不限于疏水性排放开口或使用多孔材料来构成通道的一部分或阻塞出口(如果存在)。死端的示例包括但不限于空气罐。
术语“连续相”，也称为“载体相”、“载体”和/或“背景相”，是指其中分散不混溶的材料(例如分散相)，例如以形成乳液的液体或半液体材料。
在微流控系统中使用的连续相的示例是本领域技术人员公知的并且包括但不限于油，例如氟化油、硅油、烃油等。
合适的氟化油的示例包括但不限于全氟-己烷、全氟-环己烷、全氟-十氢萘、全氟-全氢菲、聚六氟环氧丙烷(例如具有羧端基的聚六氟环氧丙烷)、全氟聚三亚甲基醚、聚全氟环氧烷、氟化胺(如N-双(全氟丁基)-N-三氟甲胺、三(全氟戊基)胺、全氟辛胺与全氟-1-氧杂环辛烷胺或全氟三丙胺的混合物)、氟化醚(例如甲基九氟丁醚和全氟丁基甲醚的混合物),3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-(三氟甲基)-己烷、2,3,3,4,4-五氟四氢-5-甲氧基-2,5-双[1,2,2,2-四氟-1-三氟甲基)乙基]-呋喃及其混合物。
在一些实施例中，连续相还可以包括表面活性剂，具体是氟化表面活性剂(即，包括至少一个氟原子)。合适的表面活性剂的示例包括但不限于全氟-辛醇、1H,1H,2H,2H-全氟-1-辛醇、全氟-癸醇、1H,1H,2H,2H-全氟-1-癸醇、全氟-十四酸、全氟-十四烷低聚乙二醇、全氟聚醚、全氟聚醚-聚乙二醇、全氟聚醚-聚乙二醇-全氟聚醚、全氟聚醚-二吗啉代磷酸酯、聚六氟环氧丙烷羧酸酯、聚六氟环氧丙烷聚乙二醇-聚六氟环氧丙烷、聚六氟环氧丙烷聚醚-聚六氟环氧丙烷乙二醇-聚乙二醇-聚丙二醇-聚六氟环氧丙烷，及其混合物。其他示例性表面活性剂包括但不限于Span80(西格玛)、Span80/Tween-20(西格玛)、Span80/Triton X-100(西格玛)、Abil EM90(德固赛)、Abil we09(德固赛)、聚甘油聚蓖麻油酸酯PGPR90(丹尼斯克)、Tween-85、749Fluid(道康宁)、Krytox 157FSL羧酸铵盐(杜邦)、Krytox157FSM羧酸铵盐(杜邦)，以及Krytox 157FSH羧酸铵盐(杜邦)。产生用于流通检测的PCR稳定乳液的示例性油配方是可商购的并且为本领域技术人员所熟知。这种配方的一个示例包括以下混合物：Dow Corning 5225CFormulation Aid(十甲基环戊硅氧烷中有10％的活性成分)，20％w/w、2％w/w最终浓度的活性成分；Dow Corning 749Fluid(十甲基环戊硅氧烷中有50％的活性成分)，5％w/w、2.5％w/w活性成分；以及聚(二甲基硅氧烷)Dow Corning流体，粘度5.0cSt(25℃)，75％w/w。产生用于批量检测的PCR稳定乳液的示例性油配方是可商购的并且为本领域技术人员所熟知。这种配方的一个示例包括以下混合物：DowCorning 5225C Formulation Aid(十甲基环戊硅氧烷中有10％的活性成分)，20％w/w、2％w/w最终浓度的活性成分；Dow Corning 749Fluid(十甲基环戊硅氧烷中有50％的活性成分)，60％w/w、30％w/w活性成分；以及聚(二甲基硅氧烷)Dow Corning流体，粘度5.0cSt(25℃)，20％w/w。
在一些实施例中，连续相/空气界面的表面张力(在室温和大气压下)大于约1mN.m-1、约2mN.m-1、约5mN.m-1、约10mN.m-1、约20mN.m-1、约30mN.m-1、约40mN.m-1、约50mN.m-1、约75mN.m-1、约100mN.m-1、约250mN.m-1、约500mN.m-1。在一些实施例中，连续相/空气界面处的表面张力(在室温和大气压下)范围从大约1mN.m-1至大约100mN.m-1，优选地从大约1mN.m-1至大约50mN.m-1，更优选地从大约1mN.m-1至大约25mN.m-1，甚至更优选地从大约5mN.m-1至大约20mN.m-1。
术语“死体积”表示在加载时不能有效地排入微流控网络并因此留在加载孔中的流体容积，即分散相(例如样品)的体积。在处理少量流体时，经常会遇到分散相的死体积，这些流体可能不会整体排入微流控网络，因此会丢失或浪费。
术语“数字PCR”或“dPCR”是指对样品的一部分执行的PCR检测，用于基于有多少样品部分支持靶标扩增来确定样品中核酸靶标的存在/不存在、浓度和/或拷贝数。数字PCR可以(或不可以)作为端点PCR执行。对于每个分区，数字PCR可以(或不可以)作为实时PCR执行。PCR理论上会导致来自样品的核酸序列(分析物)呈指数扩增。通过测量达到扩增阈值水平所需的扩增循环数(如在实时PCR中)，理论上可以计算出核酸的起始浓度。然而，在实践中，有许多因素使PCR过程非指数化，例如不同的扩增效率、起始核酸的低拷贝数以及与背景污染物核酸的竞争。数字PCR通常对这些因素不敏感，因为它不依赖于PCR过程是指数级的假设。在数字PCR中，单个核酸分子从初始样品分离成多个分区，然后扩增到可检测水平。每个分区然后提供关于每个分区内每个单独的核酸分子的存在或不存在的数字信息。当使用该技术测量足够的分区时，可以合并数字信息以对样品中核酸靶标(分析物)的起始浓度进行统计相关测量。数字PCR的概念可以扩展到除核酸之外的其他类型的分析物。具体地，可以利用信号放大反应来允许检测单个液滴中分析物分子的单个拷贝，以允许对其他分析物的液滴信号进行数据分析(例如，使用基于泊松统计的算法)。允许检测液滴中其他类型分析物的单拷贝的示例性信号放大反应包括酶反应。
术语“液滴”是指小体积的液体(例如分散相)，通常具有球形形状，被不混溶的流体(例如连续相)包封。液滴的体积和/或液滴群的平均体积例如可以小于约1μL(并且因此被称为“微液滴”)、小于约1nL或小于约1pL。液滴(或液滴群)的直径(或平均直径)可小于约1000μm、约100μm、约10μm；或在从大约10μm至大约1000μm的范围内。液滴可以是球形的或非球形的。液滴可以是简单液滴或复合液滴(即，包封至少一个液滴的液滴)。乳液的液滴在连续相中可以具有任何均匀或不均匀的分布。如果不均匀，则液滴的浓度可以变化以在连续相中提供一个或多个较高液滴密度区域和一个或多个较低液滴密度区域。例如，液滴可以在连续相中下沉或漂浮，可以沿着通道或在储存室中聚集成一个或多个包，可以朝向流动流的中心或周边聚集等等。在本公开的一些实施例中，液滴的直径(或平均直径)的范围为大约10μm至大约150μm，优选地为大约25μm至大约125μm，更优选地为大约50μm至大约100μm，甚至更优选地为大约65μm至大约80μm。在本公开的一些实施例中，液滴的直径(或平均直径)为大约10μm±5μm、20μm±5μm、30μm±5μm、40μm±5μm、50μm±5μm、60μm±5μm、70μm±5μm、80μm±5μm、90μm±5μm、100μm±5μm、110μm±5μm、120μm±5μm、130μm±5μm、140μm±5μm、150μm±5μm。在本公开的一些实施例中，液滴的直径(或平均直径)为大约75μm±5μm。液滴的直径也可以在数学上定义为其体积的函数，公式如下：在本公开的一些实施例中，液滴的体积(或平均体积)的范围为大约1pL至大约1nL，优选地为大约50pL至大约750pL，更优选地为大约100pL至大约500pL，甚至更优选地为大约150pL至大约250pL。在本公开的一些实施例中，液滴的体积(或平均体积)为1pL、10pL、25pL、50pL、75pL、100pL、125pL、150pL、175pL、200pL、225pL、250pL、275pL、300pL、400pL、500pL、600pL、700pL、800pL、900pL、1nL。在本公开的一些实施例中，液滴的体积(或平均体积)为220pL±20pL。本领域技术人员将容易理解，这样的直径和/或体积会具有相当大的误差幅度。
术语“乳液”是指包含至少一个液滴，特别是液滴群的组合物，其设置在不混溶的载体流体中，该载体流体也是液体。载体流体，也称为背景流体，形成“连续相”。液滴由至少一种液滴流体(通常为样品)形成，该流体也称为前景流体，其是形成“分散相”的液体。分散相与连续相不混溶，这意味着分散相和连续相不会通过混合达到均质。在一些实施例中，分散相的密度比连续相的密度至少小约1％，优选地至少小约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％。液滴通过连续相彼此隔离并被连续相包封(即封闭或包围)。本文公开的任何乳液可以是单分散的，即，由大小至少基本一致的液滴群组成，或者可以是多分散的，即由大小不同的液滴群组成。如果是单分散的，则乳液的液滴例如可以在体积方面变化，变化的标准偏差小于平均液滴体积的大约正负100％、50％、20％、10％、5％、2％或1％。从孔口或从液滴发生器产生的液滴可以是单分散的或多分散的。乳液可以具有任何合适的组成。乳液可以由每个相中主要液体化合物或液体化合物类型表征。乳液中的主要液体化合物可以是水和油。例如，本文公开的任何乳液可以是油包水(W/O)乳液(即连续油相中的水滴)。任何其他合适的成分均可存在于任何乳液相(分散的和/或连续的)中，例如至少一种表面活性剂、试剂、样品(即，其分区)、其他添加剂、标签、颗粒或其任何组合。处于包封状态时(例如，每个液滴靠近相邻液滴)的标准乳液在加热(例如，加热到60℃以上的温度)时会变得不稳定，因为热量通常会降低界面张力，这会导致液滴聚结。因此，标准包封乳液在高温反应(例如PCR)期间无法保持其完整性，除非乳液液滴彼此不接触或使用添加剂(例如其他油基、表面活性剂等)来改变稳定性条件(例如，界面张力、粘度、位阻等)。例如，液滴可以单列排列并沿通道彼此间隔开以允许热循环，从而执行PCR。然而，遵循使用标准乳液的这种方法不允许高密度的液滴，从而显著限制基于液滴的检测的通量。本文公开的任何乳液可以是热稳定乳液。“热稳定乳液”是在加热到至少50℃时抵抗聚结的任何乳液。热稳定乳液可以是PCR稳定乳液，其是在整个PCR热循环过程中抗聚结的乳液(例如，允许执行数字PCR)。因此，当加热到至少80℃或90℃等时，PCR稳定乳液可以抵抗聚结。由于热稳定性，与标准乳液相比，PCR稳定乳液能够在热循环期间不聚结的液滴中执行PCR检测。因此，与使用标准乳液相比，使用PCR稳定乳液进行的数字PCR分析的定量明显地多。例如，通过正确地选择载体流和表面活性剂等等，乳液可被定制为PCR稳定。
术语“终点PCR”是指基于PCR的分析，其中在完成热循环后测量扩增子的形成。
术语“界面”，当指的是连续相和分散相之间、连续相和空气相(简称为空气)之间，或分散相和空气相之间的界面时，描述了形成两个相邻的不混溶或部分不混溶相之间的共同边界的表面。
术语“标签”是指连接到或并入任何实体，例如化合物、生物颗粒(例如，细胞、细菌、孢子、病毒或细胞器)或液滴的识别和/或区分标记或标识符。例如，标签可以是使实体光学可检测和/或光学可区分的染料。用于标记的示例性染料是荧光染料(荧光团)和荧光猝灭剂。
术语“微流控通道”是指设置在基板内或基板上的受限通道，其中通道的至少一个横截面尺寸在大约0.1μm至大约1mm的范围内。具体地，本文所用的术语“精密微流控通道”是指在其范围从大约0.1μm至大约200μm的最小尺寸上具有±5％精度水平的微流控通道。
术语“微流控芯片”是指包含微流控通道的基板，其中在微流控芯片的微流控通道内，处理小至皮升(pL)的体积。存在多种构建微流控通道及其网络的方法和材料，这些方法和材料是本领域技术人员公知和理解的。例如，微流控通道可以使用简单的管道构造，但可以进一步涉及密封包括通往第二平板的蚀刻开放通道的一个平板的表面。可形成微流控通道的材料包括硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和塑料(诸如聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃聚合物[COP]、环烯烃共聚物[COC]、聚丙烯等)。相同的材料也可用于第二密封板。用于两个板的材料的兼容组合取决于将它们密封在一起所采用的方法。微流控通道可以根据需要被封装在光学透明材料中，以允许根据需要对样品进行光学激发(导致例如荧光)或照明(导致例如选择性吸收)，并且允许对来自微流控芯片中样品的光的光谱特性进行光学检测。表现出高光学透明度和低自发荧光的此类光学透明材料的优选示例包括但不限于硼硅酸盐玻璃(例如，SCHOTT玻璃[Schott North America，位于纽约州埃姆斯福德])和环烯烃聚合物(COP)(例如，[Zeon Chemicals LP,位于肯塔基州的路易斯维尔])。
术语“微流控网络”是指用于操纵流体的组件，通常通过在组件的隔室之间传输流体和/或通过沿着由组件限定的一个或多个流动路径驱动流体和/或使流体通过由组件限定的一个或多个流动路径。微流控网络可以包括任何合适的结构，例如一个或多个通道、腔室、阱、储液器、阀门、泵、热控制装置(例如，加热器/冷却器)、传感器(例如，用于测量温度、压力、流量等)，或其任何组合等等。微流控网络可以使用简单的管道来构建，但可以进一步涉及密封包括如上定义的通往第二平板的蚀刻开放结构的一块平板的表面。
术语“核酸”同时指DNA或RNA，无论它是扩增产物、合成产物、RNA逆转录产物还是天然存在的产物。通常，核酸是单链或双链分子，由天然存在的核苷酸组成。双链核酸分子可以具有3'或5'突出端，因此不需要或假定在其整个长度上是完全双链的。此外，术语核酸可由非天然存在的核苷酸和/或对天然存在的核苷酸的修饰组成。本文列出了示例，但不限于5'或3'核苷酸的磷酸化以分别允许连接或阻止外切核酸酶降解/聚合酶延伸；用于共价和接近共价连接的氨基、硫醇、炔或生物素基修饰；荧光团和猝灭剂；核苷酸之间的硫代磷酸酯、甲基膦酸酯、氨基磷酸酯和磷酸酯键以防止降解；甲基化；以及修饰的碱基，例如脱氧肌苷、5-溴dU、脱氧尿苷、2-氨基嘌呤、双脱氧胞苷、5-甲基dC、锁核酸(LNA)、iso-dC和-dG碱基、2'-O-甲基RNA碱基和氟修饰的碱基。
术语“核苷酸”除了指天然存在的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单体之外，在本文中还应理解为指其相关结构变体，其中包括相对于使用核苷酸(例如，与互补碱基杂交)的特定上下文在功能上等同的衍生物和类似物，除非上下文另有明确说明。
术语“油”是指与水不混溶且具有低极性的任何液体化合物，或液体化合物的混合物。在一些实施例中，油还可具有高含量的碳、氢、氟、硅、氧或其任何组合等等。油的合适示例包括但不限于硅油、矿物油、氟碳油、植物油或其组合等。
术语“可操作地耦合”在本文中用于描述作为根据本说明书的系统的一部分的两个或更多个单独仪器之间的连接。如果两个或更多个单独的仪器被布置成使得两种或更多种方法由两个或更多个单独的仪器执行并且所述两种或更多种方法作为一个单一的工作流程出现，则两个或更多个单独的仪器“可操作地耦合”。此外，也可以将两个或多个单独的仪器完全集成到第三集成仪器中。另一种可能性是将上述各个仪器的不同关键特征集成到专用集成设备中(例如，单个微流控芯片，其包含用于产生微流控液滴、PCR扩增和液滴读出的区域)。
术语“分区”是指大体积的分离部分。分区可以是从形成大体积的样品(例如准备的样品)产生的样品分区。从大体积产生的分区可以具有基本一致的尺寸致或可以具有不同的尺寸(例如，两个或更多个离散的、尺寸一致的分区组)。示例性分区是“液滴”。分区的尺寸也可以随预定的尺寸分布或随机的尺寸分布变化。
术语“PCR”或“聚合酶链反应”是指依靠加热和冷却的交替循环(即热循环)来实现连续轮次复制的核酸扩增检测。PCR可以通过两个或多个温度设定点(例如较高的解链(变性)温度和较低的退火/延伸温度)之间，或在三个或更多个温度设定点(例如较高的解链温度，较低的退火温度以及中间延伸温度等)之间的热循环进行。PCR可以用热稳定聚合酶进行，例如Taq DNA聚合酶(例如，野生型酶、Stoffel片段、FastStart聚合酶等)、Pfu DNA聚合酶、S-Tbr聚合酶、Tth聚合酶、Vent聚合酶或其组合。PCR通常在连续循环中产生产物扩增子量的指数增加。任何合适的PCR方法或方法的组合均可用于本文公开的基于液滴的检测，例如等位基因特异性PCR、组装PCR、不对称PCR、数字PCR、终点PCR、热启动PCR、原位PCR、序列间特异性PCR、反向PCR、线性后指数PCR、连接介导PCR、甲基化特异性PCR、微型引物PCR、多重连接依赖探针扩增、多重PCR、巢式PCR、重叠延伸PCR、聚合酶循环组装,定性PCR,定量PCR,实时PCR,RT-PCR,单细胞PCR,固相PCR,热不对称交错PCR,降落PCR,或通用快速步行PCR等。
术语“引物”是指当置于多核苷酸延伸开始的条件下时(例如，在以下条件下：存在必要的三磷酸核苷(由复制的模板决定)以及聚合酶在合适的缓冲液中并且在合适的温度或温度循环下(例如，如在聚合酶链反应中))，能够充当模板导向核酸合成起点的多核苷酸。为进一步说明，引物还可用于各种其他寡核苷酸介导的合成过程，包括作为从头RNA合成和体外转录相关过程(例如，基于核酸序列的扩增(NASBA)、转录介导的扩增(TMA)等)的引发剂。引物通常是单链寡核苷酸(例如，寡脱氧核糖核苷酸)。引物的合适长度取决于引物的预期用途，但通常为6至40个核苷酸，更通常为15至35个核苷酸。短引物分子通常需要较低的温度才能与模板形成足够稳定的杂化复合物。引物不需要反映模板的确切序列，但有用地足够互补以与模板杂交以发生引物延伸。在某些实施例中，术语“引物对”是指一组引物，包括与要扩增的核酸序列的5'端的互补序列杂交的5'正义引物(有时称为“正向”)和要扩增的序列3'端杂交的3'反义引物(有时称为“反向”)(例如，如果目标序列表达为RNA或是RNA)。如果需要，可以通过掺入可通过光谱、光化学、生物化学、免疫化学或化学方法检测到的标签来标记引物。例如，有用的标签包括32P、荧光染料、电子致密试剂、酶(通常用于ELISA检测)、生物素或半抗原以及可用抗血清或单株抗体的蛋白质。
术语“探针”是指与至少一种标签(例如至少一种染料)连接的核酸。探针可以是核酸靶标和/或扩增子的序列特异性结合配偶体。探针可以设计成能够基于荧光共振能量转移(FRET)检测目标扩增。用于本文公开的核酸检测的示例性探针包括连接到一对染料的一个或多个核酸，当彼此靠近时，这对染料共同表现出荧光共振能量转移(FRET)。这对染料可以提供第一和第二发射体，或一个发射体和一个猝灭剂等等。当染料彼此分离时，例如在引物延伸过程中通过切割探针(例如，5'核酸酶检测，例如使用TAQMAN探针)，或当探针与扩增子杂交时(例如，分子信标探针)，这对染料的荧光发射会发生变化。探针的核酸部分可以具有任何合适的结构或来源，例如，该部分可以是锁核酸、通用探针库的成员等。在其他情况下，探针和引物对中的引物之一可以组合在同一分子中(例如，AMPLIFLUOR引物或SCORPION引物)。例如，引物-探针分子可以在其3'端包括引物序列，在其5'端包括分子信标型探针。有了这种安排，用不同染料标记的相关引物-探针分子可用于多重检测，其中使用相同的反向引物量化相差单个核苷酸(单核苷酸多态性(SNP))的目标序列。用于基于液滴的核酸检测的另一示例性探针是Plexor引物。
术语“定性PCR”是指基于PCR的分析，该分析确定样品中是否存在靶标，通常没有对靶标存在进行任何实质性量化。在示例性实施例中，可以通过确定液滴包包含至少预定百分比的阳性液滴(阳性样品)还是不包含阳性液滴(阴性样品)来执行定性的数字PCR。
术语“定量PCR”、“qPCR”、“实时定量聚合酶链式反应”或“动态聚合酶链式反应”是指确定样品中靶标的浓度和/或拷贝数的基于PCR的分析。该技术使用PCR同时扩增和量化目标核酸，其中量化是通过嵌入的荧光染料或序列特异性探针来实现的，所述探针包含仅在与目标核酸杂交后才可检测的荧光报告分子。
术语“反应”是指化学反应、结合相互作用、表型变化或其组合，其通常提供指示反应发生和/或发生程度的可检测信号(例如，荧光信号)。示例性反应是涉及底物向产物的酶催化转化的酶反应。可以在本文公开的基于液滴的检测中进行任何合适的酶反应。例如，反应可以由激酶、核酸酶、核苷酸环化酶、核苷酸连接酶、核苷酸磷酸二酯酶、聚合酶(DNA或RNA)、异戊二烯转移酶、焦磷酸酶、报告酶(例如碱性磷酸酶、β-半乳糖苷酶、氯霉素乙酰转移酶、葡萄糖醛酸酶、辣根过氧化物酶、荧光素酶等)、逆转录酶、拓扑异构酶等催化。
术语“试剂”是指与样品组合以对样品进行特定检测的化合物、一组化合物和/或组合物。试剂可以是目标特异性试剂，其是赋予检测分析中特定目标或分析物特异性的任何试剂组合物。试剂任选地可以包括用于检测的化学反应物和/或结合配偶体。例如，试剂可以包括至少一种核酸、蛋白质(例如酶)、细胞、病毒、细胞器、大分子组装体、潜在药物、脂质、碳水化合物、无机物质或其任何组合，并且可以是水性组合物等。在示例性实施例中，试剂可以是扩增试剂，其可以包括用于扩增核酸靶标的至少一种引物或至少一对引物、允许检测扩增的至少一种探针和/或染料、聚合酶、核苷酸(dNTP和/或NTP)、二价镁离子、氯化钾、缓冲液或其任何组合等等。
术语“实时PCR”是指基于PCR的分析，其中在反应过程中测量扩增子的形成，例如在反应的最终热循环之前，以及在完成一个或多个热循环之后。实时PCR通常提供基于目标扩增动力学的目标量化。
术语“复制”是指形成核酸或其片段的拷贝(即，直接拷贝和/或互补拷贝)的过程。复制通常涉及酶，例如聚合酶和/或连接酶等。复制的核酸和/或片段是用于复制的模板(和/或靶标)。
术语“报告子”是指报告状况(例如反应程度)的一种化合物或一组化合物。示例性报告分子包括至少一种染料，例如荧光染料或能量转移对，和/或至少一种寡核苷酸。用于核酸扩增检测的示例性报告子可以包括探针和/或嵌入染料(例如，SYBR Green、溴化乙锭等)。
术语“逆转录PCR”或“RT-PCR”是指利用由RNA逆转录产生的互补DNA模板的PCR检测。RT-PCR允许通过(1)形成RNA的互补DNA拷贝，例如使用逆转录酶，和(2)使用互补DNA作为模板进行PCR扩增来分析RNA样品。在一些实施例中，相同的酶(例如Tth聚合酶)可用于逆转录和PCR。
术语“样品”是指来自任何合适来源的感兴趣的化合物、组合物和/或混合物。样品是分析样品的一个方面(例如与可能存在于样品中的至少一种分析物有关的方面)的检测的一般感兴趣对象。样品可以在其自然状态、采集时和/或改变状态下进行分析，例如在储存、保存、提取、裂解、稀释、浓缩、纯化、过滤、与一种或多种试剂混合、预扩增(例如，通过在PCR之前对样品进行有限循环(例如<15)的PCR来实现目标富集)、去除扩增子(例如，在PCR之前用尿嘧啶-d-糖基化酶(UDG)处理以消除被先前产生的扩增子造成的遗留污染(即，扩增子可以用UDG消化，因为它是用dUTP而不是dTTP产生的))、分区或其任何组合等等之后。临床样品可能包括鼻咽冲洗液、血液、血浆、无细胞血浆、血沉棕黄层、唾液、尿液、粪便、痰、粘液、伤口拭子、组织活检、牛奶、液体吸出物、拭子(例如，鼻咽拭子)和/或组织等。环境样品可以包括水、土壤、气溶胶和/或空气等。研究样品可以包括培养细胞、原代细胞、细菌、孢子、病毒、小生物、上面列出的任何临床样品等。其他样品可以包括食品、武器部件、要针对生物威胁因子检测的生物防御样品、可疑污染物等。收集样品可用于诊断目的(例如，临床分析物(如传染性病原体)的定量测量)或用于监测目的(例如，确定感兴趣的环境分析物(如生物威胁剂)已超过预定阈值)。
在一些实施例中，样品可以包括一种或几种试剂，例如扩增混合物。
在一些实施例中，样品滴具有约1mm至大约5mm、优选地约1mm至大约4.5mm、更优选地约1mm至大约4mm，甚至更优选地约1mm至大约3.5mm，甚至更优选地约2mm至大约3mm的直径。在一些实施例中，样品滴具有约1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5mm或更大的直径。在一些实施例中，样品滴具有约2.5mm±0.2mm的直径。
在一些实施例中，样品滴具有约1μL至大约75μL，优选地约1μL至大约50μL，更优选地约1μL至大约40μL，甚至更优选地约1μL至大约20μL，甚至更优选地约5μL至大约10μL的体积。在一些实施例中，样品滴具有约1μL、2μL、3μL、4μL、5μL、6μL、7μL、8μL、9μL、10μL、11μL、12μL、13μL、14μL、15μL、20μL、25μL、30μL、35μL、40μL、45μL、50μL、55μL、60μL、65μL、70μL、75μL或更大的体积。在一些实施例中，样品滴具有约8μL±2μL的体积。
术语“表面活性剂”是指能够改变两相之间的表面张力的表面活性剂。表面活性剂也可被描述为或可替代地可被描述为清洁剂和/或润湿剂，结合亲水部分和疏水部分两者，这两部分共同赋予表面活性剂双重亲水-亲脂特性。本文公开的乳液和/或其任何相可以包括至少一种亲水性表面活性剂、至少一种亲脂性表面活性剂或其组合。作为备选或附加，本文公开的乳液和/或其任何相可以包括至少一种非离子(和/或离子)清洁剂。此外，本文公开的乳液和/或其任何相可以包括表面活性剂，包括聚乙二醇、聚丙二醇或吐温20等。
微流控芯片架构
本节描述了适用于微流控芯片中基于液滴的检测的说明性构件、装置和系统的架构。本文所述的构件、装置和系统可单独使用、相互组合或适用于任何数量的不同微流控芯片配置.一个这样的微流控芯片在图2A和图2B中示出。应该认识到，图5至图7的微流控芯片300不旨在限制由所附权利要求涵盖的实施例的范围。例如，图2A和图2B的微流控芯片300的一些方面可以在使用所公开的配置的同时与微流控芯片的其他方面分开使用。
图2A和图2B以透视图示出了根据本公开的微流控芯片300的示例性实施例。
在图2A和图2B所示的实施例中，微流控芯片300包括十六个微流控单元的阵列，每个微流控单元包括在上板310中成型和/或蚀刻的加载孔320，通往包括液滴发生器340的入口微通道，液滴发生器340可操作地耦合到液滴室350和空气罐360。液滴室350进一步包括室柱370。
图3A、图3B和图4示出了在本公开的意义上的合适系统100的示例性实施例。这种系统可以包括仪器200和由该仪器接收的微流控芯片300。仪器200可以配备有允许将至少一个或多个微流控芯片300放置到仪器中的接收区域210。在图3A、图3B和图4所示的实施例中，微流控芯片300在加载孔水平处被封盖。
仪器200可以具有用于接收一个或多个微流控芯片300的开放配置和限制微流控芯片300引入和移除(例如，在加载的微流控芯片300的仪器致动期间)的封闭构造。例如，该仪器可以包括盖子220、托盘230或任何其他合适的构件。在一些实施例中，盖子、托盘或任何其他合适的构件可以手动操作，或者耦合到自动驱动接收区域210的打开和/或关闭的驱动机构。在一些实施例中，可以加热盖子、托盘或任何其他合适的构件。这特别适用于其中热循环仪(通常位于微流控芯片300下方)和盖子、托盘或任何其他合适的构件都被加热，从而在整个样品中提供更均匀的温度的PCR检测。
仪器200还可以配备有如图3A和图3B所示的用户界面240。仪器可以配备各种其他构件，例如压力歧管、热循环仪、检测器、移液管和移液管控制器、通信接口、控制电子设备、算法等。
在在图3A、图3B和图4所示的实施例中，在接收区域210中示出了三个微流控芯片300。
根据本公开的一些方面，在一些实施例中，仪器200可以向微流控芯片300施加压力以驱动液滴产生。根据本公开的一些方面，在一些实施例中，可以将致动信号输入到仪器200中，以使仪器200向微流控芯片300施加压力以驱动液滴产生。
在一些实施例中，可以在检测期间维持压力的施加。在一些实施例中，当达到液滴产生的终点时，可以停止施加压力。
在图5至图7的实施例中，示出了图2A和图2B的微流控芯片300。微流控芯片300包括十六个微流控单元301的阵列，每个微流控单元包括带有入口330的加载孔320，通往包括液滴发生器340的入口微通道，液滴发生器340可操作地耦合到液滴室350和空气罐360。液滴室350进一步包括室柱370。
具体地，图5至图7所示的微流控芯片300包括十六个微流控单元301的阵列。然而，本公开包含其中微流控芯片仅包括一个微流控单元的实施例，以及其中微流控芯片包括若干微流控单元，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48个，或者更多个微流控单元，例如49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、4、73、7 75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95或96个的实施例。具体地，微流控芯片可以包括8、16、24、32、40、48、56、64、72、80、88或96个微流控单元。
在一些实施例中，微流控芯片300可以由彼此胶合、结合或以其他方式附接的两个重叠板组成。在一些实施例中，微流控芯片包括上板310，其中上板310的底部与下板311接触。为了便于说明微流控芯片300，图6中仅示出下板311。在图6所示的实施例中，透明示出的微流控芯片300的元件以灰色虚线示出。
在图7所示的实施例中，蚀刻上板310的底侧，即上板310与下板311接触的一侧，以便在重叠时限定两个板之间的微流控网络。在此方面，下板311是平坦的。
在一些实施例中，下板311是透光的。在一些实施例中，下板311是透光的，以适于或被配置为通过透明构件观察由重叠的上板310和下板311限定的微流控网络。“透光”是指下板311在至少约100nm、优选地在200-800nm的光谱中至少约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm或更大的范围内包括的光波长上具有大于约50％，优选地大于约60％、约70％、约80％、约85％、约90％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％或更大的透光率。
在一些实施例中，下板311还可以是无荧光的。“无荧光”是指当暴露于光时下板311不发射或基本上不发射荧光。在一些实施例中，“不发射或基本上不发射荧光”是指发射的荧光在至少约50nm、优选地至少约100nm、约200nm、在300-600nm光谱中约300nm或更大的范围内包括的激发波长上小于约100AU，优选地小于约80AU、约60AU、约40AU、约25AU、约20AU、约15AU、约10AU、约5AU或更小。
在一些实施例中，下板311可以是例如箔、薄膜、显微镜载玻片、载玻片、模制聚合物部件或任何其他合适的材料。
在一些实施例中，下板311可以是塑料、玻璃或任何其他合适的材料。
适用于透光且无荧光的下板311的材料的示例是环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或任何其他合适的材料。
在一些实施例中，微流控芯片300的上板310形成支撑至少一个加载孔320的底座。
在图8至图10所示的实施例中，加载孔320是包括加载开口325的开放腔体324。
在一些实施例中，加载孔320具有小于约100个样品液滴313的直径，优选地小于约90、约80、约70、约60、约50、约40、约30、约20、约10、约9、约8、约7、约6、约5、约4、约3、约2个样品液滴313的直径的x和/或y尺寸。在一些实施例中，加载孔2具有大于大约1个样品液滴313的直径，优选地大于约2、约3、约4、约5个样品液滴313的直径的x和/或y尺寸。
在一些实施例中，加载孔320具有范围从大约2mm至大约20mm，优选地从大约5mm至大约15mm，更优选地从大约8mm至大约12mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，加载孔320具有约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm、约15mm、约16mm、约17mm、约18mm、约19mm、约20mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，加载孔320具有约9.3mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，加载孔320具有范围从大约1mm至大约15mm，优选地从大约2.5mm至大约12.5mm，更优选地从大约5mm至大约10mm，甚至更优选地从大约6.5mm至大约8mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，加载孔320具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm、约15mm或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，加载孔320具有约7.2mm的宽度(在x轴上)。
加载孔320由壁321界定，壁321包括耦合到侧壁部分3211的底壁部分3212。
在一些实施例中，底壁部分3212根据基本上平行于底平面(x/y)的孔底平面wbp整体地延伸。
在一些实施例中，侧壁部分3211沿着根据相对于孔底平面wbp的角度α设置的孔横向方向wld(在z轴上)延伸，如图8至图9所示。在一些实施例中，角度α具有范围从大约80°至大约105°，优选地从大约86°至大约100°，更优选地从大约90°至大约96°的值。在一些实施例中，角度α具有约80°、约85°、约90°、约95°、约100°、约105°或更大的值。在一些实施例中，角度α具有约93°的值。
在一些实施例中，侧壁部分3211具有范围从大约0.25mm至大约2.5mm，优选地从大约0.5mm至大约2mm，更优选地从大约0.75mm至大约1.75mm，甚至更优选地从大约1mm至大约1.5mm的厚度(在孔底平面wbp的水平处)。在一些实施例中，侧壁部分3211具有约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm或更大的厚度(在孔底平面wbp的水平)。在一些实施例中，侧壁部分3211具有约1.2mm的厚度(在孔底平面wbp的水平处)。
在一些实施例中，加载开口325由侧壁部3211的与底部相对的自由端限定。
在一些实施例中，侧壁部分3211具有范围从大约0.1mm至大约1.25mm，优选地从大约0.25mm至大约1mm，更优选地从大约0.5mm至大约0.75mm的厚度(在加载开口325的水平处)。在一些实施例中，侧壁部分3211具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm或更大的厚度(在加载开口325的水平处)。在一些实施例中，侧壁部分3211具有约0.6mm的厚度(在加载开口325的水平处)。
在一些实施例中，入口330可以容纳在壁321的侧壁部分3211或底壁部分3212中，优选地在底壁部分3212中。
在一些实施例中，入口330具有范围从大约0.1mm至大约1.25mm，优选地从大约0.25mm至大约1mm，更优选地从大约0.5mm至大约0.75mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，入口330具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，入口330具有约0.6mm的高度(在z轴上)。
在一些实施例中，入口330具有范围从大约0.1mm至大约1.5mm，优选地从大约0.25mm至大约1.25mm，更优选地从大约0.5mm至大约1mm的直径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。在一些实施例中，入口330具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm的直径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。在一些实施例中，入口330具有约0.8mm的直径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。
在一些实施例中，入口330可包括在底平面(x/y)中从入口330径向向外延伸入口平面323。在一些实施例中，入口平面323是围绕入口330的不呈现斜度的径向区域。在一些实施例中，入口平面323是围绕入口330的平行于底平面(x/y)的径向区域。在一些实施例中，入口平面323具有范围从大约0.5mm至大约3mm，优选地从大约1mm至大约2.5mm，更优选地从大约1.5mm至大约2mm的直径。在一些实施例中，入口平面323具有约0.5mm、约0.75mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm、约2.75mm、约3mm或更大的直径。在一些实施例中，入口平面323具有约1.8mm的直径。
在一些使用条件中，如图24部分地所示，微流控芯片300至少部分地填充有连续相312并且加载孔320包括从微流控网络溢出的浅层连续相312(即，微流控网络中的连续相和加载孔中的连续相层是连续的)。
在一些实施例中，连续相312填充至少包括入口微通道345的容积和液滴室350的容积的微流控芯片300的容积。在一些实施例中，连续相312填充至少包括液滴发生器340的容积和液滴室350的容积的微流控芯片300。在一个实施例中，连续相312进一步填充输出通道361的容积。在一个实施例中，连续相312不填充空气罐360的容积。
在一些实施例中，较深位置d处的加载孔320中连续相层312的高度(在z轴上)小于样品液滴313的直径的约5倍，优选地小于样品液滴313的直径的约4、约3、约2、约1、约0.9、约0.8、约0.7、约0.6、约0.5、约0.4、约0.3、约0.2、约0.1倍。在一些实施例中，加载孔320的较深位置d处的加载孔320中连续相层312的z轴高度小于样品液滴313直径的约1倍，优选地小于样品液滴313直径的约0.9、约0.8、约0.7、约0.6、约0.5、约0.4、约0.3、约0.2、约0.1倍。在一些实施例中，较深位置d处的加载孔320中连续相层312的高度(在z轴上)约为样品液滴313的直径的0.4倍。
在一些实施例中，较深位置d处的加载孔320中连续相层312的高度(在z轴上)小于约12.5mm，优选地小于约10mm、约7.5mm、约5mm、约2.5mm、约2.25mm、约2mm、约1.75mm、约1.5mm、约1.25mm、约1mm、约0.75mm、约0.5mm、约0.25mm。在一些实施例中，加载孔320的较深位置d处的加载孔320中连续相层312的z轴高度小于约2.5mm，优选地小于约2.25mm、约2mm、约1.75mm、约1.5mm、约1.25mm、约1mm、约0.75mm、约0.5mm、约0.25mm。在一些实施例中，较深位置d处的加载孔320中连续相层312的高度(在z轴上)为约1mm±0.2mm。
在一些实施例中，加载孔320中连续相层312的容积小于约150μL，优选地小于约100μL、约95μL、约90μL、约85μL、约80μL、约75μL、约70μL、约65μL、约60μL、约55μL、约50μL、约45μL、约40μL、约35μL、约30μL、约25μL、约20μL、约15μL、约10μL。在一些实施例中，加载孔320中连续相层312的容积为约35μL±2.5μL。
在一些实施例中，加载孔320的侧壁部分3211与连续相312之间的润湿角(即接触角θ)小于约90°，优选地小于约80°、约70°、约60°、约50°、约40°、约30°、约20°、约10°或更小。在优选实施例中，加载孔320的侧壁部分3211与连续相312之间的润湿角是平坦的，即约为0°。
在图8至图9中看到的第一替代实施例中，加载孔320被配置为在加载孔320内限定的z位置移动和/或捕获样品液滴313。
在一些实施例中，底壁部分3212是不平坦的并且包括倾斜底部32121。因此，加载孔320的底壁部分3212可以是槽形、杯形或碗形。在一些实施例中，加载孔320的深度d(从加载开口325到底壁部分3212)是不均匀的。在一些实施例中，倾斜底部32121包括至少一个斜坡度。在一些实施例中，倾斜底部32121的较深位置d容纳加载口330。在一些实施例中，倾斜底部32121的较深位置d容纳入口平面323。
在一些实施例中，倾斜底部32121的高度(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.1mm至大约2.5mm，更优选地从大约0.5mm至大约1.5mm。在一些实施例中，倾斜底部32121的高度(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)为约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约4.5mm、约5mm或更大。在一些实施例中，倾斜底部32121的高度倾斜底部32121的高度(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)为约1.01mm。
在一些实施例中，倾斜底部32121的斜坡度从侧壁部分3211到倾斜底部32121的较深位置是恒定的。在一些实施例中，倾斜底部32121的斜坡度不恒定，即从侧壁部分3211到倾斜底部32121的较深位置是变化的。在后面的实施例中，平均倾斜角可以定义为从孔底平面wbp(即，在侧壁部分3211的水平处)到倾斜底部32121的较深位置。
在一些实施例中，倾斜底部32121包括根据纵轴(在y轴上)的主斜坡度，其具有平均倾斜角δ(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)，如图9所示。在一些实施例中，平均倾斜角δ具有范围从大约1°至大约45°，优选地从大约1°至大约30°，更优选地从大约1°至大约20°，甚至更优选地从大约5°至大约15°，甚至更优选地从大约5°至大约10°的值。在一些实施例中，平均倾斜角δ具有约1°、约2°、约3°、约4°、约5°、约6°、约7°、约8°、约9°、约10°、约11°、约12°、约13°、约14°、约15°、约16°、约17°、约18°、约19°、约20°、约21°、约22°、约23°、约24°、约25°、约30°、约35°、约40°、约45°的值。在一些实施例中，平均倾斜角δ具有约8.5°±2°的值。
在一些实施例中，倾斜底部32121包括根据第一横向轴(在x1轴上)的第一横向斜坡度，其具有平均倾斜角γ(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)，如图8所示。在一些实施例中，平均倾斜角γ具有范围从大约1°至大约45°，优选地从大约5°至大约35°，更优选地从大约10°至大约25°，甚至更优选地从大约15°至大约20°的值。在一些实施例中，平均倾斜角γ具有约1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、30°、35°、40°、45°的值。在一些实施例中，平均倾斜角γ具有约19.2°±2°的值。
在一些实施例中，倾斜底部32121包括根据第二横向轴(在x2轴上)的第二横向斜坡度，其具有平均倾斜角β(从孔底平面wbp到倾斜底部32121的较深位置)，如图8所示。在一些实施例中，平均倾斜角β具有范围从大约1°至大约45°，优选地从大约5°至大约35°，更优选地从大约10°至大约25°，甚至更优选地从大约15°至大约20°的值。在一些实施例中，平均倾斜角β具有约1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、30°、35°、40°、45°的值。在一些实施例中，平均倾斜角β具有约19.2°±2°的值。
在一些实施例中，底壁部分3212的倾斜底部32121由相对于孔底平面wbp的至少一个，具体为两个或三个平均倾斜角β、γ、δ限定。
在一些实施例中，1)主倾斜底部、2)第一横向倾斜底部和3)第二横向倾斜底部中的至少两个，具体为三个朝着会聚点cp会聚。在一些实施例中，会聚点cp位于底壁部分3212上。在一些实施例中，会聚点cp位于底壁部分3212上相对于加载开口325的较深位置d处。
在图10中看到的第二替代实施例中，加载孔320被配置为在加载孔320内限定的平面内(x和/或y)位置移动和/或捕获样品液滴313。
在一些实施例中，加载孔320的侧壁部分3211具有可变的平面内局部曲率。
在一些实施例中，加载孔320的侧壁部分3211在平行于底平面(x/y)的横截面中具有椭圆的大体形状。
如图10所示，从C到C’，侧壁部分3211包括在平行于上板310的底平面(x/y)的横截面平面中示出的多个区段。
第一直线段32111耦合到第一弯曲段32112。
第一弯曲段32112耦合到第二直线段32113。
第二直线段32113耦合到第二弯曲段32114。
第二弯曲段32114耦合到第三直线段32115。
第三直线段32115耦合到第三弯曲段32116。
第三弯曲段32116耦合到第四直线段32117。
第四直线段32117耦合到第四弯曲段32118。
第四弯曲段32118耦合到第五直线段32119。
在一些实施例中，区段32111-32119相对于椭圆的主轴MA对称。如图10所示，第一直线段32111和第五直线段32119在它们的中心与主轴MA相交。
在一些实施例中，第一直线段32111具有范围从大约0.1mm至大约1mm，优选地从大约0.25mm至大约0.75mm，更优选地从大约0.3mm至大约0.7mm，甚至更优选地从大约2.2mm至大约2.4mm的长度(从主轴MA到第一弯曲段32112)。在一些实施例中，第一直线段32111具有约0.5mm的长度(从主轴MA到第一弯曲段32112)。
在一些实施例中，第一弯曲段32112具有范围从大约0.5mm至大约3mm，优选地从大约0.75mm至大约2mm，更优选地从大约1mm至大约1.75mm，甚至更优选地从大约1.25mm至大约1.5mm的长度。在一些实施例中，第一弯曲段32112具有约1.4mm的长度。
在一些实施例中，第一弯曲段32112具有范围从大约1.5mm至大约3.5mm，优选地从大约1.75mm至大约3.0mm，更优选地从大约2.0mm至大约2.6mm，甚至更优选地从大约2.2mm至大约2.4mm的曲率半径。在一些实施例中，第一弯曲段32112具有约2.3mm的曲率半径。
在一些实施例中，第二直段32113具有范围从大约0.5mm至大约3mm，优选地从大约0.75mm至大约2mm，更优选地从大约1mm至大约1.75mm，甚至更优选地从大约1.25mm至大约1.5mm的长度。在一些实施例中，第二直段32113具有约1.4mm的长度。
在一些实施例中，主轴MA的每一侧上的两个对称的第二直线段32113以范围从大约45°至大约90°，优选地从大约50°至大约85°，更优选地从大约60°至大约80°，甚至更优选地从大约65°至大约75°的张角ε朝着主轴MA会聚。在一些实施例中，角度ε具有约45°、约50°、约55°、约60°、约65°、约70°、约75°、约80°、约85°、约90°的值。在一些实施例中，张角ε具有约70°的值。
在一些实施例中，第二弯曲段32114具有范围从大约1.5mm至大约3.5mm，优选地从大约1.75mm至大约3.0mm，更优选地从大约2.0mm至大约2.6mm，甚至更优选地从大约2.1mm至大约2.3mm的长度。在一些实施例中，第二弯曲段32114具有约2.21mm的长度。
在一些实施例中，第二弯曲段32114具有范围从大约1.5mm至大约3.5mm，优选地从大约1.75mm至大约3.0mm，更优选地从大约2.0mm至大约2.6mm，甚至更优选地从大约2.2mm至大约2.4mm的曲率半径。在一些实施例中，第二弯曲段32114具有约2.3mm的曲率半径。
在一些实施例中，第三直段32115具有范围从大约0.25mm至大约2.5mm，优选地从大约0.5mm至大约2mm，更优选地从大约0.75mm至大约2.5mm，甚至更优选地从大约1mm至大约1.25mm的长度。在一些实施例中，第三直段32115具有约1.1mm的长度。
在一些实施例中，第三弯曲段32116具有范围从大约0.25mm至大约2.5mm，优选地从大约0.5mm至大约2mm，更优选地从大约0.75mm至大约2.5mm，甚至更优选地从大约1mm至大约1.25mm的长度。在一些实施例中，第三弯曲段32116具有约1.12mm的长度。
在一些实施例中，第三弯曲段32116具有范围从大约1.5mm至大约3.5mm，优选地从大约1.75mm至大约3.0mm，更优选地从大约2.0mm至大约2.6mm，甚至更优选地从大约2.2mm至大约2.4mm的曲率半径。在一些实施例中，第三弯曲段32116具有约2.3mm的曲率半径。
在一些实施例中，第四直段32117具有范围从大约1mm至大约5mm，优选地从大约2mm至大约4mm，更优选地从大约2.5mm至大约3.5mm，甚至更优选地从大约2.75mm至大约3.25mm的长度。在一些实施例中，第四直段32117具有约3.1mm的长度。
在一些实施例中，主轴MA的每一侧上的两个第四直线段32117以范围从大约20°至大约90°，优选地从大约30°至大约80°、更优选地从大约40°至大约70°，甚至更优选地从大约50°至大约60°的角度λ朝着主轴MA会聚。在一些实施例中，角度λ具有约20°、约25°、约30°、约35°、约40°、约45°、约50°、约55°、约60°、约65°、约70°、约75°、约80°、约85°、约90°的值。在一些实施例中，角度λ具有约56°的值。
在一些实施例中，第四弯曲段32118具有范围从大约1mm至大约3mm，优选地从大约1.25mm至大约2.5mm，更优选地从大约1.5mm至大约2.25mm，甚至更优选地从大约1.75mm至大约2mm的长度。在一些实施例中，第四弯曲段32118具有约1.95mm的长度。
在一些实施例中，第四弯曲段32118具有范围从大约1mm至大约2.5mm，优选地从大约1.25mm至大约2.25mm，更优选地从大约1.5mm至大约2.0mm，甚至更优选地从大约1.7mm至大约1.9mm的曲率半径。在一些实施例中，第四弯曲段32118具有约1.8mm的曲率半径。
在一些实施例中，第五直线段32119具有范围从大约0.05mm至大约1mm，优选地从大约0.1mm至大约0.75mm，更优选地从大约0.2mm至大约0.5mm，甚至更优选地从大约0.25mm至大约0.4mm的长度(从第四弯曲段32118到主轴MA)。在一些实施例中，第五直线段32119具有约0.3mm的长度(从第四弯曲段32118到主轴MA)。
在图8至图10中看到的结合特征的第三替代实施例中，加载孔320被配置为在加载孔320内限定的平面内(x和/或y)和z位置移动和/或捕获样品液滴313。
在该实施例中，如上所述，侧壁部分3211具有可变的平面内局部曲率并且底壁部分3212是不平坦的。
在图11所示的实施例中，加载孔中的入口通往液滴发生器340，液滴发生器340可操作地耦合到液滴室350和空气罐360。液滴室350包括室柱370。
液滴发生器340在图12所示的图11中的“E”指示的区域的放大图中进一步示出。它可以分为几个部分：接合垫341，其在纵向(在x轴上)分配通道342上打开，该分配通道342连接在纵向(在x轴上)倾斜区域344上打开的至少一个(或在一些实施例中为几个)横向(在y轴上)喷射器343。倾斜区域344与液滴室350直接连接。
在图13所示的实施例中，示出了接合垫341的特写视图。接合垫具有圆形形状，蚀刻在上板310的底侧上，并且例如在其中心接收入口330的输出，如图16所示。在图13所示的实施例中，蚀刻接合垫341被蚀刻以限定围绕入口330的输出的环，该环包括外边缘3411和内边缘3412，后者形成入口330的输出的轮廓。
在一些实施例中，接合垫341具有范围从大约0.5mm至大约2mm，优选地从大约0.75mm至大约1.5mm，更优选地从大约0.9mm至大约1.25mm的外径(在外边缘3411处，在x/y轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm的外径(在外边缘3411处，在x/y轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约1mm的外径(在外边缘3411处，在x/y轴上)。
在一些实施例中，接合垫341具有范围从大约0.1mm至大约1.5mm，优选地从大约0.25mm至大约1.25mm，更优选地从大约0.5mm至大约1mm的内径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm的内径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约0.8mm的内径(在内边缘3412处，在x/y轴上)。
在一些实施例中，接合垫341具有范围从大约0.01mm至大约0.175mm，优选地从大约0.025mm至大约0.15mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.125mm，甚至更优选地从大约0.075mm至大约0.1mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约0.01mm、约0.02mm、约0.03mm、约0.04mm、约0.05mm、约0.06mm、约0.07mm、约0.08mm、约0.09mm、约0.1mm、约0.11mm、约0.12mm、约0.13mm、约0.14mm、约0.15mm、约0.16mm、约0.17mm、约0.18mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，接合垫341具有约0.09mm的高度(在z轴上)。
在一些实施例中，接合垫341位于相对于分配通道342的x轴的中央。还包括接合垫341不位于分配通道342的x轴的中央的其他实施例。
在图14所示的实施例中，示出了连接横向(在y轴上)喷射器343的纵向(在x轴上)分配通道342的特写视图。
在一些实施例中，分配通道342具有范围从大约1mm至大约50mm，优选地从大约1mm至大约25mm，更优选地从大约1mm至大约10mm，甚至更优选地从大约2.5mm至大约5mm的长度(在x轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm或更大的长度(在x轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约4mm的长度(在x轴上)。
在一些实施例中，分配通道342具有范围从大约0.01mm至大约1mm，优选地从大约0.025mm至大约0.75mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.5mm，甚至更优选地从大约0.075mm至大约0.25mm的宽度(在y轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约0.01mm、约0.025mm、约0.05mm、约0.075mm、约0.1mm、约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1mm或更大的宽度(在y轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约0.125mm的宽度(在y轴上)。
在一些实施例中，分配通道342具有范围从大约0.01mm至大约0.175mm，优选地从大约0.025mm至大约0.15mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.125mm，甚至更优选地从大约0.075mm至大约0.1mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约0.01mm、约0.02mm、约0.03mm、约0.04mm、约0.05mm、约0.06mm、约0.07mm、约0.08mm、约0.09mm、约0.1mm、约0.11mm、约0.12mm、约0.13mm、约0.14mm、约0.15mm、约0.16mm、约0.17mm、约0.18mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，分配通道342具有约0.09mm的高度(在z轴上)。
在一些实施例中，液滴发生器340包括至少1个，优选地至少2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个喷射器343。在图7、图11和图12所示的实施例中，液滴发生器340包括6个喷射器343。
在一些实施例中，喷射器343具有范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.25mm至大约2.5mm，更优选地从大约0.5mm至大约1mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.8mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，喷射器343具有范围从大约0.01mm至大约0.5mm，优选地从大约0.02mm至大约0.25mm，更优选地从大约0.03mm至大约0.1mm，甚至更优选地从大约0.04mm至大约0.08mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.01mm、约0.02mm、约0.03mm、约0.04mm、约0.05mm、约0.06mm、约0.07mm、约0.08mm、约0.09mm、约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.075mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.045mm的宽度(在x轴上)。
在一些实施例中，喷射器343具有可变宽度(在x轴上)。如图14所示，喷射器343的宽度(在x轴上)可以从近端(在分配通道342的一侧)到远端(在倾斜区域344的一侧)逐渐减小。在一些实施例中，喷射器343在近端位置具有范围从大约0.03mm至大约0.3mm，优选地从大约0.04mm至大约0.2mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.1mm；在远端位置具有范围从大约0.01mm至大约0.2mm，优选地从大约0.02mm至大约0.1mm，更优选地从大约0.03mm至大约0.08mm的可变宽度(在x轴上)。在一些实施例中，喷射器343在近端位置具有约0.075mm的可变宽度(在x轴上)并且在远端位置具有约0.045mm的可变宽度。
在一些实施例中，喷射器343具有范围从大约0.005mm至大约0.05mm，优选地从大约0.01mm至大约0.03mm，更优选地从大约0.015mm至大约0.02mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.005mm、约0.0075mm、约0.01mm、约0.011mm、约0.012mm、约0.013mm、约0.014mm、约0.015mm、约0.016mm、约0.017mm、约0.018mm、约0.019mm、约0.02mm、约0.025mm、约0.03mm、约0.035mm、约0.04mm、约0.045mm、约0.05mm或更大的高度(在z轴上)。在一些实施例中，喷射器343具有约0.018mm的高度(在z轴上)。
在图15所示的实施例中，示出了加载孔320与入口330之间的操作耦合。图16是特写视图，示出将一方面的加载孔320可操作地耦合到另一方面的接合垫341的入口330。接合垫341进一步在纵向(在x轴上)分配通道342上打开。
在图17所示的实施例中，示出了位于加载孔320下方的液滴发生器340的位置及其与液滴室350的操作连接。图18是特写视图，示出了在喷射器343上打开的纵向(在x轴上)分配通道342。图19是特写视图，示出了喷射器343与液滴室350之间通过倾斜区域344的连接。
在一些实施例中，液滴发生器340位于加载孔320的底壁部分3212下方并且在底平面(x/y)内的投影中包括在所述底壁部分3212内。在一些实施例中，液滴发生器340位于加载孔320的底壁部分3212下方并且在底平面(x/y)内的投影中被加载孔320的侧壁部分3211包围。
在一些实施例中，液滴发生器340位于加载孔320的底壁部分3212下方并且在底平面(x/y)内的投影中不延伸超过加载孔320的侧壁部分3211。
在一些实施例中，倾斜区域344具有范围从大约1mm至大约50mm，优选地从大约1mm至大约25mm，更优选地从大约1mm至大约10mm，甚至更优选地从大约2mm至大约7.5mm，甚至更优选地从大约4mm至大约6mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344具有约5mm的宽度(在x轴上)。
倾斜区域344的宽度(在x轴上)取决于液滴发生器340中的喷射器343的数量。在一些实施例中，倾斜区域344至少占据操作地耦合所有的喷射器343(如果多于1个)所需的宽度(在x轴上)。因此，本公开包括每个喷射器343在单个倾斜区域344上打开的情况。然而，本公开还包括每个喷射器343在一个倾斜区域344上打开的情况，多个倾斜区域最终可操作地耦合到液滴室350。
在一些实施例中，倾斜区域344具有范围从大约0.1mm至大约3mm、优选地从大约0.1mm至大约2mm、从大约0.1mm至大约1mm、从大约0.2mm至大约0.75mm，更优选地从大约0.3mm至大约0.5mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm、约2.6mm、约2.7mm、约2.8mm、约2.9mm、约3mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344具有约0.4mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度(在z轴上)，即倾斜区域的上表面和下表面在至少一个方向上相对于彼此发散，例如在y轴上。
如图19所示，倾斜区域344的高度(在z轴上)可以从近端(在喷射器343的一侧)到远端(在液滴室350的一侧)逐渐增加。在一些实施例中，倾斜区域344在近端位置具有范围从大约0.005mm至大约0.05mm，优选地从大约0.01mm至大约0.03mm，更优选地从大约0.015mm至大约0.02mm；在远端位置具有从大约0.02mm至大约0.5mm，优选地从大约0.04mm至大约0.2mm，更优选地从大约0.06mm至大约0.15mm，甚至更优选地从大约0.08mm至大约0.1mm的可变高度(在z轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344在近端位置具有约0.018mm且在远端位置具有约0.09mm的可变高度(在z轴上)。
在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其在倾斜区域344的长度(在y轴上)上的倾斜度值范围从大约1％±5％至大约30％±5％，优选地从大约5％±2.5％至大约25％±2.5％，更优选地从大约10％±2％至大约20％±2％，甚至更优选地从大约14％±1％至大约18％±1％。在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其在倾斜区域344的长度(在y轴上)上的倾斜度值范围从从大约1％±0.25％至大约30％±0.25％，优选地从大约5％±0.25％至大约25％±0.25％，更优选地从大约10％±0.25％至大约20％±0.25％，甚至更优选地从大约14％±0.25％至大约18％±0.25％。在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其在倾斜区域344的长度(在y轴上)上的倾斜度值为约1％±0.5％、约2％±0.5％、约3％±0.5％、约4％±0.5％、约5％±0.5％、约6％±0.5％、约7％±0.5％、约8％±0.5％、约9％±0.5％、约10％±0.5％、约11％±0.5％、约12％±0.5％、约13％±0.5％、约14％±0.5％、约15％±0.5％、约16％±0.5％、约17％±0.5％、约18％±0.5％、约19％±0.5％、约20％±0.5％、约21％±0.5％、约22％±0.5％、约23％±0.5％、约24％±0.5％、约25％±0.5％、约26％±0.5％、约27％±0.5％、约28％±0.5％、约29％±0.5％、约30％±0.5％。在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其在倾斜区域344的长度(在y轴上)上的倾斜度值为约1％±0.25％、约2％±0.25％、约3％±0.25％、约4％±0.25％、约5％±0.25％、约6％±0.25％、约7％±0.25％、约8％±0.25％、约9％±0.25％、约10％±0.25％、约11％±0.25％、约12％±0.25％、约13％±0.25％、约14％±0.25％、约15％±0.25％、约16％±0.25％、约17％±0.25％、约18％±0.25％、约19％±0.25％、约20％±0.25％、约21％±0.25％、约22％±0.25％、约23％±0.25％、约24％±0.25％、约25％±0.25％、约26％±0.25％、约27％±0.25％、约28％±0.25％、约29％±0.25％、约30％±0.25％。在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其倾斜度值为约16％±0.5％。在一些实施例中，倾斜区域344具有可变高度，其倾斜度值为约16％±0.25％。
在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡是平滑的。
在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡包括阶梯。在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡包括至少2个，优选地至少3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个、20个、21个、22个、23个、24个、25个、26个、27个、28个、29个、30个或更多个阶梯。在图19所示的实施例中，倾斜区域344的斜坡包括16个阶梯。在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡的阶梯具有范围从大约0.001mm至大约0.1mm、优选地从大约0.005mm至大约0.075mm、更优选地从大约0.01mm至大约0.05mm，甚至更优选地从0.02mm至大约0.03mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡的阶梯具有约0.001mm、约0.005mm、约0.01mm、约0.02mm、约0.03mm、约0.04mm、约0.05mm、约0.06mm、约0.07mm、约0.08mm、约0.09mm、约0.1mm或更大的长度斜坡。在一些实施例中，倾斜区域344的斜坡的阶梯具有约0.025mm的长度(在y轴上)。
在专利申请US20130078164和US20180037934中公开了类似的液滴发生器，这些专利申请的全部内容在此纳入作为参考。本文公开的实施例，特别是液滴发生器340的各种元件的尺寸，不是限制性的，并且技术人员可以确定这些尺寸中的一些，特别是喷射器343的尺寸，可以被修改以获得更小或更大的液滴314。
如图11和图19所示，液滴发生器340通过倾斜区域344在液滴室350上打开，该液滴室350被配置为或适合于储存液滴314。在一些实施例中，液滴室350具有范围从大约1mm至大约100mm，优选地从大约2.5mm至大约75mm，更优选地从大约5mm至大约50mm，甚至更优选地从大约7.5mm至大约25mm，甚至更优选地从大约10mm至大约18mmmm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm、约15mm、约16mm、约17mm、约18mm、约19mm、约20mm、约21mm、约22mm、约23mm、约24mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm、约50mm、约60mm、约70mm、约80m、约90mm、约100mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约14.3mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，液滴室350具有范围从大约1mm至大约80mm，优选地从大约2mm至大约65mm，更优选地从大约3mm至大约50mm，甚至更优选地从大约4mm至大约40mm，甚至更优选地从大约5mm至大约25mm，甚至更优选地从大约6mm至大约15mm，甚至更优选地从大约7mm至大约10mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm、约15mm、约16mm、约17mm、约18mm、约19mm、约20mm、约21mm、约22mm、约23mm、约24mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm、约50mm、约60mm、约70mm、约80m或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约8.5mm的宽度(在x轴上)。
在图11所示的实施例中，液滴室350具有L形状。这种形状在图11所示的构造中是有用的，在液滴室的拐角处容纳与相邻液滴室相关联的空气罐360。然而，本公开包括具有任何合适形状的液滴室350，特别是在x轴和y轴上，具体取决于微流控芯片300上的可用表面和微流控芯片300上的微流控单元的数量。
在一些实施例中，液滴室350具有范围从大约0.01mm至大约0.175mm，优选地从大约0.025mm至大约0.15mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.125mm，甚至更优选地从大约0.075mm至大约0.1mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约0.01mm、约0.02mm、约0.03mm、约0.04mm、约0.05mm、约0.06mm、约0.07mm、约0.08mm约0.09mm、约0.1mm、约0.11mm、约0.12mm、约0.13mm、约0.14mm、约0.15mm、约0.16mm、约0.17mm、约0.18mm或更大的高度(在z轴上)。在一些实施例中，液滴室350具有约0.09mm的高度(在z轴上)。
在一些实施例中，液滴室350被配置为或适合于储存液滴群314。例如，范围从大约一千至大约五百万个液滴或更多的液滴群314可被储存在液滴室350中。储存在液滴室350中的液滴314的数量取决于液滴室350的尺寸以及液滴314的直径。在一些实施例中，范围从大约一万至大约两万五千个液滴314的液滴群314可以储存在液滴室350中，例如大约一万五千个或大约两万个液滴314。
在一些实施例中，液滴室350不是液滴通道，即液滴室350具有至少两个尺寸，具体为长度(在y轴上)和宽度(在x轴上)，这两个尺寸比液滴314的直径大至少两倍，例如两倍、三倍、四倍、五倍、十倍、五十倍、一百倍、五百倍、一千倍、五千倍甚至更多。
在图7和图11所示的实施例中，液滴室350可包括室柱370。
在一些实施例中，室柱370在平行于底平面(x/y)的横截面中不具有圆柱形形状。
在一些实施例中，室柱370在平行于底平面(x/y)的横截面中具有菱形(rhombus)形状。在一些实施例中，室柱370在平行于底平面(x/y)的横截面中具有菱形(lozenge)或菱形(diamond)形状。
如图23所示，菱形(lozenge)或菱形(diamond)可以由四个长度相同或相等的边s、长度为ldl的长对角线、长度为sdl的短对角线(后两者在它们的交点处形成直角)、两个相对的锐角ζ和两个相对的钝角η来定义，
其中并且
在一些实施例中，室柱370的边s的长度是液滴室350中液滴314的直径的整数倍，例如直径的约2倍，液滴室350中液滴314的直径的3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍或更多。
在一些实施例中，室柱370的长对角线(在y轴上)具有范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.5mm至大约4mm，更优选地从大约1mm至大约3mm，甚至更优选地从大约1.5mm至大约2mm的长度ldl。在一些实施例中，室柱370的长对角线(在y轴上)具有约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm、约2.6mm、约2.7mm、约2.8mm、约2.9mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约4.5mm、约5mm或更大的长度ldl。在一些实施例中，室柱370的长对角线(在y轴上)具有约1.8mm的长度ldl。
在一些实施例中，室柱370的锐角ζ的范围为大约10°至大约50°，优选地大约20°至大约40°，更优选地大约25°至大约35°。在一些实施例中，室柱370的锐角ζ的范围为大约40°至大约80°，优选地大约50°至大约70°，更优选地大约55°至大约65°。在一些实施例中，室柱370的锐角ζ为约10°、约15°、约20°、约25°、约30°、约35°、约40°、约45°、约50°、约55°、约60°、约65°、约70°、约75°、约80°、约85°或更大。在一些实施例中，室柱370的锐角ζ为约30°。在一些实施例中，室柱370的锐角ζ为约60°。
在一些实施例中，室柱370的至少一个，具体是至少两个、三个甚至四个顶点371是锐边的。
在一些实施例中，室柱370的至少一个，具体是至少两个、三个甚至四个顶点371是圆边的。例如，如在图23所示的实施例中，室柱370的四个顶点371可以是圆边的，每个顶点371具有范围从大约0.01mm至大约0.5mm，优选地从大约0.05mm至大约0.4mm，更优选地从大约0.1mm至大约0.3mm，甚至更优选地从大约0.15mm至大约0.2mm的曲率半径。在一些实施例中，室柱370的每个顶点371具有约0.01mm、约0.05mm、约0.1mm、约0.125mm、约0.15mm、约0.175mm、约0.2mm、约0.225mm、约0.25mm、约0.3mm、约0.35mm、约0.4mm、约0.45mm、约0.5mm或更大的曲率半径。在一些实施例中，室柱370的每个顶点371具有约0.175mm的曲率半径。
在一些实施例中，微流控芯片300的上板310形成支撑至少一个空气罐360的底座。在其操作模式中，微流控芯片300包括下板311(如图6所示)，使得空气罐360是一个封闭腔体364。
在图11所示的实施例中，空气罐360通过输出通道361可操作地耦合到液滴室350。
在替代实施例中，空气罐360可操作地耦合到液滴发生器340，具体是耦合到倾斜区域344，而不接触液滴室350。
在图20至图21所示的实施例中，空气罐360由壁363界定，壁363包括耦合到侧壁部分3631的底壁部分3632。
在一些实施例中，底壁部分3632根据基本上平行于底平面(x/y)的罐顶平面ttp整体延伸(另请参见图8)。
在一些实施例中，侧壁部分3631沿着根据相对于罐顶平面ttp的角度κ设置的罐横向方向tld(在z轴上)延伸，如图8以及图20至图21所示。在一些实施例中，角度κ具有范围从大约75°至大约120°，优选地从大约85°至大约110°，更优选地从大约90°至大约105°的值。在一些实施例中，角度κ具有约75°、约80°、约85°、约90°、约95、约100°、约105°或更大的值。在一些实施例中，角度κ具有约98°的值。
如图8的实施例所示，空气罐360的壁363和加载孔320的壁321可以共用一个共同的区段。具体地，空气罐360的侧壁部分3631和加载孔320的侧壁部分3211可以公用公共区段。
在一些实施例中，在垂直于底平面(x/y)的横截面图中，空气罐360具有截头等腰三角形的大体形状，该截头等腰三角形具有底362、由底壁部分3632形成的截顶和由横向壁部分3631形成的一对等边。
在一些实施例中，在垂直于底平面(x/y)的横截面图中，空气罐360具有截棱锥的大体形状(例如，具有方形底、矩形底、菱形(rhombus)底、菱形(lozenge)底、菱形(diamond)底、圆形底[即，截锥体]等的截棱锥)，该截棱锥具有底362、由底壁部分3632形成的截顶和由侧壁部分3631形成的四个边。
在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有范围从大约0.1mm至大约10mm，优选地从大约0.5mm至大约7.5mm，更优选地从大约1mm至大约5mm，甚至更优选地从大约3mm至大约4mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有约0.1mm、约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.25mm、约2.5mm、约2.75mm、约3mm、约3.25mm、约3.5mm、约3.75mm、约4mm、约4.25mm、约4.5mm，约4.75mm、约5mm、约5.5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有约3.7mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，空气罐360在截顶水平处具有范围从大约0.1mm至大约10mm，优选地从大约0.5mm至大约7.5mm，更优选地从大约1mm至大约5mm，甚至更优选地从大约1.5mm至大约2.5mm的长度(在y轴上)。在一些实施例中，空气罐360在截顶水平处具有约0.1mm、约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.25mm、约2.5mm、约2.75mm、约3mm、约3.25mm、约3.5mm、约3.75mm、约4mm、约4.25mm、约4.5mm，约4.75mm、约5mm、约5.5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm或更大的长度(在y轴上)。在一些实施例中，空气罐360在截顶水平处具有约2.1mm的长度(在y轴上)。
在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.5mm至大约4mm，更优选地从大约1mm至大约3mm，甚至更优选地从大约1.5mm至大约2.5mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有约0.1mm、约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.25mm、约2.5mm、约2.75mm、约3mm、约3.25mm、约3.5mm、约3.75mm、约4mm、约4.25mm、约4.5mm、约4.75mm、约5mm或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，空气罐360在底362水平处具有约2mm的宽度(在x轴上)。
在一些实施例中，空气罐360在截顶处具有范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.2mm至大约2.5mm，更优选地从大约0.3mm至大约1mm，甚至更优选地从大约0.4mm至大约0.75mm的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，空气罐360在截顶处具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约4.5mm、约5mm或更大的宽度(在x轴上)。在一些实施例中，空气罐360在截顶处具有约0.5mm的宽度(在x轴上)。
在一些实施例中，空气罐360具有范围从大约1mm至大约15mm，优选地从大约2mm至大约12mm，更优选地从大约3mm至大约10mm，甚至更优选地从大约4mm至大约8mm，甚至更优选地从大约5mm至大约7mm的从底362到截顶的深度(在z轴上)。在一些实施例中，空气罐360具有约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm、约15mm或更大的从底362到截顶的深度(在z轴上)。在一些实施例中，空气罐360具有约6.4mm的从底362到截顶的深度(在z轴上)。
在一些实施例中，底362冠以围绕底362延伸的凹槽3621。如图20至图21所示，凹槽3621限定内边缘3622和外边缘3623。
在一些实施例中，凹槽3621的具有范围从大约0.05mm至大约3mm，优选地从大约0.1mm至大约2mm，更优选地从大约0.25mm至大约1mm，甚至更优选地从大约0.25mm至大约0.75mm的宽度(从内边缘3622到外边缘3623)。在一些实施例中，凹槽3621具有约0.01mm、约0.05mm、约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.5mm、约3mm或更大的宽度(从内边缘3622到外边缘3623)。在一些实施例中，凹槽3621具有约0.5mm的宽度(从内边缘3622到外边缘3623)。
在一些实施例中，凹槽3621具有范围从大约0.01mm至大约0.5mm，优选地从大约0.05mm至大约0.4mm，更优选地从大约0.1mm至大约0.3mm，甚至更优选地从大约0.15mm至大约0.25mm的深度(在z轴上)。在一些实施例中，凹槽3621具有约0.01mm、约0.05mm、约0.1mm、约0.125mm、约0.15mm、约0.175mm、约0.2mm、约0.225mm、约0.25mm、约0.3mm、约0.35mm、约0.4mm、约0.45mm、约0.5mm或更大的深度(在z轴上)。在一些实施例中，凹槽3621具有约0.2mm的深度(在z轴上)。
在一些实施例中，空气罐360具有范围从大约5μL至大约60μL，优选地从大约10μL至大约50μL，更优选地从大约15μL至大约45μL，甚至更优选地从大约20μL至大约40μL，甚至更优选地从大约25μL至大约35μL的容积(包括凹槽3621)。在一些实施例中，空气罐360具有约5μL、约10μL、约15μL、约20μL、约25μL、约30μL、约35μL、约40μL、约45μL、约50μL、约55μL、约60μL或更大的容积(包括凹槽3621)。在一些实施例中，空气罐360具有约30μL的容积(包括凹槽3621)。
在一些实施例中，空气罐360的具有大于样品液滴313的体积的容积(包括凹槽3621)，例如大至少约1％，大至少约5％，大至少约10％，大至少约50％，大至少约100％，大至少约200％，大至少约300％，大至少约400％，大至少约500％或更多。
在一些实施例中，空气罐360具有大于储存在液滴室350中的液滴群31的体积的容积(包括凹槽3621)，例如大至少约1％，大至少约5％，大至少约10％，大至少约50％，大至少约100％，大至少约200％，大至少约300％，大至少约400％，大至少约500％，大至少约600％或更多。
在一些实施例中，输出通道361可以容纳在壁363的侧壁部分3631或底壁部分3632中，优选地在侧壁部分3631中。在一些实施例中，输出通道361容纳在侧壁部分3631的端部，朝向上板310的底部。在一些实施例中，输出通道361容纳在侧壁部分3631的端部，在凹槽3621中。
在一些实施例中，输出通道361具有范围从大约0.1mm至大约5mm，优选地从大约0.2mm至大约2.5mm，更优选地从大约0.3mm至大约1mm，甚至更优选地从大约0.4mm至大约0.75mm的长度(在x轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.7mm、约0.8mm、约0.9mm、约1mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约4.5mm、约5mm或更大的长度(在x轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.5mm的长度(在x轴上)。
在一些实施例中，输出通道361具有范围从大约0.01mm至大约1mm，优选地从大约0.025mm至大约0.75mm，更优选地从大约0.05mm至大约0.5mm，甚至更优选地从大约0.075mm至大约0.25mm的宽度(在y轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.01mm、约0.05mm、约0.075mm、约0.8mm、约0.9mm、约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.75mm、约1mm或更大的宽度(在y轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.12mm的宽度(在y轴上)。
在一些实施例中，输出通道361具有范围从大约0.005mm至大约0.2mm，优选地从大约0.01mm至大约0.1mm，更优选地从大约0.01mm至大约0.05mm，甚至更优选地从大约0.01mm至大约0.03mm，甚至更优选地从大约0.015mm至大约0.025mm的高度(在z轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.005mm、约0.0075mm、约0.01mm、约0.011mm、约0.012mm、约0.013mm、约0.014mm、约0.015mm、约0.016mm、约0.017mm、约0.018mm、约0.019mm、约0.02mm、约0.025mm、约0.03mm、约0.035mm、约0.04mm、约0.045mm、约0.05mm或更大的高度(在z轴上)。在一些实施例中，输出通道361具有约0.02mm的高度(在z轴上)。
在一些实施例中，输出通道361的宽度(在y轴上)和/或高度(在z轴上)小于液滴314的直径。在一些实施例中，输出通道361具有至少大于液滴314的直径约一倍，优选地至少大于液滴314的直径约两倍、约三倍、约四倍、约五倍、约十倍、约十五倍、约二十倍或更多的宽度(在y轴上)，即在平行于连续相312流动方向的平面中。在一些实施例中，输出通道361具有至少小于液滴314的直径约一倍，优选至少小于液滴314的直径约0.75倍、约0.5倍、约0.25倍、约0.1倍、约0.01倍或更少的高度(在z轴上)，即在垂直于连续相312流动方向的平面中。
在一些实施例中，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离至多为液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的约50％，优选地至多约40％、约35％、约30％、约25％、约20％、约15％、约10％或更少。在一些实施例中，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离至多为液滴室350的底平面(x/y)中最小尺寸的约50％，优选地至多约40％、约35％、约30％、约25％、约20％、约15％、约10％或更少。在一些实施例中，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离为零，即输出通道361与入口微通道345直接邻接。实际上，输出通道361与入口微通道345之间的短距离避免了油流扰乱已经储存在液滴室350中的液滴。
在一些实施例中，输出通道361与液滴发生器340之间的最小距离至多为液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的约50％，优选地至多约40％、约35％、约30％、约25％、约20％、约15％、约10％或更少。在一些实施例中，输出通道361与液滴发生器340之间的最小距离至多为液滴室350的底平面(x/y)中最小尺寸的约50％，优选地至多约40％、约35％、约30％、约25％、约20％、约15％、约10％或更少。在一些实施例中，输出通道361与液滴发生器340之间的最小距离为零，即输出通道361与液滴发生器340直接邻接。
在一些实施例中，在一个输出通道361、一个液滴发生器340与液滴室350的一个角(优选地为液滴室350的相对于输出通道361最近的角)之间的底平面(x/y)中的最小表面覆盖液滴室350表面的至多约50％，优选地至多约液滴室350表面的40％、约35％、约30％、约25％、约20％、约15％、约10％、约5％或更少。
在一些实施例中，输出通道361与液滴发生器340之间的直线将液滴室350分成两个不相等的表面。在该实施例中，两个不等面的最小面积与最大面积之比至多为1:2，优选地至多为1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:15、1:20、1:25、1:50、1:100或更少。
示例性操作
本节描述了上文公开的构件、装置和系统的示例性操作。
图24至图32示意性地表示在图8至图10中看到的加载孔320的示例性操作。
根据上文描述的实施例的加载孔320能够减小待加载到微流控芯片300中的样品滴的死体积。通常，在双相微流控芯片中，连续相312首先加载并至少部分地填充微流控网络(例如，在存在空气罐360的情况下，微流控芯片300仅部分地填充有连续相312并且空气罐360整体填充有空气)，然后在连续相/空气界面处，将一滴分散相(通常为样品313)放置在加载孔320中。需要将样品313移动到加载孔320内的限定位置并将其捕获在所述限定位置处，以将样品可再现地加载到微流控网络中，同时在加载时减小样品的死体积。在一些实施例中，所述限定位置在至少一个轴线上紧邻入口330。在另一实施例中，所述限定位置在至少两个轴线上紧邻入口330。在又一实施例中，所述限定位置在三个轴线上紧邻入口330。
“紧邻”是指距离不超过样品液滴直径约1倍，优选地不超过样品液滴直径约0.9、约0.8、约0.7、约0.6、约0.5、约0.4、约0.3、约0.2、约0.1倍。
在图8至图10所示的实施例中，加载孔320因此旨在将样品液滴313捕获到限定位置和/或将样品液滴313移动到所述加载孔320内的限定位置，紧邻入口330，不考虑样品液滴313沉积在加载孔320内的位置。
图24至图26示意性地表示加载孔320的第一操作的不同连续步骤，加载孔320被配置为将样品液滴313移动和/或捕获到加载孔320内限定的平面内(x和/或y)位置。
如图24所示，放置在填充有连续相312的加载孔320中的样品液滴313接触底壁部分3212，同时使连续相/空气界面变形。这种变形增加了连续相/空气接触面积，形成弯液面。由于表面张力，系统最终朝着减小所述连续相/空气接触面积的方向发展。
这种现象将样品液滴313移动并捕获到加载孔320的较深位置d，如图25所示。
在一些实施例中，加载孔320的较深位置d处的加载孔320中连续相312的高度小于约样品液滴313的直径，优选地小于约样品液滴313的直径的0.9、约0.8、约0.7、约0.6、约0.5、约0.4、约0.3、约0.2、约0.1倍。
在一些实施例中，入口330垂直地(在z轴上)紧邻加载孔320的较深位置d，如图26所示。
图27至图32示意性地表示加载孔320的另一示例性操作的不同步骤，加载孔320被配置为将样品液滴313移动和/或捕获到加载孔320内限定的平面内(x和/或y)位置。
如图27所示，放置在填充有连续相312的加载孔320中的样品液滴313漂浮在所述连续相上，从而使连续相/空气界面变形。这种变形增加了连续相/空气接触面积，形成弯液面。由于表面张力，系统最终朝着减小所述连续相/空气接触面积的方向发展。
这种现象将样品液滴313移动到加载孔320的侧壁部分3211，如图28所示。
在此处，样品液滴313沿着侧壁部分3211朝着侧壁部分3211的较低平面内曲率迁移(如果侧壁部分3211的局部曲率值大于样品液滴313直径的1/2，即样品液滴313的半径)或朝着侧壁部分3211的较高平面内曲率迁移(如果侧壁部分3211的局部曲率值小于样品液滴313直径的1/2，即样品液滴313的半径)，如图29所示(见示出样品液滴迁移的粗黑色箭头)。换言之，样品液滴313沿侧壁部分3211在局部曲率值更符合样品液滴313(即，局部曲率值更接近半径)的方向上迁移。
位置X处的“局部曲率”(Cp(X))是指(a)长度等于样品液滴313的直径，并且(b)以位置X为中心的侧壁部分3211的一部分上的侧壁部分3211的平均曲率值。沿侧壁部分3211的曲率Cp的变化由其导数给出。
样品液滴313停止并保持被捕获在这样的位置：在该位置，侧壁部分3211局部曲率半径等于样品液滴313的直径的一半(即半径)或相对于每侧上的局部曲率最接近它；或者侧壁部分3211曲率具有极值，如图30所示。
换言之，当与侧壁部分3211接触时，样品液滴313与侧壁部分3211之间的弯液面表面取决于样品液滴313的曲率与样品液滴313的位置X处的侧壁部分3211的平均局部曲率Cp之间的差值δ。为了最小化系统的总表面能，样品液滴313沿侧壁部分3211朝着曲率差δ＝Cp–Cd较小的位置移动。样品液滴313最终在时停止。具体地，如果则液滴稳定地被捕获在侧壁部分3211的该位置处，即，在导致液滴远离该位置的扰动之后，液滴自发地返回到该位置。
在一些实施例中，入口330横向地(在x轴和/或y轴上)紧邻侧壁部分3211最佳曲率位置，如图31所示。
在一些实施例中，入口330垂直地(在z轴上)紧邻侧壁部分3211的最佳曲率位置，如图32所示。
图33至图36示意性地表示根据本公开的不同实施例的室柱370的各种示例性操作。
室柱370能够使液滴室350的高度保持恒定(在z轴上，即在由上板310和下板311限定的相对表面之间)，和/或增加填充有液滴群314的液滴室350的每表面上的液滴314的浓度。典型地，大液滴室在微流控芯片的操作过程中会塌陷或膨胀，例如因为它们的壁上具有压力差和/或存在温度变化等。因此，有规律地放置多个小室柱，以使室高度(在z轴上)保持恒定。这限制了每表面积上的液滴314的数量(即，液滴室350的每表面上的液滴314的浓度)，并因此限制了操作的总吞吐量。
此外，室柱会干扰液滴室内的液滴314晶格。事实上，目前使用的室柱是圆柱形的(即具有平行于底平面(x/y)的圆形或椭圆形截面)。然而，液滴314自发地聚集成六边形紧密堆积的晶格，如图33所示。然而，在室柱附近，晶格中的默认值可以形成和传播，从而在晶格中留下空白空间，这限制了每表面积上的液滴314的数量，并因此限制了操作的总吞吐量。液滴晶格中的这种默认值在图34A-C中被很好地观察到，其中可以看到围绕室柱(在照的中心)布置的浅灰色液滴314。液滴314之间的黑色区域表示晶格默认值。图34A-B示出了包括圆形截面室柱的液滴室350中的液滴314晶格。图34C示出了包括椭圆截面室柱的液滴室350中的液滴314晶格。
给定表面的液滴室350中的液滴314的数量可以定义如下：
其中：
表面是以mm2为单位的液滴室350的表面，并且
D是以mm为单位的液滴314的平均直径。
液滴室350中每表面单位(mm2)的液滴314的浓度可定义如下：
其中：
D是以mm为单位的液滴314的平均直径。
液滴314的表面浓度，即每表面单位的液滴314的数量可以定义如下：
其中：
D是以mm为单位的液滴314的平均直径。
上文给出的公式定义了液滴室中液滴的“最佳可达到浓度”，即液滴晶格中完全没有任何默认形成。然而，在液滴室中可能需要使用室柱。但是这些室柱被描述为液滴晶格的破坏性手段，对液滴浓度有负面影响。
在一些实施例中，储存在液滴室350中的液滴群314是单分散的。换言之，储存在液滴室350中的液滴群314中的每个液滴314具有相同的直径和/或体积，这些直径和/或体积的误差幅度小于约20％、优选地小于约15％、约10％、约5％或更少。在一些实施例中，误差幅度为约10％。
在一些实施例中，储存在液滴室350中的液滴群314被布置成二维(2D)液滴晶格，具体是在底平面(x/y)中(换言之，布置成2D液滴层)。在一些实施例中，储存在液滴室350中的液滴群314布置成3维(3D)液滴晶格。
在一些实施例中，储存在液滴室350中并且在底平面(x/y)中布置成二维(2D)液滴晶格的液滴群314(包括平均直径为约75μm和/或平均体积为约220pL的液滴)具有如上文所定义的约148个液滴/mm2的最佳可达到浓度。
在图7和图11所示的实施例中，室柱370的目的是使液滴室350的高度(在z轴上)保持恒定(即，在由上板310和下板311限定的相对表面之间)；同时增加液滴室350的每表面上的液滴314的浓度。可以通过精简、减少或以其他方式消除液滴晶格中的默认形成来实现此目的。
如图35至图36所示，室柱370的菱形形状(在沿底平面(x/y)的横截面中)适合液滴314晶格的自然图案。具体地，图36是示出包括菱形截面室柱370的液滴室350中的液滴314的布置的照片。因此，室柱370允许避免晶格中的默认形成，特别是在室柱370附近并且增加液滴室350的每表面上的液滴314的浓度。
在一些实施例中，与在沿底平面(x/y)的横截面中具有圆形的室柱相比，使用室柱370的液滴室的每表面上的液滴浓度增加至少约0.5％，优选地增加至少约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％或更多。
图37至图40示意性地表示根据本公开的位于加载孔320的底壁部分3212下方并且包括在所述底壁部分3212内的液滴发生器340的示例性操作。
微流控芯片可包括精密微流控通道和加载孔。微流控通道和加载孔在底平面(x/y)内的投影中很好地分开。由于纵横比的差异，此约束有助于避免精密微流控通道的任何变形或翘曲。这导致微流控芯片具有又窄又高的加载孔，这些加载孔与精密微流控通道分开，因此只为液滴室留下有限的空间。例如，具有加载孔的高侧壁部分的微流控芯片的喷射成型部分在侧壁部分的底部呈现凹痕，如图37所示(用粗黑色箭头表示)，因为在成型过程中，部件具有不同的收缩率。因此，如果将精密微流控通道(例如液滴发生器)放置在紧密邻近侧壁部分的位置，或者更一般地说，紧密邻近加载孔，则所述精密微流控通道将在成型过程中变形或以其他方式翘曲，其功能将受到影响。
因此，将容纳入口330的加载孔靠近敏感的微流控区域放置是具有挑战性的，并且限制了包括大液滴室的微流控芯片的设计，如图38所示(加载孔320的侧壁部分下方的凹痕区域由双头箭头指示；包括敏感的微流控通道的微流控通道的有用区域指示为“微流控区域”)。
本公开提供了对这个问题的解决方案，该解决方案包括使用宽加载孔320。精密微流控通道(例如液滴发生器340)可以在底平面(x/y)内的投影中放置在加载孔320下方，并且加载孔320的侧壁部分3211被放置得更远，例如放置在不受制造期间(例如，液滴室350)的潜在形状变化影响的微流控网络的顶部。
图39示出了本文提供的解决方案的示例性实施例(加载孔侧壁部分下方的凹痕区域由双头箭头指示；包括敏感的微流控通道的微流控通道的有用区域指示为“微流控区域”)。如该图所示，精密微流控通道(例如，液滴发生器340)可以在底平面(x/y)内的投影中紧邻加载孔320的底壁部分3212下方的入口330放置。因此，与当前的微流控芯片设计相比，增加了微流控区域的空间占用以及液滴室350的空间占用。
图40进一步示出了微流控芯片300的该示例性实施例，并且以透明的方式示出了放置在上板310的顶部部分(黑色)(包括加载孔320)的元件和放置在上板310的底部部分(灰色)(包括液滴发生器340和液滴室350)的元件的空间组织。
图41至图52示意性地表示根据本公开的空气罐360的示例性操作。
通常，微流控芯片包括微流控网络，该微流控网络与用于加载样品的上游入口微通道，以及用于在微流控网络中的液滴产生和储存过程中释放微流控芯片中溢出的连续相的下游输出通道直接连接。
然而，这种微流控设计存在几个问题，特别是对于使液滴和液滴周围的连续相保持在适当的位置，而不考虑微流控网络中的任何进一步流动的情况。例如，在使用压力和空气弹簧来驱动液滴产生的微流控芯片中就是这种情况(例如国际专利申请WO2016170126中公开的微流控芯片)。在此类系统中，压力释放(例如在液滴产生之后)会产生连续相回流，这可能会破坏液滴群。
本文提供的解决方案允许连续相从至少一个入口微通道流到至少一个输出通道，同时使所述连续相中的液滴群处于静止状态，即不破坏液滴群的完整性。
“不破坏液滴群的完整性”是指液滴在微流控网络中保持处于其相对位置，特别是液滴群在微流控网络中保持其空间组织(例如，作为在液滴晶格中组织的2维液滴层)。
现有解决方案的另一问题(其中液滴加载或产生意味着在局部静态连续相中推动样品)是为了稳定液滴群，导致表面活性剂和/或包含在靠近输入通道或液滴发生器的连续相中的其他成分逐渐贫乏或消耗。
“局部静态连续相”是指连续相不紧邻微流控芯片的微流控通道中的输入通道或液滴发生器沿着液滴流动方向流动。或者，是指连续相不紧邻输入通道或液滴发生器更新。
本文提供的解决方案允许在所述局部静态连续相中的整个液滴加载或产生过程中均质化局部静态连续相及其在表面活性剂和/或其他成分中的浓度。
图41至图44示出了微流控芯片的第一示例性架构和操作，该微流控芯片包括可操作地耦合到液滴室350的入口微通道345。入口微通道345进一步可操作地耦合到输出通道361，该输出通道从近端到远端由毛细管阱3611和出口3612构成。在一些实施例中，出口3612是死端，例如空气罐360。
“毛细管阱”是指以宽度(在y轴上)和/或高度(在z轴上)表征的输出通道361的至少一部分或全部小于液滴314的直径。
在图41至图44的实施例中，输出通道361和入口微通道345可操作地耦合，因此，输出通道361与入口微通道345之间的距离为零。输出通道361与入口微通道345之间的该距离是最小距离，因为只有一个入口微通道345以及只有一个输出通道361可操作地耦合到液滴室350。因此，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。“液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸”是指矩形液滴室350的最长尺寸，即沿y轴的一边。
如图42所示，在液滴室加载液滴群期间(在这种情况下，加载产生于微流控芯片外部并在所述微流控芯片中加载以储存在液滴室中且可选地进一步处理的液滴群或乳液)，液滴从入口微通道345流向液滴室350(流3141)。当通过输出通道361时，由于毛细管阱3611的高度小于液滴314的直径，液滴不会朝着出口流出。接着，当液滴室350填充有液滴314时，连续相312朝着输出通道361流动(流3121)。
如图43所示，有利地，液滴室350的高度(在z轴上)大于液滴314的平均直径(但小于液滴314的平均直径的两倍，前提是打算使用2D液滴层)以促进流3121循环通过液滴314。
如图44所示，在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从输出通道361流回到入口微通道345，或者反向流动(流3122)而不接触，因此不会破坏液滴室350中的液滴群314和连续相312。
图45A-B示出了微流控芯片的替代示例性架构和操作，该微流控芯片包括可操作地耦合到液滴室350的入口微通道345。在该替代架构中，从近端到远端由毛细管阱3611和出口3612构成的输出通道361可操作地耦合到液滴室350，优选地靠近与液滴室350接合的入口微通道345。在一些实施例中，出口3612是死端，例如空气罐360。如前所述。如所描述的，由于毛细管阱3611的高度小于液滴314的直径，液滴314的流3141不进入输出通道361。接着，当液滴室350填充有液滴314时，连续相312朝着输出通道361流动(流3121)(图45A)。在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从输出通道361流回到入口微通道345，或者反向流动(流3122)而不接触(或至少具有最小接触)，并且因此不破坏(或至少具有最小破坏)液滴室350中的液滴群314和连续相312(图45B)。
图46A-B示出了微流控芯片的替代示例性架构和操作。在该替代架构中，入口微通道345包括或对应于在液滴室350上打开的液滴发生器340或由该液滴发生器340构成。在该替代架构中，从近端到远端由毛细管阱3611和出口3612构成的输出通道361可操作地耦合到液滴室350，优选地靠近与液滴室350接合的液滴发生器340。在一些实施例中，出口3612是死端，例如空气罐360。在该替代实施例中，样品通过入口微通道345喷射(流3142)。当样品通过液滴发生器340时产生液滴群314，液滴群314最终储存在液滴室350中(流3141)。如前所述，由于毛细管阱3611的高度小于液滴314的直径，所产生的液滴314的流3141不进入输出通道361。接着，当液滴室350填充有液滴群314时，连续相312朝着输出通道361流动(流3121)(图46A)。在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从输出通道361流回到入口微通道345，或者反向流动(流3122)而不接触(或至少具有最小接触)，并且因此不破坏(或至少具有最小破坏)液滴室350中的液滴群314和连续相312(图46B)。
在图45至图46的实施例中，输出通道361和入口微通道345可操作地耦合到液滴室350并且彼此靠近。输出通道361与入口微通道345之间的距离因此不是零，但小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。输出通道361与入口微通道345之间的该距离是最小距离，因为只有一个入口微通道345以及只有一个输出通道361可操作地耦合到液滴室350。因此，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。“液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸”是指矩形液滴室350的最长尺寸，即沿y轴的一边。
图47示出了微流控芯片的替代示例性架构和操作。在该替代架构中，若干入口微通道345包括或对应于在单个液滴室350上一起打开的液滴发生器340或由这些液滴发生器340构成。在该替代架构中，从近端到远端由毛细管阱3611和出口3612构成的输出通道361可操作地耦合到液滴室350，优选地靠近与液滴室350接合的液滴发生器340。在一些实施例中，出口3612是死端，例如空气罐360。在该替代实施例中，样品通过入口微通道345喷射(流3142)。当样品通过液滴发生器340时产生液滴群314，液滴群314最终储存在液滴室350中(流3141)。如前所述，由于毛细管阱3611的高度小于液滴314的直径，所产生的液滴314的流3141不进入输出通道361。接着，当液滴室350填充有液滴群314时，连续相312朝着输出通道361流动(流3121)(图47A)。在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从输出通道361流回到最近的入口微通道345，或者反向流动(流3122)而不接触(或至少具有最小接触)，并且因此不破坏(或至少具有最小破坏)液滴室350中的液滴群314和连续相312(图47B)。
在图47的实施例中，输出通道361和若干入口微通道345可操作地耦合到液滴室350。在该实施例中，输出通道361与五个入口微通道345之间存在五个距离。最小距离对应于输出通道361与最近的入口微通道345之间的距离。输出通道361与最近的入口微通道345之间的距离不是零，但小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。因此，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。“液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸”是指矩形液滴室350的最长尺寸，即沿y轴的一边。图48示出了微流控芯片的替代示例性架构和操作。在该替代架构中，若干入口微通道345包括或对应于在单个液滴室350上一起打开的液滴发生器340或由这些液滴发生器340构成。在该替代架构中，从近端到远端由毛细管阱3611和出口3612构成的两个输出通道361可操作地耦合到液滴室350，优选地靠近与液滴室350接合的液滴发生器340。在一些实施例中，出口3612中的一个或全部两个是死端，例如空气罐360。在该替代实施例中，样品通过入口微通道345喷射(流3142)。当样品通过液滴发生器340时产生液滴群314，液滴群314最终储存在液滴室350中(流3141)。如前所述，由于毛细管阱3611的高度小于液滴314的直径，所产生的液滴314的流3141不进入任一输出通道361。接着，当液滴室350填充有液滴群314时，连续相312朝着全部两个输出通道361流动(流3121)(图48A)。在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从全部两个输出通道361流回到最近的入口微通道345，或者反向流动(流3122)而不接触(或至少具有最小接触)，并且因此不破坏(或至少具有最小破坏)液滴室350中的液滴群314和连续相312(图48B)。
在图48的实施例中，若干输出通道361和若干入口微通道345可操作地耦合到液滴室350。在该实施例中，两个输出通道361与五个入口微通道345之间存在五个距离。两个输出通道361是对称的，两个输出通道361与若干入口微通道345之间的距离是对称的。最小距离对应于一个输出通道361与最近的入口微通道345之间的距离。输出通道361与最近的入口微通道345之间的距离不是零，但小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。
因此，输出通道361与入口微通道345之间的最小距离小于液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸的50％。“液滴室350的底平面(x/y)中最大尺寸”是指矩形液滴室350的最长尺寸，即沿y轴的一边。
图49至图52示出了微流控单元301的示例性设计，该微流控单元适于或被配置为允许(1)连续相从入口微通道流到输出通道，同时使所述连续相中的液滴群保持处于静止状态，以及(2)在所述局部静态连续相中的整个液滴加载或产生过程中均质化局部静态连续相及其在表面活性剂和/或其他成分中的浓度。
图49是这种微流控单元301设计的透视图，其该微流控单元包括入口330，该入口可操作地耦合到在液滴室350上打开的液滴发生器340。该示例性芯片包括通过输出通道361可操作地耦合到液滴发生器340的两个空气罐360。
图50是图19所示的微流控单元301设计的平面图。从图50可以看出，液滴发生器340包括九个喷射器343和单个倾斜区域344，该倾斜区域344占据了可操作地耦合所有喷射器343所需的宽度。另请注意，输出通道361可操作地耦合空气罐360与倾斜区域344。
图51A-B示出了图49至图50的微流控单元301的示例性操作。图52A-B示出了图11的微流控单元301的替代示例性操作。
从入口330流出的样品通过入口微通道345喷射(流3142)。当样品通过液滴发生器340时产生液滴群314，液滴群314最终储存在液滴室350中。如前所述，由于毛细管阱的高度小于液滴314的直径，所产生的液滴314的流3141不进入任一输出通道361。接着，当液滴室350填充有液滴群314时，连续相312朝着全部两个输出通道361流动(流3121)，如图51A和图52A所示。
在液滴室350加载液滴群314之后，连续相312可以从全部两个输出通道361流回到最近的入口微通道345(流3122)而不接触(或至少具有最小接触)，并且因此不破坏(或至少具有最小破坏)液滴室350中的液滴群314和连续相312，如图51B和图52B所示。
当前涉及液滴储存室的微流控技术利用一个或多个圆形室柱，需要这些室柱来避免储存室的塌陷和/或膨胀并使用所述室的下侧和上侧之间的高度保持恒定。然而，现有的解决方案倾向于通过使用多个室柱来最小化室内的液滴/表面比，同时在液滴晶格中引入缺陷，进一步减小液滴/表面比。
可以通过一个或多个编号段落以替代方式描述本公开：
[1]一种根据底平面(x/y)延伸的液滴室(350)，
其中所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，
并且其中所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状。
[2]根据编号段落[1]所述的液滴室(350)，其中所述菱形(rhombus)形状是菱形(lozenge)或菱形(diamond)。
[3]根据编号段落[1]或[2]所述的液滴室(350)，其中所述室柱(370)具有范围从大约20°至大约90°的锐角ζ。
[4]根据编号段落[1]至[3]中任一项所述的液滴室(350)，其中所述室柱(370)的顶点(371)是圆边的。
[5]根据编号段落[4]所述的液滴室(350)，其中所述室柱(370)的所述顶点(371)具有范围从大约0.01mm至大约0.5mm的曲率半径。
[6]一种微流控芯片(300)，包括至少一个液滴室(350)，
其中所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，并且
其中所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状。
[7]根据编号段落[6]所述的微流控芯片(300)，还包括连续相(312)，优选地，其中所述连续相(312)部分或完全地填充所述微流控芯片(300)的微流控网络，更优选地，其中所述微流控芯片(300)的所述微流控网络包括至少一个液滴发生器(340)和所述液滴室(350)。
[8]根据编号段落[6]或[7]所述的微流控芯片(300)，还包括液滴群(314)，优选地，其中所述液滴群(314)储存在所述液滴室(350)中。
[9]一种系统，包括至少一个液滴室(350)，用于增加所述至少一个液滴室(350)中的液滴/表面比，
其中所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，
其中所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状，并且
其中所述系统被配置为防止所述液滴(314)晶格中的组织缺陷。
[10]一种增加微流控芯片(300)的液滴室(350)中的液滴/表面比的方法，所述方法包括：
-提供根据编号段落[6]至[8]中任一项所述的微流控芯片(300)，
-在所述液滴室(350)中储存液滴群(314)，
从而防止所述液滴(314)晶格中的组织缺陷。
参考标号
Claims (13)
1.一种液滴室(350)，其根据底平面(x/y)延伸，其中，所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，并且其中，所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状。
2.根据权利要求1所述的液滴室(350)，其中，所述菱形形状是菱形的形状。
3.根据权利要求1所述的液滴室(350)，其中，所述室柱(370)具有范围从20°到90°的锐角ζ。
4.根据权利要求1所述的液滴室(350)，其中，所述室柱(370)的顶点(371)是圆边的。
5.根据权利要求4所述的液滴室(350)，其中，所述室柱(370)的顶点(371)具有范围从0.01mm到0.5mm的曲率半径。
6.一种微流控芯片(300)，其包括至少一个液滴室(350)，其中，所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，并且其中，所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片(300)，还包括连续相(312)。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片(300)，其中，所述连续相(312)部分或完全填充所述微流控芯片(300)的微流控网络。
9.根据权利要求8所述的微流控芯片(300)，其中，所述微流体芯片的微流体网络(300)包括至少一个液滴发生器(340)和所述液滴室(350)。
10.根据权利要求6所述的微流控芯片(300)，还包括液滴群(314)。
11.根据权利要求10所述的微流控芯片(300)，其中，所述液滴群(314)储存在所述液滴室(350)中。
12.一种系统，包括至少一个液滴室(350)，用于增加所述至少一个液滴室(350)中的液滴/表面比，其中，所述液滴室(350)包括垂直于所述底平面(x/y)延伸的室柱(370)，其中所述室柱(370)在平行于所述底平面(x/y)的横截面中具有菱形形状，并且其中，所述系统被配置为防止所述液滴(314)晶格中的组织缺陷。
13.一种增加微流控芯片(300)的液滴室(350)中的液滴/表面比的方法，所述方法包括：
-提供根据权利要求6所述的微流控芯片(300)，
-在所述液滴室(350)中储存液滴群(314)，
从而防止所述液滴(314)晶格中的组织缺陷。
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