KR20200020890A - 액적 분배 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전체적으로 액적을 분배하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 하나 이상의 실체를 포함하는 피코리터 체적 액적을 분배하기 위한 것이다. 여기에서 개시된 마이크로유체 액적 분배 시스템은: 분배를 위하여 액적을 운반하는 액적 공급 라인; 액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인; 상기 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하도록 제 1 입구를 가지고, 상기 분배 라인으로부터 유동을 수용하도록 제 2 입구를 가지고, 상기 액적 유출 라인으로의 출구를 가지는, 제 1 접합부; 상기 제 1 접합부와 상기 액적 출구 사이의 상기 액적 출구 라인에 결합된 폐기 라인; 액적을 상기 액적 출구로부터 분출하도록 상기 분배 라인으로 가압된 분배 유체를 제공하는 제 1 압력 소스; 상기 액적 출구로부터의 액적의 분출을 제어하는 상기 제 1 압력 소스와 상기 분배 라인 사이의 액적 분배 밸브;를 포함하고, 시스템은:액적 보호 라인으로 가압된 분배 유체를 제공하는 제 2 압력 소스; 상기 액적 공급 라인으로부터의 제 1 입구를 가지고, 상기 액적 보호 라인으로부터의 제 2 입구를 가지고, 출구를 가지는 제 2 접합부 및, 상기 제 2 접합부로부터 상기 제 1 접합부로의 체적 유동을 제한하도록 상기 제 1 접합부의 제1 입구와 상기 제 2 접합부의 출구 사이에 결합된 체적 유동 쓰로틀;을 더 포함한다.
Description
본 발명은 전체적으로 액적을 분배하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 하나 이상의 실체(entities)를 포함하는 피코액적(picodroplet)을 분배하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
여기에서 설명된 액적 분배 기술은, 일반적으로 계면활성제로 안정화된, 오일에 있는 물의 마이크로액적(microdroplet)을 전형적으로 포함하는, 에멀젼(emulsion)에 관한 것이다. 하나 이상의 생세포(living cell), 또는 입자들과 같은 하나 이상의 생물학적 실체는 각각의 액적으로 포함될 수 있고 다음에 예를 들어 생물학적 분석을 수행하도록 액적내에서 실험이 수행된다. 마이크로볼륨(microvolume) 액적(microdroplets)은 잠재적으로 1 초 마다 수천이 넘는 비율로 발생될 수 있고 처리될 수 있다.
통상적으로 오일 조성물은 불소 및/또는 미네랄 오일을 포함하며, 바람직스럽게는, 계면 활성제를 포함하고, 예를 들어 대략 0.5 내지 5 % vol/vol을 포함한다. 불소 오일의 이용은 불소 오일(fluorous oil)이 산소를 마이크로액적으로 수송하는데 좋기 때문에 마이크로액적이 살아있는 실체를 포함할 때 특히 유리하다. 계면활성제는 폴리머 또는 작은 분자일 수 있다; 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 KrytoxTM같은 퍼플루오로에테르의 블록 코폴리머로(block copolymer)부터 도출된 계면활성제가 사용될 수 있다. 마이크로액적내의 물질 또는 분석물은 예를 들어, 세포, DNA, 단백질, 펩타이드, 비드, 입자, 액정, 미셀(micelles), 매크로몰레큘(macromolecules), 효소 분석을 위한 물질, 세포기관(organelles), 예를 들어 마마리안 세포(mammalian cell), 이스트 세포(yeast cell), 조류 셀(algal cell) 또는 박테리아, 바이러스, 프리온(prion) 등을 포함할 수 있다. 전형적으로 피코리터 체적 액적(picolitre volume droplet; picodroplet)은 액적이 클지라도(또는 작을지라도) 1 내지 120 마이크로미터 범위인 직경을 가져서, 나노리터(nanolitres) 내지 펨토리터(femtolitres) 범위일 수 있는 체적을 제공한다.
본 발명의 발명자들은 그러한 액적을 처리하고 분배하는 현재의 기술에서 일부 문제점을 식별하였다. 특히 분배와 관련된 마이크로유체 장치내의 압력 변동은 장치내에서 액적을 파괴할 수 있다. 더욱이 분배 과정은 때때로 액적 또는 액적의 부분들이 의도되지 않은 마이크로유체 채널(라인)로 이동하게 할 수 있다.
다른 배경 기술은 특허 출원 공보 US2014/162262, GB2495182A, US2015/125947, US2009/320930, US2008/261295, 및 US2016/136643에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 마이크로유체 액적 분배 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
제 1 양상에서 본 발명은 마이크로유체 액적 분배 시스템을 제공하며, 상기 시스템은: 분배를 위하여 액적을 운반하는 액적 공급 라인(droplet feed); 액적의 분배를 위한 유체를 운반하는 분배 라인(dispensing line); 액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인; 상기 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 1 입구를 가지는 제 1 접합부로서, 상기 분배 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 2 입구 및, 상기 액적 유출 라인으로의 출구를 가지는, 제 1 접합부; 상기 제 1 접합부와 상기 액적의 출구 사이의 상기 액적 출구 라인에 결합된 폐기 라인(waste line); 상기 액적 출구로부터 액적을 분출시키도록 가압된 분배 유체를 상기 분배 라인에 제공하는 제 1 압력 소스(first pressure source); 상기 액적 출구로부터의 액적 분출을 제어하도록 상기 제 1 압력 소스와 상기 분배 라인 사이에 있는 액적 분배 밸브;를 포함하는 마이크로유체 액적 분배 시스템(microfluidic droplet dispensing system)이며, 상기 마이크로유체 액적 분배 시스템은: 가압된 분배 유체를 액적 보호 라인으로 제공하는 제 2 압력 소스; 상기 액적 공급 라인으로부터 제 1 입구를 가진 제 2 접합부로서, 상기 액적 보호 라인으로부터의 제 2 입구를 가지고, 출구를 가지는, 제 2 접합부; 및, 상기 제 2 접합부로부터 상기 제 1 접합부로의 체적 유동을 제한하도록 상기 제 2 접합부의 출구와 상기 제 1 접합부의 제 1 입구 사이에 결합된 체적 유동 쓰로틀;을 더 포함한다.
따라서 하나의 양상에서 폴리머 기판 또는 다른 기판상에 복수개의 채널 또는 라인들을 통상적으로 포함하지만 필수적으로 포함하지는 않는, 마이크로유체 액적 분배 시스템을 설명한다. 상기 시스템은 하나 이상의 밸브, 펌프 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있지만, 이것은 기판상에/기판내에 또는 기판과 분리되어 있을 수 있다. 폴리머 기판 및 선택적으로 추가적인 구성 요소들중 하나 이상은 일회용/소모성 카트리지의 형태일 수 있다.
일 실시예에서 액적 분배 시스템은 분배를 위하여 액적을 운반하는 액적 공급 라인을 포함하며, 이것은 전형적으로 이전에 설명된 일반적인 유형의 단일 또는 2 중 에멀젼으로서, 담체 오일(carrier oil)에 있는 수성 액적(aqueous droplet)을 포함한다. 분배 라인은 전형적으로 담체 오일인, 액적을 분배하기 위한 분배 유체를 운반하도록 제공된다. 액적 유출 라인은 액적 유출부 또는 노즐에 결합된다. 그러한 노즐은 액적을 붕괴시키고/그것을 에멀젼으로부터 분리시키는 메커니즘을 포함할 수 있으며, 예를 들어 메쉬, 전극 또는 탈유화제를 위한 라인을 포함할 수 있다.
제 1 접합부는 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 1 입구, 분배 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 2 입구를 가지고, 액적 유출 라인으로의 출구를 가진다. 폐기 라인(waste line)은 제 1 접합부와 액적 출구 사이에서 액적 출구 라인에 결합된다. 예를 들어 진공 펌프인, 흡입부가 전형적으로 적용되는 폐기 라인은 소망되지 않는 물질을 흡입하여 폐기하도록 기능할 수 있다.
제 1 압력 소스는 가압된 분배 유체를 분배 라인으로 제공하여 상기 액적 출구로부터 액적을 분출할 수 있고, 액적 분배 밸브는 제 1 압력 소스와 분배 라인 사이에 위치되어 상기 액적 출구로부터의 액적 분출을 제어한다. 액적 분배 밸브는 액적을 분배하도록 짧게 개방된다 (예를 들어 이것은 100:1 정도의 마크:스페이스 비율(mark:space ratio)로 작동될 수 있다).
제 2 압력 소스는 가압된 분배 유체를 액적 보호 라인으로 제공할 수 있다. 액적 보호 라인은 가압된 분배 유체를 제 2 접합부의 하나의 입구로 제공하며, 이것은 액적 공급 라인으로부터의 다른 입구를 가진다. 체적 유동 쓰로틀은 제 2 접합부의 출구와 제 1 접합부의 제 1 입구 사이에 결합되어 제 2 접합부로부터 제 1 접합부로의 체적을 제한한다. 반드시 그러한 것은 아니지만, 바람직한 실시예들에서, 제 2 압력 소스는 연속적인 압력을 제공한다; 대안으로서 그것은 분배 밸브와 동기화될 수 있다. 제 2 압력 소스는 제 1 압력 소스와 상이한 압력 소스일 수 있지만, 편리하게는 동일한 압력 소스가 양쪽을 위해서 채용된다.
넓은 의미에서 시스템의 실시예들은 (분배 압력이 가해지는 곳인) 분배 접합부의 상류측에 있는 접합부에서 유체부를 가압하여, 상류측 유체부를 보호한다. 가압은 실질적으로 연속적일 수 있다. 과잉의 담체 유체(주로 오일)가 액적 유출부를 빠져나가는 결과를 가져오게 되는, 분배 접합부로의 체적 유동을 감소시키도록, 제 1 접합부와 제 2 접합부 사이에 쓰로틀이 적용된다. 바람직스럽게는 액적 유출 라인에 있는 체적 유동이 소망스럽지 않는 물질을 폐기부로 운반하는 폐기 라인의 용량보다 크지 않도록 유동이 쓰로틀링(throttling) 된다. 추가적으로 또는 대안으로서 체적 유동은 분배 이전에 액적을 느리게 하도록 (더욱) 쓰로틀링될 수 있어서, 예를 들어 플로레스센트 측정(florescent measurement)과 같은 액적 분석 및/또는 이미징(imaging)을 보조한다. 또한 추가적으로 또는 대안으로서, 체적 유동은 분배 사이클 마다 사용된 시약의 양을 제한하도록 쓰로틀링될 수 있다. 압력 소스가 (시린지 펌프와는 다르게) 일정한 체적 유동을 반드시 제공하지 않는 것을 당업자는 이해할 것이다.
관련된 양상에서 본 발명은 마이크로 액적의 분배 방법을 제공하며, 상기 방법은: 액적 공급 라인에서 분배되는 액적을 수용하는 단계; 액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인으로 분배되도록 상기 액적을 제공하는 단계; 상기 액적 유출 라인으로부터의 폐기 유동을 허용하는 단계; 상기 액적 유출 라인으로 증가된 압력을 선택적으로 가함으로써 상기 액적 출구로부터의 액적의 분출을 제어하는 단계; 및, 상기 증가된 압력이 가해진 위치의 상류측에서 상기 액적 공급 라인의 영역을 가압함으로써 상기 선택적으로 가해진 증가된 압력으로부터 상기 액적 공급 라인에 있는 액적을 보호하는 단계;를 포함한다.
이러한 일반적인 유형의 분배 시스템에서 발생될 수 있는 다른 문제는 분배되도록 의도된 액적 또는 그것의 일부가 폐기 라인으로 대신 이동할 수 있다는 점이다.
본 발명의 다른 양상에서, 마이크로유체 액적 분배 시스템이 제공되며, 상기 시스템은: 분배를 위한 액적을 운반하는 액적 공급 라인; 액적을 분배하기 위한 분배 유체를 운반하는 분배 라인; 액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인; 상기 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 1 입구를 가지는 제 1 접합부로서, 상기 분배 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 2 입구를 가지고 상기 액적 유출 라인으로의 출구를 가지는, 제 1 접합부; 상기 제 1 접합부와 상기 액적 유출부 사이의 폐기 라인 접합부에서 상기 액적 출구 라인에 결합된 폐기 라인; 상기 액적 출구로부터 액적을 분출하도록 상기 분배 라인으로 가압된 분배 유체를 제공하는 제 1 압력 소스; 상기 액적 출구로부터의 액적의 분출을 제어하도록 상기 제 1 압력 소스와 상기 분배 라인 사이에 있는 액적 분배 밸브;를 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템으로서, 상기 시스템은 분배 밸브의 개방과 동기화되어 폐기 라인으로 유체를 주입하도록, 폐기 라인에 결합된 인젝션 라인(injection line)을 더 포함한다.
바람직스럽게는 방법은 증가된 압력이 가해지는 지점의 하류측에 액적 공급 라인 안에서/액적 공급 라인을 통하여 체적 유동을 제한하는 단계를 포함한다.
실시예들에서, 바람직스럽게는 폐기 라인 접합부에 인접하여, 폐기 라인으로 담체 유체를 주입함으로써, 분배용으로 의도된 액적들이 보호될 수 있다. 실시예들에서 주입 라인은 분배 밸브와 동기화되어 증가된 압력을 제공하는 압력 소스에 결합된다. 이것은 액적 분배 밸브와 동기화되어 작동되는 인젝션 밸브에 결합된 동일한 압력 소스 또는 제 2 압력 소스를 이용하여 달성될 수 있어서, 액적 분배 밸브와 동기화되어 인젝션 라인에 압력을 제공한다. 추가적으로 또는 대안으로서, 인젝션 라인은 분배 라인(즉, 제 1 접합부의 상류측)에 결합될 수 있어서, 분배 밸브로부터의 유동의 일부에 의해 가압되고 그것을 수용한다. 다음에 액적들이 노말(normal)의 유동 방향에 대하여 유출 라인으로 다시 강제되지 않을 정도로 인젝션 라인은 라인을 통한 유량을 쓰로틀링(throttling)하도록; 그리고 선택적으로 액적 유출부를 나가는 과잉의 오일을 제한하도록 구성될 수 있다. 그러나 압력/유동은 분배를 위하여 의도된 액적(또는 그것의 일부)이 폐기부로 이동하는 것을 실질적으로 방지하기에 충분하여야 한다.
당업자는 액적 분배 시스템의 바람직한 실시예들이 상기 설명된 기술들(상류측 가압 및 폐기 라인 인젝션)을 단일의 시스템에 조합할 수 있음을 이해할 것이다.
다른 양상에서 본 발명은 유체의 액적을 분배하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은: 액적 공급 라인으로부터 액적 유출 라인내의 액적을 수용하는 단계; 가압된 분배 유체를 상기 액적 유출 라인으로 제공함으로써 액적 유출부를 통해 상기 액적 유출 라인으로부터 액적을 분출하는 단계; 가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공되지 않을 때 액적 유출 라인으로부터 폐기 라인내의 액적을 수용하는 단계; 및, 액적 유출 라인의 상류측에 가압된 분배 유체를 제공함으로써 상기 액적 유출 라인의 상류측의 액적을 보호하는 단계;를 포함한다.
바람직스럽게는 방법은 액적 유출 라인과 같거나 그보다 큰 압력에서 액적 유출 라인의 상류측의 압력을 유지하는 단계를 포함한다.
액적 유출 라인의 상류측에 가해진 가압된 분배 유체는 액적 유출 라인에 가해진 가압된 분배 유체와 같은 소스로부터 올 수 있다.
상기 방법은 또한 액적 유출 라인의 상류측에서 체적 유동 쓰로틀을 이용하여 액적 유출 라인으로 진입하는 유체의 유량을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 유체의 액적을 분배하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은: 액적 공급 라인으로부터 액적 유출 라인내 액적을 수용하는 단계; 가압된 분배 유체를 상기 액적 유출 라인으로 제공함으로써 액적 유출부를 통하여 상기 액적 유출 라인으로부터 액적을 분출하는 단계; 가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공되지 않을 때 폐기 라인내의 액적을 수용하는 단계; 및, 가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공될 때 유체를 폐기 라인으로 주입하는 단계;를 포함한다.
폐기 라인으로 주입된 유체는 액적 유출 라인으로 가해진 가압된 분배 유체와 같은 소스로부터일 수 있다.
상기 설명된 시스템 및 방법들에서 라인(채널)들중 하나 이상은 불소 첨가 내측 벽(fluorinated internal wall)을 가질 수 있다. 이것은 액적의 안정성, 보호 및 움직임을 용이하게 한다. 상기 설명된 시스템 및 방법에서 분배 유체는 하나 이상의 불소 첨가 계면 활성제(fluorinated surfactants)를 포함하는 오일 담체(oil carrier)를 포함할 수 있으며, 이것은 마찬가지로 액적의 움직임을 안정화시키고, 보호하며, 용이하게 한다.
넓은 의미에서 현탁된 상태의 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하기 위한 마이크로유체 구조가 설명될 것이며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 에워싸인 유체 또는 입자들의 일부가 선택되고 분배 노즐을 통해 분배되며 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
현탁된 상태의 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하기 위한 마이크로유체 구조가 설명될 것이며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 물리적인 검출 방법, 물리화학적인 검출 방법(physicochemical detection method) 또는 생물학적 검출 방법을 이용하여 식별된 부분들이 선택되고 분배 노즐을 통해 분배되고 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
검출 방법은 물리화학적 검출 방법(예를 들어, 광학적, 전기화학적, 열량 측정, 열적(thermal), 질량-감지(mass-sensitive), 음향학적, 자기적, 나노와이어 감지(nanowire sensing) 또는 기계적 검출 방법) 및/또는 생물학적 검출 방법과 이들의 조합을 포함할 수 있다.
현탁된 상태의 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하기 위한 마이크로유체 구조가 설명될 것이며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 폐기 채널, 압력 평형 사이드 채널(pressure balancing side channel), 압력 레지스터(pressure resistor) 및, 물리적 검출 방법을 이용하여 식별된 부분들이 선택되어 제어된 방식으로 지향됨으로써 향상되고 보다 정확한 분배 또는 폐기 제거가 제공되는 검출 채널을 포함한다.
압력 평형 사이드 채널은 유체 및 압력 네트워크의 수동적 제어(passive control)를 제공할 수 있다.
대안으로서, 압력 평형 사이드 채널은 마이크로유체 구조안에 포함되거나 또는 외부에 포함된 연결 밸브를 조정함으로써 유체 및 압력 네트워크의 능동 제어(active control)를 제공할 수 있다.
마이크로유체 구조의 압력 조절 네트워크는 마이크로유체 구조의 물리적인 치수, 디자인 및 형상에 의해 제어될 수 있다.
분배 노즐은 정해진 형상일 수 있다. 바람직스럽게는, 노즐은 재료의 최소 손실이 이루어지는 정확하고 제어된 분배를 허용하는 정해진 형상을 가질 수 있다.
선택적으로, 노즐 및 마이크로유체 구조는 동일한 몰드(mold)로부터 동시에 일체화된 포맷(integrated format)으로 제조될 수 있다.
또한 대형 공동 안에 위치된 분배 유출부를 포함할 수 있는 마이크로유체 구조가 설명된다. 이것은 샘플의 측방향 움직임을 방지함으로써 샘플의 위킹(wicking) 및 손실을 감소시킬 수 있고 따라서 분배를 향상시킬 수 있다.
마이크로유체 구조의 일부는 표면 에너지 개선 코팅(surface energy modifying coating)으로 코팅될 수 있다.
마이크로유체 구조의 제조를 위하여 사용되는 재료는 반강체(semi-rigid) 또는 단단한 고체(rigid-solid)일 수 있다.
마이크로유체 구조는 에멀젼을 사용할 수 있다. 에멀젼은 다양한 유체 또는 입자를 구획화(compartmentalise) 하는데 사용될 수 있어서 분석, 선택 및 분배를 용이하게 한다. 선택적으로, 에멀젼은 계면 활성제 및/또는 화학적 또는 물리적 수단에 의하여 안정화될 수 있거나 또는 비-안정화될 수 있다.
넓은 의미에서 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하기 위한 마이크로유체 구조를 사용하는 방법이 개시되며, 상기 구조는:적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 에워싸인 유체 또는 입자들의 부분들이 선택되어 분배 노즐을 통해 분배되고 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
또한 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하는 마이크로유체 구조를 사용하는 방법이 개시되며, 상기 구조는:적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 물리적 방법, 물리화학적 방법 및/또는 생물학적 검출 방법들을 이용하여 식별된 부분들이 선택되고 분배 노즐을 통하여 분배되고 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
추가적으로, 분배 유출부를 포함할 수 있는 마이크로유체 구조를 사용하는 방법이 개시되며, 분배 유출부는 대형 공동 안에 위치되며, 이것은 샘플의 측방향 움직임을 방지함으로써 샘플의 위킹(sample wicking) 및 손실을 감소시킬 수 있고 따라서 분배를 향상시킬 수 있다.
넓은 의미에서 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하는 마이크로유체 구조를 이용하는 시스템이 설명되는데, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 에워싸인 유체 또는 입자의 부분들이 선택되고 분배 노즐을 통하여 분배되며 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
또한 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하는 마이크로유체 구조를 사용하는 시스템이 개시되며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 물리적 검출 방법, 물리화학적 검출 방법 및/또는 생물학적 검출 방법을 이용하여 식별된 부분들이 선택되고 분배 노즐을 통하여 분배되며 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
추가적으로 분배 유출부를 포함할 수 있는 마이크로유체 구조를 사용하는 시스템이 개시되며, 분배 유출부는 대형 공동 안에 위치되며, 이것은 샘플의 측방향 움직임을 방지함으로써 샘플의 위킹(sample wicking) 및 손실을 감소시킬 수 있고 따라서 분배를 향상시킬 수 있다.
또한 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하는 마이크로유체 구조를 사용하는 시스템이 개시되며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 에워싸인 유체 또는 입자들이 선택되고 분배 노즐을 통하여 분배되며 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다.
또한 현탁 상태로 입자 또는 유체의 정해진 체적을 분배하는 마이크로유체 구조를 사용하는 시스템이 개시되며, 상기 구조는: 적어도 2 개의 샘플 유입 유동, 샘플 분배 노즐, 물리적 검출 방법을 이용하여 식별된 부분들이 선택되고 분배 노즐을 통하여 수용 영역(receptacle area) 또는 목표 영역(target area)으로 분배되며 다른 부분들은 분리된 폐기 채널로 보내지는 검출 채널을 포함한다
또한 분배 유출부를 포함할 수 있는 마이크로유체 구조를 사용하는 시스템이 개시되며, 분배 유출부는 대형 공동 안에 위치되며, 이것은 샘플의 측방향 움직임을 방지함으로써 샘플의 위킹(sample wicking) 및 손실을 감소시키고 따라서 수용기 또는 목표 영역으로의 분배를 향상시킨다.
본 명세서에서 유체는 기체, 액체, 에멀젼, 현탁물, 콜로이드, 젤 및 에어로졸을 포함할 수 있지만, 그것에 한정되지 않는다.
입자들은 비드(bead), 분말, 크리스탈, 퀀텀 도트(quantum dot), 셀(cell) 및 침전물(precipitate)을 포함할 수 있지만 그것에 한정되지 않는다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명으로부터 완전하게 이해될 것이며, 그러나 본 발명이 특정의 실시예들에 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하며 상기 실시예는 단지 설명 및 이해만을 위하여 제시된다.
도 1 은 예시적인 2 중 T 접합 액적 분배 유닛의 개략적인 도면을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라서, 보호된 상류측 유체 및 지연 라인을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 분배 밸브와 동기화된 밸브를 사용하는 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중의 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 분배 밸브를 이용하는 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중의 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 1 은 예시적인 2 중 T 접합 액적 분배 유닛의 개략적인 도면을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라서, 보호된 상류측 유체 및 지연 라인을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 분배 밸브와 동기화된 밸브를 사용하는 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중의 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 분배 밸브를 이용하는 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중의 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 1 을 참조하면, 도면은 2 개의 T 접합부(junction)를 가진 액적 분배 유닛의 예를 개략적으로 도시한다.
분배 유닛(10)은 피코액적(picodroplet; 1nl 보다 적은 체적을 가진 액적)을 제공하는 제 1 입구 채널(15)을 가진다. 분배 유닛(10)은 폐기물로 유동하는 제 1 출구 채널(40) 및, 제 2 출구 채널(30)을 가지며, 상기 제 2 출구 채널은 저장부에 수집되는 선택된 액적을 분출시키기 위한 분배 유닛(10)의 유출부를 제공한다. 액적은 노즐(35)을 통하여 분출된다. 제 2 입구 채널(20)은 분배 밸브(25)에 결합되어, 이러한 예에서는 압축 공기를 받아들인다. 이러한 방식으로 압력 펄스는 제 2 출구 채널(30)에서 유동하는 에멀젼(emulsion)에 적용될 수 있어서, 다수 공간 저장부(multi-well reservoir)의 공간(well)에 수집되도록 선택된, 목표 액적을 포함하는 에멀젼의 슬러그(slug)를 분출한다. 전형적으로 압력 펄스는 담체 유체(carrier fluid)에 의해 가해지며, 보다 상세하게는 오일에 의해 가해지지만, 기체(공기)도 채용될 수 있다. 동일한 것이 이후에 설명될 시스템에 가해진다. 분배에 적절한 액적이 검출될 때 분배 밸브(25)가 작동한다. 입구 채널과 출구 채널 사이에는 공유된 채널 부분(50)이 있다.
위에서 설명된 2중 T 접합부 분배 기술은 분배 밸브(25)의 개방 및 폐쇄에 의해 야기되는 압력 변동을 참작하지 않는다. 이러한 압력 변동은 상류 유동의 특성에 영향을 미치지 않는 것으로 가정될 수 있다. 그러나 실제의 실험에서 이러한 압력 변동은 피코액적 간격(picodroplet spacing)에 붕괴를 야기할 수 있고 고유량의 역류를 일으킬 수 있는 것으로 보인다. 이것은 피코액적의 잠재적인 시어링(sheering) 및 파괴를 일으킬 수 있다. 더욱이, 분배 밸브(25)가 작동할 때, 분배를 위해 선택된 피코액적이 대신에 진공 폐기 라인(40)으로 이동할 현저한 개연성이 있다.
도 1 에 도시된 유형의 분배기(10)는 마이크로유체 채널(microfluidic channel)을 유지하는 기판 또는 평탄 플레이트의 형태를 가질 수 있다; 이것은 하나 이상의 유지 영역, 밸브 및 유사체를 포함할 수도 있다. 이것은 바람직스럽게는 광학적으로 투명하고, 플라스틱 재료들의 범위로부터 제조될 수 있는데, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS) 또는 사이클릭 올레핀 폴리머 또는 코폴리머(COP 또는 COC)로부터 제조될 수 있다. 기판은 다음에 액적 처리 시스템/기구에서 적절한 각도 또는 수직으로 장착될 수 있는데, 분배 출구 채널(30)은 다수 공간 또는 마이크로타이터 플레이트(microtitre plate)를 향하여 아래로 지향된다. 다음에 기구는 출구 채널(30)을 선택된 공간으로 지향시키도록 카트리지 및/또는 플레이트를 움직일 수 있다.
적절한 마이크로액적 처리 시스템/기구는 출원인의 특허 국제 공개 WO2016/193758 에 설명되어 있으며, 본원에 참고로 포함된다; 그러한 기구는 (일회용의) 마이크로유체 카트리지를 포함할 수 있다. 기구는 일반적으로 성장 매체(growth media)를 구비한, 수성 매체(aqueous medium)를 유지하는 하나 이상의 저장부들을 가질 수 있고, 그 내부에 마마리안 셀(mammalian cell), 박테리아 또는 유사체와 같은 생물학적 실체가 처리를 위하여 유지된다. 하나 이상의 저장부들의 세트는 용리제(eluent)를 제공할 수 있으며, 이것은 목표 액적들의 추출 및 분출을 위하여/추출 및 분출에서 사용된 오일이다. 선택적으로 카트리지/기판의 분배 부분은 하나 이상의 액적 감지 영역을 가질 수 있으며, 이것은 액적이 유동에 존재할 때를 식별하도록 사용되고 에멀젼의 슬러그를 분출하기 위하여 액적 분출의 타이밍을 제어하도록 사용된다. 예를 들어 광학적 액적 검출 영역은 제 1 T 접합부의 하류측에 제공될 수 있으며, 보다 상세하게는 분배기의 제 1 T 접합부와 제 2 T 접합부 사이에 제공될 수 있다.
그러한 기구의 예는 매우 큰 집단으로부터 관심 사항인 생물학적 실체를 포함하는 매우 적은, 극단적으로 희소한 액적을 식별하도록 사용될 수 있다. 기판 탑재 액적 분류기(on-substrate droplet sorter)는 액적 분배기보다 1 또는 2 의 차수 크기로 빠르게 작동될 수 있다-예를 들어 분배기는 1-10Hz 로 작동될 수 있는 반면에, 분류기는 100 -1,000 Hz 로 작동될 수 있다. 따라서 하나 이상의 에멀젼 유동 버퍼 영역(emulsion flow buffer regions)들이 기판의 분배 영역과 분류 영역 사이에 제공될 수 있어서, 액적 분배기로의 에멀젼 유량을 제어한다. 실시예들에서 그러한 버퍼 영역은 챔버 또는 마이크로유체 채널의 길이를 포함할 수 있으며, 상기 챔버에서 액적들은 축적될 수 있는 반면에 과잉의 오일은 폐기부로 배출되거나 또는 사이펀(siphon)으로 제거된다. 액적들의 특성은 버퍼 영역 안에서 또는 그로부터 액적의 배출 이후에 (순차적으로) 예를 들어 광학적으로 측정될 수 있어서, 액적들이 공간(well)/저장부에 분배될 때 특정 공간/저장부내의 액적(들)의 특성들이 알려진다. 이러한 방식으로 소망의/목표 특성을 가진 액적 내용물(예를 들어, 세포, 단백질, 항체, 시약 또는 피분석물)은 액적 분배 이후에 회수될 수 있다.
분배기의 출구 채널은 액적 또는 액적의 내용물이 에멀젼으로부터 유리(liberation) 되는 것을 증진하는 메커니즘을 포함할 수 있다.
에멀젼의 분출된 슬러그는 (채널 폭 및 밸브 개방 시간에 부분적으로 의존하여) 50-300 nl 또는 50-2000 nl의 체적을 가질 수 있는 반면에, 액적은 50 pl 또는 그보다 큰 정도의 체적을 가질 수 있다. 에멀젼의 슬러그가 분출될 때, 액적으로부터의 물 및, 그것의 내용물은 오일의 표면상에서의 부양(floating)을 끝낼 수 있다. 따라서 액적 분출 메커니즘은 에멀젼으로부터의 액적을 추출하고 그리고/또는 액적을 파괴하는 시스템을 포함할 수 있다. 이것은 분배기 유출 채널의 노즐을 형상화함으로써, 예를 들어 협소화시킴으로써, 그리고/또는 출구 채널을 가로질러 메쉬(mesh)를 제공함으로써 기계적으로 달성될 수 있고; 그리고/또는 예를 들어 분배기 출구 채널의 출구에 인접하여 한쌍의 전극을 제공하고 에멀젼/액적을 부수는 전기장을 발생시키도록 상기 출구에 걸쳐 전압을 인기할 수 있게 함으로써 전기적으로 달성될 수 있고; 그리고/또는 예를 들어 퍼플루오로옥탄올(perfluorooctanol)과 같은 유제 파괴제(de-emulsification agent)의 흐름을 분배기 출구 채널로 추가함으로써 화학적 메커니즘이 채용될 수 있다.
일부 바람직한 실시예들에서, 마이크로유체 기판은, 특히 그것의 카트리지 실시예에서, 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 소망스런 특성을 가진 액적을 식별 및/또는 추적하는 센서들을 포함할 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서 액적 추출 메커니즘은 액적을 분배기 출구 채널로 지향시키도록 에멀젼 유동에 압력을 증가시키는 메커니즘을 포함한다. 일부 실시예들에서 이것은 (T 접합부 형태로) 메인 채널(main channel) 및 사이드 채널(side channel)을 가지도록 분배기 출구를 구성하고 다음에 유출을 위하여 사이드 채널로 액적을 구동하도록 압력 펄스를 적용함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서 그러한 구성은 사이드 채널을 가진 에멀젼 유동의 길이를 따라서, 핀치 밸브와 같은 한쌍의 밸브를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 밸브들은 폐쇄될 수 있어서 유동을 격리시키고 다음에 에멀젼의 격리된 슬러그에 가해진 압력을 격리시킴으로써, 액적을 포함하는 에멀젼을 분배기 출구 채널로 구동한다. 다른 접근 방식에서 에멀젼의 슬러그는 제 1 채널/유동으로부터 제 2 채널로 전달될 수 있는데, 제 2 채널에서는 압력 펄스가 가해질 수 있어서 슬러그 및 그것의 관련된 액적을 분출시킨다. 당업자는 다른 구성들이 가능하다는 점을 인식할 것이다. 적절한 압력 펄스는 기계적으로 제공될 수 있으며, 예를 들어 압전 트랜스듀서를 이용하여 제공될 수 있다. 대안으로서 압력 펄스는 전기적으로 발생될 수 있으며, 예를 들어 (잉크 제트 프린터와 유사한 방식으로) 전기 가열 요소 및 포말 팽창기에 의하여 발생될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 에멀젼의 슬러그를 그것의 액적과 함께 분출하도록 증가된 압력 펄스가 가해지지만, 원칙적으로 대신에 감소된 압력의 펄스가 사용되어 에멀젼 유동으로부터 분배기 출구 채널로 액적을 분출시키도록 이후에 설명될 구성들이 적합화될 수 있다는 점을 당업자가 이해할 것이다.
일부 바람직한 구현예들에서, 분출을 위하여 액적의 존재를 감지/검출하도록 사용된 시스템으로부터 액적 분출 메커니즘을 물리적으로 분리하는 것이 편리하다. 실시예들에서 이것은 분출을 위한 분류 시스템(sorting system)에 의해 선택된 액적의 속도 및 위치중 하나 또는 양쪽 모두를 감지하도록 기판/카트리지(마이크로액적 처리 시스템)를 하우징하는 기구를 이용함으로써 달성될 수 있다. 감지는 액적 분출 메커니즘의 상류측에서 수행될 수 있어서 액적이 분출 메커니즘에 도달할 때 액적의 위치가 예측될 수 있다. 원칙적으로, 만약 에멀젼의 유량이 충분히 정확하게 제어될 수 있다면 액적 속도는 측정될 필요가 없지만, 실제에 있어서 속도의 측정은 유리하다. 채널 크기의 변화를 감소시키고 따라서 액적 속도 변화를 감소시키도록, 채널 크기 공차를 제어하는 것이 더 유리하다. 이러한 방식으로 분리 위치에 있는 액적들을 액적 분출 메커니즘으로 이미지(image)화시키는 것은 카트리지/기구를 더욱 단순화시키고 효과적이게 한다.
향상된 기술
이제 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 라인(delay line) 및 보호된 상류측 유체를 가진 2 중 T 접합부 액적 분배 유닛의 개략적인 도면을 도시한다.
분배 유닛(100)은 제 1 입구 채널 또는 액적 공급 라인(105)을 가지며, 이것은 피코액적(picodroplet)을 제공한다. 분배 유닛(100)은 폐기부로 유동하는 제 1 출구 채널 또는 액적 유출 라인(130) 및, 선택된 액적들의 분출을 위하여 분배 유닛(100)을 위한 출구를 제공하는 제 2 출구 채널 또는 폐기 라인(120)을 가진다. 액적은 저장부에서 수집되도록 노즐 또는 액적 유출부(125)를 통해 분출된다. 제 2 입구 채널 또는 분배 라인(110)은 액적 분배 밸브(115)에 결합되어, 이러한 예에서 압력 소스(pressure source, 155)로부터 압축 공기를 받아들인다. 입구 채널(105, 110)과 출구 채널(120, 130) 사이에는 공유된 채널 부분(140)이 있다. 액적 분배 밸브(115)가 작동할 때 압력 펄스는 공유된 채널 부분(140)에서 유동하는 에멀젼에 가해질 수 있어서 다수 공간 저장부(multi-well reservoir)의 공간에 수집되도록 선택된, 목표 액적을 포함하는 에멀젼의 슬러그를 분출한다. 과잉의 오일 및 선택되지 않은 액적은 분배되지 않게 방지되는데, 왜냐하면 제 1 출구 채널(130)이 낮은 압력으로 유지됨으로써 분배 밸브가 작동되지 않을 때 오일은 노즐(125)을 통해 분배되기 보다는 폐기 채널(130)을 통해 시스템을 떠나는 것이 바람직스럽기 때문이다.
제 1 입구 채널(105)은 압력 소스(155)를 압력 소스(155)에 결합됨으로써 상류측 유체는 분배 압력보다 높거나 분배 압력과 같은, 일정한 압력에서 유지된다. 이것은 분배 밸브가 작동될 때 제 1 입구 채널(105) 상류측의 유체 거동을 보호하여, 압력 변동을 감소시키고 피코액적(picodroplet)의 시어링(shearing)을 감소시킨다. 체적 유동 쓰로틀(135) 또는 지연 라인(delay line)의 길이는 압력 소스에 모두 결합된 2 개 포트들 사이에서 제 1 입구 채널(105)과 제 2 입구 채널(110)을 연결한다. 지연 라인으로 지칭될지라도, 라인(135)의 기능은 일반적으로 유동 제한 라인(flow restriction line) 또는 체적 쓰로틀(volume throttle)으로서 작용하여, 출구 채널로의 체적 유동을 감소시켜서, 증가된 상류측 압력을 보상한다. 그러나, 분배기를 통하여 액적 공급 라인으로부터 유동하는 비율(1 초당 액적의 수)은 도 2 의 구성에 의해 변화되지 않는다는 점도 이해될 것이다.
압력 소스(155)는 지연/유동 제한 라인(135)으로 오일을 도입하고 피코액적들 사이의 간격을 증가시켜서, 공유된 채널 부분(140) 및 출구 채널(120,130)에 진입하는 액적의 유량을 조절한다. 분배 밸브(115)가 작동되지 않을 때, 지연 라인/유동 제한부(135)에 걸쳐 압력 강하가 있다. 압력 소스(155)로부터의 과잉의 오일이 연속적으로 공유 채널 부분(140)에 진입하고 노즐(125)을 통하여 시스템을 떠나는 것을 방지하기 위하여, 공유 채널 부분(140)에 진입하는 오일의 유량은 진공 폐기 라인(130)이 시스템으로부터 제거할 수 있는 유량보다 크지 않는 것이 소망스럽다. 지연 라인/유동 제한부(135)는 분배 밸브(115)가 작동되지 않을 때 공유된 채널 부분(140)에 진입하는 오일의 양을 감소시키도록 유체 저항을 제공한다 (그리고 그것의 구조에서 순응 정도(degree of compliance)를 가질 수도 있다). 압력 소스(155)는 지연 라인(135)으로 오일을 도입하고 피코액적 사이의 간격을 증가시켜서, 공유 채널 부분(140) 및 출구 채널(120, 130)에 진입하는 액적의 유량을 조절한다.
제 1 입구 채널(105)은 제 2 입구 채널(110)과 동일한 압력 소스에 결합될 수 있거나 또는 제 2 입구 채널(110)에 결합된 분배 압력과 같거나 상기 분배 압력보다 높은 압력을 가진 압력 소스에 결합될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따라서 폐기 출구 채널(130)로 이동하는 과도한 피코액적을 방지하도록 오일을 분출하기 위한 시스템을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛(100)을 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예의 여러 특징들은 도 2 에 도시된 특징들과 동일하며 따라서 동일한 참조 번호를 유지하지만, 제 3 입구 채널 또는 인젝션 라인(injection line, 245)은 제 1 출구 채널(130)에 연결된다. 제 3 입구 채널(245)은 액적이 제 1 출구 채널(130)에 진입한 직후에 제 1 출구 채널(130)에 연결된다. 분배 밸브(115)가 작동되는 것과 동시에 오일은 상기 채널(245)로 주입된다. 이것은 제 1 출구 채널(130)로 진입하고 시스템을 폐기물로서 떠나는, 분배를 위하여 선택된 피코액적의 양을 감소시킨다. 주입된 오일의 양은 폐기 출구 채널(130)에 진입하는 피코액적을 정지시키는데 충분하지만 유체의 최소량이 분배되도록 조정(tuning)된다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 동기화된 밸브로부터 오일을 주입하는 시스템을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예의 많은 특징들은 도 3 에 도시된 것과 동일하며 따라서 동일한 참조 번호를 유지하지만, 제 3 입구 채널(245)은 제 2 밸브(350)에 결합된다. 제 2 밸브(350)는 제 1 분배 밸브(115)와 동기화됨으로써 소망의 오일 양이 제 3 입구 채널(245)로 분배될 수 있다. 주입된 오일의 양은 폐기 출구 채널(130)로 진입하는 피코액적을 정지시키는데 충분하지만 유체의 최소량이 분배되도록 조정된다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라서 과잉의 폐기 액적을 방지하도록 분배 밸브를 사용하는, 오일 주입을 위한 시스템을 가진 2 중 T 접합 액적 분배 유닛을 개략적으로 도시한다. 상기 실시예의 여러 특징들은 도 3 에 도시된 것과 동일하며 따라서 동일한 참조 번호를 유지하지만, 제 3 입구 채널(245)은 분배 밸브(115)와 결합된다. 제 3 입구 채널(245)의 치수는, 분배 영역에 진입하는 피코 액적이 제 1 입구 채널(110)로 뒤돌아서 이동하여 다음에 제 3 입구 채널(245)로 이동하는 것을 선호(preference)하지 않도록, 유체 저항을 제공하고 유동을 제한하게끔 조정될 수 있다.
액적 분배기의 바람직한 실시예들은 도 2의 접근 방식을 도 3 내지 도 5 의 접근 방식과 조합할 수 있다는 점이 이해될 것이다.
분배 유닛은 로터리 밸브(rotary valve)를 가질 수 있다는 점이 이해될 것이며, 이것은 분배기 출구 채널과 연결된 유체 유동으로 또는 폐기 채널과 연결된 유체 유동으로 액적을 선택적으로 지향시키도록 사용될 수 있다.
분배 유닛은 피코액적에 제한되지 않지만, 다양한 크기의 액적을 위하여 크기(scale)가 증가될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
위에서 설명된 기술은 특히 밸브 개방/폐쇄, 분배(dispensing), 분류(sorting)와 같은 다른 수단에 의해 야기되는 압력 변동으로부터 상류/하류 유체를 보호하도록 광범위의 적용예들에서 적용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
생물학적 실체를 포함하는 오일내 물의 에멀젼(water-in-oil emulsion)의 액적을 처리하는데에 적용된 기술들은 바람직한 실시예로서 설명되었다. 그러나, 원칙적으로, 유기 또는 무기 물질과 같은, 비 생물학적 실체가 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 마찬가지로 여기에 설명된 기술은 원칙적으로 물 안의 오일 에멀젼(oil-in-water emulsion)의 액적을 처리하는데 적용될 수 있다.
의심할 여지 없이 다른 유효한 대안들이 당업자에게 가능할 것이다. 본 발명은 설명된 실시예에 제한되지 않으며 첨부된 청구항의 사상 및 범위내에 속하는, 당업자에게 자명한 변형예들을 포괄한다.
10. 분배 유닛 15. 제 1 입구 채널
30. 제 2 출구 채널 40. 제 1 출구 채널
25. 분배 밸브 35. 노즐
30. 제 2 출구 채널 40. 제 1 출구 채널
25. 분배 밸브 35. 노즐
Claims (18)
- 분배를 위하여 액적을 운반하는 액적 공급 라인(droplet feed);
액적의 분배를 위한 유체를 운반하는 분배 라인(dispensing line);
액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인;
상기 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 1 입구를 가지는 제 1 접합부로서, 상기 분배 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 2 입구 및, 상기 액적 유출 라인으로의 출구를 가지는, 제 1 접합부;
상기 제 1 접합부와 상기 액적의 출구 사이의 상기 액적 출구 라인에 결합된 폐기 라인(waste line);
상기 액적 출구로부터 액적을 분출시키도록 가압된 분배 유체를 상기 분배 라인에 제공하는 제 1 압력 소스(first pressure source);
상기 액적 출구로부터의 액적 분출을 제어하도록 상기 제 1 압력 소스와 상기 분배 라인 사이에 있는 액적 분배 밸브;를 포함하는 마이크로유체 액적 분배 시스템(microfluidic droplet dispensing system)으로서, 상기 마이크로유체 액적 분배 시스템은:
가압된 분배 유체를 액적 보호 라인으로 제공하는 제 2 압력 소스;
상기 액적 공급 라인으로부터 제 1 입구를 가진 제 2 접합부로서, 상기 액적 보호 라인으로부터의 제 2 입구를 가지고, 출구를 가지는, 제 2 접합부; 및,
상기 제 2 접합부로부터 상기 제 1 접합부로의 체적 유동을 제한하도록 상기 제 2 접합부의 출구와 상기 제 1 접합부의 제 1 입구 사이에 결합된 체적 유동 쓰로틀;을 더 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 체적 유동 쓰로틀은 상기 제 2 접합부의 출구와 상기 제 1 접합부의 제 1 입구 사이에 결합된 유동 제한 라인을 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 압력 소스 및 상기 제 2 압력 소스는 동일한 압력 소스를 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 압력 소스는 상기 제 1 압력 소스와 같거나 또는 상기 제 1 압력 소스보다 큰 압력을 제공하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배 밸브가 폐쇄될 때 상기 폐기 라인으로의 폐기 유동을 제공하도록 상기 폐기 라인에 결합된 흡입 펌프를 더 포함하고; 상기 분배 밸브가 폐쇄될 때 상기 액적 출구 라인내의 체적 유동이 상기 폐기 유동과 같거나 또는 상기 폐기 유동보다 적도록 상기 체적 유동 쓰로틀은 상기 체적 유동을 제한하게끔 구성되는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 마이크로유체 액적 분배 시스템은, 액적의 처리(processing)/분석(assay)을 위하여 구성되고 상기 라인들 및 접합부들을 유지하는 기판을 가진 1 회용 마이크로유체 카트리지를 포함하고, 상기 액적들은 오일내에 있는 물의 액적을 포함하고; 상기 분배 유체는 오일을 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 액적 공급 라인에서 분배되는 액적을 수용하는 단계;
액적 출구에 결합된 액적 유출 라인으로 분배되도록 상기 액적을 제공하는 단계;
상기 액적 유출 라인으로부터의 폐기 유동(waste flow)을 허용하는 단계;
상기 액적 유출 라인으로 증가된 압력을 선택적으로 가함으로써 상기 액적 출구로부터의 액적의 분출을 제어하는 단계; 및,
상기 증가된 압력이 가해진 위치의 상류측에서 상기 액적 공급 라인의 영역을 가압함으로써, 상기 선택적으로 가해진 증가된 압력으로부터 상기 액적 공급 라인내의 액적을 보호하는 단계;를 포함하는, 마이크로유체 액적 방법. - 분배를 위한 액적을 운반하는 액적 공급 라인;
액적을 분배하기 위한 분배 유체를 운반하는 분배 라인;
액적 유출부에 결합된 액적 유출 라인;
상기 액적 공급 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 1 입구를 가지는 제 1 접합부로서, 상기 분배 라인으로부터의 유동을 수용하는 제 2 입구를 가지고 상기 액적 유출 라인으로의 출구를 가지는, 제 1 접합부;
상기 제 1 접합부와 상기 액적 유출부 사이의 폐기 라인 접합부에서 상기 액적 출구 라인에 결합된 폐기 라인;
상기 액적 출구로부터 액적을 분출하도록 상기 분배 라인으로 가압된 분배 유체를 제공하는 제 1 압력 소스;
상기 액적 출구로부터의 액적의 분출을 제어하도록 상기 제 1 압력 소스와 상기 분배 라인 사이에 있는 액적 분배 밸브;를 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템으로서,
상기 마이크로유체 액적 분배 시스템은 분배 밸브의 개방과 동기화되어 폐기 라인으로 유체를 주입하도록, 폐기 라인에 결합된 인젝션 라인(injection line)을 더 포함하는, 마이크로유체 액적 분배 시스템. - 제 8 항에 있어서, 상기 인젝션 라인은 상기 액적 분배 밸브에 결합된, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 인젝션 라인은 상기 액적 분배 밸브와 동기화되어 작동되도록 구성된 인젝션 밸브에 결합되는, 마이크로유체 액적 분배 시스템.
- 액적 공급 라인으로부터 액적 유출 라인내의 액적을 수용하는 단계;
가압된 분배 유체를 상기 액적 유출 라인으로 제공함으로써 상기 액적 유출 라인으로부터 액적 유출부를 통하여 액적을 분출시키는 단계;
가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공되지 않을 때 액적 유출 라인으로부터 폐기 라인내의 액적을 수용하는 단계; 및,
액적 유출 라인의 상류측에 가압된 분배 유체를 제공함으로써 상기 액적 유출 라인의 상류측의 액적을 보호하는 단계;를 포함하는, 유체의 액적 분배 방법. - 제 11 항에 있어서, 액적 유출 라인 상류측의 압력은 액적 유출 라인과 같거나 또는 액적 유출 라인보다 높은 압력에서 유지되는, 유체의 액적 분배 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에서, 액적 유출 라인의 상류측에 가해진 가압된 분배 유체는, 액적 유출 라인에 가해진 가압된 분배 유체와 동일한 소스로부터 오는, 유체의 액적 분배 방법.
- 제 11 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 액적 유출 라인의 상류측의 체적 유동 쓰로틀을 이용하여 상기 액적 유출 라인에 진입하는 유체의 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는, 유체의 액적 분배 방법.
- 액적 공급 라인으로부터 액적 유출 라인내의 액적을 수용하는 단계;
가압된 분배 유체를 상기 액적 유출 라인으로 제공함으로써 상기 액적 유출 라인으로부터 액적 유출부를 통하여 액적을 분출시키는 단계;
가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공되지 않을 때 폐기 라인내의 액적을 수용하는 단계; 및,
가압된 분배 유체가 액적 유출 라인으로 제공될 때 폐기 라인으로 유체를 주입하는 단계;를 포함하는, 유체의 액적 분배 방법. - 제 15 항에 있어서, 폐기 라인으로 주입된 유체는 액적 유출 라인에 가해진 가압된 분배 유체와 동일한 소스(source)로부터 오는, 유체의 액적 분배 방법.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 시스템 또는 방법으로서, 상기 라인들중 하나 이상은 불소 첨가 내측 벽(fluorinated internal wall)을 가지는, 시스템 또는 방법.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 시스템 또는 방법으로서, 상기 분배 유체는 하나 이상의 불소 첨가 계면 활성제(fluorinated surfactants)를 포함하는 오일 캐리어(oil carrier)를 포함하는, 시스템 또는 방법.
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