乳液、包括多重乳液的控制的制作方法
【專利摘要】本發明通常涉及乳液，更特別是涉及雙重和其它多重乳液。本發明的某些方面通常涉及在微流體槽道的公共相接部處產生雙重乳液和其它多重乳液。在一些示例中，微流體槽道在公共相接部處有基本相同的憎水性。在一組實施例中，裝置可以包括六個或更多槽道（11、12、13、14、15、16）的公共相接部，其中，第一流體（21）流過一個槽道（11），第二流體（22）流過兩個槽道（12、13），第三和運載流體（23）流過另外兩個槽道（14、15），這樣，第一流體的第一液滴的雙重乳液通過第六槽道（16）而從公共相接部流出，該第一流體的第一液滴包含在第二流體的第二液滴中，且該第二流體的第二液滴由運載流體包含。本發明的其它方面大致涉及制造和使用該系統的方法、涉及該系統的工具套件、使用該系統產生的乳液等。
【專利說明】乳液、包括多重乳液的控制
[0001]相關申請
[0002]本申請要求美國臨時專利申請N0.61/489211的優先權，該美國臨時專利申請N0.61/489211 的申請日為 2011 年 5 月 23 日，標題為 “Control of Emulsions, IncludingMultiple Emulsions”， 申請人:為Rotem等,該文獻的內容結合到本申請中，作為參考。
【技術領域】
[0003]本發明通常涉及乳液，更特別是涉及雙重和其它多重乳液。
【背景技術】
[0004]乳液是當第一流體分散于通常與該第一流體不可混溶的第二流體中時存在的流體狀態。普通乳液的示例是水包油或油包水乳液。多重乳液是由超過兩種流體形成的乳液，或者兩種或更多種流體以比典型的雙流體乳液更復雜的方式排列的乳液。例如，多重乳液可以為油包水包油(“o/w/o”)，或者水包油包水(“w/o/w”)。多重乳液特別受關注是因為在例如藥物傳遞、油漆、墨和涂料、食品和飲料、化工分離以及保健與美容目的的領域中的當前和潛在的應用。
[0005]通常，一個液滴在另一個液滴內的多重乳液利用兩級乳化技術制備，例如通過施加剪切力或通過混合來進行乳化作用，以便減小在乳化處理過程中形成的液滴的尺寸。還使用其它方法來制備水包油包水乳液，例如采用如多孔玻璃膜的膜乳化技術。微流體技術也已用來制備液滴內部的液滴，其采用包括兩個或更多個步驟的處理過程。例如，見Link等的國際專利申請N0.PCT/US2004/010903，申請日為2004年4月9日，標題為“Formationand Control of Fluidic Species”，在 2004 年 10 月 28 日公開為 TO2004/091763 ;或者見Stone等的國際專利申請N0.PCT/US03/20542，申請日為2003年6月30日，標題為“Methodand Apparatus for Fluid Dispersion”，在 2004 年 I 月 8 日公開為 W02004/002627,這兩篇文獻的內容都結合到本申請中，作為參考。
【發明內容】
[0006]本發明通常涉及乳液，更特別是涉及雙重或其它多重乳液。在一些示例中，本發明的主題涉及相關產品、對于特殊問題的可選方案和/或一個或多個系統和/或物品的多種不同用途。
[0007]在一個方面，本發明通常涉及一種微流體裝置。在一組實施例中，微流體裝置包括微流體槽道的第一相接部，該第一相接部包括流體連通的至少第一、第二和第三微流體槽道。第一相接部可以在交接面處與微流體槽道的第二相接部流體連通，該第二相接部包括流體連通的至少第四、第五和第六微流體槽道。在一些示例中，各第一、第二和第三微流體槽道有在第一相接部處的相應截面面積，各第四、第五和第六微流體槽道有在第二相接部處的相應截面面積，其中，交接面的截面面積小于第四、第五和第六微流體槽道的最小截面面積。[0008]在另一組實施例中，微流體裝置包括微流體槽道的相接部，該相接部包括流體連通的至少第一、第二、第三、第四、第五和第六微流體槽道。在一些實施例中，各第一、第二、第三、第四、第五和第六槽道有在相接部處的截面面積，其中，第二和第三截面面積基本相同，第四和第五截面面積基本相同，第一、第二和第三槽道在相接部處的截面面積各自小于第四、第五和第六槽道在相接部處的最小截面面積。
[0009]在另一方面，本發明大致涉及一種產生雙重乳液或其它多重乳液的方法。根據一組實施例，該方法包括以下動作:使得第一流體由第二流體包圍，同時使得第一和第二流體通過在微流體槽道的第一相接部和微流體槽道的第二相接部之間的交接面進入第三流體中，以便包圍第一和第二流體并產生雙重乳液液滴，該雙重乳液液滴包括由第二流體液滴包圍的第一流體液滴，且該第二流體液滴包含在第三流體中。
[0010]在另一組實施例中，方法包括以下動作:在微流體槽道的公共相接部處產生雙重乳液，其中，各微流體槽道在公共相接部處有基本相同的憎水性。
[0011]在另一方面，本發明包含制造這里所述的一個或多個實施例的方法，例如用于產生雙重和其它多重乳液的裝置。在還一方面，本發明包含使用這里所述的一個或多個實施例的方法，例如用于產生雙重和其它多重乳液的裝置。
[0012]當結合附圖考慮時，通過下面對本發明各種非限定實施例的詳述將清楚本發明的其它優點和新特征。當本說明書與結合到本文中作為參考的文件包含沖突和/或不一致的公開內容時，則以本說明書為準。如果結合到本文中作為參考的兩篇或更多的文件相互之間包括沖突和/或不一致的公開內容，則以有效日期在后的文件為準。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]本發明的非限定實施例將參考附圖通過示例來進行說明，附圖為示意性的，將不按比例繪制。在附圖中，通常用單個數字表示所示的每個相同或幾乎相同的部件。為了清楚起見，當不是為本領域普通技術人員理解本發明所必須的說明時，在每幅圖中不是每個部件都標號，也不是本發明每個實施例的每個部件都標號。附圖中:
[0014]圖1A-1B表示了根據本發明某些實施例的各種槽道結構；
[0015]圖2A-2E表示了在根據本發明的另一實施例中多個層在裝置內對齊；
[0016]圖3A-3E表示了在根據本發明的某些實施例中雙重乳液的制造；
[0017]圖4表示了根據本發明另一實施例的微流體裝置；以及
[0018]圖5表示了在本發明的還一實施例中的微流體裝置。
【具體實施方式】
[0019]本發明通常涉及乳液，更特別是涉及雙重或其它多重乳液。本發明的某些方面通常涉及在微流體槽道的公共相接部處產生雙重乳液和其它多重乳液。在一些示例中，在公共相接部處的微流體槽道可以有基本相同的憎水性。在一組實施例中，裝置可以包括6個或更多槽道的公共相接部，其中，第一流體流過一個槽道，第二流體流過兩個槽道，且第三或承載流體流過兩個更多的槽道，這樣，包含在第二流體的第二液滴(該第二液滴由運載流體包含)中的第一流體的第一液滴的雙重乳液通過第六槽道而從公共相接部流出。本發明的其它方面通常涉及制造和使用這種系統的方法、包括這種系統的工具套件、使用這種系統廣生的乳液等。
[0020]本發明的一個方面通常涉及用于在微流體槽道的公共相接部處產生雙重乳液和其它多重乳液的系統和方法。一個非限定示例在圖1A中通過微流體系統10來表示。在該示例中，微流體系統10包括第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16。第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13在第一相接部分18處交匯。第二槽道12和第三槽道13可以與第一槽道11以任意合適角度交匯。例如，第二槽道12和第三槽道13可以成相對尖銳和相對較小的角度，或者它們甚至可以相互成180°。第二槽道12和第三槽道13可以例如以小于90°或大于90°的角度與第一槽道11交匯。另夕卜，第二槽道12和第三槽道13可以相對于第一槽道11成相同或不同角度，即第二槽道12和第三槽道13可以繞第一槽道11對稱或不對稱地布置。而且，如后面所述，在其它實施例中，可以有其它數目的槽道。
[0021]圖1A中還表示了第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16，它們在第二相接部分
19處交匯。與上面類似，第四槽道14和第五槽道15可以與第六槽道16成任意合適角度交匯。例如，第四槽道14和第五槽道15可以成相對尖銳和相對較小的角度，或者它們甚至可以相互成180°。第四槽道14和第五槽道15可以例如以小于90°或大于90°的角度與第一槽道11交匯。另外，第四槽道14和第五槽道15可以相對于第六槽道16成相同或不同角度，即第四槽道14和第五槽道15可以繞第六槽道16對稱或不對稱地布置。在其它實施例中，可以有其它數目的槽道。如圖1中所示，第一槽道11和第六槽道16定位成相互基本共線，即由第一槽道11限定的中心軸線和由第六槽道16限定的中心軸線基本落在相同線上。不過，在其它實施例中，第一槽道11和第六槽道16不需要共線。
[0022]下面將參考圖1B介紹第一相接部分18和第二相接部分19的相交。如該圖中所示，第一相接部分18和第二相接部分19通過交接面20而流體連通。在該圖中，交接面20具有與第一槽道11基本相同的截面面積，但是小于第六槽道16的截面面積，盡管在其它實施例中，交接面20可以小于或大于第一槽道11的截面面積。另外，交接面20可以為正方形或矩形，如圖1B中所示，或者有其它形狀，例如本文中所述的其它形狀。交接面20定位成相對于第六槽道16基本在中心，例如，交接面20的中心點或幾何中央基本位于由第六槽道16限定的軸線上。
[0023]在這樣的系統中，多個流體通過第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14和第五槽道15進入，并通過第六槽道16離開。進入第一相接部分18的流體通過交接面20通入第二相接部分19中。另外，第一相接部分18和第二相接部分19相互流體連通，并可以認為是第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第三槽道14、第五槽道15和第六槽道16的較大相交部分中的一部分。
[0024]下面參考圖1B介紹微流體系統10的一個使用示例。第一(內部)流體21通過第一槽道11進入，同時第二(外部)流體22通過第二槽道12和第三槽道13進入。第一和第二流體可以是可混溶或不可混溶。在第一相接部分18處，當第一和第二流體經過交接面20進入第二相接部分19時，該第二流體基本包圍第一流體。第三(運載)流體23也通過第四槽道14和第五槽道15進入第二相接部分19。當進入第二相接部分19時，第三流體包圍第二流體，該第二流體包圍第一流體。通過交接面20進入第二相接部分19的第一和第二流體再被夾斷，以便形成包含在第三流體內的隔離液滴，從而形成包含在第二流體22的液滴(該第二流體22的液滴包含在運載流體23中)內的第一流體21的雙重乳液液滴25，該雙重乳液液滴25通過第六槽道16而離開相接部。
[0025]因此，本發明的多個方面通常涉及在微流體槽道(該微流體槽道可以包括相鄰或相互流體連通的兩個或更多部分，如上所述)的公共相接部處產生雙重乳液和其它多重乳液的系統和方法。這里使用的“多重乳液”說明其中包含一個或多個較小液滴的較大液滴。在雙重乳液中，該較大液滴可以再包含在另一流體中，該另一流體可以與在較小液滴中的流體相同或不同。在某些實施例中，在多重乳液中能夠有較大的嵌套程度。例如，乳液可以包含液滴，該液滴中包含較小液滴，其中，至少一些較小液滴中包含甚至更小的液滴等。多重乳液能夠用于包封物質(species)，例如藥劑、細胞、化學藥品等。如后面所述，在某些實施例中，多重乳液能夠形成為具有大致精確的可重復性。
[0026]乳液或多重乳液可以證明很有用的領域包括例如食品、飲料、保健和美容、油漆和涂料以及藥物和藥物傳遞。例如，精確量的藥物、藥品或其它制劑能夠包含在乳液中，或者在一些示例中，細胞可以包含在液滴里，細胞能夠進行儲存和/或傳遞。能夠進行儲存和/或傳遞的其它物質包括例如生物化學物質，例如核酸如siRNA、RNAi和DNA、蛋白質、肽或酶等。能夠結合在本發明乳液內的另外物質包括但不限于:納米顆粒、量子點、香料、蛋白質、指示劑、染料、熒光物質、化學制品、藥物等。在某些示例中，乳液也可用作反應容器，例如用于控制化學反應或用于體外轉錄和轉譯，例如用于定向進化技術。
[0027]在本發明的一組實施例中，產生雙重乳液，即運載流體包含第二流體液滴，該第二流體液滴中又包含第一流體液滴。在一些示例中，運載流體和第一流體可以相同。由于憎水性不同，這些流體通常有變化的混溶性。例如，第一流體可以是溶于水的，第二流體是溶于油的，且運載流體是溶于水的。這種結構通常稱為w/o/w多重乳液(“水/油/水”)。另一雙重乳液可以包括溶于油的第一流體、溶于水的第二流體以及溶于油的運載流體。這種雙重乳液通常稱為o/w/o雙重乳液(“油/水/油”)。應當知道，在上述術語中，術語“油”只是指大致更憎水的流體，且不可混溶于水中，如本領域已知。因此,在一些實施例中，油可以是烴，但是在其它實施例中，油可以包括其它憎水性流體。還應當知道，水并不需要是純水；它可以是水溶液，例如緩沖溶液、包含溶解鹽的溶液等。
[0028]更具體地說，如這里所使用的，當在制造乳液的溫度和條件下一種流體不能在另一種流體中溶解至少10%重量的水平時，兩種流體相互不可混溶或者不可混溶。例如，兩種流體可以選擇成在形成流體液滴的時間范圍內不可混溶。在一些實施例中，用于形成雙重乳液或其它多重乳液的流體可以相同或不同。例如，在一些示例中，兩種或更多流體可以用于產生雙重乳液或其它多重乳液，且在某些示例中，一些或全部這些流體可以是不可混溶的。在一些實施例中，用于形成雙重乳液或其它多重乳液的兩種流體是相容的或可混溶的，而包含在這兩種流體之間的中間流體與這兩種流體不相容或不可混溶。不過，在其它實施例中，全部三種流體可以相互不可混溶，且在某些示例中，并不需要所有流體都必須是溶于水的。
[0029]在本發明的其它實施例中可以使用多于兩種的流體。因此，本發明的某些實施例通常涉及多重乳液，該多重乳液包括較大的流體液滴，該較大流體液滴中包含一個或多個較小液滴，在某些示例中，該較小液滴中能夠包含甚至更小的液滴等。能夠制成任意數量的嵌套流體，因此，在本發明的一些實施例中，可以添加附加的第三、第四、第五、第六流體等，以便制成復雜性增加的液滴內的液滴，從而限定多種雙重乳液。應當知道，并不是所有這些流體都必須可區分；例如，可以制備包含油/ 7K /油/水或水/油/ 7K /油的三重乳液，其中，兩個油相有相同組分，和/或兩個水相有相同組分。
[0030]如上所述，本發明的某些方面通常涉及在公共相接部處交匯或相交的槽道的某些結構，該公共相接部可以包括多個相接部分，各相接部分由兩個或更多槽道的相交部分來限定。通常，在相接部處，槽道在相同位置連接或相交，并在相接部內相互流體連通。槽道例如可以用于產生雙重乳液或者其它多重乳液，例如在微流體槽道的公共相接部處。例如，使用這樣的結構，第一流體可以由第二流體包圍，同時第一和第二流體通過交接面進入第三流體，該第三流體包圍第一和第二流體，以便產生雙重乳液，該雙重乳液包括由第二流體的液滴包圍的第一流體的液滴，該第二流體的液滴包含在第三流體中。
[0031]作為一個特殊的非限定示例，可以有6個槽道，各槽道在公共相接部處交匯，如上所述，盡管在其它實施例中，可以有在公共相接部處的更多或更少槽道。在一些實施例中，可以有至少三個進入槽道，分別包含第一、第二和第三流體，各進入槽道在公共相接部處交匯。不過，在其它實施例中，可以有進入公共相接部的兩個或更多槽道，這些槽道包含一種或多種流體。作為非限定示例，在一個示例中，可以有包含第一流體的第一槽道、包含第二流體的第二和第三槽道以及包含第三流體的第四槽道；在另一實施例中，可以有包含第一流體的第一槽道、包含第二流體的第二和第三槽道以及包含第三流體的第四和第五槽道；在還一實施例中，可以有包含第一流體的第一和第二槽道、包含第二流體的第三和第四槽道以及包含第三流體的第五和第六槽道；在還一實施例中，可以有包含第一流體的第一槽道、包含第二流體的第二和第三槽道、包含第三流體的第四和第五槽道以及包含第四流體的第六和第七槽道。
[0032]公共相接部還能夠有一個或多個出口槽道，用于運載流體離開公共相接部。通常，出口槽道運載進入公共相接部的流體的乳液，例如作為單乳液，或者作為雙重或其它多重乳液。
[0033]如上所述，在一些實施例中，公共相接部可以包括一個或多個相接部分。各相接部分由在其中相交的至少兩個槽道來限定。例如，如上面參考圖1B所述，第一相接部分18由三個槽道(第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13)的相交部分來限定，而第二相接部分19由三個不同槽道(第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16)的相交部分來限定，盡管第一相接部分18和第二相接部分19例如通過交接面而彼此相鄰，從而限定了相接部，各第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16在該相接部中相交。
[0034]在一些實施例中，限定第一相接部分的槽道可以小于限定第二相接部分的槽道。例如，限定第一相接部分的槽道的最大截面面積(例如沿與槽道內的流體流垂直的方向來限定)可以小于限定第二相接部分的槽道的最小截面面積。在一些實施例中，限定第一相接部分的槽道的最大截面面積可以小于限定第二相接部分的槽道的最小截面面積的大約90%、小于大約80%、小于大約70%、小于大約60%、小于大約50%、小于大約40%、小于大約30%、小于大約20%、小于大約10%或者小于大約5%。在某些示例中，這可以在槽道都有基本相同高度(或寬度)，但是寬度(或高度)不同的實施例中實現。在其它實施例中，這可以使用具有不同高度和寬度、不同尺寸、不同形狀、不同截面面積等的槽道來實現。[0035]如上所述，進入相接部或相接部分的槽道可以相對彼此成任意合適角度，且槽道繞相接部的總體結構可以對稱或不對稱。例如，進入公共相接部的槽道可以有兩側對稱，即存在這樣的平面，該平面能夠將相接部切成兩半部分，且這兩半部分基本彼此鏡像。在一些實施例中，例如槽道可以布置成使得它們中的一些或全部以小于90°的角度交匯。例如，在一種結構中，到相接部的各輸入槽道可以定位成使得由它們限定的最大角度為180°或更小，或者進入公共相接部的兩個輸入槽道以小于90°的角度交匯。在一些示例中，進入公共相接部的全部輸入槽道可以交匯成使得每對相鄰輸入槽道以小于90°的角度交匯。不過，在其它示例中，這些角度例如可以大于90°，如圖4中所示。在一些示例中，出口槽道可以定位成與一個輸入槽道相對，例如，由輸出槽道限定的軸線和由一個輸入槽道限定的軸線基本平行，或者甚至在某些實施例中基本共線。
[0036]例如，下面參考圖4，在該圖中的微流體系統10包括第一槽道11、第二槽道12、第三槽道13、第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16。第一槽道11、第二槽道12和第三槽道13在第一相接部分18處交匯，而第四槽道14、第五槽道15和第六槽道16在第二相接部分19處交匯。不過，與圖1A中不同，第四槽道14和第五槽道15各自以大于90°的角度與圖4中的槽道11交匯。
[0037]在相接部內的相接部分之間的交接面能夠有任意尺寸和/或形狀。例如，交接面可以是正方形、矩形、三角形、圓形、橢圓形、不規則形狀等。在一些實施例中，在第一相接部分和第二相接部分之間的交接面可以有不同的槽道尺寸(例如高度、寬度、形狀等)。例如，在第一相接部分和第二相接部分之間的交接面可以是在兩個部分之間的孔或收縮部分，或者交接面的尺寸或截面面積可以與限定第一相接部分的槽道的尺寸相同(或更小)，并小于限定第二相接部分的槽道。因此，例如交接面的尺寸可以與第一相接部分和第二相接部分中的較小一個相同或者更小。例如，交接面的截面面積可以小于在交接面各側的相接部分的截面面積中的較小一個的大約90%、小于大約80%、小于大約70%、小于大約60%、小于大約50%、小于大約40%、小于大約30%、小于大約20%、小于大約10%或者小于大約5%。交接面還可以定位成與進口和出口槽道中的一個或多個對齊。例如，在某些實施例中，交接面能夠定位成使得交接面的中心點或幾何中央基本位于輸出槽道的中心軸線上。
[0038]在一些示例中，第一相接部分可以有第一截面面積(例如由形成第一相接部分的槽道來限定)，第二相接部分可以有第二截面面積(例如由形成第二相接部分的槽道來限定)，其中，第一截面面積小于第二截面面積。例如，第一截面面積可以小于第二截面面積的大約90%、小于大約80%、小于大約70%、小于大約60%、小于大約50%、小于大約40%、小于大約30%、小于大約20%、小于大約10%或者小于大約5%。
[0039]在一些實施例中，可以有防止或者至少減少“死區”形成的、槽道的附加“唇緣”或其它部分，其中，在死區內的流體不會很容易地與其它流體混合，例如由于漩渦等而被捕獲，該漩渦等由在公共相接部內的流體流而引起。這樣的示例可以見圖5A中的微流體系統
40。在該附圖中，第一內部流體51通過第一槽道41朝著相接部分48進入，如點線所示。第二外部流體52通過第二槽道42和第三槽道43而流向相接部分48，也如點線所示。在第一槽道41、第二槽道42和第三槽道43的相交部分處，在第一槽道41進入相接部分48的進口的上面和下面的唇緣部分37阻擋防止產生“死區”，在該死區中，第二流體52可能由于第一和第二流體流入相接部分中而被捕獲。在該示例中，唇緣部分表現為第二槽道42和第三槽道43進入相接部分48內的壁的延伸部分，盡管在其它實施例中，唇緣部分可以有適合防止或者至少減少在相接部分48內產生流體“死區”的其它形狀。
[0040]在本發明的某些方面，在公共相接部處的各微流體槽道可以有基本相同的憎水性(盡管在其它實施例中，各槽道可以有不同的憎水性)。例如，形成微流體槽道的壁可以是基本未處理的，或者通過相同涂層來處理。用于涂覆微流體槽道的系統和方法的示例將在后面詳細介紹。
[0041]在一些實施例中，裝置可以構成和布置成這樣，使得材料在形成裝置的槽道的壁上的“污染”或沉積很少或不會發生。例如，在一些實施例中，流體(例如將成為多重乳液液滴的最內側流體的流體)可以包含這樣的材料，該材料在流體與壁接觸時可能沉積在槽道的壁上。因此，通過在形成多重乳液液滴之前和/或之后防止流體與槽道的壁接觸，在槽道內的污染量可以減少，或者甚至消除。
[0042]例如，在一組實施例中，在公共相接部中，流過第一槽道(例如圖1A中的槽道11)的流體可以進入公共相接部，并由通過其它槽道(例如圖1A中的槽道12、13、14、15)進入的流體包圍。因此，由于存在通過其它槽道進入的其它流體，在第一槽道11內的流體可以不能與槽道的壁接觸，因此，存在于該流體中的物質不會與槽道的壁接觸和因此沉積在這些壁上或污染該壁。
[0043]包圍流體可以使用多種技術來防止該流體與槽道的壁接觸。例如，進入槽道的位置和/或流體的流速可以用于包圍內部流體。在某些示例中，這種控制可以在不需要任何涂覆技術(例如這里所述的這些涂覆技術)的情況下實現。不過，在其它實施例中，多種流體的憎水性也可以例如在流體與槽道的壁相互作用時使用。例如，槽道壁可以有憎水性，該憎水性將優選地吸引與內部流體不同的流體，這樣，內部流體由壁相對排斥或不吸引。在一些示例中，可以使用這些技術的組合。例如，裝置可以構成和布置成通過裝置幾何形狀和與槽道壁的相互作用的組合來防止內部流體與槽道的壁接觸。
[0044]如上所述，在一些方面，可以使用這樣的裝置來制造單分散乳液。流體液滴的形狀和/或尺寸例如能夠通過測量液滴的平均直徑或其它特征尺寸來確定。多個或一系列液滴的“平均直徑”是各液滴的平均直徑的算術平均值。本領域普通技術人員能夠確定多個或一系列液滴的平均直徑(或者其它特征尺寸)，例如使用激光散射、顯微鏡檢測或其它已知技術。在非球形液滴中，單個液滴的平均直徑是與該非球形液滴具有相同體積的理想球的直徑。在一些示例中，液滴(和/或多個或一系列液滴)的平均直徑可以為例如小于大約I毫米、小于大約500微米、小于大約200微米、小于大約100微米、小于大約75微米、小于大約50微米、小于大約25微米、小于大約10微米或者小于大約5微米。在某些示例中，平均直徑也可以為至少大約I微米、至少大約2微米、至少大約3微米、至少大約5微米、至少大約10微米、至少大約15微米或者至少大約20微米。
[0045]因此，在一些實施例中，通過使用這里介紹的方法和裝置，能夠產生具有一致的液滴尺寸和/或數量的乳液，和/或對于包括多重乳液的示例，能夠產生外部液滴與內部液滴的尺寸和/或數目比率(或者其它這樣的比率)一致的乳液。例如，在一些示例中，在可預計尺寸的外部液滴內的單個液滴能夠用于提供特定量的藥物。另外，化合物或藥物的組合可以在液滴中儲存、運輸或傳送，例如，當液滴能夠包括親水性部分和憎水性部分時，憎水性和親水性的物質能夠在單個多重乳液液滴中傳送。這些部分各自的量和濃度能夠根據本發明的某些實施例而一致地進行控制，這能夠提供兩種或更多物質在多重乳液液滴中的可預計和一致比率。
[0046]這里使用術語“確定”通常是指物質的分析和測量，例如定量地或定性地，和/或檢測物質的存在與否。“確定”也可以指分析或測量在兩種或更多物質之間的相互作用，例如定量地或定性地，或通過檢測這種相互作用的存在與否。合適技術的示例包括但不限于:光譜法如紅外、吸收、熒光、紫外/可見光，FTIR (“傅立葉變換紅外光譜”)或者Raman ;重量分析技術；橢圓光度法；壓電測量；免疫測定；電化學測量；光學測量如光密度測量；圓二色性；光散射測量如準電光散射(quasielectric light scattering);旋光測定法；折光測定法；或濁度測量。
[0047]液滴的生成速率可以由液滴形成頻率來確定，液滴形成頻率在許多情況下可在大約IOOHz和5000Hz之間變化。在某些示例中，液滴生成速率可為至少大約200Hz、至少大約300Hz、至少大約500Hz、至少大約750Hz、至少大約IOOOHz、至少大約2000Hz、至少大約3000Hz、至少大約4000Hz或者至少大約5000Hz等。該液滴可以在“滴漏”或“噴射”條件下產生。另外，在一些示例中，通過平行使用多個裝置能夠方便生成大量液滴。在一些示例中，相對大量的裝置可以并行使用，例如，至少大約10個裝置、至少大約30個裝置、至少大約50個裝置、至少大約75個裝置、至少大約100個裝置、至少大約200個裝置、至少大約300個裝置、至少大約500個裝置、至少大約750個裝置或者至少大約1000個裝置或者更多裝置可以并行操作。這些裝置可包括不同槽道、孔、微流體等。在一些示例中，一組這樣的裝置可以通過水平和/或豎直地堆疊裝置而形成。這些裝置可以被共同控制，或者被分別控制，并且可以根據應用來提供共同或單獨的流體源。這些系統的示例也在Romanowsky等的國際專利申請N0.PCT/US2010/000753 (申請日為2010年3月12曰，標題為“Scale-up ofMicrofluidic Devices”，在2010年9月16日公開為W02010/104597)中介紹，該文獻的內容結合到本申請中，作為參考。
[0048]流體可以選擇成使得液滴相對于它們的周圍環境保持分散。作為非限定示例，流體液滴可以產生為具有運載流體，該運載流體包含第二流體液滴，該第二流體液滴包含第一流體液滴。在一些示例中，運載流體和第一流體可以相同或基本相同；但是在其它示例中，運載流體、第一流體和第二流體可選擇為基本上互相不可混溶。包括三種基本上互相不可混溶流體的系統的一個非限定示例為硅油、礦物油和水溶液(即水或者包含一種或多種溶于其中和/或懸浮于其中的物質的水，例如鹽溶液、鹽水溶液、包含顆粒或細胞的水的懸浮液等)。系統的另一示例是硅油、氟代烴油和水溶液。系統的還一示例是烴油(如十六烷)、氟代烴油和水溶液。合適的氟代烴油的非限定示例包括HFE7500，全氟萘烷:
[0049]
F、I F F\ F
Txxvf
h FpFh
[0050]或者1- (1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6-H氟環己基)乙醇:[0051]
F F.[0052]在本說明書中，多重乳液通常參考三相系統來介紹，該三相系統即具有外部或運載流體、第一流體和第二流體。不過應當知道，這只是示例，在其它系統中，附加流體可以存在于多重乳液液滴中。因此，應當知道，例如運載流體、第一流體和第二流體的說明是為了便于介紹，本文的說明可很容易地延伸到包括附加流體的系統，該附加流體例如三重乳液、四重乳液、五重乳液、六重乳液、七重乳液等。
[0053]由于流體的粘度能夠影響液滴形成，因此在一些示例中，流體液滴中的任何流體的粘度可以通過添加或除去能夠幫助調節粘度的組分(例如稀釋劑)來調節。例如，在一些實施例中，第一流體和第二流體的粘度相等或基本相等。這可以有助于例如在第一流體和第二流體中等效的液滴形成頻率或速率。在其它實施例中，第一流體的粘度可以與第二流體的粘度相等或基本相等，和/或第一流體的粘度可以與運載流體的粘度相等或基本相等。在另一實施例中，運載流體可以有與第一流體顯著不同的粘度。粘度的明顯差異意味著在這兩種流體之間的粘度差可以在統計上顯著的基礎上來測量。液滴中也可以存在其它的流體粘度分布。例如，第二流體的粘度可以大于或小于第一流體的粘度(即，這兩種流體的粘度可以明顯不同)，第一流體的粘度可以大于或小于運載流體的粘度，等等。還應該知道，在較高階液滴(例如包括三、四、五、六種或更多種流體)中，粘度也可以依據特定應用而根據需要獨立地選擇。
[0054]在本發明的某些實施例中，流體液滴(或其一部分)可以包含另外實體或物質，例如其它化學、生物化學或生物體(如溶解或懸浮于流體中)、細胞、顆粒、氣體、分子、藥劑、藥物、DNA、RNA、蛋白質、香料、活性劑、殺生物劑、殺真菌劑、防腐劑、化學試劑等。例如，細胞可以懸浮于流體乳液中。因此，物質可以是包含在乳液的任何部分中的任何物質。物質可存在于任何流體液滴中，例如內部液滴中、外部液滴中等。例如，一個或多個細胞和/或一個或多個細胞類型可以包含在液滴中。
[0055]在本發明的某些方面，能夠產生具有非常薄“外殼”的多重乳液液滴。例如，在這樣的液滴中，在第一內部流體和一個或多個包圍流體之間的體積比率可以為至少大約1:1、至少大約2: 1、至少大約3: 1、至少大約5: 1、至少大約10: 1、至少大約15: 1、至少大約20: 1、至少大約25: 1、至少大約30: 1、至少大約40: 1、至少大約50: 1、等等,或者內部流體包括多重乳液液滴的體積的至少大約50%、至少大約55%、至少大約60%、至少大約65%、至少大約70%、至少大約75%、至少大約80%、至少大約85%、至少大約90%、或者至少大約95%，其中，包圍流體形成多重乳液液滴的體積的其余部分。
[0056]包圍液滴的流體“外殼”可以限定為處于兩個交界面之間:在第一流體和第二流體之間的第一交界面以及在第二流體和運載流 體之間的第二交界面。交界面可以有平均間隔距離(確定為在液滴上的平均值)，該平均間隔距離不超過大約1mm、大約300微米、大約100微米、大約30微米、大約10微米、大約3微米、大約I微米等。在一些示例中，交界面可以有相對于平均液滴尺寸限定的平均間隔距離。例如，平均間隔距離可以小于液滴的平均尺寸的大約30%、小于大約25%、小于大約20%、小于大約15%、小于大約10%、小于大約5%、小于大約3%、小于大約2%、或者小于大約1%。
[0057]本發明的某些方面通常涉及包含槽道的裝置，例如如上所述。在一些示例中，一些槽道可以是微流體槽道，但是在某些示例中，并不是全部槽道都是微流體。在裝置內能夠有任意數目的槽道，包括微流體槽道，且槽道可以布置成任意合適結構。槽道可以都相互連接，或者能夠有超過一個的槽道網絡存在。槽道可以獨立地成直的、彎曲、彎頭等。在一些示例中，在裝置中可以有相對較大數目和/或相對較大長度的槽道。例如，在一些實施例中，當加在一起時，在裝置內的槽道能夠有至少大約100微米的總長度，在一些示例中為至少大約300微米、至少大約500微米、至少大約1mm、至少大約3mm、至少大約5mm、至少大約10mm、至少大約30mm、至少大約50mm、至少大約100mm、至少大約300mm、至少大約500mm、至少大約lm、至少大約2m、或者至少大約3m。作為另一示例，裝置能夠有至少I個槽道、至少3個槽道、至少5個槽道、至少10個槽道、至少20個槽道、至少30個槽道、至少40個槽道、至少50個槽道、至少70個槽道、至少100個槽道，等等。
[0058]在一些實施例中，在裝置內的至少一些槽道是微流體槽道。本文中使用的“微流體”是指包括至少一個流體槽道的裝置、制品或系統，該流體槽道具有小于大約I毫米(mm)的截面尺寸。槽道的“截面尺寸”垂直于在槽道內的凈流體流動方向來測量。因此，例如在裝置中的一些或全部流體槽道能夠有小于大約2_的最大截面尺寸，且在某些示例中小于大約1_。在一組實施例中，在裝置中的全部流體槽道是微流體的，和/或具有不超過大約2mm或大約Imm的最大截面尺寸。在某些實施例中,流體槽道可以部分由單個部件形成(例如蝕刻基體或模制單元)。當然，在本發明的其它實施例中，較大的槽道、管、腔室、儲存器等能夠用于儲存流體和/或將流體傳送給各個元件或系統，例如如前所述。在一組實施例中，在裝置中的槽道的最大截面尺寸小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米、或者小于25微米。
[0059]本文中所用的“槽道”的意思是在裝置或基體上或在其中至少部分引導流體流動的結構。槽道可以具有任何截面形狀(圓形、橢圓形、三角形、不規則形狀、正方形或矩形等)，并可以被覆蓋或不被覆蓋。在完全被覆蓋的實施例中，槽道的至少一部分能夠具有完全封閉的截面，或者整個槽道可以除了它的進口和/或出口或開口外沿它的整個長度完全封閉。槽道還可以具有至少為2: I的長寬比(長度對平均截面尺寸)，更通常為至少3:1、4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、15:1、20:1或更大的長寬比。開放槽道通常包括方便控制流體輸送的特性，例如結構特性(細長的凹形部分)和/或物理或化學特性(憎水性對親水性)，或者其它能夠在流體上施力(如保持力)的特性。槽道內的流體可以局部或完全填充槽道。在某些使用開放槽道的示例中，流體可保持在槽道內，例如利用表面張力(即凹形或凸形彎月面)。
[0060]槽道可以具有任何尺寸,例如有與凈流體流垂直的最大尺寸,該尺寸小于大約5_或2mm,或者小于大約Imm,小于大約500微米、小于大約200微米、小于大約100微米、小于大約60微米、小于大約50微米、小于大約40微米、小于大約30微米、小于大約25微米、小于大約10微米、小于大約3微米、小于大約I微米、小于大約300nm、小于大約lOOnm、小于大約30nm或者小于大約10nm。在一些示例中，槽道尺寸可選擇為使得流體能夠自由流過裝置或基體。槽道尺寸也可選擇成例如允許流體在槽道中具有特定的體積或線性流速。當然，槽道的數目和槽道的形狀能夠通過本領域普通技術人員已知的任何方法來改變。在一些示例中，可以采用多于一個的槽道。例如，可以采用兩個或更多槽道，其中它們定位成彼此相鄰或靠近，定位成彼此交叉等。
[0061]在某些實施例中，在裝置內的一個或多個槽道可以有小于IOcm的平均截面尺寸。在某些示例中，槽道的平均截面尺寸小于大約5cm、小于大約3cm、小于大約1cm、小于大約5_、小于大約3_、小于大約1_、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米、或者小于25微米。“平均截面尺寸”在與槽道內的凈流體流垂直的平面中測量。當槽道為非圓形時，平均截面尺寸可以采取面積與槽道的截面面積相同的圓的直徑。因此，槽道可以有任意合適的截面形狀，例如圓形、橢圓形、三角形、不規則形狀、正方形、矩形、四邊形等。在一些實施例中，槽道的尺寸設置成能夠產生容納于槽道中的一個或多個流體的層流。
[0062]槽道還可以有任意合適的截面長寬比。對于槽道的截面形狀，“截面長寬比”是在截面形狀上相互垂直的兩個測量值的最大可能比率(大比小)。例如，槽道可以有小于大約2:1的截面長寬比、小于大約1.5:1,或者在一些示例中為大約1:1 (例如對于圓形或正方形截面形狀)。在其它實施例中，截面長寬比可以相對較大。例如，截面長寬比可以為至少大約2: 1、至少大約3: 1、至少大約4: 1、至少大約5: 1、至少大約6: 1、至少大約7: 1、至少大約8: 1、至少大約10: 1、至少大約12: 1、至少大約15: 1、或者至少大約20:1。
[0063]如上所述，槽道可以在裝置內布置成任意合適結構。例如，不同槽道結構可以用于在槽道內操縱流體、液滴和/或其它物質。例如，在裝置內的槽道能夠布置成產生液滴(例如離散液滴、單乳液、雙重乳液或者其它多重乳液等)，以便混合容納于其中的流體和/或液滴或其它物質、篩選或挑選容納于其中的流體和/或液滴或其它物質、分裂或分開流體和/或液滴、引起反應產生(例如在兩個流體之間、在由第一流體和第二流體運載的物質之間、或者在由兩種流體運載的兩種物質之間)等。
[0064]下面將介紹用于操縱流體、液滴和/或其它物質的系統的非限定示例。合適的操縱系統的另外示例能夠在以下文獻中可見=Link等的美國專利申請N0.11/246911，申請日為 2005 年 10 月 7 日，標題為 “Formation and Control of Fluidic Species，，，2006年7月27日公開為美國專利申請公開N0.2006/0163385 ;Stone等的美國專利申請N0.11/024228，申請日為 2004 年 12 月 28 日，標題為 “Method and Apparatus for FluidDispersion”，目前為2010年5月4日公開的美國專利N0.7708949 ;Weitz等的美國專利申請 N0.11/885306,申請日為 2007年8 月 29 日，標題為 “Method and Apparatus for FormingMultiple Emulsions”，2009 年 5 月 21 日公開為美國專利申請 N0.2009/0131543 ;Link 等的美國專利申請N0.11/360845，申請日為2006年2月23日，標題為“Electronic Controlof Fluidic Species”，2007年I月4日公開為美國專利申請公開N0.2007/0003442 ;各文獻的內容都結合到本申請中，作為參考。
[0065]流體可以通過一個或多個流體源而供給裝置內的槽道中。任意合適的流體源都能夠使用，且在一些示例中，使用多于一個流體源。例如，泵、重力、毛細作用、表面張力、電滲透、離心力等可以用于將流體從流體源供給至裝置內的一個或多個槽道中。泵的非限定示例包括注射泵、蠕動泵、增壓流體源等。裝置能夠有與它相連的任意數目的流體源，例如1、
2、3、4、5、6、7、8、9、10等，或者更多流體源。流體源不需要用于將流體傳送給相同槽道，例如，第一流體源可以將第一流體供給第一槽道，而第二流體源能夠將第二流體供給第二槽道，等等。在一些示例中，兩個或更多槽道布置成在一個或多個相交部分處相交。在裝置內可以有任意數目的流體槽道相交部分，例如2、3、4、5、6個等，或者更多相交部分。
[0066]根據本發明的某些方面，多種材料和方法能夠用于形成裝置或部件，例如這里所述的裝置或部件，例如槽道，如微流體槽道、腔室等。例如，多個裝置或部件能夠由固體材料形成，其中，槽道可通過微機械加工、膜沉積處理如旋涂和化學氣相沉積、激光制造、光刻技術、蝕刻方法(包括濕化學法或等離子體處理)等來形成。例如見Scientific American,248:44-55,1983 (AngelI 等)。
[0067]在一組實施例中，這里所述的裝置的多種結構和部件能夠由聚合物形成，例如彈性體聚合物，如聚二甲基硅氧烷(“pdms”)、聚四氟乙烯(“ptfe”或Teflon?)等。例如，根據一個實施例，微流體槽道可以通過使用PDMS或其它軟光刻技術單獨制造流體系統來實施(適合該實施例的軟光刻技術的詳細說明在參考文獻中介紹，Younan Xia和George Μ.Whitesides 的參考文獻的標題為 “Soft Lithography”，出版在 Annual Reviewof Material Science, 1998 第 28 卷，第 153-184 頁中，George M.Whitesides、Emanuele0stun1、Shuichi Takayama>Xingyu Jiang 和 Donald E.1ngber 的參考文獻的標題為“SoftLithography in Biology and Biochemistry，，，出版在 Annual Review of BiomedicalEngineering, 2001第3卷，第335-373頁中，各文獻的內容都結合到本申請中，作為參考)。 [0068]可能合適聚合物的其它示例包括但不局限于:聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、環烯烴共聚物(C0C)、聚四氟乙烯、氟化高聚物、硅酮例如聚二甲基硅氧烷、聚偏二氯乙烯、雙苯并環丁烯(“BCB”)、聚酰亞胺、聚酰亞胺的氟代衍生物等。也考慮了包括上述聚合物的組合、共聚物或者混合物。裝置還可以由復合材料形成，例如聚合物和半導體材料的復合材料。
[0069]在一些實施例中，裝置的多個結構或部件由聚合物和/或柔性和/或彈性體材料來制造，并能夠方便地由可硬化的流體來形成，從而方便通過模制(例如復制模制、注射模制、鑄塑模制等)來制造。可硬化流體基本能夠是能夠引起固化或自發固化成固體的任意流體，該固體能夠容納和/或輸送預計用于流體網絡中和與流體網絡一起使用的流體。在一個實施例中，可硬化的流體包括聚合物液體或液體聚合物前體(即“預聚物”)。合適的聚合物液體能夠包括例如加熱至高于它們的熔點的熱塑性聚合物、熱固性聚合物、蠟、金屬或者它們的混合物或復合材料。作為另一示例，合適的聚合物液體可以包括一種或多種聚合物在合適溶劑中的溶液，該溶液在除去溶劑時形成固體聚合物材料，例如通過蒸發。能夠例如從熔融狀態固化或者通過溶劑蒸發而固化的這種聚合物材料為本領域普通技術人員公知。多種聚合物材料(其中許多是彈性體)很合適，也適用于形成模具或母模(mold master)(對于一個或兩個母模由彈性體材料構成的實施例)。這種聚合物的非限定示例包括普通類別的硅酮聚合物、環氧聚合物和丙烯酸酯聚合物。環氧聚合物的特征在于存在通常稱作環氧基、1，2-環氧化物或環氧乙烷的三元環醚基團。例如，除了基于芳族胺、三嗪和脂環族主鏈的化合物，還可以使用雙酚A的二縮水甘油基醚。另一示例包括眾所周知的酚醛清漆(Novolac)聚合物。適用于本發明的硅酮彈性體的非限定示例包括由前體形成的硅酮彈性體，該如體包括氣硅烷如甲基氣硅烷、二乙基氣硅烷、苯基氣硅烷等。
[0070]在某些實施例中使用硅酮聚合物，例如硅酮彈性體聚二甲基硅氧烷。PDMS聚合物的非限定示例包括Dow Chemical C0.,Midland,MI所售的商標為Sylgard的PDMS聚合物，特別是Sylgardl82、Sylgardl84和Sylgardl86。包括PDMS的硅酮聚合物具有簡化本發明各種結構的制備的多個有利特性。例如，這種材料廉價、易獲得，并且能夠由預聚合液體通過加熱固化而被固化。例如，PDMS通常可以通過使預聚合液體暴露在例如大約65°C至大約75°C的溫度下例如大約一小時而固化。還有，硅酮聚合物如PDMS可以是彈性體，因此可以用于形成在本發明的某些實施例中必需的、具有相對高的長寬比的非常小的特征結構。在該方面，柔性(例如彈性體的)模具或母模可能很有利。
[0071]由硅酮聚合物如PDMS形成結構例如微流體結構或槽道的一個優點是這種聚合物能夠被氧化，例如通過暴露于含氧等離子體如空氣等離子體中，從而使得被氧化的結構在其表面包含能夠交聯到其它被氧化的硅酮聚合物表面或者交聯到多種其它聚合物和非聚合物材料的被氧化表面上的化學基團。因此，結構能夠制造，然后氧化和基本上不可逆地密封到其它硅酮聚合物表面，或者密封到與被氧化的硅酮聚合物表面反應的其它基體的表面，而不需要單獨的粘合劑或其它密封裝置。在大部分示例中，密封能夠簡單地通過使被氧化的硅酮表面與另一個表面接觸來完成，而不需要施加輔助壓力以形成密封。也就是，被預氧化的硅酮表面用作對合適匹配表面的接觸粘合劑。具體地說，除了可以對自身不可逆密封外，被氧化的硅酮如被氧化的PDMS也可以對不是其本身的一定范圍被氧化材料不可逆地密封，包括例如玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和環氧聚合物，它們以與PDMS表面相似的方式(例如通過暴露于含氧等離子體)被氧化。適用于本發明的氧化和密封方法以及整體模制技術在本領域中介紹，例如在題為“Rapid Prototypingof Microfluidic Systems and PolydimethylsiloxaneAnal.Chem.,70:474-480,1998(Duffy等)的論文中，該文獻的內容結合到本申請中，作為參考。
[0072]由氧化硅酮聚合物形成槽道或其它結構(或內部流體接觸表面)的另一優點是這些表面能夠有比普通彈性體聚合物的表面大得多的親水性(在這些位置中希望有親水性的內表面)。因此，這些親水性槽道表面能夠更容易由水溶液充裝和潤濕(與包括普通的未氧化彈性體聚合物或其它憎水性材料的結構相比)。
[0073]在一些方面，這樣的裝置可以使用多于一層基體(例如多于一層PDMS)來制造。例如，具有多重高度的槽道的裝置和/或具有如這里所述定位的交接面的裝置可以使用多于一層基體來制造，這些基體可以再裝配或粘接在一起，例如使用等離子體粘接，以便產生最終裝置。在一些實施例中，一層或多層可以有一個或多個匹配的凸起和/或凹入部分，這些凸起和/或凹入部分對齊，以便合適對齊這些層，例如以鎖和鍵的方式。例如，第一層可以有凸起(有任意合適形狀)，第二層可以有相應凹入部分，該凹入部分能夠接收凸起，從而使得兩層合適的相互對齊。
[0074]在一些方面，槽道的一個或多個壁或部分可以進行涂覆，例如涂覆有涂層材料，包括光敏涂層材料。例如，在一些實施例中，在公共相接部處的各微流體槽道可以有基本相同的憎水性，盡管在其它實施例中，各槽道可以有不同的憎水性。例如，在公共相接部處的第一槽道(或槽道組)可以有第一憎水性，而其它槽道可以有與該第一憎水性不同的第二憎水性，例如有比第一憎水性大或小的憎水性。用于涂覆微流體槽道(例如涂覆有溶膠-凝膠涂層)的系統和方法的非限定示例可以在以下文獻中可見=Abate等的國際專利申請 N0.PCT/US2009/000850，申請日為 2009 年 2 月 11 日，標題為 “Surfaces, IncludingMicrofluidic Channels, With Controlled Wetting Properties”，在 2009 年 10 月 I 日公開為W02009/120254 ;以及Weitz等的國際專利申請N0.PCT/US2008/009477，申請日為2008 年 8 月 7 日，標題為“Metal Oxide Coating on Surfaces”，在 2009 年 2 月 12 日公開為TO2009/020633，各文的內容都結合到本申請中，作為參考。
[0075]如上所述，在一些示例中，一些或全部槽道可以進行涂覆或者以其它方式進行處理，這樣，一些或全部槽道(包括進口和子槽道)各自有基本相同的親水性。涂層材料能夠在某些示例中用于控制和/或改變槽道的壁的憎水性。在一些實施例中，提供了溶膠-凝膠，該溶膠-凝膠能夠形成為在基體上的涂層，基體例如槽道的壁，如微流體槽道的壁。在一些示例中，溶膠-凝膠的一個或多個部分能夠進行反應，以便改變它的憎水性。例如，溶膠-凝膠的一部分可以暴露于光(例如紫外線光)中，該光能夠用于引起在溶膠-凝膠中的化學反應，該化學反應改變它的憎水性。溶膠-凝膠可以包括光敏引發劑，該光敏引發劑在暴露于光中時產生原子團。也可選擇，光敏引發劑與在溶膠-凝膠內的硅烷或其它材料結合。這樣產生的原子團可以用于引起在溶膠-凝膠的表面上產生凝結或聚合反應，從而改變表面的憎水性。在一些示例中，多個部分可以例如通過控制暴露于光中(例如使用掩模)而進行反應或保持未反應。
[0076]因此，在本發明的一個方面中，在槽道的壁上的涂層可以是溶膠-凝膠。如本領域普通技術人員已知，溶膠-凝膠是能夠成溶膠或凝膠狀態的材料。在一些示例中，溶膠-凝膠材料可以包括聚合物。溶膠狀態可以通過化學反應而轉變成凝膠狀態。在一些示例中，可以通過從溶膠中除去溶劑而方便反應，例如通過干燥或加熱技術。因此，在一些示例中，例如如后面所述，溶膠可以在使用之前預處理，例如通過引起在溶膠內產生一些凝結。溶膠-凝膠化學性質大致與聚合類似，但是為硅烷水解產生硅烷醇和這些硅烷醇隨后凝結以便形成硅石或硅氧烷的順序。
[0077]例如，可以通過在溶膠-凝膠中結合憎水性聚合物來使得溶膠-凝膠涂層更加憎水性。例如，溶膠-凝膠可包含一種或多種硅烷，例如一氟硅烷(即包含至少一個氟原子的娃燒)，例如十七氟娃燒或十七氟辛基娃燒(heptadecafluorooctylsilane),或者其它娃燒如甲基三乙氧基硅烷(MTES)，或者包含一個或多個脂肪鏈的硅烷如十八烷基硅烷，或者其它CH3 (CH2)n-硅烷，其中η可以是任何合適的整數。
[0078]溶膠-凝膠可以存在為在基體上的涂層，且該涂層可以有任意合適的厚度。例如，涂層可以有不超過大約100微米的厚度、不超過大約30微米、不超過大約10微米、不超過大約3微米或者不超過大約I微米。
[0079]溶膠-凝膠涂層的憎水性可以改變，例如通過使溶膠-凝膠涂層的至少一部分進行凝結或聚合反應，以使聚合物與溶膠-凝膠涂層反應。與溶膠-凝膠涂層反應的聚合物可以是任何合適的聚合物，并且可以選擇成具有特定的憎水性質。例如，聚合物可以選擇成比基體和/或溶膠-凝膠涂層更加憎水或者更加親水。
[0080]因此，本發明的一些方面通常涉及用于將這樣的溶膠-凝膠涂覆在基體的至少一部分上的系統和方法。在一組實施例中，基體(例如微流體槽道)暴露于溶膠，該溶膠再進行處理以便形成溶膠-凝膠涂層。在一些示例中，溶膠還能夠預處理，以便引起產生局部凝結或聚合。
[0081]在某些實施例中，涂層的一部分可以在涂層引入基體上之后進行處理，以便改變它的憎水性(或其它特性)。在一些示例中，涂層暴露于包含單體和/或低聚物的溶液，該單體和/或低聚物再凝結或聚合，以便粘接在涂層上，如上面所述。例如，涂層的一部分可以受到熱或光，例如紫外線光，該熱或光可以用于起動自由基聚合反應，以便導致發生聚合。
[0082]下面的文獻的內容結合到本申請中，作為參考=Weitz等的美國專利申請N0.11/885306,申請日為 2007 年 8 月 29 日，標題為 “Method and Apparatus for FormingMultiple Emulsions”，在2009年5月21日公開為美國專利申請公開N0.2009/0131543 ;Chu等的美國專利申請N0.12/058628，申請日為2008年3月28日，標題為“Emulsionsand Techniques for Formation”，目前為 2010 年 8 月 17 日頒發的美國專利 N0.7776927 ；Weitz等的國際專利申請N0.PCT/US2010/000763,申請日為2010年3月12日，標題為 “Controlled Creation of Multiple Emulsions，，，在 2010 年 9 月 16 日公開為W02010/104604 ；ffeitz 等的國際專利申請 N0.PCT/US2010/047458，申請日為 2010 年 9 月I 日，標題為 “Multiple Emulsions Created Using Junctions” ；Weitz 等的國際專利申請 N0.PCT/US2010/047467，申請日為 2010 年 9 月 I 日，標題為 “Multiple EmulsionsCreated Using Jetting and Other Techniques” ；以及 Rotem 等的美國臨時專利申請N0.61/489211，申請日為 2011 年 5 月 23 日，標題為 “Control of Emulsions, IncludingMultiple Emulsions” ;這些文獻的內容都結合到本申請中，作為參考。
[0083]以下示例用于說明本發明的特定實施例，而不是用來說明本發明的整個保護范圍。
[0084]示例 I
[0085]光刻是用于制造微米量級裝置的精確、可重復和容易的方法。不過，它不容易在該裝置中制造雙重乳液。用于雙重乳化的一種方案是局部地控制裝置的潤濕親和力。例如，水/油/水乳液(w/o/w)可以這樣制備，其中，第一乳化階梯(Step)是局部憎水，第二乳化階梯是局部親水。例如見Weitz等的國際專利申請N0.PCT/US2010/047458，申請日為2010年 9 月 I 日，標題為“Multiple Emulsions Created Using Junctions”,該文獻的內容結合到本申請中，作為參考。
[0086]用于克服在該裝置中的潤濕限制的另一方法是通過控制乳化階梯的幾何形狀。通過產生形成相接部的更擴大下降，連續的流體能夠環繞分散流體流動，使它與壁屏蔽，并防止它潤濕裝置的壁，從而消除在初始限定的幾何形狀中存在的潤濕問題。
[0087]光刻曝光能夠重復，以便產生多層裝置，但是一些布局(例如圖1中的布局)有時可能很難使用多重曝光來獲得，并可能需要在制造后堆垛裝置的補充方法。用于使得微米量級裝置的堆垛對齊的一種方法依賴于匹配的“鎖和鍵”，該鎖和鍵是裝置(圖2)的固有部件。圖2A表示了使用光刻制備的兩層母體(master)。兩層的對齊確定了兩半PDMS的對齊(在圖2C)。圖2B表示了切成兩半的兩層裝置，且圖2C表示了相互面對粘接的兩半部分，例如使用等離子體粘接。圖2D和2E表示了在裝置的一半上凸出和在面對的一半上壓入的對齊結構，因此，它們裝配在一起，以便執行兩半部分的自對齊。接觸表面通過水的潤滑可以用于暫時停用等離子體粘接，直到在對齊處理之后進行焙烤。
[0088]在一些示例中，單階梯乳化可以通過這樣的兩厚度裝置來實現。例如，憎水性裝置可以用于在流體之間的接觸點處將水乳化至油中。將該接觸點設計成靠近第二乳化部位能夠導致單階梯處理。在一些實施例中，這種處理還能夠產生具有非常薄外殼的雙重溶液，例如有1:25的外殼/內部相的體積比例(圖3)。該圖表示了單階梯、兩厚度裝置，用于形成有不同體積比例的w/o/w雙重乳液，從在左側圖像中的1:1內部:外殼體積比例至在右側的25:1內部:外殼體積比例。
[0089]盡管這里已經描述和舉例說明了本發明的多個實施例，但本領域普通技術人員將容易想到許多實現本文中所述功能和/或獲得本文中所述結果和/或一種或多種所述優點的其它措施和/或結構，每一種這樣的變化和/或修改均被視為在本發明的范圍內。更通常是，本領域普通技術人員應當知道，這里所述的所有參數、尺寸、材料和構造是示例性的，實際的參數、尺寸、材料和/或構造將取決于使用本發明教導的具體應用。本領域普通技術人員只利用常規實驗會認識到或能確定本文所述本發明的具體實施例的許多等效情況。因此，應當知道，前述實施例僅作為示例給出，在附加權利要求書及其等效情況的范圍內，本發明可以采取與具體說明和要求保護的方式不同的方式來實施。本發明涉及本文中所述的每一個單獨的特征、系統、制品、材料、成套組件和/或方法。此外，兩種或更多種這類特征、系統、制品、材料、成套組件和/或方法的任意組合也包括在本發明的范圍內，只要這類特征、系統、制品、材料、成套組件和/或方法彼此一致。
[0090]本文所限定和使用的所有定義應理解為優先于字典中的定義、通過參考結合的文獻中的定義和/或所定義術語的通常含義。
[0091]除非有明確的相反說明，否則本說明書和權利要求書中的非限定冠詞“一”應當理解為指“至少一個”。
[0092]本說明書和權利要求書中用到的表述“和/或”應理解為指如此結合的要素中的“任一或二者”，即要素在一些示例中配合的出現，在其它情況下分開出現。用“和/或”列舉的多個要素應以相同的方式解釋，即“一個或多個”要素如此結合。可選地，存在不是“和/或”從句明確指出的要素的其它要素，無論它們與那些明確指出的要素相關與否。因此，作為非限定的示例，當與開放式語言如“包括” 一起使用時，提及“A和/或B”在一個實施例中可以僅指A (可選地包括不是B的要素)；在另一個實施例中可以僅指B (可選地包括不是A的要素)；而在另一個實施例中可以指A和B (可選地包括其它要素)；等等。
[0093]本說明書和權利要求書中所用的“或”應理解為與上面定義的“和/或”具有相同含義。例如，當隔開列表中的各項時，“或”或“和/或”應理解為包括性的，即包括許多或列表中要素的至少一個，而且包括多于一個的要素，并可選地包括另外未列出的項目。
只有當明確相反定義的術語例如“僅......其中之一”或“確切地......其中之一”，或
“由......組成”在權利要求書中使用時，指包括許多或列表中要素的恰好一個。通常，當
前面存在排他性術語如“任一”、“......其中之一”、“僅......其中之一”或“......其中
確切之一”時，本文中所用的術語“或”應僅解釋為表示排他性的可選擇項(即“其中之一或
另一個但非二者”)。“基本由......組成”用在權利要求書中時應具有如在專利法領域中
所用的普通含義。
[0094]如在本說明書和權利要求書中所用的，提及一個或多個要素列表時的表述“至少一個”應理解為意指選自所列要素中的任何一個或多個要素中的至少一個要素，但不一定包括要素列表中每個明確列出的至少一個要素，也不排除要素列表中要素的任意組合。該定義還允許除了提及表述“至少一個”的要素列表內所明確指出的要素以外，其它要素也可以選擇地存在，無論它們與那些明確指出的要素相關與否。因此，作為非限定的示例，“A和B中的至少一個”(或等同于“A或B中的至少一個”或等同于“A和/或B中的至少一個”)在一個實施例中可以指至少一個A，可選地包括多于一個的A，但不存在B (可選地包括B之外的要素);在另一個實施例中可以指至少一個B，可選地包括多于一個的B，但不存在A (可選地包括A之外的要素);而在另一個實施例中可以指至少一個A，可選地包括多于一個的A以及至少一個B，可選地包括多于一個的B (可選地包括其它要素)；等。
[0095]還應理解，除非有明確的相反說明，否則本文中要求保護的包括多于一個步驟或動作的任何方法中，該方法的這些步驟或動作的順序并不一定限于所給出的方法的步驟或動作的順序。
[0096]在權利要求書和以上說明書中，所有過渡用語如“包含”、“包括”、“帶有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等均應理解為開放式的，即指包括但不限于。僅過渡用語
“由......組成”和“基本由......組成”分別對應于如美國專利局專利審查程序指南第
2111.03節中所規定的封閉或半封閉式的過渡用語。
【權利要求】
1.一種微流體裝置，包括: 微流體槽道的第一相接部，所述第一相接部至少包括流體連通的第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道，第一相接部在交接面處與微流體槽道的第二相接部流體連通，所述第二相接部至少包括流體連通的第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道，第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道中的每一個都具有在第一相接部處的相應截面面積，第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道中的每一個都具有在第二相接部處的相應截面面積，其中，交接面的截面面積小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道中的最小截面面積。
2.根據權利要求1所述的微流體裝置，其中:第六微流體槽道限定了中心軸線，交接面具有中心點，所述中心點基本在第六微流體槽道的中心軸線上。
3.根據權利要求1所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道限定了第一中心軸線，第六微流體槽道限定了第六中心軸線，其中，第一中心軸線和第六中心軸線基本平行。
4.根據權利要求3所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道的第一中心軸線和第六微流體槽道的第六中心軸線基本共線。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一槽道、第二槽道和第三槽道的截面面積各自小于第四槽道、第五槽道和第六槽道的最小截面面積。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一槽道的截面面積小于第二槽道和第三槽道中的最小截面面積。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一槽道、第二槽道和第三槽道的截面面積都基本相同。
8.根據權利要求1-7中任·意一項所述的微流體裝置，其中:第二槽道的截面面積基本等于第三槽道的截面面積。
9.根據權利要求1-8中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四槽道的截面面積基本等于第五槽道的截面面積。
10.根據權利要求1-9中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道的截面面積的平均值小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的截面面積的平均值的大約80%。
11.根據權利要求ι-?ο中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道的截面面積的平均值小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的截面面積的平均值的大約50%。
12.根據權利要求1-11中任意一項所述的微流體裝置，其中:交接面的面積小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的平均截面面積的大約80%。
13.根據權利要求1-12中任意一項所述的微流體裝置，其中:交接面的面積小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的平均截面面積的大約50%。
14.根據權利要求1-13中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道的平均高度小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的平均高度的80%。
15.根據權利要求1-14中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道的平均寬度小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道的平均寬度的80%。
16.根據權利要求1-15中任意一項所述的微流體裝置，其中:第二槽道以小于90°的角度與第一槽道相交。
17.根據權利要求1-16中任意一項所述的微流體裝置，其中:第三槽道以小于90°的角度與第一槽道相交。
18.根據權利要求1-17中任意一項所述的微流體裝置，其中:第二槽道以大于90°的角度與第一槽道相交。
19.根據權利要求1-18中任意一項所述的微流體裝置，其中:第三槽道以大于90°的角度與第一槽道相交。
20.根據權利要求1-19中任意一項所述的微流體裝置，其中:第二槽道和第一槽道的角度以及第三槽道和第一槽道的角度基本相同。
21.根據權利要求1-20中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四槽道以小于90°的角度與第一槽道相交。
22.根據權利要求1-21中任意一項所述的微流體裝置，其中:第五槽道以小于90°的角度與第一槽道相交。
23.根據權利要求1-22中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四槽道以大于90°的角度與第一槽道相交。
24.根據權利要求1-23中任意一項所述的微流體裝置，其中:第五槽道以大于90°的角度與第一槽道相交。
25.根據權利要求1-24中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四槽道和第一槽道的角度與第五槽道和第一槽道的角度基本相同。
26.根據權利要求1-25中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四槽道和第一槽道的角度大于第二槽道和第一槽道的角度。
27.根據權利要求1-26中任意一項所述的微流體裝置，還包括:阻擋部分，所述阻擋部分定位在第二相接部中并鄰近交接面，以使得從交接面至第二相接部有逐漸變化的尺寸。
28.一種微流體裝置，包括: 微流體槽道的相接部，所述相接部至少包括流體連通的第一微流體槽道、第二微流體槽道、第三微流體槽道、第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道，第一微流體槽道、第二微流體槽道、第三微流體槽道、第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道中的每一個都具有在相接部處的截面面積，其中，第二截面面積和第三截面面積基本相同，第四截面面積和第五截面面積基本相同，第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道在相接部處的截面面積各自小于第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道在相接部處的最小截面面積。
29.根據權利要求28所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道、第三微流體槽道、第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道中的至少一個有矩形截面。
30.根據權利要求28或29所述的微流體裝置，其中:物品包括聚(二甲基硅氧烷)。
31.根據權利要求28-30中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道、第三微流體槽道、第四微流體槽道、第五微流體槽道和第六微流體槽道中的每一個在相接部處都具有基本相同的親水性。
32.根據權利要求28-31中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道的截面面積小于第二微流體槽道和第三微流體槽道中的最小截面面積。
33.根據權利要求28-32中任意一項所述的微流體裝置，其中:第一微流體槽道、第二微流體槽道和第三微流體槽道的截面面積都基本相同。
34.根據權利要求28-33中任意一項所述的微流體裝置，其中:第二微流體槽道的截面面積基本等于第三微流體槽道的截面面積。
35.根據權利要求28-34中任意一項所述的微流體裝置，其中:第四微流體槽道的截面面積基本等于第五微流體槽道的截面面積。
36.一種產生雙重乳液的方法，所述方法包括: 使得第一流體由第二流體包圍，同時使得第一流體和第二流體通過在微流體槽道的第一相接部和微流體槽道的第二相接部之間的交接面進入第三流體中，以便包圍第一流體和第二流體并產生雙重乳液液滴，所述雙重乳液液滴包括由第二流體的液滴包圍的第一流體的液滴，所述第二流體的液滴包含在第三流體中。
37.根據權利要求36所述的方法，其中:第一流體和第二流體基本不可混溶。
38.根據權利要求36或37所述的方法，其中:第二流體和第三流體基本不可混溶。
39.根據權利要求36-38中任意一項所述的方法，其中:雙重乳液液滴包括不超過大約5%體積的第二流體和至少大約95%體積的第一流體。
40.根據權利要求36-39中任意一項所述的方法，其中:雙重乳液液滴包括不超過大約10%體積的第二流體和至少大約90%體積的第一流體。
41.根據權利要求36-40中任意一項所述的方法，其中:雙重乳液液滴包括不超過大約20%體積的第二流體和至少大約80%體積的第一流體。
42.根據權利要求36-41中任意一項所述的方法，其中:雙重乳液液滴包括不超過大約30%體積的第二流體和至少大約70%體積的第一流體。
43.根據權利要求36-42中任意一項所述的方法，還包括:產生多個雙重乳液液滴，各雙重乳液液滴包括由第二流體的液滴包圍的第一流體的液滴，所述第二流體的液滴包含在第二流體中。
44.根據權利要求43所述的方法，包括:產生多個雙重乳液液滴，以使得產生的液滴的至少大約95%是雙重乳液液滴。
45.一種產生雙重乳液的方法，所述方法包括: 在微流體槽道的公共相接部處產生雙重乳液，其中，各微流體槽道在公共相接部處具有基本相同的憎水性。
【文檔編號】B01F13/00GK103547362SQ201280024857
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月22日 優先權日:2011年5月23日
【發明者】A·羅坦, D·A·韋茨, A·R·阿巴特, C·霍爾茨 申請人:哈佛學院院長等, 巴斯夫歐洲公司