用于封裝和分割試劑的流體裝置、系統和方法及其應用與流程

本申請要求于2014年4月10日提交的美國臨時專利申請號61/977,804的優先權，該申請的全部公開內容通過引用而整體并入本文用于所有目的。

背景

在過去的二十年，生命科學領域經歷了巨大的進步。從來源于重組脫氧核糖核酸(DNA)技術的產品的廣泛商業化，到通過關鍵的研究工具(如聚合酶鏈反應、核酸陣列技術、穩健的核酸測序技術以及最近高通量下一代測序技術)的發展和商業化所實現的研究、開發和診斷的簡單化。所有這些改善結合起來推動了生物研究、醫學、診斷學、農業生物技術領域以及各種其他相關領域的飛速發展。

這些技術通常都不是單獨存在的，相反，它們都被整合在包括樣品采集和制備的上游部分，到數據采集、去卷積、解釋和最終利用的下游部分的更廣泛的工作流程中。而且，這些進步中的每一種，在標志著其領域大步前進的同時，也往往暴露出該工作流程中必須自身發展以適應該領域需求的關鍵瓶頸。例如，僅為了能夠從樣品材料開始對核酸進行測序，基因組測序就在兩端受到了關鍵工作流程問題(在許多情況下，包括復雜和勞動密集型樣品制備過程)的束縛。類似地，一旦獲得了序列數據，則需要復雜的后端信息學以便將序列數據去卷積成為堿基判定，然后將確定的堿基序列組裝成連續的序列數據，并最終將該序列數據與給定生物體的全基因組進行比對。

這些技術中的許多技術的一個關鍵瓶頸并非在于其生成大量數據的能力，而是在于其將該數據更具體地劃歸于復雜樣品的一部分或許多多路(multiplexed)樣品中的給定樣品的能力。

技術實現要素：

本公開內容的裝置、方法和系統為包括上述挑戰在內的多個領域中的挑戰提供了解決方案。本公開內容提供了用于生成封裝的試劑以及包含這些封裝的試劑的多路分區(multiplexed partitions)以用于多種應用的裝置、系統和方法。

本公開內容的裝置、系統和方法采用微流體系統來生成微膠囊或珠子的單分散群體，該微膠囊或珠子可具有與其締合的試劑如生物試劑。還提供了用于選擇性地且可控地將這些微膠囊或珠子分割(partition)至乳液中的液滴中以用于進行進一步反應和/或分析的裝置、系統和方法。還提供了所述裝置和系統的各種組件部分以及用于促進這些組件之間相互作用的接口組件。

本公開內容的一個方面提供了用于分割微膠囊的方法。所述方法可包括提供包含微膠囊懸浮液的水性流體，以及使所述水性流體流入包含分割流體的液滴生成交叉部(droplet generation junction)以在所述分割流體中形成所述水性流體的液滴群體(population of droplets)。所述水性流體的流速可以使得所述液滴群體中的不多于50％的液滴未被來自所述微膠囊懸浮液的微膠囊占據。

在一些實施方案中，所述流速使得所述液滴群體中的不多于25％的液滴未被微膠囊占據。在一些實施方案中，所述流速使得所述液滴群體中的不多于10％的液滴未被微膠囊占據。在一些實施方案中，所述流速使得液滴群體的不多于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、2％或1％未被微膠囊占據。

在一些實施方案中，所述液滴群體中的少于25％的液滴包含多于一個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的少于20％的液滴包含多于一個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的少于15％的液滴包含多于一個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的少于10％的液滴包含多于一個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的少于5％的液滴包含多于一個微膠囊。

在一些實施方案中，所述液滴群體中的至少80％的液滴包含單個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的至少90％的液滴包含單個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的至少95％的液滴包含單個微膠囊。在一些實施方案中，所述液滴群體中的至少70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％或99％的液滴包含單個微膠囊。

在一些實施方案中，所述液滴生成交叉部可在微流體裝置的微流體通道網絡中。在一些實施方案中，所述微流體通道網絡可包含將微膠囊的來源與所述液滴生成交叉部流體連接的第一通道區段。所述微流體通道網絡還可包含將分割流體的來源與所述液滴生成交叉部連接的第二通道區段，以及與所述液滴生成交叉部流體連接、為所述液滴生成交叉部提供出口的第三通道區段。

在一些實施方案中，可通過提供橫跨所述第一和第二通道區段的一個或多個壓差來提供所述流速。在一些實施方案中，所述第一和/或第二通道區段可具有提供所述流速的截面尺寸，所述流速使得所述液滴群體中的不多于50％的液滴未被來自所述微膠囊懸浮液的微膠囊占據。在一些實施方案中，所述微流體通道網絡可進一步包含在所述第一通道區段內的提供所述流速的一個或多個流動控制結構。

在一些實施方案中，所述微膠囊懸浮液的微膠囊具有平均截面尺寸和不大于10％的截面尺寸變異系數。在一些實施方案中，所述微膠囊懸浮液的微膠囊具有平均截面尺寸和不大于10％、8％、6％、4％、2％或1％的截面尺寸變異系數。

本公開內容的其他方面提供了用于分割微膠囊的方法。所述方法可包括使包含微膠囊懸浮液的水性流體流入包含分割流體的液滴生成交叉部。在液滴生成窗口期，所述微膠囊可以以變化小于30％的頻率流入所述液滴生成交叉部。所述方法還可包括在所述液滴生成窗口期在所述分割流體中分割所述微膠囊。在一些實施方案中，所述頻率大于50Hz。在一些實施方案中，所述頻率大于500Hz。在一些實施方案中，所述頻率大于1000Hz。在一些實施方案中，所述頻率大于50Hz、100Hz、250Hz、500Hz、750Hz、1000Hz、1250Hz、1500Hz、1750Hz或2000Hz。

在一些實施方案中，在所述液滴生成窗口期，所述微膠囊以變化小于20％的頻率流入所述液滴生成交叉部。在一些實施方案中，在所述液滴生成窗口期，所述微膠囊以變化小于10％的頻率流入所述液滴生成交叉部。在一些實施方案中，在所述液滴生成窗口期，所述微膠囊以變化小于5％的頻率流入所述液滴生成交叉部。在一些實施方案中，在所述液滴生成窗口期，所述微膠囊以變化小于30％、25％、20％、15％、10％、5％、2％或1％的頻率流入所述液滴生成交叉部。

在一些實施方案中，使包含所述微膠囊懸浮液的水性流體流入包含分割流體的液滴生成交叉部可包括使所述水性流體流動通過與所述液滴生成交叉部流體連接的微流體通道。所述微流體通道可包含調節所述微膠囊的流動(例如，流速)的區域。

本公開內容的其他方面提供了用于產生微膠囊的方法。所述方法可包括提供在水性流體中的凝膠前體，以及使具有所述凝膠前體的水性流體流動通過與包含分割流體的液滴生成交叉部流體連接的流體導管。所述分割流體可包含凝膠活化劑。所述方法還可包括在所述分割流體中形成所述水性流體的液滴，其中在所述液滴內，所述凝膠活化劑與所述凝膠前體接觸以形成凝膠微膠囊。在一些實施方案中，所述水性流體還可包含生物分子，其中例如所述生物分子可變得夾雜在所述凝膠微膠囊中。

本公開內容的其他方面提供了用于分割微膠囊的方法。所述方法可包括使包含單分散微膠囊群體的懸浮液的水性流體流入液滴生成交叉部。所述單分散群體可具有平均截面尺寸和不大于10％的截面尺寸變異系數。所述方法還可包括將分割流體引入到所述液滴生成交叉部中，以及將所述水性流體分離成在所述分割流體內的液滴，其中該液滴含有一個或多個微膠囊。

本公開內容的其他方面提供了一種微流體系統。所述微流體系統可包含含有與液滴生成交叉部流體連通的至少第一、第二和第三通道區段的微流體通道網絡。所述第一通道區段可與包含含有水性流體的第一流體的第一流體來源流體連接。所述水性流體可包含安置在其中的多個微膠囊。此外，所述第二通道區段可與包含與所述水性流體不互溶的第二流體的第二流體來源流體連接。所述微流體系統還可包含與所述微流體通道網絡連接的流動控制系統。所述流動控制系統可使所述第一流體和第二流體流入所述液滴生成交叉部以生成包含微膠囊的液滴；并且可使所述液滴流入所述第三通道區段，使得至少75％的液滴包含至少一個微膠囊并且少于25％的液滴包含多于一個微膠囊。

本公開內容的其他方面提供了一種微流體系統。所述微流體系統可包含微流體通道網絡。所述微流體通道網絡可包含與包含微膠囊懸浮液的第一水性流體的來源耦合的第一通道區段；與第二水性流體的來源耦合的至少一個第二通道區段，所述第一和第二通道區段在使所述第一水性流體與所述第二水性流體相接觸的第一交叉部流體連通；以及與所述第一交叉部耦合并與至少一個第四通道區段在第二交叉部相交的第三通道區段。所述至少一個第四通道區段可與和所述第一和第二水性流體不互溶的流體的來源耦合。此外，所述第二交叉部可將所述第一和第二水性流體分割成在所述流體內的液滴。所述微流體系統還可包含與所述微流體通道網絡可操作地耦合的流動控制系統。所述流動控制系統可使所述第一、第二和第三流體流動通過所述微流體通道網絡，從而以至少50Hz并且變化小于20％的頻率在所述流體中形成包含所述第一和第二水性流體的液滴。

基于其中僅示出和描述了本公開內容的說明性實施方案的以下詳述，本公開內容的其他方面和優勢將變得對本領域技術人員顯而易見。應當理解，本公開內容能夠具有其他不同的實施方案，并且其若干個細節能夠在各個明顯的方面進行修改，所有這些都不背離本公開內容。因此，附圖和描述將被視為本質上是說明性的而非限制性的。

援引并入

本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請均通過引用并入本文，其程度如同特別地且單獨地指出每個單獨的出版物、專利或專利申請通過引用而并入。在通過引用而并入的出版物和專利或專利申請與本說明書包含的公開內容相矛盾的情況下，本說明書旨在取代和/或優先于任何這樣的矛盾材料。

附圖說明

圖1A、1B和1C提供了示例性分割或液滴生成流體通道交叉部的示意圖。

圖2示意性地圖示了簡單示例性流體通道架構，用于將微膠囊及其他流體分割至油包水乳液中的液滴中。

圖3A和3B示意性地圖示了用于將封裝的試劑分割至乳液中的液滴中的示例性流體通道架構。

圖4示意性地圖示了對分割封裝的試劑有用的示例性通道網絡和微流體裝置。

圖5示意性地圖示了用于增強對流體裝置內的微膠囊組合物的操控的示例性儲室結構的側視圖。

圖6A和6B圖示了示例性微膠囊流動調節結構。

圖7A和7B示意性地圖示了將含流體的容器與裝置上的流體儲室相接合的示例。

具體實施方式

I.概述

本公開內容提供了對處理復雜樣品以供采用高通量分析系統進行分析特別有用的裝置、系統和方法，該高通量分析系統包括例如高通量核酸分析系統，如核酸陣列、核酸測序系統、核酸擴增和定量系統等。特別地，本文所述的裝置、系統和方法對于提供封裝的試劑或試劑系統，以及將這些試劑與樣品組分共分割以供進一步反應和/或分析是特別有用的。試劑和樣品組分的這種共分割可用于例如通過將樣品的部分分隔至不同的分區而降低樣品材料的復雜性。此外，還可通過分隔試劑，使每個樣品部分經歷不同的反應，包括例如，將獨特標識符施加于不同的樣品組分，例如，將離散的條形碼或標記試劑附接至離散的樣品組分。

這些共分割方法的特別優良的實例在公開的國際專利申請號WO2014/028537和美國專利申請號14/104,650(于2013年12月12日提交)、14/175,935(于2014年2月7日提交)、14/175,973(于2014年2月7日提交)以及61/937,344(于2014年2月7日提交)中進行了描述，各個文獻的全部公開內容均通過引用而整體并入本文以用于所有目的。

舉例而言，一種特別優良的方法提供了包含與微膠囊結合的核酸條形碼序列(Barcode sequence)的聚合物微膠囊組合物，其中與給定微膠囊締合的條形碼具有基本相同的核苷酸序列，但其中不同的離散微膠囊將具有與這樣的微膠囊締合的不同的條形碼序列。然后，使這些微膠囊中的每一個與樣品流體(如包含來自樣品材料的模板核酸的樣品流體)的一部分接觸。然后，將包含該模板核酸和微膠囊的樣品材料混合物分割為小體積(如油包水乳液的液滴)，使得該微膠囊和該樣品材料的一部分被包含在相同的液滴內。除了控制液滴生成過程從而在給定分區中提供所需數目的微膠囊之外，還可以控制樣品材料和乳化過程，從而在每個分區內提供所需量的樣品材料(例如樣品核酸材料)，以例如在給定分區內提供單個模板分子或所需水平的基因組覆蓋或其他所需水平的樣品材料。

在分區內，使條形碼序列與樣品材料(例如模板核酸)反應，以有效地標記該樣品材料或其一部分。例如，通過經由例如使用條形碼序列作為延伸引物的模板序列擴增使該條形碼序列與模板反應，可將條形碼序列有效地“附接”至復制的或擴增的模板。類似地，延伸引物的復制產生了模板的互補鏈以及條形碼的互補序列，同樣，有效地將該條形碼附接至模板。然后，條形碼序列或其互補序列在擴增的模板分子或其互補鏈上的存在，或條形碼序列或其互補序列與該擴增的模板分子或其互補鏈的附接，允許包含該條形碼的序列讀序(sequence read)以一定水平歸屬于最初分配至該分區的樣品材料的相同部分，例如，相同模板分子或相同樣品組分。

在許多情況下，包含一種或多種條形碼序列的分子還可包含用于后續處理經擴增的模板序列的功能元件。這些功能序列包括例如引物序列(例如，靶向引物序列或通用引物序列)、引物識別序列、在序列內或序列復制時能形成二級結構的序列、富集序列(例如，用作親和純化序列的序列)、固定化序列、探針序列、反向互補或發夾序列，或多種其他功能序列中的任一種。

這樣的分割過程和條形碼化或標記過程存在很多種其他高價值的應用。本公開內容有利地提供了可極大地促進生成這樣的分割的組合物或其組分的裝置、系統和方法。

II.用于產生封裝的試劑和分割的反應的流體系統

本公開內容提供了改進的流體系統，特別是改進的微流體系統，該改進的流體系統對于封裝的試劑的生成以及將這些封裝的試劑分割以用于后續反應和/或分析是有用的。如本文所用的，微流體系統通常是指采用一種或多種流體導管、通道、腔室等(它們包括一個或多個內部截面尺寸，例如，小于1000微米、小于200微米、小于100微米，以及在一些情況下小于約50微米或甚至小于約20微米的深度、長度或寬度)的流體系統。在一些情況下，一個或多個截面尺寸可以為約20微米或更小，或10微米或更小。通常，這些微流體通道或腔室將具有至少一個在約1微米至約100微米之間的截面尺寸。

應當理解，對封裝的試劑的提及并非旨在將這樣的試劑的范圍限制于完全封閉的膠囊，而是旨在反映將試劑與給定顆粒、珠子或其他固體或半固體顆粒相締合的多種方法中的任一種。特別地，封裝通常是指特定物質與固體或半固體顆粒、珠子、封閉體(enclosure)、分區或液滴的夾帶或其他附接、偶聯或締合，并且不限于其中物質被完全或部分地封閉在較大結構內的組合物。

在一些方面，封裝的試劑與形狀通常為球形的微膠囊相締合，但是該微膠囊可以是細長的、塞形的或在其特定的形狀方面以其他方式變化。在一些情況下，微膠囊將具有一個或多個小于200微米、小于150微米或小于約100微米的截面尺寸。在一些情況下，本公開內容的微膠囊具有一個或多個約10至約200微米、約20至150微米、約30至125微米，在許多情況下約40至約100微米，且在其他情況下約50至約75微米的截面尺寸。

雖然微膠囊的尺寸可能是重要的考慮因素，但在許多應用中，這些尺寸的可變性也是重要的考慮因素。特別地，例如，微膠囊通過微流體系統的輸送可能顯著地受到該微膠囊大小的影響。例如，相比于較小的微膠囊，大得多的微膠囊的簡單流動阻力可能更大。類似地，相比于較小的微膠囊，較大微膠囊的堵塞傾向可能更大。在任一種情況下，微膠囊通過微流體系統的流速可能極大地受到微膠囊大小的影響。因此，在某些方面，將以具有基本上單分散的截面尺寸的微膠囊群體提供本文所述的微膠囊。就截面尺寸而言，短語“基本上單分散”是指偏離于(例如，以變異系數表示并顯示為百分比)平均截面尺寸不多于50％、不多于40％、不多于30％、不多于20％或在一些情況下不多于10％的群體。

無論是在生成用于試劑的夾帶或封裝的微膠囊的情況下，還是在在非水性液滴內分割水性流體的情況下，本公開內容的裝置和系統均可采用類似的架構。在簡化的實例中，該架構可包括與第一交叉部流體連接的第一通道區段，該第一交叉部將該第一通道區段與第二通道區段和第三通道區段流體連接。該第二通道區段向該交叉部遞送與第一水性流體不互溶的第二流體(例如油)，從而允許在不互溶流體流內形成水性液滴。在本文中，該第二流體可以指分散流體、分割流體等。第一和第二流體通過該交叉部并進入第三通道區段的流動是受控制的，使得第一流體的液滴被分配至第三通道區段內的第二流體的流動流中。多種針對該基本結構的修改可用于更好地控制液滴形成并帶來額外的流體流。如本文所用的，流體流動的控制包括通過施加更大或更小的用于引起該流體流動的驅動力來主動地控制流體流動。此外，可通過控制一種或多種流體和/或導管(流圖流動通過該導管)的流動特征，來整體地或部分地控制流動。例如，可通過在導管內提供更高的流動阻力(例如，通過提供更高的粘度、更窄的導管尺寸)，或在流體流內提供更大或更小的微膠囊，或上述的任意組合，來控制流體流動。在一些情況下，通過受控制的驅動力、受控制的導管尺寸和受控制的流體性質(例如粘度或顆粒組成)中的幾種來給予控制。

圖1A提供了用于在通道中生成液滴的示例性基本通道架構的示意圖。如圖所示，第一通道區段102、第二通道區段104、第三通道區段106和第四通道區段108全部在第一交叉部110處流體連通。圖1B示意性地圖示了液滴在圖1A的通道架構內的形成。

如圖所示，第一水性流體112通過通道區段102流向交叉部110。與第一流體112不互溶的第二流體114經由通道區段104和106中的每一個流入交叉部110中，并進入第四通道區段108中。當第一水性流體112到達交叉部110時，其受到來自通道區段104和106的第二流體114流動的擠壓，并使得第一水性流體112的單個液滴116被分配至第四通道區段108中。在一些情況下，鄰近交叉部110的第四通道區段108的一部分可設置有與交叉部和/或通道區段102、104和106相比減小的截面(未示出)，以促進第四通道區段108內的液滴形成。

如下文更詳細討論的，可在通道區段102、104、106或108的任一個中提供在交叉部110的上游、下游或這二者處的額外的通道區段，以允許向區段102中的第一水性流體流、區段104和/或106中的分割流體或者通道區段108中的含液滴流遞送其他流體，例如，其他試劑、緩沖液等。

應當理解，該基本通道架構在用于試劑封裝的微膠囊的生成中，以及這些封裝的試劑與其他材料的最終分割中，被廣泛使用。

在一個特定實例中并參考上述圖1A和1B，可將聚合物前體材料的第一水溶液作為水性流體112而沿著通道區段102輸送至交叉部110，同時將與該聚合物前體不互溶的第二流體114從通道區段104和106遞送至交叉部110，以產生流入通道區段108中的聚合物前體材料的離散液滴。在一些方面，該第二流體114包含含有用于穩定所產生的液滴(例如，抑制所產生的液滴的后續聚結)的氟表面活性劑的油，如氟化油。特別有用的分割流體和氟表面活性劑的實例在例如美國專利申請號2010-0105112中進行了描述，該專利申請的全部公開內容通過引用以其全文并入本文而用于所有目的。聚合物前體材料可包含一種或多種可聚合的單體、線性聚合物或其他材料。

在制備凝膠微膠囊時，還可將活化劑與來自通道102的水性流112合并。在一些方面，將該活化劑安置在通道104和106的一個或多個中的第二流體流114內，從而允許液滴形成和反應發生同時進行，以產生所需的微膠囊116。例如，在聚合物前體材料包含線性聚合物材料例如線性聚丙烯酰胺、PEG或其他線性聚合物材料的情況下，活化劑可包含交聯劑，或激活第一流內的交聯劑的化學品。同樣地，對于包含可聚合單體的聚合物前體，該活化劑可包含聚合引發劑。例如，在某些情況下，當聚合物前體包含丙烯酰胺單體與N,N’-雙-(丙烯酰)胱胺(BAC)共聚單體的混合物時，可在通道區段104和106中的第二流體流內提供試劑如四乙基甲二胺(TEMED)，該試劑引發丙烯酰胺和BAC共聚為交聯聚合物網絡或水凝膠。

在液滴形成中第二流體流114與第一流體流112在交叉部110接觸后，TEMED可從第二流體114擴散至包含線性聚丙烯酰胺的第一水性流體112中，這將激活液滴內聚丙烯酰胺的交聯，導致作為固體或半固體珠子或顆粒的凝膠例如水凝膠微膠囊116的形成。

雖然就聚丙烯酰胺封裝進行了描述，但在本公開內容的上下文中也可采用其他“可激活的”封裝組合物。例如，可使用藻酸鹽液滴形成及隨后暴露于二價金屬離子例如Ca²⁺作為所述過程的封裝過程。同樣地，還可通過基于溫度的膠凝，例如，在冷卻后等，將瓊脂糖液滴轉化成膠囊。

根據本公開內容的一些方面，可在微膠囊形成時將一種或多種試劑與該微膠囊締合。特別地，可將一種或多種試劑與組成微膠囊的聚合物基體(例如，線性聚合物)的前體試劑相締合，使得該試劑將被夾雜在所形成的微膠囊內或以其他方式與所形成的微膠囊相締合。例如，可將試劑與采用本文所述的過程交聯成微膠囊的線性聚合物材料相偶聯，導致該試劑與所形成且交聯的凝膠微膠囊相偶聯。或者，可將試劑與包含與該試劑相互作用的活性結合位點的聚合物前體在前體流中或形成后的微膠囊中合并。在其他方面，對于本文其他各處描述的交聯活化劑，還可使活化劑與聚合物前體或形成的微膠囊接觸，該活化劑激活可能與該試劑組分共價或非共價締合的微膠囊的聚合物基體上的位點。

待并入至微膠囊中的試劑可包括多種不同試劑或對微膠囊的最終用途(例如，分析反應)有用的其他組分中的任一種。這樣的試劑可包括標記基團(例如，熒光染料分子、FRET對、熒光納米顆粒、熒光蛋白質、質量標簽、電化學標簽等)。這些試劑可包括生物或生化試劑，如核酸、核酸類似物、核酸模擬物、多核苷酸或類似物、寡核苷酸或類似物、酶、底物、抗體或抗體片段、抗原、表位、受體和受體結合組分、蛋白質、多肽、氨基酸、多糖，或在很多種分析的任一種中有用的幾乎任何類型的生化試劑。同樣地，還預想作用于生物或生化系統的化合物例如小分子藥學活性化合物、放射性化合物、生物或生化化合物的抑制劑和或引發劑、化學庫化合物等包含在這樣的微膠囊中。在某些實例中，這些試劑可包括適用于在最終創建的分區內進行的所需反應的很多種不同試劑中的任一種，如核酸復制試劑(例如，引物、聚合酶、核苷酸或核苷酸類似物、緩沖液、輔因子等)，特定的結合基團(例如，受體、抗體或抗體片段、結合肽)，或任何其他試劑(例如，酶、底物、催化劑/引發劑、底物、抑制劑等)。

在一個實例中，在水性流體中提供了具有acrydite部分(Acryditemoiety)的多核苷酸，其中該多核苷酸在其交聯至如本文所述的珠子之前與聚合物前體偶聯。該多核苷酸可包括一種或多種功能核酸序列，如引物序列、附接序列、連接序列或條形碼序列。參見，例如，美國專利申請號61/937,344，該專利申請通過引用整體并入本文。

微膠囊一旦被創建，則可從例如儲室或在通道區段108末端處的其他出口收集微膠囊。然后，可洗滌所收集的微膠囊以去除交聯劑，未交聯的聚合物，乳化油和表面活性劑，任何其他未偶聯的試劑，尺寸過大的微膠囊或其一部分，以及在微膠囊形成期間給予該微膠囊的、可潛在干擾本文所述方法和系統的使用的任何其他污染物。在一些方面，微膠囊將包含基本上純的微膠囊組合物。基本上純的微膠囊組合物是指，如上所述的微膠囊的單分散群體以及其相關的所需緩沖液和試劑將組成組合物的至少90％、組合物的至少95％、組合物的至少99％，并在許多情況下組成組合物的至少99.9％。一旦被洗滌，這些微膠囊可重懸在水溶液例如緩沖液和/或一種或多種選定的試劑中，以用于后續處理。根據上文，在生成上文所述的基本上純的微膠囊時，可連續或交替使用多種不同的洗滌方案。舉例而言，在一些情況下，該洗滌可包括簡單的緩沖液交換洗滌，其中通過沉降、離心、過濾等將微膠囊從其支持液體中分離，然后重懸在新的緩沖溶液中，該新的緩沖溶液可以與最初含有該微膠囊的緩沖液相同或不同。可將這種類型的洗滌重復多次以從微膠囊中去除游離的污染物。在可替代或另外的洗滌步驟中，可采用更加嚴格的洗滌方法來從微膠囊中去除某些結合物質。例如，當微膠囊包含核酸、蛋白質或其他相關試劑時，可采用變性洗滌步驟來去除額外結合的過量蛋白質、核酸等。例如，在一些情況下，可在升高的溫度下用離液劑如尿素洗滌微膠囊，以去除其他非共價結合的物質，例如，雜交的核酸等。在其他方面，可將洗滌步驟與提取技術結合，以便去除可能夾雜在微膠囊內部的物質。例如，在一些情況下，這些提取方法可包括電洗脫、滲透洗脫或其他技術，以從微膠囊內抽出非共價結合的物質。

在許多情況下，基本上純的微膠囊組合物基本不含聚集的微膠囊，例如，粘附在一起的兩個、三個、四個或更多個微膠囊。可通過包括例如基于大小或流動的分離技術(例如過濾)在內的多種方法進行聚集的微膠囊的分離。

雖然參考圖1A和1B中示出的通道架構進行了描述，但應當理解，這些結構和架構的變化形式可以在本公開內容的范圍內實施。例如，在一些情況下，水性流與分割流體的接口(interface)可與上述的特定架構不同。特別地，如圖1A所示，通道區段112與通道區段104和106的相交提供了在通道區段102中的水性流體流與分割流體之間的接口。當水性流體被推動進入并通過該接口進入通道區段108時，液滴形成。然而，在一些情況下，接口可存在于流體裝置內的開放空間或腔室或通道區段歧管內，使得接口作為分割流體的“壁”存在。這種類型的液滴生成交叉部的實例在圖1C中示出。如圖所示，第一通道區段122與形成液滴生成交叉部的一部分的流體歧管132流體連接。歧管132的結構設置為更大(即大于第一通道區段)的開放腔室，其具有離開該歧管的液滴分配通道134，通過該歧管，所形成的液體138通過分配通道或孔134排出至通道區段136。在一些情況下，還提供了與歧管132流體連接的附加的側向通道區段124和126，如通道區段128和130一樣。在操作時，使第一水性流體(例如，如參考圖1B描述的水性聚合物前體流體，或參考下圖3B描述的含微膠囊的水性流體)流入歧管132中。通過側向通道128和130將不互溶的流體引入歧管中。在歧管132內，不互溶流體形成橫穿歧管132至液滴分配端口的接口(如從通道區段128和130延伸至分配通道134的虛線示出的)。在一些情況下，通過側向通道124和126將額外的水性流體引入歧管中。當流體流動通過液滴分配通道134時，聚集的水性流體，即，來自通道區段122且在一些情況下來自區段124和126的聚集的水性流體被來自通道區段128和130的不互溶的流體包圍，并作為水性流體在不互溶流體乳液內的液滴138通過分配通道區段134排入通道區段136中。應當理解，控制液滴形成的速率，以及在這些類型的結構內的液滴中合并的流體的相對體積通過上文針對基本通道交叉口所述的許多相同的機制來實現。特別地，控制的流動可通過多種機制來實現，該機制包括，例如，控制被引入歧管中的流體的流速，控制通道進入歧管132時的幾何形狀例如通道形狀、尺寸(深度和/或寬度)、交叉口輪廓和結構、以及與其他通道相比從歧管的后移。

另外，雖然在圖1A中作為用于液滴生成的單個接口示出，但應當理解，本公開內容的裝置和系統通常將包含多路液滴生成接口，以便提高通量，在該通量下，可以如本文其他各處所述產生用于微膠囊形成或用于分割微膠囊的液滴。例如，本公開內容的裝置或系統可包含多個重復的具有圖1A和/或1C中示出的架構的通道網絡。而且，對于這樣的多路裝置或系統，就共同的儲室或共同的通道或通道歧管而言，重復的通道網絡內的各個通道區段中的一些可具有共同的流體來源，或可進料至共同的出口或儲室。同樣地，在備選架構的情況下，可提供與分割流體腔室連通的多個水性流體進料通道區段。

圖2示意性地圖示了用于產生上述微膠囊的微流體裝置或裝置模塊。如圖所示，該微流體裝置通常包含包括其內部部分的主體結構200，即包含通道區段202、204、206和208的通道網絡。這些通道區段全部與共同的通道交叉部210相連通。該裝置主體結構還包含試劑儲室212和214。如圖所示，試劑儲室212與通道區段202流體耦合，而試劑儲室214與通道區段204和206流體耦合。第三出口儲室以儲室216示出，其與通道區段208流體連通。應當理解，可以在儲室212中提供水性聚合物凝膠前體，而在儲室214中提供分割流體和活化劑。這些流體通過交叉部210的流動產生如上文所述的微膠囊，該微膠囊流入儲室216并從該儲室216收獲。

這些微流體裝置或裝置模塊可以以多種常規方式中的任一種進行制造。例如，在一些情況下，該裝置包含層狀結構，其中第一層包含安置有與完成的裝置中的通道網絡對應的一系列通道或凹槽的平面表面。第二層包含在一側上的平面表面，以及限定在相對的表面上的一系列儲室，其中該儲室作為通路連通至平面層，使得當第二層的平面表面與第一層的平面表面配對時，限定在第二層中的儲室被定位為與第一層上的通道區段的末端流體連通。或者，可將儲室和連接的通道結構兩者制造成單個部件，其中儲室設置在該結構的第一表面上，且儲室的孔延伸至該結構的相對的表面。通道網絡被制造成該第二表面中的一系列凹槽和特征。然后，在第二表面上提供較薄的層壓層以進行密封，并提供通道網絡的最終的壁和儲室的底部表面。

這些層狀結構可整體或部分地由聚合物材料，如聚乙烯或聚乙烯衍生物如環烯烴共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯等制造，或者其可以整體或部分地由無機材料，如硅或其他基于二氧化硅的材料，例如，玻璃、石英、熔融石英、硼硅酸鹽玻璃等制造。

可使用多種工藝中的任一種來制造聚合物裝置組件，該工藝包括壓印技術、顯微機械加工例如激光加工，或在一些方面包含限定的通道結構以及其他結構(例如，儲室、整合的功能組件等)的層組件的注射成型。在一些方面，包含儲室和通道結構的結構可使用例如注射成型技術來制造，以產生聚合結構。在這樣的情況下，可通過包括熱層壓、基于溶劑的層壓、聲波焊接等在內的容易獲得的方法將層壓層粘附至模制的結構化部件。

應當理解，還可使用已知的技術制造由無機材料組成的結構。例如，可使用標準的光刻技術，將通道和其他結構微加工至表面中或刻蝕至表面中。在一些方面，可通過使用三維打印技術制造裝置和/或其離散組件的通道或其他結構來制造微流體裝置或其組件。

如之前提到的，上述通道架構還可容易地用于將上述微膠囊例如包含封裝的試劑的微膠囊分割在產生于不互溶流體如“油包水”(WO)乳液體系中的液滴內，其中水性溶液，特別是包含本文所述的封裝的試劑的水性溶液，作為分割的液滴分散在不互溶分散液或分割流體如不互溶的油內。

圖3示意性地圖示了封裝的試劑的分割。如圖所示并參考圖1A中示出的流體架構，包含有封裝至少第一試劑的珠子的第一水性流體通過通道區段102流入通道交叉部110。該分散流體從側向通道區段104和106流入交叉部110。然后，水性流體被分割至分散流體的流動流內的液滴中，其中單個液滴包含封裝的試劑，并且在一些情況下僅含有單個試劑珠子或膠囊。

上述通道架構被包含在圖3A中示出的通道系統示例中，用于將微膠囊(包括例如封裝的試劑)與樣品材料分割至例如油包水乳液體系中。如圖所示，顯示第一通道區段302與通道區段304、306和308在第一通道交叉部310處流體連接。第四通道區段308將第一通道交叉部310與第二通道交叉部322流體連接，該第二通道交叉部322還與通道區段324、326和328流體耦合。

在對封裝的試劑進行分割的情形中，圖3A的通道系統在圖3B中示出。如圖所示，含有可包含封裝的試劑的微膠囊350(例如，諸如，如上文所述制備的微膠囊)、珠子等的第一水性流體312的第一流通過通道區段302流入通道交叉部310中。第二水性流體352和354的其他流從通道區段304和306引入至通道交叉部310中，以加入含有微膠囊350的第一水性流體312。通過通道區段304和306中的每一個添加的水性流體可以是彼此相同或不同以及與水性流312的流體部分相同或不同的。應當理解，各個通道區段通常將與將流動通過這些通道區段的流體的來源流體地耦合。這樣的流體來源可包括整合在裝置內或與裝置接合的儲室，或可包括與其他流體系統例如注射器、泵、流體網絡等的其他接口，或與外部儲室例如用于從管、小瓶、孔等抽取流體的外部流體加入系統，或甚至外部加工系統例如擴增系統、樣品材料提取系統、過濾系統、分離系統、液相色譜系統等接合。

在一些方面，通過側向通道304和306添加的其他水性流體可包含有待與包含在微膠囊內的封裝試劑一起分割的樣品材料。例如，第二水性流體可包含可與包含在微膠囊內的試劑一起分割至單獨的液滴中的樣品核酸，如條形碼序列、功能序列等。還可以在第二水性流體中添加其他試劑。在一些情況下，例如，當封裝的試劑將要用于核酸復制或合成反應時，其他流體可包括用于這樣的反應的試劑，如DNA聚合酶、引物序列、核苷酸或核苷酸類似物、反應輔因子、緩沖液等，以及多種其他試劑中的任一種，例如，染料、標簽、螯合劑、抑制劑、引發劑、底物等。

在一些情況下，添加的試劑可包括刺激封裝的試劑釋放至所產生的液滴中的試劑。例如，在一些情況下，可通過二硫鍵或其他可化學裂解的鍵將試劑與微膠囊締合，或者可通過二硫鍵交聯或其他可化學裂解的交聯劑將微膠囊在結構上保持在一起。這樣，還原劑如二硫蘇糖醇(DTT)的添加可通過直接釋放或通過微膠囊溶解或這兩者，導致微膠囊上試劑的最終釋放(參見，例如，于2014年2月14日提交的美國專利申請號61/940,318，該專利申請的全部公開內容通過引用以其整體并入本文用于所有目的)。可替代地或附加地，其他可裂解的鍵可用于交聯微膠囊。這樣的鍵的實例包括例如可光裂解或可化學裂解的鍵或交聯體。

來自例如流體312、352和354的合并的水性流通過通道區段308流入通道交叉部322。將與從通道區段308流出的合并水性流不互溶的第三流體314從通道區段324和326中的每一個引入至通道交叉部312中，以形成包含微膠囊350的液滴356，以及一定量的合并的水性流體。在許多情況下，該第三不互溶流體包含如上文所述適合于形成具有穩定化所得液滴的油包水乳液的油，如含氟表面活性劑的氟化油。在一些情況下，其他合適的乳液體系可包括硅和烴油/表面活性劑體系。

如上文提到的，本文所述的裝置對在不互溶流體中提供水性液滴內的微膠囊是有用的。應當理解，在多個應用中，在所形成的分區中提供所需水平的微膠囊占據是特別有利的。通常，這通過控制包含微膠囊的水性流與不互溶流體流的組合，使得多于所需數目的微膠囊被并入給定分區中的可能性為可接受的低水平來實現。這通常可以通過控制微膠囊的流動以及控制在分割區域(例如，圖3中的交叉部322)中集合在一起的其他流體的流動來實現，以便基本上在每個分區提供所需數目的微膠囊。

在許多情況下，使用所述裝置、系統和方法確保基本大多數占據的分區(例如，含有一個或多個微膠囊的分區)中的每個占據分區將包含不多于1個微膠囊。特別地，在一些情況下，控制分割過程，使得少于50％的占據分區含有多于一個微膠囊，少于45％的占據分區含有多于一個微膠囊，少于40％的占據分區含有多于一個微膠囊，少于35％的占據分區含有多于一個微膠囊，少于30％的占據分區含有多于一個微膠囊，少于25％的占據分區含有多于一個微膠囊，并且在許多情況下，少于20％的占據分區具有多于一個微膠囊，而在一些情況下，少于10％或甚至少于5％的占據分區中的每個分區將包含多于一個微膠囊。因此，在許多情況下，所得到的分區將導致至少50％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊(即，單個微膠囊)，至少55％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少60％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少65％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少70％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少75％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少80％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少80％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少85％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，至少90％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊，并且在一些情況下至少95％的分區含有一個且僅含有一個微膠囊。

附加地或可替代地，在許多情況下，期望避免形成數目過多的空分區。雖然這可通過向分割區域中提供足夠數目的微膠囊來實現，但預期泊松分布可增加可包含多個微膠囊的分區的數目。這樣，根據本公開內容的方面，控制一個或多個微膠囊或被引導進入分割區域中的其他流體的流動，使得在許多情況下，不多于50％的所生成的分區將未被占據(即包含少于1個微膠囊)，不多于25％的所生成的分區或不多于10％的所生成的分區將未被占據。此外，在一些方面，控制這些流動以便在提供低水平的未占據分區的同時呈現出單一占據分區的非泊松分布。重申一下，在一些方面，將實現上述提到的未占據分區的范圍，同時仍提供以上所述的任何上述單一占據率。例如，在許多情況下，本公開內容的裝置、系統和方法的使用形成了具有低于25％、低于20％、低于15％、低于10％，并且在許多情況下低于5％的多重占據率，同時具有低于50％、低于40％、低于30％、低于20％、低于10％，并且在一些情況下低于5％的未占據分區的所得分區。用于控制通道網絡內的各種流動的方法、系統和裝置配置在下文中進行了更詳細的描述。

雖然上文就提供基本上單一占據的分區進行了描述，但在某些情況下，期望提供多重占據的分區，例如，在單個分區內含有兩個、三個、四個或更多個微膠囊。因此，如上文提到的，可以控制含微膠囊流體和分割流體的流動特征，以提供這樣的多重占據的分區。特別地，可以控制流動參數，以提供大于50％的分區、大于75％并在一些情況下大于80％、90％、95％或更高的期望占據率。

另外，在許多情況下，在單個分區內的多個微膠囊可包含封裝在其中的不同試劑。在這樣的情況下，通過進入共同通道或液滴生成交叉部的不同通道入口，從不同的微膠囊來源(即，含有不同封裝試劑的)向這樣的共同通道或液滴生成交叉部中引入不同的微膠囊可能是有利的。在這樣的情況下，可以控制不同微膠囊向該通道或交叉部中的流動和頻率，以提供所需比例的來自每個來源的微膠囊，同時確保這樣的微膠囊向分區中的期望的配對或組合。

雖然通過兩個交叉部及其相關的通道區段示出，但應當理解，可以在本公開內容的裝置內提供額外的通道，以向上述的各個流體、膠囊和分區遞送額外的組分。可以提供與本文所述的各個通道區段中的任一個相交的這些額外通道，以用于在不同的位置向在這些通道區段內流動的各種流體中的任一種或多種添加多種組分，用于不同的目的。例如，在一個方面，可提供與上述通道區段328相交的一個或多個額外的側向通道，以實現向通道區段328內的分割的流體引入新流體、試劑或額外的分割流體的目的。

同樣地，可以提供與通道區段302和/或308相交的額外的通道區段，以便在用分割流體將該流體流分離成液滴之前，向水性流中引入額外的流體。另外，可以提供與側向通道區段例如通道區段304、306、324或326中的任一個相交的其他通道區段，以便向這些通道遞送不同的流體。這樣的系統可允許通過控制哪種流體通過各自的側向通道提供，來實時改變引入到分割流中的流體，從而允許例如改變反應物，改變分割流體特征，或多種其他條件中的任一種。

在一些情況下，這些額外的流體可以用于通過向分區中引入新試劑來刺激分區內的不同反應的目的。例如，這些額外的流體可向分區或膠囊提供一種或多種活化劑，該活化劑在分割之前或之后的任何階段導致一種或多種反應的引發。

這樣的活化劑可以采取多種不同形式的任一種。例如，這些活化試劑可例如通過裂解微膠囊與試劑之間的鍵，或通過刺激微膠囊的分解及隨后的試劑釋放而導致分區或膠囊內試劑的釋放，以使其可用于反應。可替代地或附加地，該活化試劑可包括期望反應的引發劑，如該期望反應缺少的關鍵試劑等。舉例而言且為了說明的目的，在期望的反應包含核酸聚合酶介導的核酸復制的情況下，活化試劑可包括缺少的關鍵試劑，如混合物中缺乏的一種或多種核苷三磷酸，引物序列，或適合用于聚合酶反應的一種或多種反應輔因子，例如，二價金屬離子如鎂或錳。在許多情況下，用于控制給定反應的引發的目的的這類缺失體系或可激活試劑體系的使用被稱為“熱啟動”試劑，其作為通用類別與本公開內容的系統結合是有用的。

活化試劑可以可替代地或附加地引發分區或膠囊自身或兩者上的反應，例如，破壞膠囊或從這些膠囊釋放試劑，使分區穩定或不穩定，以便例如分別減少或促進聚結。多種試劑體系可用于本公開內容的微膠囊的破壞或從中釋放試劑。這包括如美國專利公開號2014/0378345中討論的，使用上述化學刺激物斷開化學交聯或分子連接，該專利文獻通過引用整體并入本文。

圖4提供了用于如上所述分割封裝的試劑的整個示例性微流體裝置或裝置模塊的示意圖。如圖4所示，整個裝置400提供了用于生成分割的微膠囊組合物的一個或多個通道網絡模塊450。如圖所示，通道網絡模塊450包含與以上圖3B所示的相似的基本架構。特別地，所示的通道網絡模塊包含連接通道區段402、404和406的第一通道交叉部410，以及將第一交叉部410與第二通道交叉部422連接的通道區段408。第二交叉部422還與通道區段424、426和428連接。

如圖所示，通道區段402還與儲室430流體耦合，儲室430提供例如懸浮在水溶液中、可包含一種或多種封裝試劑的微膠囊的來源。通道區段404和406中的每一個與流體儲室432類似地流體耦合，儲室432可提供例如樣品材料以及將要與微膠囊一起分割的其他試劑的來源。如之前提到的，雖然以通道區段404和406都與同一儲室432耦合的方式進行說明，但這些通道區段可以與用于引入將要與微膠囊一起分割的不同試劑或材料的不同儲室耦合。

通道區段402、404和406中的每一個可設置有額外的流體控制結構，如被動流體閥436。這些閥可通過在閥結構中通道區段變寬處破壞將水性流體吸入裝置中的毛細力，來提供整個裝置的控制填充。簡言之，首先將水性流體引入至儲室430和432中的裝置中，此時這些流體將通過毛細作用被吸入其各自的通道區段中。在到達閥結構時，變寬的通道將破壞毛細力，并且流體流動將會停止直到受到外力例如正壓或負壓的作用，從而驅使該流體進入并通過該閥結構。雖然以通道的寬度尺寸變寬的方式說明，但應當理解，被動閥結構可包括通道區域的任一個或多個截面尺寸的增加。例如，被動閥可以增加閥區處通道的階梯式(stepped)深度。此外，當流體到達截面增大的通道區段時，毛細力將使流體保留在更淺的通道內。此外，如所提到的，截面尺寸的增加可以是任一個或多個截面尺寸的增加，并且可以是至少約5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或甚至更大的截面增加。在許多情況下，其可以是約5％至約100％的截面增大，約5％至約50％、約5％至約20％的截面增加。雖然在特定的通道位置處進行了說明，但還應當理解，這些閥結構可以沿著微流體通道網絡內的任何通道位置(包括在兩個或更多個通道區段的交叉口處，或在單個通道內)定位。

在通道區段402中還示出了微膠囊漏斗結構452，該微膠囊漏斗結構452允許微膠囊從儲室430的有效集中、微膠囊流動的調節(如在本文其他各處更詳細描述的)以及減少由于通道堵塞造成的系統故障。同樣如圖所示，在一些情況下，通道區段402與儲室430的連接處以及一個或多個或全部通道區段與其各自儲室的交叉部可設置有附加的功能元件，如過濾結構454，例如柱、桿、曲折流體路徑或其他阻塞結構，以防止不想要的微粒物質通過通道區段進入或行進。

交叉部410與第二交叉部422流體耦合。通道交叉部422還與通道區段424和426耦合，該通道區段424和426繼而與儲室438流體耦合，該儲室438可提供例如與從交叉部410流出的水性流體不互溶的分割流體。此外，通道區段424和426被示為與相同的儲室438耦合，但它們可與不同的儲室耦合，例如，當期望每個通道區段向交叉部422遞送不同的組合物，例如具有不同組成、包含不同試劑等的分割流體時。

在示例性操作中，儲室430中提供的微膠囊通過通道區段402流入第一通道交叉部410。如下文更詳細描述的，該微膠囊將流動通過閥436，該閥436除了提供被動流體閥結構之外，還作為微膠囊流動調節器運轉。該微膠囊流動調節器確保微膠囊向交叉部410中以及通過交叉部410向通道區段408中的流動更加規律。在交叉部410內，水性微膠囊溶液與如通過通道區段404和406引入的來自儲室432的水性流體接觸。由于微流體通道網絡的層流特征，并且不受任何特定操作理論的束縛，來自通道區段404和406的水性流體可與第二水性流體層一起包裹微膠囊組合物，其中這兩種流體之間的主要相互作用是通過簡單的擴散，即，基本上沒有對流混合。

然后，水性流體流通過通道區段408流入第二交叉部422。在通道交叉部422內，流動通過通道區段408、包含規則間隔流動的微膠囊的水性流體流在從通道區段424和426引入的不互溶分割流體內形成液滴。在一些情況下，可進一步配置一個或兩個分割交叉部例如交叉部422以及與該交叉部耦合的一個或多個通道區段例如通道區段408、424、426和428，以優化交叉部處的分割過程。

此外，如本文其他各處所述，雖然以交叉通道交叉口示出(其中水性流體通過通道區段408流入分割交叉部422以被來自通道區段424和426的不互溶流體分割，并流入通道區段428)，但本公開內容的微流體裝置內的分割結構可包含多種不同的結構。

如本文其他各處更詳細描述的，控制微膠囊向交叉部422的流動，以及在一些情況下其他水性流體和/或分割流體通過交叉部410和422的每一個流動的速率，以提供所需水平的微膠囊分割，從而例如控制將會被分割在每個液滴中的微膠囊的數目、每個液滴中試劑的量，并控制裝置的總體運行以便例如防止堵塞或其他破壞等。

一旦微膠囊被分割，則其流動通過通道區段428并進入回收結構或回收區，在該回收結構或回收區中可容易地將其收獲。如圖所示，該回收區包括例如出口儲室438。或者，回收區可包含多種不同接口中的任一種，包括與管、孔、其他流體網絡等的流體接口。在一些情況下，當回收區包含出口儲室時，該出口儲室的結構將設置為具有大于流入該儲室的流體的預期體積的體積。就其最簡單的含義而言，在一些情況下，該出口儲室可具有等于或大于系統的輸入儲室(例如，儲室430、432和434)的總體積的體積容量。

應當理解，單個微流體裝置可包含多個基本相同的通道網絡模塊，該通道網絡模塊可各自具有獨立的流體來源或可共享一個或多個流體儲室。例如，包含多個通道網絡模塊的單個多路裝置可包含分割流體、含微膠囊流體、一種或多種試劑流體以及樣品流體中的一種或多種的單一來源。這樣，可使用多個通道模塊通過例如在多路裝置中的每個模塊450的相應儲室中提供相同的流體分配(allocation)，來生成大量相同類型的分割的微膠囊。然而，在某些方面，不同的通道網絡模塊將用于生成不同的分割的微膠囊。這樣的不同的分割的組合物可包含被分配至分割的微膠囊的不同樣品材料，被分配至相同或不同樣品材料的不同的初始微膠囊，或向相同或不同樣品材料和/或不同微膠囊應用不同試劑。如上文提到的，當相同的流體被引入至不同模塊的通道區段中時，這樣的通道區段與相同儲室流體耦合可能是有效的。這些通道區段可以是每個模塊中相同的相應通道區段，或者根據所需用途，它們可以是不同模塊中的不同通道區段。

應當理解，無論是出于微膠囊生成的目的還是出于其后續分離至離散分區或液滴的目的，上述通道結構中不同流體聚在一起的速率可以對液滴生成產生影響。因此，在某些方面，本公開內容中使用的裝置提供了對整合的通道網絡內各種流體流動的控制。對通道網絡內的流體流動的控制可通過多種機制實現。例如，可以在不同通道區段的起點處(例如，儲室上)施加壓力，以便控制該通道區段內的流體流動。通過利用基于壓力的流動，可以能夠通過將單獨控制的壓力源與不同通道區段耦合以在每個通道區段上施加差異壓力梯度，來獨立地控制不同通道區段內的流動。在這樣的情況下，可通過例如接合的檢測系統如光學檢測器來監測不同通道區段內的流速，以提供流動控制方面的反饋，從而允許流動的調節。

或者，可通過例如將壓力源耦合至與多個通道區段起點或儲室同時連接的歧管，來同時將單個壓力源與所有通道區段耦合。當在多個通道上施加單一壓力時，將通過受流體粘度和通道尺寸(截面和長度)影響的每個通道內的阻力水平來控制這些通道內的流速。在這樣的情況下，通過為通道區段提供適當的尺寸以在考慮到經過其的流體的粘度的情況下實現所需的流速，來實現流動控制。舉例而言，為了實現相等的流速，可以為用于更加粘稠流體流動的通道提供比用于輸送更低粘度流體的通道更寬和/或更短的通道區段。

雖然針對施加于通道起點的壓力源進行了描述，但在一些方面，該壓力源可包括真空(或負壓)源，該真空源施加于通道網絡的一個或多個出口端，例如末端儲室，即，圖4中的儲室444。真空的施加提供了相對于正壓驅動系統的多個優勢，包括例如相對于若干個入口點在出口處提供與整合的通道網絡的單點連接，缺少可能導致正壓系統中的通道入口堵塞的微膠囊壓縮等。

在一些情況下，為了分割微膠囊，可將真空源施加于與可以收獲分割的微膠囊的區域不同的出口通道區段上的節點。特別地，當真空源施加在末端儲室例如圖4中的儲室438時，可將該真空源與儲室斷開，以便從該末端儲室收獲分割的微膠囊。在一些情況下，通過將真空源接口節點與來自收獲分割的微膠囊的區域的通道區段分離，可以不需要斷開真空源及改善使用的方便性。在一些情況下，真空接口節點可包括末端儲室，例如儲室438，該末端儲室可配置有用于與整合或離散的分割收獲區接合的接口組件，該接口組件允許在不去除連接的真空源的情況下收獲分區。在下文中更詳細地描述了這些及其他接口組件。

III.其他改進的微流體系統組件

微膠囊的形成或后續分割中的精確處理和操控產生了微流體系統中的一些新的挑戰，這些挑戰被本公開內容的方面解決。特別地，流體系統，特別是微流體系統中微膠囊的流動可受到某些可變性的影響，這些可變性中的許多已在上文提到，包括變化的流速或分配頻率、通道堵塞、可變的分割、取樣或分配偏差等。本公開內容提供了用于解決這些問題中的許多問題的多種改進的組件、裝置、方法和系統。

例如，在某些方面，本公開內容解決了例如來自儲室中的微膠囊的取樣偏差或可變性。特別地，在一些情況下，在本文所述的系統或裝置中的、微膠囊沉積于其中的一個或多個儲室(例如，圖4中示出的儲室430)被配置用于改善微膠囊向其連接的通道區段中的流動。

在一個實例中，用于提供微膠囊或其他試劑的儲室可設置有圓錐形底表面，以允許微膠囊朝向與該儲室連接的通道區段的入口匯集。這在圖5A中示意性地示出，其顯示了從側向觀察的儲室500、502、504和506的示例。如圖所示，儲室500包含從微流體裝置506的上表面512延伸出的側壁510。該儲室的內部空腔部分508延伸至微流體裝置506中并設置為與流體通道516連通。如圖所示，空腔部分508具有借助空腔508的會聚側壁(converging wall)518形成的，如通過空腔508變窄限定的，朝向通道516的入口的逐漸變窄的或錐形形狀。

在其他方面，可通過包含在儲室與連接的流體通道之間的加寬的接口區或入口來提高微膠囊向通道區段中的裝載。這樣的一個實例在圖4的通道網絡中示出，其中通道區段402與儲室430的接口設置有漏斗通道結構452，該漏斗通道結構452既提高了微膠囊向通道區段中的引入，又為進入通道區段的微膠囊提供了一些流動調節特征。還示出了提供針對較大微粒物質的障礙物的阻塞結構454，該較大顆粒物質可以是儲室內的污染物并且可損害流體通過裝置通道的流動。應當理解，各個儲室可各自或全部在其中包含過濾或顆粒阻擋元件，該過濾或顆粒阻擋元件可以相同或不同，取決于安置在該儲室中的流體。例如，在一些情況下，簡單的結構障礙物，如圖4中示出的柱結構(例如，結構454)，可在與含微膠囊儲室的通道接口中使用，而對于含有水溶液例如樣品材料或試劑的那些儲室，可在其中例如在儲室的底部整合更嚴格或不那么嚴格的過濾組件，以便以更高或更低的程度原位過濾儲室的內容物。包含例如膜過濾器、燒結過濾器(frits)或其他已知過濾器類型在內的多種過濾介質可容易地并入本公開內容的裝置內的儲室中。

與上述加寬的接口類似，該接口可包含來自給定儲室的多個離散的通道入口，以確保微膠囊進入并通過通道區段的流動不容易中斷或堵塞，以及確保安置在儲室中的微膠囊在多個點處進入，而不是在單個點或通道入口處進入。特別地，對于給定的儲室，可設置有將該儲室與微流體裝置內的單個通道區段(或流動調節交叉部，如下文更詳細描述的)流體連接的多個通道入口。而且，如上所述，該多個通道入口可設置有上述功能元件中的一個或多個，例如，漏斗結構、過濾元件如柱、桿或曲折路徑等。

如在上述微膠囊分割的討論中提到的，可以控制微膠囊的流動和在分割區域(例如，圖3中的交叉部322)中集合在一起的其他流體的流動，以便基本在每個分區提供所需數目的微膠囊。在許多情況下，基本上大多數占據的分區(例如，含有一個或多個微膠囊的分區)中的每個占據分區將包含不多于1個微膠囊，而在一些情況下還減少所形成的未占據分區的數目。

如上所述，本公開內容的方法、裝置和系統通常通過微膠囊與分割或分散流體進入液滴的受控組合，例如，通過控制微膠囊和油進入微流體裝置的液滴生成交叉部(即，如圖3所示的交叉部312)的流速，來實現微膠囊向分區的所需水平的分配。

微膠囊從儲室通過通道進入通道交叉部的流動可受到大量可變性的影響，因為這些微膠囊可以以由微膠囊進入通道區段時的偶然事件以及其通過該通道區段的流速限定的流速流動。因此，在某些方面，本公開內容的微流體系統可包含在適當的通道區段內的微膠囊流動調節器組件，以提供以更加明確的規律性流入液滴形成區中的這樣的微膠囊。

包含在本文所述的通道系統內的微膠囊流動調節器通常將提供以相對規律的頻率在通道內流動的微膠囊。特別地，在液滴生成的給定時間范圍期間，例如，10秒窗口、30秒窗口、1分鐘窗口、2分鐘窗口、3分鐘窗口，或在整個液滴生成運行的穩態操作(例如，不包含啟動和關閉)期間，這些微膠囊流動的頻率的變異系數通常將小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％，以及在一些情況下小于5％。應當理解，微膠囊的流動頻率反映了在一秒的時間段內流動經過導管中的給定點的微膠囊數目。頻率測量通常可基于亞秒或一秒的間隔，但還可基于多秒、多分鐘或更長的間隔，這取決于工藝的具體需求。

雖然在給定工藝中，使微膠囊以相對穩定的頻率流動可能是期望的，但在一些方面，流動的微膠囊的頻率可根據所需的應用、流動流體的性質等而不同。然而通常，流入分割交叉部或液滴生成交叉部的微膠囊以大于50Hz、大于100Hz、大于250Hz、大于500Hz、大于750Hz、大于1000Hz、大于1500Hz、大于2000Hz、或甚至大于5000Hz或甚至10,000Hz流動，同時仍達到期望的占據率和其他工藝目標。在某些情況下，可以在分割交叉部之后維持這些流動頻率，使得分割的微膠囊以至少或大于50Hz、至少或大于100Hz、至少或大于500Hz、至少或大于750Hz、至少或大于1000Hz、至少或大于1500Hz、至少或大于2000Hz、或甚至至少或大于5000Hz或10,000Hz的頻率流出該液滴生成交叉部。

可采用多種方法來調節本文所述裝置的微流體通道區段內的珠子流動。例如，在一些情況下，這些調節器包含“集中區”，微膠囊將會流入該集中區中并在流出該集中區前進行集中。這些區被配置用于通過包含漏斗結構或通道輪廓以更好地測量單個微膠囊的流動，來更有效地測量微膠囊的流動。這樣的結構的實例在上文中提到，并且在圖4和圖6B中示出。第一個實例包括以整合在通道區段402與儲室430的接口內的漏斗區452示出的通道接口。

以類似的方式，可將微膠囊流動調節器整合在通道區段(例如，圖4中的通道區段402)自身內，而非整合在與儲室例如圖4的儲室430的接口處。該結構的實例包括圖6A中示出的流動調節器結構600。應當理解，微膠囊流動調節結構460還可起到裝置填充期間的被動流體閥例如閥436的作用，如上文關于通道區段402、404和406所描述的。與漏斗結構452一樣，流動調節器600包含在區域604處的通道區段加寬區域602(在接口處以通道602a示出)，該加寬區域在區域606處變窄直到其再次連接通道區段602的出口部分的截面尺寸(在接口處以區段602b示出)。當微膠囊進入擴張區602時，連續流動將允許多個微膠囊在整個集中區內集中或聚集。一旦聚集了足夠數目的微膠囊，這些微膠囊將開始以計量且更受控的方式通過變窄的區域流入通道區段604。這在圖6B中示意性地示出，其顯示微膠囊以無規律的頻率流入微膠囊流動調節結構中，并以更加規律的頻率流出該調節器。應當理解，通道網絡可包含連續或平行排列在給定流動路徑內(例如，總網絡中兩個點之間的流體連接處)的一個或多個流動調節器。雖然這些流動調節器可包括具有如圖6A和6B中示出的形狀和配置的那些，但其還可以包含不同的形狀和配置。例如，流動調節器的加寬區域可包含與圖6A和6B中示出的類似的三角形形狀，或可包含拉長的三角形形狀。同樣地，流動調節器的加寬區域可包含圓形、橢圓形或半圓形或半橢圓形形狀，或可包含類似于本文其他各處描述的通道接口的錐形漏斗形狀。應當理解，這些示例性流動調節器的基本結構組件是在流動進入調節器的點處的加寬的通道區，其具有流動進入后續通道或通道網絡時的錐形、變窄或漏斗部分。這些加寬的區域通常將具有更寬的截面，該截面是流入該加寬區域中的通道區段的截面的1.1倍至20倍。在一些方面，這些加寬的區域為入口通道區段截面的2倍至10倍之間的任意值(與相同的截面量度相比，例如寬度比寬度、深度比深度等)，并且在一些情況下為入口通道區段截面的2倍至5倍。在一些情況下，多于一種截面尺寸可在入口通道上變化，例如，寬度和深度都可以不同。此外，雖然在一些方面，當兩種尺寸都變化時，它們將大于入口通道的尺寸，但在一些情況下，如果寬度和深度中的至少一個是增加的，則另一個尺寸可以是減小的，這取決于通過該流動調節器的期望的流動特征。

在其他實例中，多個含微膠囊的通道在集中區處匯聚在一起，以使更大數目的微膠囊進入交叉部以及其連接的流出物通道區段中。這允許在一個通道的微膠囊流動中的孔隙被從另一個通道流入的微膠囊填充。這些通道區段可包含作為集中區提供在通道網絡內的單獨的通道區段，或如上所述，其可包含與含微膠囊的儲室流體連接的多個入口通道區段。此外，如上文提到的，這些通道區段可將來自單個微膠囊來源或群體的微膠囊遞送至同一通道區段，或者其可將來自不同來源例如儲室的微膠囊遞送至共同的通道區段，其中這些不同的微膠囊包含不同的試劑。

如上文提到的，本公開內容的微流體裝置和系統可包含對該裝置和系統的運行有用的改進的接口組件，以及可能在微膠囊組合物和分割的組合物的處理和操控中特別有用的接口組件。

對微膠囊和分區操控有用的接口的實例包括對這樣的組合物向這類裝置沉積以及從這類裝置收獲該組合物中之一或兩者有用的那些接口。例如，如上文提到的，溶液中微膠囊的移動和輸送可能受到一些可變性的影響。在一些情況下，這種可變性可繼續存在于這些溶液從產生該溶液的系統向其他系統和/或容器例如儲存容器如管、孔、小瓶等中的輸送中，或繼續存在于該溶液從儲存容器如管、孔、小瓶等向用于其后續處理的系統(例如，類似于上文描述的那些系統的微流體分割系統)的輸送中。在一個實例中，將微膠囊溶液或懸浮液提供在包含可刺穿的壁或基底表面的儲存容器內。相應的刺穿結構可提供在流體裝置上的儲室內。通過將儲存容器插入至儲室中，該可刺穿的壁被刺穿結構穿透，從而向儲室釋放微膠囊懸浮液。

這種類型的接口的實例在圖7A和7B中示意性地示出。如圖7A所示，提供了用于容納流體試劑如微膠囊懸浮液704(如本文其他各處所述)的儲存容器，如管702。容器的表面，例如基底表面706，作為可刺穿層提供。可刺穿層可以以多種不同配置中的任一種提供。例如，可刺穿層可簡單地包含與該容器的其余部分相同材料的壁，但其足夠薄以允許刺穿。這樣的壁可以比容器中的其他壁更薄。或者，可刺穿的表面可包含與該容器的其余部分的材料不同的材料，如可刺穿隔膜(例如，硝化纖維素、PVDF、膠乳或任何其他類似使用的材料)、箔表面或多種其他可刺穿膜中的任一種。同樣地，儲存容器的表面可設置有可以是主動或被動的閥結構。在許多情況下，可以在儲存容器的基底表面706中采用被動閥，如壓力觸發式止回閥。

如圖7B所示，使用時，儲存容器與裝置710中的儲室708配對。儲室708配置有刺穿結構712，刺穿結構712被定位為在將儲存容器插入至儲室708中時接觸并刺穿該容器的基底表面706。一旦插入，基底表面706破裂，并且使得包含在容器702中的微膠囊懸浮液704排出至儲室708中。在一些情況下，容器702可設置有用于促進驅動懸浮液進入儲室中的額外組件，如柱塞或其他加壓裝置，以迫使懸浮液從容器中流出。在其他情況下，可使用簡單的重力流來轉移懸浮液。在一些情況下，刺穿結構和容器的壁或基底組件可配制為通過包含在容器上的疏水性內部涂層、閃變抑制刺穿結構(flash-mitigating piercing structure)(例如，用于降低刺穿的表面的殘余物可能阻擋懸浮液流出容器的可能性)，來優化懸浮液從容器向儲室的轉移。在可替代的方面，可提供可溶解、可降解或可以其他方式激活的障礙物，以便允許懸浮液的控制分配。這樣的障礙物包括例如這樣的可溶解薄膜或膜，該可溶解薄膜或膜在施加刺激物時，被降解、溶解或變得足以被穿透以分配懸浮液。這樣的障礙物可以在施加特定的化學、熱、電磁或其他刺激時被降解。

與上述接口類似，在一些情況下，為了從裝置收獲微膠囊或分割的微膠囊或其他材料，這樣的接口組件可包含例如用于收獲儲室(例如，圖2中示出的儲室216或圖4中所示裝置的儲室438)的可刺穿基底層，以允許在不必去除接合的真空源的情況下從末端儲室獲取和去除分割的微膠囊。在操作中，在分割操作結束時，可刺穿末端儲室的基底，并通過例如逆轉真空源來向儲室438施加壓力，以驅使分割的微膠囊通過儲室的刺穿的基底層，或通過重力驅使的流動，來去除生成的分區或允許其排入或流入等待器皿。可將該等待器皿整合在裝置中，或定位為鄰近微流體裝置，以便接收分割的微膠囊。

在其他實例中，儲室和儲存容器之一或兩者可配置用于提供彼此間有效的轉移。例如，在一些情況下，包含微膠囊懸浮液的容器可設置有接口組件，該組件允許該器皿與接收儲室直接配對、連接和/或耦合，以有效地轉移其內容物。在一些情況下，該連接可以受到止回閥的約束以防止懸浮液移動，直到向該懸浮液施加適當的驅動力。

除了流體接口之外，本文所述的裝置和系統還可包含多種機械或物理接口組件中的一種或多種。這樣的組件包括，例如，用于促進裝置的手動或自動化移動和處理的處理組件，用于確保裝置在儀器、支架等上的恰當放置和對準的對準組件，以及用于允許裝置內樣品材料的其他操控的功能組件。處理組件的實例包括突出部(tabs)、壁或被定位為遠離裝置的關鍵或敏感表面(例如，光學窗口、易污染的表面等)的其他表面，以及被配置用于促進處理(手動或自動化)，例如具有足夠大小和/或紋理表面以確保抓握和控制的表面。

對準結構的實例包括確保裝置與相應儀器對準的機械元件，或其他固定物如斜角、裝置形狀以及與其他固定物上的互補結構配對的整合的關鍵元件(例如，突出部、槽、桿等)。這樣的對準組件還包括光學檢測的組件，如登記標記或基準，條形碼標簽，或整合或附接到裝置的其他機器可讀組件。

還預想到很多種功能組件或功能組件接口，包括例如對裝置的運行至關重要的那些接口組件。這樣的接口組件的實例包括例如可整合到或單獨地放置到一個或多個儲室的上表面上的墊片結構，以確保壓力或真空向本文所述裝置的密封施加。在某些方面，這些墊片將被整合到裝置中，或以單獨的一次性組件提供而不是被整合到儀器中，以便將儀器污染的可能性最小化。功能接口組件的其他實例包括用于混合或攪拌儲室內的組分的接口。在一些情況下，這樣的組件對防止微膠囊組合物的沉降是有用的。這些接口可包含整合到裝置中的實際攪拌組件，如壓電、聲學或機械振動組件，或者其可包含適合用于或被配置用于與相應儀器系統或其他固定物上的這些組件接合的表面。

雖然為了清楚和理解的目的已經相當詳細地描述了上述發明，但通過閱讀本公開內容本領域技術人員將會清楚，在不脫離本發明的真實范圍的情況下，可以進行形式和細節上的各種改變。例如，上述所有技術和裝置可以以各種組合的形式使用。例如，顆粒遞送可以通過所述的陣列孔分級法來實施。本申請中引用的所有出版物、專利、專利申請和/或其他文獻均通過引用以其整體并入本文用于所有目的，其程度如同單獨且分別地指出每個單獨的出版物、專利、專利申請和/或其他文獻均通過引用并入本文用于所有目的。