用于組合液滴的高生產量的生產的系統和設備及使用方法
【專利摘要】本發明涉及包括微流體芯片的微流體系統以及執行化學測定的方法，其中，樣本被處理成多個子液滴并且所述子液滴利用不同的試劑進行培養。這些液滴的性質可被檢測以提供測定數據。
【專利說明】用于組合液滴的高生產量的生產的系統和設備及使用方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年I月24日提交的美國臨時專利申請號61/931，516的優先權，該臨時專利申請的內容通過引用被全部并入本文。
[0003]美國政府的聯邦資金
[0004]本發明是在國立衛生研究院(NIH)的健康與人類服務部授予的R01CA155305號基金的政府支持下完成的。美國政府在本發明中有某些權利。
[0005]背景
技術領域
[0006]本發明當前要求的實施例的領域涉及微流體系統、設備以及方法，并且更具體地涉及提供組合液滴的高生產量的生產的微流體系統、設備以及方法。
[0007]相關技術的討論
[0008]隨著液滴可以作為在生物和化學應用中的微型反應器，近期對數字微流體的研究已經迅速成長。液滴微流體平臺吹噓具有短時間內產生許多反應的能力。然而，大部分的液滴平臺將樣本數字化成離散的液滴，并且局限于根據同類的試樣條件I的單一樣本的分析。這樣的平臺是不能解決需要大量的樣本和試樣庫的下一代應用的需要。示例包括用于作物改良和對于常見疾病相關基因的鑒定所需的基因分型的單核苷酸多態性SNP分析。因此，仍然是需要改進的微流體系統、設備和方法。
[0009]概述
[0010]本發明的一些實施例包括微流體系統，微流體系統包括微流體芯片，微流體芯片包括芯片主體、第一樣本源、第二樣本源和清洗液源，芯片主體界定液滴形成部分、液滴拆分部分、試劑注入部分，其中，液滴形成部分包括樣本輸入通道，液滴拆分部分被流體地連接到所述液滴形成部分，以及，試劑注入部分被流體地連接到所述液滴拆分部分;第一樣本源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道;第二樣本源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道;以及清洗液源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道。
[0011]本發明的附加的實施例包括微流體芯片，微流體芯片包括芯片主體，芯片主體界定液滴形成部分、液滴拆分部分、試劑注入部分，液滴形成部分包括:主通道、樣本輸入通道、輸入通道閥門、清洗通道、清洗通道閥門，其中，樣本輸入通道具有流體地連接到所述主通道的第一端以及配置為接收樣本和清洗液的第二端，輸入通道閥門在所述輸入通道中以選擇性地允許以及阻止流體從所述樣本輸入通道流到所述主通道，清洗通道在所述輸入通道閥門和所述樣本輸入通道的所述第二端之間的位置處被流體地連接到所述樣本輸入通道，以及清洗通道閥門在所述清洗通道中以選擇性地允許以及阻止從所述輸入通道到所述清洗通道的流體流動，其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述輸入通道閥門是打開的，并且所述清洗通道閥門是關閉的以提供在惰性流體中懸浮的在所述主通道中具有基本上預定的體積的樣本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述輸入通道閥門是關閉的，并且所述清洗通道閥門是打開的，使得清洗液通過所述清洗液穿過所述樣本輸入通道以及從所述清洗通道流出的流動清洗所述樣本輸入通道;液滴拆分部分被流體地連接到所述液滴形成部分的所述主通道以從所述主通道接收所述樣本液滴，并且將所述樣本液滴拆分成多個子液滴以從多個次級通道中的相應的一個通道中的所述液滴拆分部分輸出；以及試劑注入部分被流體地連接到所述多個次級通道的每一個通道，并且具有對應的被布置的多個試劑注入通道，當所述子液滴在所述試劑注入部分中時，使得多個試劑中的每個試劑基本同時被注入到所述多個子液滴的相應的一個液滴以在來自所述試劑注入部分的多個輸出通道中的對應的一個通道中提供多個樣本-試劑液滴的輸出。
[0012]本發明的一些附加的實施例包括執行化學測定的方法，包括:提供來自穿過所述流體設備的輸入通道的第一樣本的在流體設備的主通道中的第一液滴;清洗所述流體設備的所述輸入通道以從所述輸入通道基本除去所述第一樣本的所有的殘余;繼所述清洗之后，立即提供來自穿過所述流體設備的所述輸入通道的第二樣本的在所述流體設備的所述主通道中的第二液滴，使得所述第一液滴和所述第二液滴由惰性流體分開;把所述第一液滴分成第一多個子液滴;把所述第二液滴分成第二多個子液滴;將第一多個試劑添加到所述第一多個子液滴的對應的一個子液滴;將第二多個試劑添加到所述第二多個子液滴的對應的一個子液滴;檢測所述第一多個子液滴和第二多個子液滴中的每一個子液滴的物理性質以提供測定數據；以及基于所述測定數據確定所述第一樣本和第二樣本的性質。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1是根據本發明的實施例的原理圖。
[0015]圖2是同使用串行操作的流體設備相比的本發明的實施例的原理圖。
[0016]圖3是并行的液滴分裂和融合平臺的原理圖。
[0017]圖4示出示例微流體設備的設計和結構。
[0018]圖5示出又一個示例微流體設備的設計和結構。
[0019]圖6是樣本液滴生成和通道清洗的原理圖。
[0020]圖7示出示例樣本設備的分裂和培養區的一部分的顯微照片以及依賴于閥門開啟時間和回壓的樣本液滴體積的曲線圖。
[0021]圖8示出表示設備多路復用能力的微流體設備的熒光顯微照片。
[0022]圖9示出液滴分叉的均勻性。
[0023]圖10示出均勻的試劑液滴。
[0024]圖11示出融合的樣本-試劑液滴。
[0025]圖12示出對融合的液滴的基于圖像的并行檢測。
[0026]圖13示出耦合到微流體設備的用于自動加載的設備。
[0027]圖14示出耦合到微流體設備的用于阻抗檢測的設備。
[0028]詳細描述
[0029]以下詳細討論本發明的一些實施例。在描述實施例時，為清晰起見使用了具體的術語。然而，本發明不旨在局限于所選的具體的術語。相關領域的技術人員將認識到可以使用其它等價組件以及開發未脫離本發明的廣義概念的其它方法。在包括背景和詳細描述部分的說明書中任何地方所引用的所有參考文獻通過引用被并入，好像每篇已經被單獨并入一樣。
[0030]根據組合產生納升的液滴的需要，本發明的一些實施例提供并行的基于液滴的平臺。
[0031]通過并行拆分和融合模塊，生產量可提高兩個數量級。利用根據本發明的實施例的32Hz的液滴生產，在單個設備(支持75萬不同混合物的4次復制)上這種并行的設計的計劃的生產量幾乎是每天3百萬試樣樣本的液滴。這轉化為每分鐘復制4次的240個單一的試樣樣本混合物。
[0032]如圖1所示，本發明的實施例可包括微流體芯片101，微流體芯片101具有液滴形成部分102、液滴拆分部分103、試劑注入部分104，液滴拆分部分103連接到液滴形成部分，試劑注入部分104流體地連接到液滴拆分部分。
[0033]如圖2所示，本發明的實施例可以是允許并行處理樣本液滴的微流體芯片。圖2將傳統線性設計的微流體芯片(上圖)和允許并行操作來處理以及檢測樣本液滴(下圖)的本發明的實施例進行比較。如圖2的下圖所示，樣本液滴在注入試劑前經歷分叉步驟。在這個實施例中，分叉導致至少4個子樣本液滴的形成。接著，這些子液滴每個被注入四種試劑(尺1、1?2、1?、1?4)中的一種以形成加試劑的樣本液滴(3+1?1、3+1?2、3+1?、3+1?4)。最后，這些樣本加試劑的液滴進行并行檢測。這與傳統方法(上圖)形成對照，在傳統方法中，樣本液滴和試劑(R4、R3、R2和Rl)一起培養，以線性的方式創建樣本加試劑的液滴(S+R4、S+R3、S+R2和S+Rl)o
[0034]圖3詳細說明圖2中描述的實施例。在這個實施例中，本發明完成一系列的步驟:步驟1:液滴平臺(或微流體芯片)有能力從多孔板接受無限數量的樣本。隨后，無限數量的樣本可被加載并處理;在這種情況下，至少7個樣本是以S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7表示的。從圖3可見，當它們各自的樣本液滴(31、32、33、34、35、36和37)通過通道移動時，樣本1-樣本7可按照先后順序被處理。液滴平臺可制成能夠從具有定制的串行樣本加載(SSL)系統的多孔板接受無限數量的樣本。步驟2:樣本液滴被數字化成大小約為?30nL的更小的子液滴。一旦液滴被處理，進樣口在注入新的樣本前被清洗以防止交叉污染。樣本液滴的體積由閥門的開啟時間和入口背壓控制。通過減少下游的阻力，上游和下游卸壓通道(分別是卸壓通道I和卸壓通道2)有助于液滴的分散性。步驟3:當子液滴流經3個串聯的分叉交叉點時發生拆分，并且拆分成8個液滴。一旦子液滴通過啟動油閥門到達試劑的注入部位，流動停止。第三個下游卸壓通道(卸壓通道3)保證液滴被均勻拆分。步驟4:然后，試劑庫同時被直接注入到8個樣本的子液滴內。在這種情況下，試樣(1?1、1?2、1?、1?4、1?5、1?6、1?7和1?8)被直接注入到液滴。試樣的體積由閥門的開啟時間和入口背壓控制。步驟5:注入后，8個樣本-試劑滴狀物在蛇形通道中混合，并且流經2個附加的串聯的分叉交叉點，產生8個唯一的組分的總共32個液滴。使用成像或平行的共焦的熒光光譜學系統3可執行檢測。
[0035]這整個操作程序在少于I秒內被完成。此外，液滴的序列被保持在液滴平臺上。這允許空間索引用于液滴識別。這排除對包括在每個液滴中的識別它的內容的條碼的需要。
[0036]上述樣本實施例涉及具有2種不同通道高度的區域。正、淺的通道(25μπι)并入附近的樣本引入區域和試樣入口以允許閥動。剩下的流體層是45μπι高。我們使用SPR220-7(1?011111&]^&8使用254111)和31]-8(]\1;[01'00116111，3000系列，45μηι)的光刻膠作為結構材料用于制造我們的設備的模具。
[0037]示例微流體芯片或平臺的制造
[0038]此外，使用具有改進的三層制造工藝的多層軟刻蝕技術制造說明上述樣本的實施例的微流體芯片。軟刻蝕用于利用這些模具制作多個設備。SYLGARD184硅橡膠工具箱用于制造說明本發明的實施例的微流體芯片。來自工具箱的高彈體和固化劑按照重量以10:1(H)MS支持材料),15:1(流體的)、7:1(閥門)的比率混合，在倒入各自的模具前脫氣約30分鐘。一旦單個的PDMS層已經裝配，全部的組合裝置在80°C的環境中被燒制20分鐘。然后，凝固的聚合物被剝去，并且切成單個芯片。然后，流體通導孔被沖壓進單獨的芯片，并且使用02等離子體使芯片與蓋玻璃(I號)粘合。所有的設備均采用聚烷基烯酮膠料使其表面具有疏水性。載液用于保持樣本塞之間的間隔，其中樣本塞由按照體積4:1的比率進行混合的全氟化碳(FC-3283)和非離子的溶于氟的表面活性劑(1H、1H、2H、2H-全氟-1-辛醇)組成。
[0039]圖4和圖5示出在圖2和圖3以及上述示出的本發明的實施例。圖4示出能夠執行單個設備上的樣本液滴生成、液滴拆分、液滴與試樣的結合以及液滴檢測的微流體芯片。
[0040]圖4示出流體通道(121)、閥層(￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6、￥7、￥8)和連接到具有并行融合、拆分和培養區域(123)的中心通道(或主通道)(122)的進油口(油)。有2個具有對應的清洗通道(126和127)的進樣口(或樣本輸入通道)(124和125)。靠近進樣口的兩個卸壓通道通過將液滴的大小與培養通道的流阻解耦來確保最初的樣本液滴是單分散性的。在拆分區之后的第三個卸壓通道將液滴拆分性能與培養通道的流阻解耦。培養通道在設計128中是蛇形。
[0041]圖5示出上述微流體芯片的又一個實施例。圖5的微流體設備采用兩層結構，其中，在流體層的油流、樣本液滴和試劑液滴受到閥層中的指定閥門的調節。油經由它的入口被栗送到中心通道內以驅動液滴形成并流動。中心通道(122)-液滴生成、分叉、融合以及檢測在此處發生-經歷幾個拆分，與試劑入口通道連接，并且最終分成具有相同長度進而具有相同流阻的32個通道。有兩個具有對應的清洗通道(顯微照片插圖1)的進樣口。靠近進樣口的兩個卸壓通道通過將液滴的生成與培養通道的流阻解耦確保樣本液滴的均勻性。樣本液滴經過前三個階段的分叉的Y聯接(顯微照片插圖2)，產生總共八個相同的子液滴。八個試劑經由試劑入口(試劑注入通道)(R1-R8)可被注入，并且直接與樣本子液滴(顯微照片插圖3)融合。經融合的樣本-試劑液滴經過兩個附加的分叉的Y聯接，使得樣本和試劑的每個注入導致總共32個液滴(八個不同組分的四次復制)。然后，每個子液滴流過它的蛇形培養通道，并且和在相同組中的所有其他子液滴一起同時到達檢測區，其中，所有32個通道變平行，并且適合在顯微鏡的視野區內，因此促進經由顯微鏡的并行檢測(顯微照片插圖4)。
[0042]在本發明的實施例中，按照如圖6中示出的一系列步驟形成樣本液滴。在圖6的步驟I中:當閥門1(清洗通道閥門)(163)和閥門2(輸入通道閥門)(164)保持關閉時，輸入通道161和清洗通道162保持是空的。在步驟2中:當閥門I保持在關閉的配置并且閥門2在打開的配置時，樣本被加載到進樣口中。在步驟3中:樣本加載階段完成，并且兩個閥門都被關閉。在步驟4中:閥門I打開并且液滴形成，進入主通道165。在步驟5中，閥門I關閉，并且閥門2打開以允許清洗流體清洗樣本輸入通道。使用過的清洗流體退出清洗通道。利用相同的樣本或不同的樣本，在步驟6-步驟8中復制步驟2-步驟4的過程。
[0043]在圖4和圖5以及上述中示出的微流體芯片接著用于樣本液滴準備和處理。設備上的所有輸入端都保持在常壓下，對于I)載液輸入端、2)進樣口和3)所有8個試樣輸入端具有獨立的輸入壓力。施加到進樣口的壓力受到用于SSL系統的壓力控制器的直接控制。正如前面已經演示的，設備上的所有的閥門受控于芯片外的電磁閥陣列。為了閥門陣列的計算機控制，我們開發Matlab(Mathworks，Natick MA)軟件。這個軟件允許我們對每個致動執行具有獨立的時間控制的閥門致動的預置序列。對應于設備上的輸入端的閥門的打開導致釋放的流體的樣本液滴從那里進入到設備上的中心通道。這個液滴的體積可通過閥門的開啟時間以及背壓的變化來控制。
[0044]關于試劑:使用微流體設備產生的樣本和試樣液滴的體積被估計。這個體積估計通過使用軟件ImageJ處理這些液滴的圖像被執行。對于樣本液滴體積估計，我們使用微流體設備上的四個試劑入口中的一個產生由藍色食用染料組成的液滴，直到設備上的整個培養區充滿液滴。接著，整個設備使用DSLR照相機進行成像。將圖像輸入到ImageJ，并且剪裁以獲得設備上的培養區的圖像。接著，這個圖像使用顏色閾值轉換法被轉換成二進制圖像以在背景圖像上識別液滴。接著，使用‘分析顆粒’函數獲得圖像中的每個液滴的液滴面積的估計。這個分析只限于顆粒區大于下限閾值以從分析排除任何顆粒以及偶然衛星滴。因此，經估計的液滴面積接著使用培養通道區的已知的深度(200μπι)被轉換成液滴體積。
[0045]設備對于同樣的液滴生成和拆分條件具有優良的樣本液滴均勻性。通過壓力和閥門開啟時間的變化，從獨立的進樣口在設備上生成的液滴的大小的精細控制在圖7中被演示。對于這些測量，拆分后的最終的液滴大小被測量。設備的獨特的特征是具有3個卸壓通道。這些卸壓通道將I)生成的最初的液滴的大小對培養通道的流阻的依賴解耦以及2)將設備上的液滴的拆分對培養通道的流阻的依賴解耦。在圖7中，左圖顯示設備的拆分以及培養區的一部分的顯微照片，并且顯示正被拆分以及被培養的包含綠色食用染料的樣本液滴。圖7的頂部中間圖是依賴于閥門開啟時間和背壓的樣本液滴的體積的曲線圖。液滴體積在液滴拆分后進行測量。液滴體積隨著閥門的開啟時間線性地變化。小的誤差棒表示單分散性。下部中間的圖是樣本液滴體積(閥門開啟時間是0.05秒)的直方圖。直方圖疊加Kerne I密度曲線圖。可見三個數據集:對于2PS1、3PSI和4PSI的液滴體積。液滴的所有總體具有表示單分散性的窄分布并且是良好分離的(液滴體積沒有重疊)。圖7的頂部右側的圖是依賴于閥門開啟時間和背壓的試樣液滴的體積的曲線圖。液滴體積在液滴拆分后進行測量。液滴體積隨著閥門的開啟時間線性地變化。小的誤差棒表示單分散性。底部右側的圖是試樣液滴體積(閥門開啟時間是0.05秒)的直方圖的示例。直方圖疊加Kernel密度曲線圖。可見四個數據集:對于2PS1、3PS1、4PSI和5PSI的液滴體積。液滴的所有總體具有表示單分散性的窄分布并且是良好分離的(液滴體積沒有重疊)。
[0046]在圖8中示出樣本塞和試樣的8個組合混合物的生成。在圖8中，具有變化的濃度的不同的熒光物質被使用(FITC、Cy5、DI H2O)以模擬不同的樣本和試樣。在圖8中，頂部左側的圖顯示試劑注入:在試劑(Cy5-5yM)注入口處的樣本液滴(綠色:FITC-ΙμΜ)的熒光顯微照片。頂部右側的圖顯示在培養區中融合的樣本-試劑液滴。頂部4排液滴注入試劑8 (Cy5-10yΜ)。底部4排注入試劑7(Cy5-105yM)。底部的圖顯示組合液滴的熒光顯微照片:上排顯示僅包含試劑(R1-R8)的液滴以及底部的圖顯示融合的樣本(ΙμΜ FITC)和試劑(R1-R8)液滴。
[0047]在圖9中可看出液滴分叉的均勻性。液滴能夠拆分成相等的兩等份-如通過貫穿所有五個分叉階段的?50%的分叉效率所示。插入的顯微照片顯示為了提高可視化被黑色食用染料涂色的液滴在五個分叉階段將被拆分成相等的兩等份。在每個顯微照片下面的刻度條表不500ym。
[0048]在圖10中可見統一的試劑液滴的并行的、八路注入。八個試劑入口的同時致動導致穿過所有入口的具有統一大小的試劑液滴。
[0049]在圖11中可見樣本液滴與試劑液滴的并行的、八路融合。在圖8中，八個試劑直接同時注入到八個進入的子樣本導致八個融合的樣本-試劑液滴。
[0050]在圖12中顯示融合的液滴的基于圖像的并行檢測。八個融合的樣本-試劑液滴中的每一個液滴經過兩個附加的分叉，導致融合的子液滴的四個復制。培養之后，這些液滴在檢測區被并行檢測。刻度條表示500微米。
[0051]在上述平臺的其他實施例中，試劑入口通道中的每一個通道配備有單獨的清洗通道以及閥門(如在上面以及圖3-圖6中對進樣口通道的描述)，因此試劑入口通道在隨后的使用前可被清洗。
[0052]在上述平臺的其他實施例中，多個樣本輸入通道被合并使得多個樣本同時被處理。在這樣的實施例中，進樣口通道以交替的方式工作使得當第一樣本輸入通道正提供樣本液滴時，可選的樣本輸入通道被清洗并且后來被加載樣本的附加的等分試樣或不同樣本的等分試樣。一旦第一樣本輸入通道已經提供樣本液滴，它就被清洗，而第二樣本輸入通道提供樣本液滴。重復該過程。
[0053]在上述平臺的其他實施例中，用于創建混亂的混合的附加部分也被包括以混合樣本和/或樣本-試劑液滴。
[0054]示例設備
[0055]本發明的其他實施例可提供并行的微流體乳化設備，其在保持生成組合的混合物的能力的同時提高生產量。在這樣的實施例中，如在以前的實施例中以上描述的微流體芯片被連接到附加的系統。在這樣的實施例中，設備通過一系列步驟(如在圖3中所示)工作:步驟I:液滴平臺可制成能夠從具有定制的串行樣本加載(SSL)系統(也在圖14和圖15的頂部圖中被描述)的多孔板接受無限數量的樣本。步驟2:樣本液滴被數字化成更小的子液滴(?30nL)。一旦液滴被處理，進樣口在注入新的樣本前被緩沖劑清洗以防止交叉污染。步驟3:當子液滴流經3個串聯的分叉交叉點時發生拆分，并且拆分成8個液滴。一旦子液滴通過啟動油閥門到達試樣的注入部位，流動停止。步驟4:然后，試樣庫同時被直接注入到8個樣本的子液滴內。步驟5:注入后，8個樣本-試樣滴狀物在蛇形通道中混合，并且流經2個附加的串聯的分叉交叉點，產生8個獨特的組分的總共32個液滴。這整個操作程序在少于I秒內被完成。此外，液滴的序列被保持在設備上。這允許空間索引用于液滴識別。這排除對包括在每個液滴中的識別它的內容的條碼2的需要。
[0056]在上述設備的又一個實施例中，如在圖13中所見，自動的樣本加載系統(如自動進樣器或自動移液管)與樣本輸入通道相連。這可允許無限量的樣本被處理，以及設備的自動化。在每次采樣之后，使用設備內置的清洗通道來對通道清洗以防止交叉污染(圖14，頂部圖)。在圖14(頂部圖)中，樣本從樣本庫(240)加載到輸入通道(241)。一旦樣本液滴在主通道(242)中被生成，輸入通道利用來自清洗儲液器(243)的清洗液清洗，并且清洗液從廢物通道(244)排出。自動進樣器或自動吸液管也可裝有毛細管、毛細管轉接器和橡膠密封圈以有助于樣本加載和輸入通道的清洗。
[0057]在上述設備的又一個實施例中，卸壓通道耦合到本發明。當液滴正被生成時，這些卸壓通道是打開的，這反過來導致單分散的液滴。基于液滴的面積的大小分析表示液滴具有優良的單分散性。
[0058]在上述設備的又一個實施例中，液滴拆分和拆分后的試劑注入的新穎的組合耦合到本發明。這可允許液滴生成過程是高度并行的。在上述示例的設備的實施例中，單樣本塞被拆分成8個子液滴。8種不同的試劑被直接并行注入到液滴。在試劑注入后，附加的拆分創建四個復制液滴，以后達到總共32個液滴的獨特的組合。值得注意的是，此處描述的具體的設備是概念的一個實施例，通過改變通道、端口、閥門的數量或布置、拆分的階段的數量，等等，實施例可變化以適合廣泛的需求。
[0059]在上述設備的又一個實施例中，樣本-試樣液滴保持在單一的文件配置中，因此排除對識別每個單獨液滴的內容的條形碼機制的需要。
[0060]如在圖14中所見，在上述描述的設備的又一個實施例中，阻抗檢測系統被連接到樣本輸入通道。在這樣的實施例中，為了樣本或清洗液的自動檢測，阻抗檢測系統通過光學地監控樣本輸入通道以及清洗通道的內容運行。如果通道包含樣本，阻抗系統反饋到控制器以管理樣本流體釋放到主通道用于樣本液滴的生成。可選地，如果通道中包含清洗液，阻抗系統反饋到控制器以管理清洗液通過清洗通道釋放。如在圖14的底部圖中可見的，當設備正在使用時，阻抗系統提供通道的內容的讀出。這樣的阻抗系統也可被添加到試劑注入通道以確定這些通道的內容以及管理它們的清洗或試劑注入。
[0061]按需的并行的納升的基于液滴的平臺和設備的上述示例是本發明的示例性實施例，這些平臺和設備接受來自多孔板的不限量的樣本塞，數字化這些塞成小的子液滴，并行執行液滴拆分以及利用試樣庫并行執行強大的自由同步融合。在上述示例中，設備上的樣本-試樣液滴的序列被保持以允許空間索引來識別液滴的內容。上述設備結合了基于閥的設備的精度，同時具有增加的生產量。上述按需的平臺滿足靈活的并且成本效益好的工具的需要，可對下一代生成應用進行高生產量的篩選。
[0062]鑒于上述的示例實施例，下面的權利要求應被理解為包括具體顯示的內容和如上所述的內容、概念等價物、能夠明顯地被取代的內容和基本上符合本發明主要思想的內容。本領域技術人員應理解，在沒有背離本發明的范圍的情況下，可以對剛剛描述的優選的實施例進行各種改編和修改。所示的實施例僅用于闡明本實施例的目的，不應將其視為對本發明的限制。因此，應該理解，在所附的權利要求的范圍內，本發明能夠以不同于在這里具體描述的其它方式實施。
[0063]參考文獻
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[0066]3.Puleo CM、Yeh HC、Liu KJ、Wang TH.Lab Chip.2008;8(5):822_825。
【主權項】
1.一種微流體系統，包括: 微流體芯片，所述微流體芯片包括芯片主體，所述芯片主體界定: 液滴形成部分，所述液滴形成部分包括樣本輸入通道， 液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流體地連接到所述液滴形成部分，以及 試劑注入部分，所述試劑注入部分被流體地連接到所述液滴拆分部分； 第一樣本源，所述第一樣本源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道； 第二樣本源，所述第二樣本源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道；以及 清洗液源，所述清洗液源被選擇性地連接到所述樣本輸入通道。2.根據權利要求1所述的微流體系統，其中，自動的樣本加載系統被流體地連接到所述微流體芯片。3.根據權利要求1所述的微流體系統，其中，阻抗檢測系統被流體地連接到所述微流體芯片。4.根據權利要求1所述的微流體系統，其中，樣本檢測系統被流體地連接到所述微流體芯片。5.一種微流體芯片，所述微流體芯片包括芯片主體，所述芯片主體界定: 液滴形成部分，包括: 主通道， 樣本輸入通道，所述樣本輸入通道具有流體地連接到所述主通道的第一端以及配置為接收樣本和清洗液的第二端， 輸入通道閥門，所述輸入通道閥門在所述輸入通道中以選擇性地允許以及阻止從所述樣本輸入通道到所述主通道的流體流動， 清洗通道，所述清洗通道在所述輸入通道閥門和所述樣本輸入通道的所述第二端之間的位置處流體地連接到所述樣本輸入通道，以及 清洗通道閥門，所述清洗通道閥門在所述清洗通道中以選擇性地允許以及阻止從所述輸入通道到所述清洗通道的流體流動， 其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述輸入通道閥門是打開的并且所述清洗通道閥門是關閉的以在所述主通道中提供在惰性流體中懸浮的具有基本上預定的體積的樣本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述輸入通道閥門是關閉的并且所述清洗通道閥門是打開的，使得通過清洗液流動穿過所述樣本輸入通道以及從所述清洗通道流出，來由所述清洗液清洗所述樣本輸入通道； 液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流體地連接到所述液滴形成部分的所述主通道以從所述主通道接收所述樣本液滴，并且將所述樣本液滴拆分成多個子液滴以在多個次級通道中的相應的一個通道中從所述液滴拆分部分輸出；以及 試劑注入部分，所述試劑注入部分被流體地連接到所述多個次級通道的每一個通道，并且具有對應的多個試劑注入通道，所述對應的多個試劑注入通道被布置為使得當所述子液滴在所述試劑注入部分中時，多個試劑中的每個試劑基本能夠同時被注入到所述多個子液滴的相應的一個子液滴，以在來自所述試劑注入部分的多個輸出通道中的對應的一個通道中提供多個樣本-試劑液滴的輸出。6.根據權利要求5所述的微流體芯片，其中，所述液滴形成部分包括卸壓通道，以當所述樣本液滴正被形成時可控地調節所述樣本液滴上的壓力。7.根據權利要求5所述的微流體芯片，其中，所述試劑注入部分包括卸壓通道，以當所述多個試劑中的每個正被注入到所述多個子液滴中的對應的一個子液滴時可控地調節所述多個子液滴上的壓力。8.根據權利要求5所述的微流體芯片，其中，所述液滴拆分部分是多級液滴拆分器。9.根據權利要求5所述的微流體芯片，還包括樣本-試劑液滴拆分部分，所述樣本-試劑液滴拆分部分被流體地連接到來自所述試劑注入部分的所述多個輸出通道中的每一個輸出通道，以接收所述多個樣本-試劑液滴，并且將所述樣本-試劑液滴中的每一個液滴拆分成多個子樣本-試劑液滴，以在多個輸出通道中的相應的一個通道中從所述樣本-試劑液滴拆分部分輸出。10.根據權利要求9所述的微流體芯片，其中，所述樣本-試劑液滴拆分部分是多級液滴拆分器。11.根據權利要求5所述的微流體芯片，還包括培養部分，所述培養部分被流體地連接到來自所述樣本-試劑液滴拆分部分的所述多個輸出通道中的每一個輸出通道，使得所述樣本-試劑液滴中的每一個樣本-試劑液滴流進相應的一個培養通道，以便保持其可辨別的樣本和試劑信息。12.根據權利要求11所述的微流體芯片，其中，所述培養通道是等長度的。13.根據權利要求5所述的微流體芯片，還包括具有檢測通道的部分，其中，所述檢測通道至少部分是透明的以用于光學測量。14.根據權利要求5所述的微流體芯片，其中，所述試劑注入部分還包括: 試劑注入閥門，所述試劑注入閥門在所述試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中以選擇性地允許以及阻止從所述試劑注入通道中的每一個試劑注入通道到所述多個次級通道的流體流動， 清洗通道，所述清洗通道被流體地連接到所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道，以及 清洗通道閥門，所述清洗通道閥門在所述清洗通道中以選擇性地允許以及阻止從所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道到所述清洗通道的流體流動， 其中，所述試劑注入部分具有第一配置，其中，在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述試劑注入閥門是打開的并且在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道閥門是關閉的，以在所述多個次級通道中提供試劑，并且，其中，所述試劑注入部分具有第二配置，其中，在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述試劑注入閥門是關閉的并且在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道閥門是打開的，使得通過清洗液流動穿過所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道并且從在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道出去，來由所述清洗液清洗所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道。15.根據權利要求5所述的微流體芯片，其中，所述液滴形成部分還包括: 第二樣本輸入通道，所述第二樣本輸入通道具有流體地連接到所述主通道的第一端以及配置為接收樣本和清洗液的第二端， 輸入通道閥門，所述輸入通道閥門在所述第二樣本輸入通道內以選擇性地允許以及阻止從所述第二樣本輸入通道到所述主通道的流體流動， 第二清洗通道，所述第二清洗通道在所述輸入通道閥門和所述第二樣本輸入通道的所述第二端之間的位置處被流體地連接到所述第二樣本輸入通道，以及 清洗通道閥門，所述清洗通道閥門在所述第二清洗通道中以選擇性地允許以及阻止從所述第二輸入通道到所述第二清洗通道的流體流動， 其中，所述液滴形成部分具有第三配置，其中，所述第二樣本輸入通道的所述輸入通道閥門是打開的并且所述第二樣本輸入通道的所述清洗通道閥門是關閉的，以在所述主通道中提供在惰性流體中懸浮的具有基本上預定的體積的樣本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第四配置，其中，所述第二樣本輸入通道的所述輸入通道閥門是關閉的并且所述第二樣本輸入通道的所述清洗通道閥門是打開的，使得通過清洗液流動穿過所述第二樣本輸入通道以及從所述第二清洗通道流出，來由所述清洗液清洗所述第二樣本輸入通道。16.根據權利要求15所述的微流體芯片，其中，所述輸入通道以交替的方式運行，使得當所述輸入通道中的第一個輸入通道被配置為將樣本液滴提供給所述主通道時，所述輸入通道中的第二個輸入通道同時被配置為清洗，并且，其中，在通過所述輸入通道中的所述第一個輸入通道的樣本液滴的形成后，所述樣本輸入通道中的所述第一個樣本輸入通道被配置為清洗，并且所述樣本輸入通道中的所述第二個樣本輸入通道同時被配置為將樣本液滴提供給所述主通道。17.根據權利要求15所述的微流體芯片，其中，所述液滴形成部分包括卸壓通道，以當所述樣本液滴正被形成時可控地調節所述樣本液滴上的壓力。18.根據權利要求15所述的微流體芯片，其中，所述試劑注入部分包括卸壓通道，以當所述多個試劑中的每一個試劑正被注入到所述多個子液滴中的對應的一個子液滴時可控地調節所述多個子液滴上的壓力。19.根據權利要求15所述的微流體芯片，其中，所述液滴拆分部分是多級液滴拆分器。20.根據權利要求15所述的微流體芯片，還包括樣本-試劑液滴拆分部分，所述樣本-試劑液滴拆分部分被流體地連接到來自所述試劑注入部分的所述多個輸出通道中的每一個輸出通道以接收所述多個樣本-試劑液滴，并且將所述樣本-試劑液滴中的每一個樣本-試劑液滴拆分成多個子樣本-試劑液滴，以在多個輸出通道中的相應的一個輸出通道中從所述樣本-試劑液滴拆分部分輸出。21.根據權利要求20所述的微流體芯片，其中，所述樣本-試劑液滴拆分部分是多級液滴拆分器。22.根據權利要求15所述的微流體芯片，還包括培養部分，所述培養部分被流體地連接到來自所述樣本-試劑液滴拆分部分的所述多個輸出通道中的每一個輸出通道，使得所述樣本-試劑液滴中的每一個樣本-試劑液滴流進相應的一個培養通道，以便保持其可辨別的樣本和試劑信息。23.根據權利要求22所述的微流體芯片，其中，所述培養通道是等長度的。24.根據權利要求15所述的微流體芯片，其中，所述試劑注入部分還包括: 試劑注入閥門，所述試劑注入閥門在所述試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中以選擇性地允許以及阻止從所述試劑注入通道中的每一個試劑注入通道到所述多個次級通道的流體流動， 清洗通道，所述清洗通道被流體地連接到所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道，以及 清洗通道閥門，所述清洗通道閥門在所述清洗通道中以選擇性地允許以及阻止從所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道到所述清洗通道的流體流動， 其中，所述試劑注入部分具有第一配置，在所述第一配置中，在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述試劑注入閥門是打開的并且在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道閥門是關閉的，以提供在所述多個次級通道中的試劑，并且，其中，所述試劑注入部分具有第二配置，在所述第二配置中，在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述試劑注入閥門是關閉的并且在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道閥門是打開的，使得通過清洗液流動穿過所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道并且從在所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道中的所述清洗通道流出，來由所述清洗液清洗所述多個試劑注入通道中的每一個試劑注入通道。25.根據權利要求15所述的微流體芯片，還包括具有檢測通道的部分，其中，所述檢測通道至少部分是透明的以用于光學測量。26.一種執行化學測定的方法，包括: 通過流體設備的輸入通道在所述流體設備的主通道中提供來自第一樣本的第一液滴； 清洗所述流體設備的所述輸入通道以從所述輸入通道基本除去所述第一樣本的所有的殘余； 繼所述清洗之后，立即通過所述流體設備的所述輸入通道在所述流體設備的所述主通道中提供來自第二樣本的第二液滴，使得所述第一液滴和所述第二液滴由惰性流體分開； 把所述第一液滴分成第一多個子液滴； 把所述第二液滴分成第二多個子液滴； 將第一多個試劑添加到所述第一多個子液滴的對應的一個子液滴； 將第二多個試劑添加到所述第二多個子液滴的對應的一個子液滴； 檢測所述第一多個子液滴和第二多個子液滴中的每一個子液滴的物理性質以提供測定數據；以及 基于所述測定數據確定所述第一樣本和第二樣本的性質。27.根據權利要求26所述的執行化學測定的方法，其中，所述第一多個試劑和第二多個試劑中的每一個試劑是彼此不同的。28.根據權利要求26所述的執行化學測定的方法，其中，所述第一多個試劑和第二多個試劑中至少兩個試劑是化學上相同的試劑。
【文檔編號】B01L3/00GK106029233SQ201580009203
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】澤-輝·王, 圖沙爾·迪尼安德奧·萊恩, 海倫娜·克萊爾·澤克
【申請人】約翰霍普金斯大學