[發明專利]由誘發的空化所驅動的高速按需液滴生成及單細胞包封

有效

• 申請號: 201710078940.6
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN106732223B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 邱培鈺;吳婷翔;樸成用;邁克爾·A·泰特爾
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: G01N35/08
• 分類號: G01N35/08
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

公開了用于在第二流體中形成第一流體的液滴并在這種液滴內包封顆粒或細胞的方法和設備。用于液滴形成的動力由暫態泡的產生來提供，暫態泡可以使用脈沖激光器來誘發。通過調制脈沖激光器能夠控制液滴形成的液滴體積和頻率。所公開的方法和設備尤其適用于微流體設備。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年2月9日提交的USSN13/370,196的權益和優先權，其整體通過引用并入本文以用于所有目的。

政府支持聲明

本發明是在政府支持下進行的，美國航空和航天局頒發的許可號NCC2-1364，美國衛生研究院頒發的許可號Y018228；以及美國國家科學基金會頒發的許可號0747950、0852701和0901154。政府對該發明具有某些權利。

技術領域

本發明涉及微流體領域。在某些實施方案中，提供了用于高速形成液滴和/或包封液滴、顆粒和/或細胞的方法和設備。

背景技術

微流體設備吸引了很多關注，因為它們提供平臺用于對極小體積的流體執行分析，當利用光蝕刻技術產生該設備時，能夠以低成本制造。這些設備具有作為“實驗室晶片”的潛力，集成多個功能性，包括例如，樣本制備、支撐聚合酶鏈式反應的熱循環以及吸收或者熒光監控。它們的緊湊尺寸使其尤其適用于便攜式設備，這潛在地允許在臨床醫生辦公室或現場進行復雜分析的性能。然而，在分析多個樣本時使用微流體設備的挑戰之一是樣本區室化。盡管常規實驗室分析器可以利用一系列試管或者類似容器以防止樣本之間的污染，但是該方法難以應用于小體積流體，其中與設備表面的相互作用會取代總體流動屬性。

典型微流體設備利用連續通過設備的單個流體相。將離散體積的流體測試樣本或者試劑引入這種設備會導致形成移過裝置通道的流體段。不幸地是，這種流體段將趨于變得散布，這是由于流道內的力(諸如擴散和湍流)。此外，流體段的組分會與微流體設備的通道壁相互作用，僅在稍晚的時間被釋放。這種現象會導致流體段之間的污染，并且致使需要使用降低流體通道內湍流的特征來設計這種微流體芯片，并需要設計測試協議(包括樣本之間的內部體積的耗時的洗滌或者沖刷)。另外，流體段的分散使得對于特征反應難以提供流體段內含物的可再現體積和濃度。

解決該問題的一個方法是引入數字微流體設備，在該設備中，用于分析或者其他處理的樣本流體以離散的低體積液滴形式被引入設備的通道中。例如，以在包含不混溶油介質的通道內行進的水性液滴形式引入具有生物化學或者生物學內含物的水性樣本降低了與通道壁的相互作用并且防止了散布，從而最小化液滴之間的污染。能夠類似地處理用于表征這種樣本的試劑。然而，為了有效，數字微流體設備需要以下機制，即，用于以精確的體積控制進行高速液滴生成以充分實現精確的高通量分析。

被動機制可以用于快速連續的液滴生成，作為通過這種設備的流動的函數。以該方式可以以每秒幾千液滴的速率生成高度均勻的液滴(Yobas等人，(2006)Lab on a chip，6:1073-1079)。US7,759,111描述了這種設備，其中由不混溶的油流從水性介質流中剪切出液滴。被動設備的另一實例公開于WO2010/110843A1，其中侵入流體通道的屏障與流體以及通道的流動特性結合作用以形成渦旋，該渦旋提供了驅動液滴形成的壓力的周期變化。然而，這種設備不提供包含專門指定體積的樣本流體的液滴的按需生成(例如，體積包含特定的關注細胞)，也不能自身生成具有不同體積的個體液滴。這限制了它們用于表征不同樣本體積的實用性以及在各種測試協議的性能方面的實用性。