專利名稱：流體物種的電子控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及用于控制流體物種的系統(tǒng)和方法，具體而言，涉及用于電子控制流體物種的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
操作流體以形成所需形狀的流體流、不連續(xù)流體流、液滴、顆粒、分散體等，目的是為了輸送流體、制備產(chǎn)品、分析等，這是研究較為充分的技術(shù)。例如，直徑小于100微米的高度單分散的氣泡用稱為毛細(xì)流集中的技術(shù)制得。在該技術(shù)中，迫使氣體從毛細(xì)管出來進(jìn)入液體浴中，該管位于小孔之上，并且外部液體的收縮流通過該孔將氣體集中為細(xì)的射流，隨后由于毛細(xì)管不穩(wěn)定性分為大小大致相等的泡。在相關(guān)技術(shù)中，可以使用類似裝置在空氣中形成液體液滴。
題為“Generation of Steady Liquid Microthreads and Micron-SizedMonodisperse Sprays and Gas Streams，”Phys.Rev.Lett.，802，January 12，1998(Ganan-Calvo)的文章描述了通過層狀加速氣流形成微觀液體線，產(chǎn)生細(xì)噴射。題為“Dynamic Pattern Formation in a Vesicle-Generating Microfluidic Device，”Phys.Rev.Lett.，8618，April 30，2001(Thorsen等人)的文章描述了通過在兩條微流體通道之間的“T”結(jié)合處將水引入到流動油中，經(jīng)過微流體錯流從而在連續(xù)油相中形成不連續(xù)水相。
2000年9月19日公布的美國專利US 6,120,666描述了一種具有流體集中腔室的微型制造裝置，該流體集中腔室用于空間限制用于分析流體介質(zhì)中的微觀顆粒的第一和第二樣品流體流，例如在生物流體分析中。2000年9月12日公布的美國專利US 6,116,516描述了毛細(xì)管微射流的形成，和通過該微射流的分離形成單分散的氣溶膠。2001年2月13日公布的美國專利US 6,187,214描述了大小范圍為約1-約5微米的霧化顆粒，是由兩種不混溶的流體相互作用產(chǎn)生的。2001年6月19日公布的美國專利US 6,248,378描述了使用微射流產(chǎn)生引入到食物中的顆粒，并且當(dāng)該微射流分離時形成單分散的氣溶膠。
微流體系統(tǒng)已在多種文章背景中有述，一般是在微型化實驗室(例如，臨床)分析的文章中。其它應(yīng)用也有所描述。例如，2001年11月29日公開的Anderson等人的國際專利公開WO 01/89789中描述了多級微流體系統(tǒng)，可以用于在表面上提供材料例如生物材料和細(xì)胞的圖案。其它出版物描述了包括閥、開關(guān)和其它組件的微流體系統(tǒng)。
隨著宏觀或微觀流體動力學(xué)已經(jīng)取得明顯進(jìn)步，需要改進(jìn)技術(shù)以及這些技術(shù)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于電子控制流體物種的系統(tǒng)和方法。在一些情況下，本發(fā)明的主題包括相關(guān)產(chǎn)品、針對特殊問題的替代方案和/或一種或多種系統(tǒng)和/或制品的多種不同用途。
在一個方面，本發(fā)明提供一種方法。在一組實施方案中，該方法是一種在微流體系統(tǒng)中以受控方式結(jié)合至少兩個物種的方法。該方法包括以下步驟提供一串在微流體系統(tǒng)中流動的液滴；從該串液滴中選擇第一液滴，并從該串液滴中的至少一些其它液滴分離第一液滴(其中，該第一液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸，并含有第一化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種)，提供從該串液滴分離的第二液滴(其中，該第二液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸，并含有第二化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種)，選擇性推動第一液滴和/或第二液滴朝向一個可以發(fā)生合并的位置，并允許第一液滴和第二液滴合并為一個組合液滴，并確定涉及至少是第一液滴中第一物種和第二液滴中第二物種的反應(yīng)。
根據(jù)另一組實施方案的方法是一種在微流體系統(tǒng)中以受控方式分選液滴的方法。該方法包括以下步驟提供一串在微流體系統(tǒng)中流動的液滴，從該串液滴中選擇第一液滴，并從該串液滴的至少一些其它液滴分離第一液滴。在一些情況下，該第一液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸。
在又一組實施方案中，該方法是一種為微流體系統(tǒng)中一個或多個液滴賦予電荷的方法。該方法可以包括以下步驟提供微流體系統(tǒng)中的液滴，賦予該液滴偶極矩，當(dāng)偶極矩存在時，將該液滴分成至少兩個子液滴，子液滴中的至少一個帶有來自賦予該初始液滴的偶極矩的電荷。
在另一組實施方案中，該方法是一種在微流體系統(tǒng)中結(jié)合至少兩個液滴的方法。該方法包括以下步驟在微流體系統(tǒng)中提供至少兩個液滴，將該液滴暴露在電場中，從而在液滴中誘導(dǎo)偶極矩，并且至少部分通過由于誘導(dǎo)偶極矩導(dǎo)致的液滴-液滴吸引將至少兩個液滴合并為單個液滴。
根據(jù)另一組實施方案，該方法包括以下步驟在被第二液體流體包圍的第一流體上產(chǎn)生至少約10-14C的電荷。根據(jù)又一組實施方案，該方法包括以下步驟在被第二液體流體包圍的第一流體上施加至少約10-9N的電場力。
在又一組實施方案中，在含有第一液滴和第二液滴的第一流體中，第一流體被第二液體流體包圍，該方法包括以至少約10或至少約100液滴/s的速率分選第一和第二液滴。在又一組實施方案中，該方法包括以下步驟提供被第二液體流體包圍的第一流體的液滴，其中該液滴具有一定比值的含有第一物種的液滴與不含第一物種的液滴，并且分選該液滴，以將含有第一物種的液滴與不含第一物種的液滴的比值增加至少約2倍。
在另一組實施方案中，在含有第一液滴和第二液滴的第一流體中，其中第一流體被第二液體流體包圍，該方法包括在基本上不改變第二液體流體流速的情況下，對第一和第二液滴進(jìn)行分選。在又一組實施方案中，該方法包括以下步驟使用電場將被第二液體流體包圍的第一流體液滴分為兩個液滴。
在另一方面，本發(fā)明是一種制品。在一組實施方案中，該制品包括被第二液體流體包圍的、電荷至少約為10-14C的第一流體液滴。在另一組實施方案中，該制品包括含有被第二液體流體包圍的第一流體的液滴，其中該液滴的至少約90％各自由相同量的物種實體組成。
在又一方面，本發(fā)明是一種裝置。根據(jù)一組實施方案，該裝置包括微流體通道以及構(gòu)造和布置為在微流體通道內(nèi)產(chǎn)生至少約1V/微米電場的電場發(fā)生器。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種實施文中描述的一種或多種實施方案的方法。在又一方面，本發(fā)明涉及一種使用文中描述的一種或多種實施方案的方法。在又一方面，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)文中描述的一種或多種實施方案的方法。
結(jié)合附圖，從以下詳細(xì)描述的本發(fā)明各種非限定性實施方案中，本發(fā)明的其它優(yōu)點和新特征將變得明顯。如果本說明書和通過引用并入的文件包括抵觸和/或不一致的內(nèi)容，則以本說明書為準(zhǔn)。如果通過引用并入的兩份或更多份申請包括彼此抵觸和/或不一致的內(nèi)容，則以后提交的申請為準(zhǔn)。


通過實施例并參考附圖來描述本發(fā)明非限定性的實施方案，附圖是示意性的，并非是按比例畫出的。這些圖中，所示的每個相同或近似相同的組件通常以單一數(shù)字表示。為清楚起見，并非每個組件在每個圖中都標(biāo)出，而且當(dāng)不必說明即可使本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明時，也并不是本發(fā)明每個實施方案的每個組件都要表示出來。在這些圖中圖1A和1B表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案將液滴分開；圖2A和2B表示施加電場之前的根據(jù)本發(fā)明實施方案的裝置；圖3A和3B表示施加電場之后的圖2A和2B的裝置；圖4A和4B表示施加反向電場之后的圖2A和2B的裝置；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案液滴分開的示意圖；圖6A和6B是本發(fā)明其它實施方案的示意圖；圖7A和7B表示根據(jù)本發(fā)明實施方案形成液滴；圖8A-8F表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案分選和/或分開液滴；圖9A-9D表示根據(jù)本發(fā)明另一實施方案分選和/或分開液滴；
圖10A-10D表示根據(jù)本發(fā)明另一實施方案分選流體液滴；圖11A-11C表示根據(jù)本發(fā)明又一實施方案分選流體液滴；圖12A-12J表示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案具有兩個或更多個流體區(qū)的液滴中的流體混合；圖13A-13D表示根據(jù)本發(fā)明某些實施方案在通道中的未帶電和帶電的液滴；圖14A-14C表示本發(fā)明多種實施方案，包含第一流體和第二流體的交變液滴(alternating droplets)；和圖15A-15E表示本發(fā)明多種實施方案的特征裝置實例。
發(fā)明內(nèi)容一般而言，本發(fā)明涉及通常被液體包圍(例如，懸浮)的流體物種的控制和操作。本發(fā)明的多個方面涉及形成流體液滴、將液滴分成多個液滴、在液滴上產(chǎn)生電荷、在液滴中誘導(dǎo)偶極、使液滴融合或合并、促使在液滴內(nèi)發(fā)生混合、分選和/或分離液滴、和/或檢測和/或測定液滴和/或液滴內(nèi)的成分。還包括控制和操作流體物種的這些和/或其它系統(tǒng)和方法的組合，例如，以下公開的系統(tǒng)和方法Link等人的2003年8月27提交的美國臨時專利申請60/498,091；Stone等人的2002年6月28日提交的美國臨時專利申請60/392,195；Link等人的2002年11月5日提交的美國臨時專利申請60/424,042；Kumar等人的1996年4月30日公布的美國專利5,512,131；Whitesides等人的1996年6月26日公開的國際專利WO 96/29629；Kim等人的2002年3月12日公布的美國專利6,355,198；Anderson等人的2001年5月25日提交的國際專利申請PCT/US01/16973，2001年11月29日公開為WO 01/89787；Stone等人的2003年6月30日提交的國際專利申請PCT/US03/20542，2004年1月8日公開為WO2004/002627；Link等人的2004年4月9日提交的國際專利申請PCT/US2004/010903；和Link等人的2003年4月10日提交的美國臨時專利申請60/461,954；每一篇都通過引用并入本文。
在本發(fā)明的多個方面中，本文公開的流體系統(tǒng)可以包括液滴形成系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制器、和/或液滴分選和/或分離系統(tǒng)，或者這些系統(tǒng)的任意組合?？梢砸匀魏魏线m的次序布置這些系統(tǒng)和方法，這取決于具體應(yīng)用，一些情況下，可以使用給定類型的多個系統(tǒng)，例如兩個或更多個液滴形成系統(tǒng)、兩個或更多個液滴分離系統(tǒng)等。作為布置的實例，可以布置本發(fā)明的系統(tǒng)，以形成液滴、稀釋流體、控制液滴內(nèi)物種的濃度、分選液滴從而選擇那些具有理想的物種或?qū)嶓w濃度的液滴(例如，均含有一分子反應(yīng)物的液滴)、使單個液滴融合從而使單個液滴中含有的物種之間發(fā)生反應(yīng)、測定一個或多個液滴中的反應(yīng)和/或反應(yīng)速率等。根據(jù)本發(fā)明，可以使用多種其它布置。
液滴的產(chǎn)生/形成本發(fā)明一個方面涉及產(chǎn)生被液體包圍的流體液滴的系統(tǒng)和方法。很多情況下該流體和該液體基本上是不能混溶的，即，在關(guān)心的時間范圍內(nèi)是不能混溶的(例如，通過特定系統(tǒng)或裝置輸送流體液滴所需的時間)。某些情況下，液滴可以各自具有基本上相同的形狀或大小，如以下進(jìn)一步所述。流體也可以含有其它物種，例如某些分子物種(例如，如以下進(jìn)一步所述)、細(xì)胞、顆粒等。
在一組實施方案中，在被液體包圍的流體上可以產(chǎn)生電荷，這可以使該流體在液體內(nèi)被分成單個的液滴。在一些實施方案中，流體和液體可以存在于通道中，例如微流體通道，或者其它狹窄空間中，便于電場(可以是″AC″或交流、″DC″或直流等)施加到流體上，例如，通過限制流體相對于液體的運動。因此，流體在液體內(nèi)可以以一系列單個帶電和/或可電誘導(dǎo)的液滴存在。在一個實施方案中，施加于流體液滴上的電場力可以足夠大，以至于使得液滴在液體內(nèi)運動。在一些情況下，施加于流體液滴上的電場力可以用于引導(dǎo)液滴在液體內(nèi)進(jìn)行預(yù)期的運動，例如，移向或者在通道或微流體通道內(nèi)運動(例如，如文中進(jìn)一步所述)等等。作為一個實例，在圖3A的裝置5中，使用由電場發(fā)生器20產(chǎn)生的電場可以使由流體源10產(chǎn)生的液滴15帶電。
使用任何合適的技術(shù)可以在液體內(nèi)的流體中產(chǎn)生電荷，例如，通過將該流體置于電場(可以是AC、DC等)內(nèi)，和/或?qū)е掳l(fā)生反應(yīng)，使得該流體帶上電荷，例如化學(xué)反應(yīng)、離子反應(yīng)、光催化反應(yīng)等。在一個實施方案中，該流體是電導(dǎo)體。文中使用的“導(dǎo)體”是導(dǎo)電率至少約為18兆歐(MOhm或MΩ)水的導(dǎo)電率的材料。包圍該流體的液體的導(dǎo)電率可以小于該流體的導(dǎo)電率。例如，相對于該流體，該液體可以是絕緣體，或者至少是“泄漏絕緣體”，即，至少短時間內(nèi)，該液體可以至少部分電絕緣該流體。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠確定流體的導(dǎo)電率。在一個非限定性實施方案中，該流體基本上是親水性的，并且包圍該流體的該液體基本上是疏水性的。
在一些實施方案中，該流體上(例如一系列流體液滴上)產(chǎn)生的電荷可以是至少約10-22C/微米3。某些情況下，電荷可以是至少約10-21C/微米3，其它情況下，電荷可以是至少約10-20C/微米3、至少約10-19C/微米3、至少約10-18C/微米3、至少約10-17C/微米3、至少約10-16C/微米3、至少約10-15C/微米3、至少約10-14C/微米3、至少約10-13C/微米3、至少約10-12C/微米3、至少約10-11C/微米3、至少約10-10C/微米3，或者至少約10-9C/微米3或者更多。在某些實施方案中，該流體上產(chǎn)生的電荷可以是至少約10-21C/微米2，一些情況下，電荷可以是至少約10-20C/微米2、至少約10-19C/微米2、至少約10-18C/微米2、至少約10-17C/微米2、至少約10-16C/微米2、至少約10-15C/微米2、至少約10-14C/微米2，或者至少約10-13C/微米2或者更多。在其它實施方案中，電荷可以是至少約10-14C/液滴，一些情況下，至少約10-13C/液滴，其它情況下至少約10-12C/液滴，其它情況下至少約10-11C/液滴，其它情況下至少約10-10C/液滴，或者別的情況下至少約10-9C/液滴。
在一些實施方案中，電場是由電場發(fā)生器產(chǎn)生的，即，能夠產(chǎn)生可以施加于流體的電場的裝置或系統(tǒng)。該電場發(fā)生器可以產(chǎn)生AC場(即，相對于時間周期性改變的場，例如呈正弦狀、鋸齒狀、矩形等)、DC場(即，相對于時間恒定的場)、脈沖場等?？梢詷?gòu)造和布置該電場發(fā)生器，以在通道或微流體通道內(nèi)所包含的流體內(nèi)產(chǎn)生電場。按照一些實施方案，該電場發(fā)生器可以與包含通道或微流體通道的流體系統(tǒng)組成為整體或者與之分開。文中使用的“組成為整體”是指連接相互組成為整體的各部分組件，使得在沒有切削或折斷至少一個組件的情況下不能手動地彼此分離各組件。
產(chǎn)生合適電場(可以是AC、DC等)的技術(shù)是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。例如，在一個實施方案中，通過向一對電極施加電壓而產(chǎn)生電場，該電極可以位于流體系統(tǒng)上或者嵌入其中(例如，在限定通道或微流體通道的基質(zhì)中)，和/或位于最接近流體的位置，使得至少部分電場與該流體相互作用。該電極可以由任何合適的電極材料或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的材料制得，該材料包括但不限于銀、金、銅、碳、鉑、銅、鎢、錫、鎘、鎳、氧化銦錫(“ITO”)等，以及它們的組合。在一些情況下，可以使用透明或基本上透明的電極。在某些實施方案中，可以構(gòu)造和布置(例如定位)該電場發(fā)生器，以產(chǎn)生可施加于該流體的至少約0.01V/微米的電場，一些情況下，至少約0.03V/微米、至少約0.05V/微米、至少約0.08V/微米、至少約0.1V/微米、至少約0.3V/微米、至少約0.5V/微米、至少約0.7V/微米、至少約1V/微米、至少約1.2V/微米、至少約1.4V/微米、至少約1.6V/微米，或者至少約2V/微米。在一些實施方案中，可以使用甚至更高的電場強(qiáng)度，例如，至少約2V/微米、至少約3V/微米、至少約5V/微米、至少約7V/微米，或者至少約10V/微米或者更高。
在一些實施方案中，可以將電場施加于流體液滴上，使得該液滴承受電場力。一些情況下，施加于該流體液滴上的電場力可以是至少約10-16N/微米3。某些情況下，施加于該流體液滴上的電場力可以更大，例如，至少約10-15N/微米3、至少約10-14N/微米3、至少約10-13N/微米3、至少約10-12N/微米3、至少約10-11N/微米3、至少約10-10N/微米3、至少約10-9N/微米3、至少約10-8N/微米3，或者至少約10-7N/微米3或者更大。在其它實施方案中，施加于該流體液滴上的電場力，相對于該流體的表面積，可以是至少約10-15N/微米2，一些情況下，至少約10-14N/微米2、至少約10-13N/微米2、至少約10-12N/微米2、至少約10-11N/微米2、至少約10-10N/微米2、至少約10-9N/微米2、至少約10-8N/微米2、至少約10-7N/微米2，或至少約10-6N/微米2或者更大。在別的實施方案中，施加于該流體液滴上的電場力可以是至少約10-9N、至少約10-8N、至少約10-7N、至少約10-6N、至少約10-5N，或者至少約10-4N或者一些情況下更大。
在本發(fā)明一些實施方案中，提供用于至少部分中和流體液滴上存在的電荷的系統(tǒng)和方法，例如如上所述具有電荷的流體液滴。例如，為了至少部分中和電荷，可以使該流體液滴通過電場和/或使其靠近電極，例如，使用諸如文中描述的那些技術(shù)。當(dāng)該流體液滴從電場退出時(即，使得電場不再有可以基本上影響該流體液滴的強(qiáng)度)，和/或?qū)﹄妶鲞M(jìn)行其它消除時，該流體液滴可以是電中和的，和/或具有減少的電荷。
在另一組實施方案中，通過以能夠?qū)е铝黧w形成單個液滴的方式改變通道尺寸，可以從通道內(nèi)被液體包圍的流體產(chǎn)生流體的液滴。該通道例如可以是相對于流動方向擴(kuò)張的通道，例如，使得該流體不附著在通道壁上而是形成單個的液滴，或者是相對流動方向變窄的通道，例如，使得該流體被迫合并為單個的液滴。一個實例表示在圖7A中，其中，通道510包括被液體505包圍的流動流體500(向下流動)。通道510在位置501處變窄，使得流體500形成一系列單個的流體液滴515。在其它實施方案中，還可以使用內(nèi)部障礙物導(dǎo)致液滴形成的發(fā)生。例如可以使用擋板、脊、柱等干擾液流，使得該流體合并為流體液滴。
在一些情況下，可以隨著時間而改變通道尺寸(例如機(jī)械法或電機(jī)械法、氣動法等)，從而形成單個的流體液滴。例如該通道可以被機(jī)械式緊縮(“擠壓”)以導(dǎo)致液滴形成，或者可以機(jī)械式干擾流體流以導(dǎo)致液滴形成，例如通過使用活動式擋板、轉(zhuǎn)動式葉片等。作為非限定性實例，在圖7B中，流體500朝下流過通道510。流體500被液體505所包圍。隨后，靠近通道510或與之組成為整體的壓電裝置520會機(jī)械式緊縮或“擠壓”通道510，使流體500分裂成單個流體液滴515。
在另一組實施方案中，在含有三種基本上相互不能混溶的流體(即，在關(guān)心的時間范圍內(nèi)是不混溶的)的系統(tǒng)中可以產(chǎn)生并保持單個的流體液滴，該系統(tǒng)中，一種流體是液體載體，第二種流體和第三種流體在該液體載體內(nèi)交替作為單個的流體液滴。在這樣的系統(tǒng)中，不必需要表面活性劑以確保第二和第三種流體的流體液滴發(fā)生分離。作為實例，參考圖14A，在通道700內(nèi)，第一種流體701和第二種流體702均被承載在液體載體705內(nèi)。第一種流體701和第二種流體702交替作為一系列交替的、單個的液滴，均在通道700內(nèi)被液體載體705承載，由于該第一種流體、第二種流體和液體載體都是基本上相互不能混溶的，所以任何兩種流體(或者三種流體都)可以接觸而不發(fā)生液滴合并。這種系統(tǒng)實例的顯微照片在圖14B中表示，說明以單個交替的液滴存在的第一種流體701和第二種流體702均包含在液體載體705內(nèi)。
涉及三種基本上相互不能混溶的流體的系統(tǒng)實例是硅油、礦物油和水溶液(即，水或者含有一種或多種其它物種的水，所述其它物種溶解和/或懸浮于水中，例如，鹽溶液、鹽水溶液、含有顆?；蚣?xì)胞的水的懸浮體等)。系統(tǒng)的另一個實例是硅油、氟代烴油和水溶液。系統(tǒng)的另一個實例是烴類油(例如十六烷)、氟代烴油和水溶液。在這些實例中，任何這些流體都可以被用作液體載體。合適的氟代烴油的非限定性實例包括十八氟十氫萘 或者1-(1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6-十一氟環(huán)己基)乙醇 這種系統(tǒng)的非限定性實例在圖14B中表示。該圖中，流體網(wǎng)絡(luò)710包括含有液體載體705以及第一種流體701和第二種流體702的通道。液體載體705通過入口725被引入到流體網(wǎng)絡(luò)710中，而第一種流體701通過入口721被引入，第二種流體702通過入口722被引入。流體網(wǎng)絡(luò)710內(nèi)的通道716含有從入口725引入的液體載體715。起初，第一種流體701被引入液體載體705中，形成其中的流體液滴。接下來，第二種流體702被引入液體705中，形成其中的流體液滴，其與含有第一種流體701的流體液滴交替散布。因此，當(dāng)達(dá)到通道717時，液體載體705含有包含第一種流體701的第一批流體液滴，其與包含第二種流體702的第二批流體液滴交替散布。在所示的實施方案中，通道706任選含有一系列彎曲，其可以允許在每種流體液滴內(nèi)發(fā)生混合，如以下進(jìn)一步所述。不過，應(yīng)注意的是，在該實施方案中，由于第一種流體701和第二種流體702是基本上不能混溶的，所以通常不能指望含有第一種流體701的液滴與含有第二種流體702的液滴發(fā)生明顯的融合和/或混合。
形成被液體包圍的流體液滴的其它實例描述在Link等人的2004年4月9日提交的國際專利申請PCT/US2004/010903和Stone等人的2003年6月30日提交的2004年1月8日公開為WO 2004/002627的國際專利申請PCT/US03/20542中，均通過引用并入本文。
在一些實施方案中，流體液滴均有基本上相同的形狀和/或大小。例如，可以通過測量液滴的平均直徑或其它特征性尺寸而測定形狀和/或大小。文中使用的術(shù)語“測定”通常是指例如定量或定性地對物種進(jìn)行分析或測量，和/或檢測該物種存在與否?！皽y定”還可以指例如定量或定性地分析或測量兩個或更多物種之間的相互作用，或者檢測存在或不存在該相互作用。合適的技術(shù)實例包括但不限于光譜法，例如紅外光譜法、吸收光譜法、熒光光譜法、UV/可見光譜法、FTIR(“傅立葉變換紅外光譜法”)或者拉曼光譜法；重量分析技術(shù)；橢圓光度法；壓電測量法；免疫測定；電化學(xué)測量法；光學(xué)測量法，例如光密度測量法；圓二色性法；光散射測量法，例如準(zhǔn)電光散射；旋光測定法；折射法；或者濁度測量法。
多個或一系列液滴的“平均直徑”是各液滴平均直徑的算術(shù)平均值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠測定多個或一系列液滴的平均直徑(或其它特征性尺寸)，例如使用激光光散射法、顯微觀察或者其它已知技術(shù)。非球形液滴的液滴直徑是該液滴數(shù)學(xué)上定義的平均直徑，對整個表面進(jìn)行積分。液滴的平均直徑(和/或多個或一系列液滴的平均直徑)例如可以是小于約1mm、小于約500微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約75微米、小于約50微米、小于約25微米、小于約10微米，或者一些情況下小于約5微米。平均直徑也可以是至少約1微米、至少約2微米、至少約3微米、至少約5微米、至少約10微米、至少約15微米，或者某些情況下至少約20微米。
在本發(fā)明的某些實施方案中，該流體液滴可以含有另外的實體，例如其它化學(xué)、生物化學(xué)或生物實體(例如，溶解或懸浮在該流體中)、細(xì)胞、顆粒、氣體、分子等。在一些情況下，該液滴可以均具有基本上相同的形狀或大小，如以上討論的。在某些情況下，本發(fā)明提供主要由其中基本上相等數(shù)量的物種實體(即，分子、細(xì)胞、顆粒等)組成的液滴的制備。例如多個或一系列液滴的約90％、約93％、約95％、約97％、約98％或者約99％或更多可以各自含有相同數(shù)量的特定物種的實體。例如，如上所述形成的大量流體液滴例如可以分別含有1種實體、2種實體、3種實體、4種實體、5種實體、7種實體、10種實體、15種實體、20種實體、25種實體、30種實體、40種實體、50種實體、60種實體、70種實體、80種實體、90種實體、100種實體等，其中該實體是分子或大分子、細(xì)胞、顆粒等。在一些情況下，該液滴可以各自獨立地含有一定范圍的實體，例如少于20種實體、少于15種實體、少于10種實體、少于7種實體、少于5種實體，或者一些情況下少于3種實體。在一組實施方案中，在含有流體液滴的液體中，其中一些含有感興趣的物種并且其中一些不含有感興趣的物種，該流體液滴可以被篩選或分選得到那些含有這些物種的流體液滴，如以下進(jìn)一步所述(例如使用熒光或其它技術(shù)，如上述那些技術(shù))，在一些情況下，該液滴可以被篩選或分選得到那些含有特定數(shù)量或范圍的感興趣物種實體的流體液滴，例如，如前所述的那些。因此，在一些情況下，多個或一系列流體液滴中一些含有該物種并且其中一些不含有，這些流體液滴可以以含有該物種的液滴的以下比值進(jìn)行富集(或貧化)，例如至少約2倍、至少約3倍、至少約5倍、至少約10倍、至少約15倍、至少約20倍、至少約50倍、至少約100倍、至少約125倍、至少約150倍、至少約200倍、至少約250倍、至少約500倍、至少約750倍、至少約1000倍、至少約2000倍，或至少約5000倍或者一些情況下更大。在其它情況下，可以以下面的比值進(jìn)行富集(或貧化)至少約104、至少約105、至少約106、至少約107、至少約108、至少約109、至少約1010、至少約1011、至少約1012、至少約1013、至少約1014、至少約1015或更大。例如，含有特定物種的流體液滴可以從含有多種物種的流體液滴的庫中進(jìn)行選擇，其中所述庫可以有約105、約106、約107、約108、約109、約1010、約1011、約1012、約1013、約1014、約1015或更多的品種，例如DNA庫、RNA庫、蛋白質(zhì)庫、組合化學(xué)庫等。在某些實施方案中，承載物種的液滴可以隨后被融合、反應(yīng)或者被使用或處理等以例如引發(fā)或確定反應(yīng)，如以下進(jìn)一步所述。
分裂液滴在另一方面，本發(fā)明涉及用于將流體液滴分成兩個或更多個液滴的系統(tǒng)和方法。該流體液滴可以被液體所包圍，例如，如前所述，并且在一些情況下，該流體和該液體基本上是不能混溶的。通過分裂最初的流體液滴產(chǎn)生的兩個或更多個液滴可以各自有基本上相同的形狀和/或大小，或者該兩個或更多個液滴可以有不同的形狀和/或大小，這取決于分裂最初的流體液滴所用的條件。在很多情況下，可以以某些方式控制分裂最初的流體液滴所用的條件，例如手動或自動(例如用處理器，如下所述)。在一些情況下，可以獨立地控制多個或系列流體液滴中的各個液滴。例如，一些液滴可以被分成相等部分或不等部分，而其它液滴沒有被分裂。
根據(jù)一組實施方案，使用外加電場可以分裂流體液滴。該電場可以是AC場、DC場等。在該實施方案中，該流體液滴可以具有比周圍的液體更大的導(dǎo)電率，在一些情況下，該流體液滴可以被中和性地充電。在一些實施方案中，由最初的流體液滴形成的液滴有大致相等的形狀和/或大小。在某些實施方案中，在外加電場中，可以促使電荷從流體液滴內(nèi)部遷移到表面從而分布在表面上，因而可以取消作用在液滴內(nèi)部的電場。在一些實施方案中，流體液滴表面上的電荷也可以受到外加電場產(chǎn)生的力的作用，這使得具有相反極性的電荷向相反方向遷移。在一些情況下，電荷遷移可以導(dǎo)致該滴被拉開，成為兩個分開的流體液滴。例如可以使用上述技術(shù)產(chǎn)生施加到流體液滴的電場，例如通過電場發(fā)生器的反應(yīng)等。
作為非限定性實例，在圖1A中，其中沒有施加電場，通道230中含有的流體液滴215被周圍的液體承載，該液體流向交叉點240，通向通道250和255。在該實例中，周圍的液體以相等流速流過通道250和255。因此，在交叉點240處，流體液滴215不具有優(yōu)選的取向或方向，并由于周圍液體流動而以相等概率移入排出通道250和255。相反，在圖1B中，當(dāng)周圍的液體以與圖1A相同的方式流動時，在1.4V/微米外加電場的影響下，流體液滴215在交叉點240被分成兩個液滴，形成新的液滴216和217。液滴216在通道250中向左流動，而液滴217在通道255中向右流動。
在圖5中可以看到該過程的示意圖，其中，在通道540中被液體535包圍的中性流體液滴530受由電極526和527產(chǎn)生的外加電場525的作用。電極526靠近通道542布置，而電極527靠近通道544布置。在電場525的影響下，在流體液滴530內(nèi)誘導(dǎo)電荷分離，即，使得在液滴的一端誘導(dǎo)為正電荷，而在液滴的另一端誘導(dǎo)為負(fù)電荷。然后該液滴可以被分成帶負(fù)電的液滴545和帶正電的液滴546，然后它們可以分別在通道542和544中流動。在一些情況下，所產(chǎn)生的帶電液滴上的一種電荷或兩種電荷還可以被中和，如前所述。
將流體液滴分成兩個液滴的其它實例描述在Link等人2004年4月9日提交的國際專利申請PCT/US2004/010903；Link等人2003年8月27日提交的美國臨時專利申請60/498,091；和Stone等人2003年6月30日提交的2004年1月8日公開為WO 2004/002627的國際專利申請PCT/US03/20542中，每篇都通過引用并入本文。
融合液滴在又一方面中，本發(fā)明涉及用于將兩個或更多個流體液滴融合或合并為一個液滴的系統(tǒng)和方法。例如，在一組實施方案中，當(dāng)兩個或更多個液滴通常例如由于組成、表面張力、液滴大小、存在或不存在表面活性劑等而不能融合或合并的情況下，提供能夠?qū)е略搩蓚€或更多個液滴(例如由不連續(xù)流體流產(chǎn)生的)融合或合并為一個液滴的系統(tǒng)和方法。在某些微流體系統(tǒng)中，相對于液滴的大小，液滴的表面張力有時也可以阻止發(fā)生液滴的融合或合并。
在一個實施方案中，例如使用本文中描述的技術(shù)，可以使兩個流體液滴帶上相反的電荷(即，正電荷和負(fù)電荷，不一定具有相同的量)，這可以增加該兩個液滴的電相互作用，使得液滴由于它們相反的電荷而可以融合或合并。例如可以將電場施加于液滴，可以使液滴通過電容器，化學(xué)反應(yīng)可以使該液滴帶電，等等。作為實例，如圖13A中示意性所示，使微流體通道653內(nèi)含有的液體654所承載的未帶電液滴651和652彼此接觸，但是例如由于它們的大小和/或表面張力，該液滴不能融合或合并。在一些情況下，即使使用表面活性劑來降低液滴的表面張力，該液滴也可能不能融合。不過，如果該流體液滴充以相反電荷(它們可以是等量的，但并不是必須是等量的)，則該液滴可以融合或合并。例如，在圖13B中，帶正電的液滴655和帶負(fù)電的液滴656通常被彼此相向引導(dǎo)，這樣，帶相反電荷的液滴的電相互作用導(dǎo)致該液滴融合為融合液滴657。
在另一實施方案中，可以不必使該流體液滴帶相反電荷(而且在一些情況下可以不帶任何電荷)，通過利用在該流體液滴中誘導(dǎo)的導(dǎo)致流體液滴合并的偶極而融合所述流體液滴。在圖13C所示的實例中，被通道670中液體665所包圍的液滴660和661(其可以各自獨立地帶電或是中性的)通過通道移動，這樣，它們受到外加電場675的作用。電場675可以是AC場、DC場等，并且例如可以使用電極676和677產(chǎn)生，如文中所示。如圖13C所示，各流體液滴中誘導(dǎo)的偶極可以由于它們局部相反的電荷導(dǎo)致流體液滴變得相互電吸引，因此使液滴660和661融合從而形成液滴663。在圖13D中，液滴660和661應(yīng)當(dāng)注意的是，在不同實施方案中，允許合并的兩個或更多個液滴不必要求“迎頭的”相遇。只要該液滴最初發(fā)生至少部分融合，則任何角度的接觸都是足夠的。作為實例，在圖12H中，液滴73和74各自在基本相同的方向上移動(例如以不同速度)，可以相遇并融合。作為另一實例，在圖12I中，液滴73和74以一定角度相遇并融合。在圖12J中，三個流體液滴73、74和68相遇并融合，形成液滴79。
融合或合并流體液滴的其它實例描述在Link等人2004年4月9日提交的國際專利申請PCT/US2004/010903中，該申請通過引用并入本文。
液滴內(nèi)的混合在相關(guān)方面，本發(fā)明涉及使一種以上的流體在流體液滴內(nèi)混合的系統(tǒng)和方法。例如，在本發(fā)明的多個實施方案中，如上所述，可以使兩個或更多個流體液滴融合或合并，然后在融合的液滴內(nèi)，來自兩個或更多個最初流體液滴的兩個或更多個流體接著可以發(fā)生混合。應(yīng)該注意的是，當(dāng)兩個液滴融合或合并時，液滴內(nèi)的充分混合不會即刻發(fā)生。而是例如圖12B所示，合并的液滴起初可以由第一種流體區(qū)71(來自第一液滴73)和第二種流體區(qū)72(來自第二液滴74)形成。因此，在一些情況下，該流體區(qū)可以仍然是分開的區(qū)，例如由于流體液滴內(nèi)的內(nèi)部″反漸進(jìn)式(counter-revolutionary)″流動(圖12G中以液滴968表示，箭頭977表示方向)，從而導(dǎo)致非均一的流體液滴75，如圖12A中所示。
不過，在其它情況下，可以使流體液滴內(nèi)的流體區(qū)混合、反應(yīng)或者彼此相互作用，如圖7B所示，從而產(chǎn)生混合的或部分混合的流體液滴78?？梢酝ㄟ^自然手段進(jìn)行混合，例如通過擴(kuò)散(例如通過各區(qū)之間的界面)，通過各流體彼此反應(yīng)，通過液滴內(nèi)的流體流動(即，對流)等等。不過，在一些情況下，通過流體液滴外部的某些系統(tǒng)可以提高區(qū)71和72的混合。例如，可以使該流體液滴穿過導(dǎo)致該液滴改變它的速度和/或運動方向的一個或多個通道或其它系統(tǒng)。方向改變可以改變液滴內(nèi)的對流方式，導(dǎo)致該流體至少部分混合。作為實例，在圖12C中，液滴76可以通過通道內(nèi)的一個或多個彎曲，從而導(dǎo)致液滴76內(nèi)的流體至少部分混合，得到液滴79；或者液滴76可以通過通道內(nèi)的一個或多個障礙物等。作為另一實例，在圖12D中，液滴76通過通道內(nèi)的一個或多個擴(kuò)張區(qū)77，導(dǎo)致液滴76內(nèi)的流體至少部分混合，得到液滴79。在圖12E中，液滴76通過一個或多個緊縮區(qū)69，導(dǎo)致液滴76內(nèi)的流體至少部分混合，得到液滴79。也可以組合使用。例如，在圖12F中，液滴76通過彎曲70、擴(kuò)張區(qū)77和緊縮區(qū)69，導(dǎo)致液滴內(nèi)的流體區(qū)至少部分混合。作為又一實例，圖14B中的通道706含有一系列彎曲，可以使通道706內(nèi)液滴內(nèi)的流體發(fā)生混合。
在一組實施方案中，可以將流體注入流體液滴中，這可以導(dǎo)致注入的流體與流體液滴內(nèi)的其它流體發(fā)生混合。有時可以將流體微量注入該流體液滴中，例如使用微型針或其它這樣的裝置。在其它情況下，當(dāng)流體液滴與流體通道接觸時，使用流體通道可以將流體直接注入流體液滴中。例如此時參考圖14C，通道750含有包含一系列流體液滴760的載體流體755。液滴761與流體通道752接觸。然后流體可以通過流體通道752被引入流體液滴761中，該流體可以與流體液滴761中的流體相同或不同。
液滴中流體混合的其它實例描述在Link等人2004年4月9日提交的國際專利申請PCT/US2004/010903中，該申請通過引用并入本文。
篩選/分選液滴在又一方面，本發(fā)明提供用于篩選或分選液體中流體液滴的系統(tǒng)和方法，并且在一些情況下以較高速率進(jìn)行。例如可以以某種方式檢測和/或測定液滴的特征(例如，如下文進(jìn)一步描述)，然后可以將該液滴引導(dǎo)至例如用于分選或篩選目的的裝置的特定區(qū)域。
在一些實施方案中，可以以某種方式檢測和/或測定流體液滴的特征，例如，如文中所述(例如可以測定該流體液滴的熒光)，并且，作為響應(yīng)，可以施加電場或者從該流體液滴除去電場，以將該流體液滴導(dǎo)向特定區(qū)域(例如通道)。在一些情況下，使用本發(fā)明的某些系統(tǒng)和方法可以實現(xiàn)高分選速度。例如，有時可以測定和/或分選至少約10液滴/秒，并且在其它情況下，至少約20液滴/秒、至少約30液滴/秒、至少約100液滴/秒、至少約200液滴/秒、至少約300液滴/秒、至少約500液滴/秒、至少約750液滴/秒、至少約1000液滴/秒、至少約1500液滴/秒、至少約2000液滴/秒、至少約3000液滴/秒、至少約5000液滴/秒、至少約7500液滴/秒、至少約10000液滴/秒、至少約15000液滴/秒、至少約20000液滴/秒、至少約30000液滴/秒、至少約50000液滴/秒、至少約75000液滴/秒、至少約100000液滴/秒、至少約150000液滴/秒、至少約200000液滴/秒、至少約300000液滴/秒、至少約500000液滴/秒、至少約750000液滴/秒、至少約1000000液滴/秒、至少約1500000液滴/秒、至少約2000000或更多液滴/秒，或者以此方式可以測定和/或分選至少約3000000或更多液滴/秒。
在一組實施方案中，可以通過在液滴上產(chǎn)生電荷(例如，如前所述)以及利用外加電場操縱液滴來引導(dǎo)該流體液滴，其中所述外加電場可以是AC場、DC場等。作為實例，參考圖2-4，可以按照需要選擇性施加和除去電場(或者可以施加不同的電場，例如，如圖4A所示的反向電場)，以將該流體液滴導(dǎo)向特定區(qū)域。在一些實施方案中，可以根據(jù)需要選擇性施加和除去電場而基本上不改變含有該流體液滴的液體的流動。例如液體可以在基本穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上(即，含有該流體液滴的液體的平均流速偏移穩(wěn)態(tài)流動或液體流動相對于時間的預(yù)期值小于20％或小于15％，在一些情況下，該平均流速可以偏移小于10％或小于5％)或者其它預(yù)定基礎(chǔ)上流過本發(fā)明的流體系統(tǒng)(例如流過通道或微通道)，并且液體內(nèi)含有的流體液滴可以例如使用電場被導(dǎo)向不同區(qū)，而基本上不改變通過該流體系統(tǒng)的液體的流動。作為具體實例，在圖2A、3A和4A中，含有流體液滴15的液體從流體源10流出，通過通道30到達(dá)交叉點40，并通過通道50和55排出。在圖2A中，流體液滴15被引導(dǎo)通過通道50和55，而在圖3A中，流體液滴15只被導(dǎo)向通道55，在圖4A中，流體液滴15只被導(dǎo)向通道50。
在另一組實施方案中，通過在流體液滴(其最初可以是帶電或不帶電的)中誘導(dǎo)偶極而分選或操縱流體液滴，并且使用外加電場分選或操縱液滴。電場可以是AC場、DC場等。例如參考圖9A，含有流體液滴530和液體535的通道540分成通道542和544。流體液滴530可以具有電荷，或者可以是不帶電的。電極526靠近通道542布置，而電極527靠近通道544布置。電極528靠近通道540、542、和544的會合處布置。在圖9C和9D中，使用電極526、527和/或528在流體液滴中誘導(dǎo)偶極。在圖9C中，使用電極527和528，通過向液滴530施加電場525而在該液滴中誘導(dǎo)偶極。由于電場的強(qiáng)度，該液滴被強(qiáng)烈吸引向右側(cè)，進(jìn)入通道544。類似地，在圖9D中，使用電極526和528，通過向液滴530施加電場525而在該液滴中誘導(dǎo)偶極，導(dǎo)致該液滴被吸引進(jìn)入通道542。因此，通過施加適當(dāng)?shù)碾妶?，液?30可以根據(jù)需要被導(dǎo)向通道542或544。
不過，在其它實施方案中，通過改變含有液滴的液體的流動，可以在本發(fā)明的流體系統(tǒng)內(nèi)篩選或分選流體液滴。例如在一組實施方案中，通過將包圍流體液滴的液體導(dǎo)向進(jìn)入第一通道、第二通道等，可以引導(dǎo)或分選流體液滴。作為非限制性實例，參考圖10A，流體液滴570被通道580中的液體575包圍。通道580分成三條通道581、582和583。例如，使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的流控裝置例如閥、泵、活塞等可以按照希望將液體流575導(dǎo)向進(jìn)入通道581、582和583任一個。因此，在圖10B中，通過將液體575導(dǎo)向流入通道581(以箭頭574表示)，將流體液滴570導(dǎo)向進(jìn)入通道581；在圖10C中，通過將液體575導(dǎo)向流入通道582(以箭頭574表示)，將流體液滴570導(dǎo)向進(jìn)入通道582；并且在圖10D中，通過將液體575導(dǎo)向流入通道583(以箭頭574表示)，將流體液滴570導(dǎo)向進(jìn)入通道583。
在另一組實施方案中，可以控制流體系統(tǒng)內(nèi)，例如不同通道內(nèi)或通道不同部分內(nèi)的壓力，從而引導(dǎo)流體液滴的流動。例如可以將液滴導(dǎo)向通道會合處，此處包括對流動進(jìn)一步導(dǎo)向的多種選擇(例如導(dǎo)向限定任選下游流道的通道中的支路或岔流)。可以控制一條或多條任選下游流道內(nèi)的壓力，從而將液滴選擇性地導(dǎo)向進(jìn)入所述通道中的一個，需要對相繼的液滴以時間順序來改變壓力，使其達(dá)到會合處，這樣可以獨立地控制每個相繼的液滴下游流動的路徑。在一種布置中，液體儲器的擴(kuò)張和/或收縮可以用于將流體液滴引導(dǎo)或分選進(jìn)入通道中，例如通過使含有流體液滴的液體進(jìn)行定向運動?？梢赃@樣布置液體儲器，使得當(dāng)開動時，由開動的儲器引起的液體運動導(dǎo)致該液體在優(yōu)選的方向上流動，在該優(yōu)選的方向上運載該流體液滴。例如液體儲器擴(kuò)張可以導(dǎo)致液體流向該儲器，而液體儲器收縮可以導(dǎo)致液體流離開儲器。在一些情況下，液體儲器的擴(kuò)張和/或收縮可以與例如文中所述的其它流控裝置和方法組合。可以導(dǎo)致液體儲器擴(kuò)張和/或收縮的非限定性裝置實例包括活塞和壓電組件。在一些情況下，由于相對快速的響應(yīng)時間，例如對電信號的響應(yīng)，壓電組件可以是特別適用的。
作為非限定性實例，在圖11A中，流體液滴600被通道610中的液體605包圍。通道610分成通道611、612。與通道611和612流體連接地布置液體儲器617和618，其可以是擴(kuò)張和/或收縮的，例如，通過壓電組件615和616、通過活塞(未示出)等進(jìn)行。在圖11B中，液體儲器617擴(kuò)張，而液體儲器618收縮。儲器擴(kuò)張/收縮的作用將導(dǎo)致液體凈流流向通道611，如箭頭603所示。因此，當(dāng)流體液滴600達(dá)到通道之間的會合處時，通過液體605的運動而被導(dǎo)向通道611。圖11C中表示相反的情形，其中，液體儲器617收縮，而液體儲器618擴(kuò)張。液體凈流流向通道612(如箭頭603所示)，導(dǎo)致流體液滴600移入通道612中。不過應(yīng)該注意的是，儲器617和618不需要兩者都被開動，以將流體液滴600導(dǎo)向進(jìn)入通道611或612。例如在一個實施方案中，通過液體儲器617的擴(kuò)張(儲器618沒有任何改變)可以將流體液滴600導(dǎo)向通道611，而在另一實施方案中，通過液體儲器618的收縮(儲器617沒有任何改變)可以將流體液滴600導(dǎo)向通道611。在一些情況下，可以使用兩個以上的液體儲器。
在一些實施方案中，可以將流體液滴分選進(jìn)入兩條以上的通道。圖6A和6B表示在流體系統(tǒng)內(nèi)具有用于輸送液滴的多個區(qū)的本發(fā)明實施方案的非限定性實例。其它布置示于圖10A-10D中。在圖6A中，通過分別使用電極321/322、323/324和325/326來施加電場以控制在交叉點340、341和342處液滴的運動，通道330中的帶電液滴315可以按照希望被導(dǎo)向排出通道350、352、354或356中的任意一條。在圖6A中，利用類似于以上討論的原理，使用外加電場300和301將液滴315導(dǎo)入通道354中。類似地，在圖6B中，通過分別使用電極421/422、423/424、425/426和427/428來施加電場以控制在交叉點440、441、442和443處液滴的運動，通道430中的帶電液滴415可以被導(dǎo)向排出通道450、452、454、456或458中的任意一條。該圖中，液滴415被導(dǎo)向通道454；當(dāng)然，該帶電液滴可以按照希望被導(dǎo)向任何其它排出通道。
在另一實例中，如圖2A示意性所示，在裝置5中，由流體源10產(chǎn)生的流體液滴15由于使用電場發(fā)生器20產(chǎn)生的外加電場而帶正電，所述電場發(fā)生器20含有兩個電極22、24。流體液滴15被含有該液滴的液體引導(dǎo)通過通道30，并導(dǎo)向交叉點40。在交叉點40，該流體液滴沒有優(yōu)選的取向或方向，以相等概率移入排出通道50和55(在該實施方案中，液體以基本相等的速率通過排出通道50和55排出)。類似地，由流體源110產(chǎn)生的流體液滴115由于使用電場發(fā)生器120產(chǎn)生的外加電場而帶負(fù)電，所述電場發(fā)生器120含有兩個電極122和124。通過通道130流向交叉點140后，該流體液滴沒有優(yōu)選的取向或方向，以相等概率移入排出通道150和155，同樣該液體以基本相等的速率通過排出通道150和155排出。交叉點140的典型顯微照片在圖2B中表示。
在圖3A的示意圖中，1.4V/微米的電場100以朝向圖2A的裝置5右側(cè)的方向施加在裝置5上。通道30中帶正電的流體液滴15在到達(dá)交叉點40時，由于外加電場100而被導(dǎo)向通道55右側(cè)，而含有液滴的液體以基本相等的速率通過排出通道50和55連續(xù)排出。類似地，通道130中帶負(fù)電的流體液滴115在到達(dá)交叉點40時，由于外加電場100而被導(dǎo)向通道150左側(cè)，而液體流體以基本相等的速率通過排出通道150和155連續(xù)排出該裝置。因此，根據(jù)需要，電場100可以用于將流體液滴導(dǎo)向進(jìn)入特定通道。交叉點140的典型顯微照片在圖3B中表示。
圖4A是圖2A中裝置5的示意圖，也具有1.4V/微米的外加電場100，但方向相反(即，-1.4V/微米)。該圖中，通道30中帶正電的流體液滴15在到達(dá)交叉點40時，由于外加電場100而被導(dǎo)向左側(cè)從而進(jìn)入通道50，而通道130中帶負(fù)電的流體液滴115在到達(dá)交叉點140時，由于外加電場100而被導(dǎo)向右側(cè)從而進(jìn)入通道155。含有液滴的液體以基本相等的速率通過排出通道50和55以及150和155排出。交叉點140的典型顯微照片在圖4B中表示。
在本發(fā)明一些實施方案中，例如根據(jù)具體應(yīng)用，流體液滴可以被分選和/或分裂成兩個或更多個分開的液滴。上述技術(shù)中的任一種可以用于分裂和/或分選液滴。作為非限定性實例，通過向裝置(或該裝置的部分)施加(或除去)第一電場，可以將流體液滴導(dǎo)向第一區(qū)或通道；通過向裝置(或該裝置的部分)施加(或除去)第二電場，可以將液滴導(dǎo)向第二區(qū)或通道；通過向裝置(或該裝置的部分)施加第三電場，可以將液滴導(dǎo)向第三區(qū)或通道；等等，其中，各電場在某些方面可以有所區(qū)別，例如強(qiáng)度、方向、頻率、持續(xù)時間等。在一串液滴中，各液滴可以獨立地被分選和/或分裂；例如，一些液滴可以被導(dǎo)向一個位置或另一個位置，而其它液滴可以被分成被導(dǎo)向兩個或更多個位置的多個液滴。
作為一個具體實例，在圖8A中，通道560中的流體液滴550、周圍液體555可以被導(dǎo)向通道556、通道557，或者被以某種方式在通道562和564之間被分裂。在圖8B中，通過將周圍液體555導(dǎo)向通道562，流體液滴550可以被導(dǎo)向左側(cè)從而進(jìn)入通道562；在圖8C中，通過將周圍的液體555導(dǎo)向通道564，流體液滴550可以被導(dǎo)向右側(cè)從而進(jìn)入通道564，在圖8D中，可以施加電場，同時結(jié)合包圍流體液滴550的液體555的流動控制，從而導(dǎo)致液滴沖擊會合處561，這可使該液滴被分成兩個分開的流體液滴565、566。流體液滴565被導(dǎo)向通道562，而流體液滴566被導(dǎo)向通道566。可以實現(xiàn)外加電場的高度控制，從而控制液滴形成；因此，例如在流體液滴550被分成液滴565和566后，液滴565和566可以有基本上相等的大小，或者液滴565和566之一可以更大些，例如分別如圖8E和8F所示。
作為另一實例，在圖9A中，運載流體液滴530和液體535的通道540分成通道542和544。流體液滴530可以帶電，或者可以是不帶電的。電極526靠近通道542布置，而電極527靠近通道544布置。電極528靠近通道540、542和544的會合處布置。當(dāng)流體液滴530到達(dá)會合處時，其受到電場作用，和/或被導(dǎo)向通道或其它區(qū)，例如通過將周圍的液體導(dǎo)向進(jìn)入該通道中。如圖9B所示，通過使用電極526和527而向液滴施加電場525，可以將流體液滴530分成兩個分開的液滴565和566。在圖9C中，通過使用電極527和528而向液滴施加電場525，可以在液滴530中誘導(dǎo)偶極。由于外加電場的強(qiáng)度，該液滴可以被強(qiáng)烈吸引到右側(cè)，進(jìn)入通道544。類似地，在圖9D中，通過使用電極526和528而向液滴施加電場525，可以在液滴530中誘導(dǎo)偶極，從而導(dǎo)致該液滴被吸引進(jìn)入通道542。通過控制哪個電極用于誘導(dǎo)作用在液滴530上的電場和/或外加電場的強(qiáng)度，通道540內(nèi)的一個或多個流體液滴可以被分選和/或分成兩個液滴，并且各液滴可以獨立地被分選和/或分裂。
檢測液滴；檢測液滴的含量在本發(fā)明某些方面，以一定的方式提供傳感器使得允許測定流體液滴的一個或多個特征，該傳感器以可以檢測和/或測定該流體液滴的一個或多個特征、和/或含有該流體液滴(例如包圍流體液滴的液體)的部分流體系統(tǒng)的特征。對于液滴可測定的并且可用于本發(fā)明的特征可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員鑒別。這些特征的非限定性實例包括熒光、光譜(例如可見、紅外、紫外等)、放射性、質(zhì)量、體積、密度、溫度、粘度、pH、物質(zhì)例如生物物質(zhì)(例如蛋白質(zhì)、核酸等)的濃度等。
一些情況下該傳感器可以連接至處理器，該處理器反過來又可以對該流體液滴進(jìn)行操作，例如如前所述通過分選液滴、添加電荷或從液滴中除去電荷、使液滴與其它液滴融合、分裂液滴、使液滴內(nèi)發(fā)生混合等。例如對流體液滴的傳感器測量作出響應(yīng)，處理器可以使該流體液滴分裂、與第二個流體液滴合并等。
布置一個或多個傳感器和/或處理器，使其與流體液滴傳感性連通。文中使用的“傳感性連通”是指該傳感器可以布置在任何位置，使得可以以某種方式檢測和/或測定流體系統(tǒng)內(nèi)(例如通道內(nèi))和/或含有流體液滴的部分流體系統(tǒng)內(nèi)的流體液滴。例如，傳感器可以與流體液滴和/或含有該流體液滴的部分流體系統(tǒng)以流體、光學(xué)或可見、熱、氣動、電等方式傳感性連通。傳感器可以緊鄰流體系統(tǒng)布置，例如包埋在內(nèi)或者與通道壁一體化連接，或者與流體系統(tǒng)分開布置，但與該流體系統(tǒng)物理、電和/或光連通，這樣可以檢測和/或測定該流體液滴和/或含有該流體液滴的部分流體系統(tǒng)(例如，通道或微通道、含有該流體液滴的液體等)。例如，傳感器與含有液滴的通道可以沒有任何物理連接，但可以布置傳感器以便檢測從液滴或流體系統(tǒng)發(fā)出的電磁輻射，例如紅外、紫外或可見光。電磁輻射可以由液滴產(chǎn)生、和/或可以來自流體系統(tǒng)(或者流體系統(tǒng)外部)的其它部分，并且與流體液滴和/或含有該流體液滴的部分流體系統(tǒng)相互作用，使得可以顯示該流體液滴的一個或多個特征，例如通過吸收、反射、衍射、折射、熒光、磷光、極性轉(zhuǎn)變、相轉(zhuǎn)變、相對時間的改變等等。作為實例，可以將激光導(dǎo)向該流體液滴和/或包圍該流體液滴的液體，并且可以測定流體液滴和/或周圍液體的熒光。文中使用的“傳感性連通”也可以是直接的或非直接的。作為實例，來自流體液滴的光可以被引到傳感器，或者在被導(dǎo)向傳感器前首先直接通過光纖系統(tǒng)、波導(dǎo)管等。
可用于本發(fā)明的傳感器的非限定性實例包括基于光或電磁的系統(tǒng)。例如，該傳感器可以是熒光傳感器(例如由激光激發(fā))、顯微鏡系統(tǒng)(其可以包括相機(jī)或其它記錄設(shè)備)等等。作為另一實例，該傳感器可以是電子傳感器，例如可以測定電場或其它電學(xué)特征的傳感器。例如，該傳感器可以檢測流體液滴和/或含有該流體液滴的部分流體系統(tǒng)的電容、電感等。
文中使用的“處理器”或“微處理器”是可以從一個或多個傳感器接收信號、存儲信號和/或控制作出一個或多個響應(yīng)(例如，如上所述)的任何組件或裝置，例如通過使用數(shù)學(xué)公式或者電子或計算電路。該信號可以是由傳感器測得的環(huán)境參數(shù)的任何合適的指示性信號，例如氣動信號、電子信號、光學(xué)信號、力學(xué)信號等。
作為特定的非限定性實例，本發(fā)明裝置可以含有包括一個或多個細(xì)胞的流體液滴。如果存在某些條件，則細(xì)胞可以暴露于結(jié)合的熒光信號指示器，例如，指示器可以結(jié)合第一種細(xì)胞類型，但不結(jié)合第二種細(xì)胞類型，指示器可以結(jié)合表達(dá)蛋白，指示器可以顯示細(xì)胞的成活性(即，該細(xì)胞是活的還是死的)，指示器可以顯示細(xì)胞生長或分化的狀態(tài)等，并且基于熒光信號指示器的存在/不存在和/或量值，該細(xì)胞可以被引導(dǎo)通過本發(fā)明的流體系統(tǒng)。例如，熒光信號指示器的測得可以導(dǎo)致該細(xì)胞被導(dǎo)向裝置的一個區(qū)(例如收集室)，而不存在熒光信號指示則可以導(dǎo)致該細(xì)胞被導(dǎo)向裝置的另一區(qū)(例如廢料室)。因此，在該實例中，基于細(xì)胞的一個或多個可測定的或可作為目標(biāo)的特征，可以篩選和/或分選細(xì)胞群，例如，選擇活細(xì)胞、表達(dá)某種蛋白的細(xì)胞、某種細(xì)胞類型等。
定義現(xiàn)在提供多個定義，這將有助于理解本發(fā)明的多個方面。下文的更多內(nèi)容將結(jié)合這些定義更完全地描述本發(fā)明。注意，本發(fā)明多個方面涉及被液體包圍的流體液滴(例如懸浮的)。根據(jù)具體應(yīng)用，該液滴可以有基本相同的形狀和/或大小，或者有不同的形狀和/或大小。文中使用的術(shù)語“流體”一般是指易于流動并且符合其容器外形的物質(zhì)，即，液體、氣體、粘彈性流體等。一般地，流體是不能承受靜剪切應(yīng)力的材料，當(dāng)施加剪切應(yīng)力時，該流體持續(xù)且永久性變形。該流體可以具有允許流動的任何合適的粘度。如果存在兩種或更多種流體，則通過考慮流體之間的關(guān)系，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以獨立地從基本上任何流體(液體、氣體等)中選擇每種流體。該流體可以各自是可混溶的或不能混溶的。例如，可以選擇兩種流體，使得它們在形成流體流的時間范圍內(nèi)或者在反應(yīng)或相互作用的時間范圍內(nèi)基本上是不能混溶的。當(dāng)部分在相當(dāng)?shù)臅r期內(nèi)保持液體時，則該流體應(yīng)該是基本上不能混溶的。當(dāng)接觸和/或形成后，分散的部分由于聚合等迅速變硬，則該流體不需要是不能混溶的。利用接觸角測量等，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以選擇合適的可混溶或不能混溶的流體以實施本發(fā)明的技術(shù)。
如文中使用的，如果可以僅通過第二實體圍繞第一實體引出閉合的平面環(huán)，則第一實體被第二實體“包圍”。如果可以不論方向(環(huán)的取向)而圍繞第一實體引出只穿過第二實體的閉合環(huán)，則第一實體被“完全包圍”。在一個實施方案中，第一實體是細(xì)胞，例如，懸浮在介質(zhì)中的細(xì)胞被該介質(zhì)包圍。在另一實施方案中，第一實體是顆粒。在又一實施方案中，第一實體是流體。在一些情況下(例如當(dāng)在懸浮體、乳液中等)第二實體也可以是流體，例如，親水性液體可以懸浮在疏水性液體中，疏水性液體可以懸浮在親水性液體中，氣泡可以懸浮在液體中等等。一般地，疏水性液體和親水性液體彼此之間基本上是不能混溶的，其中，親水性液體比疏水性液體對水有更大的親合性。親水性液體的實例包括但不限于水和含有水的其它水溶液例如細(xì)胞或生物介質(zhì)、鹽溶液等以及其它親水性液體例如乙醇。疏水性液體的實例包括但不限于油例如烴類、硅油、礦物油、氟代烴油、有機(jī)溶劑等。合適流體的其它實例前面已經(jīng)有述。
類似地，文中使用的“液滴”是被第二種流體完全包圍的第一種流體的隔離部分。應(yīng)注意的是，液滴不必是球形的，例如，根據(jù)外部環(huán)境也可以采用其它形狀。在一個實施方案中，液滴具有基本上等于與包含液滴的流體流動垂直的通道最大尺寸的最小橫截面尺寸。
如上所述，在一些而非所有的實施方案中，文中描述的系統(tǒng)和方法可以包括一個或多個微流體組件，例如一條或多條微流體通道。文中使用的“微流體”是指包括至少一條流體通道的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)，所述流體通道橫截面尺寸小于1mm，并且長度與最大橫截面尺寸的比至少為3∶1。文中使用的“微流體通道”是滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的通道。通道的“橫截面尺寸”是垂直于通道內(nèi)流體流動方向測得的。因此，本發(fā)明的微流體實施方案中一些或所有流體通道的最大橫截面尺寸可以小于2mm，并且某些情況下小于1mm。在一組實施方案中，本發(fā)明所有含有流體通道的實施方案都是微流體的或具有不大于2mm或1mm的最大橫截面尺寸。在某些實施方案中，該流體通道可以部分地由單個組件(例如蝕刻基質(zhì)或模鑄單元)形成。當(dāng)然，更大的通道、管、腔室、儲器等可以用于向本發(fā)明的多種組件或系統(tǒng)存儲流體和/或傳送流體。在一組實施方案中，本發(fā)明含有通道的最大橫截面尺寸的實施方案小于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。
文中使用的“通道”是指制品(基質(zhì))上或其中的部件，其至少部分引導(dǎo)流體的流動。該通道可以具有任何橫截面形狀(圓形、橢圓形、三角形、不規(guī)則形、正方形或長方形等)，并且可以是覆蓋或未覆蓋的。在其被完全覆蓋的實施方案中，通道的至少一部分可以有完全密閉的橫截面，或者整條通道除了其入口和/或出口外，可以是沿著全部長度完全密閉的。通道也可以有至少2∶1的縱橫比(長度比平均橫截面尺寸)，更一般地至少為3∶1、5∶1、10∶1、15∶1、20∶1或更大。敞開的通道通常包括便于控制流體輸送的特征，例如，結(jié)構(gòu)性特征(伸長的壓痕)和/或物理或化學(xué)特征(疏水性對親水性)或可以在流體上施加力(例如牽制力)的其它特征。通道內(nèi)的流體可以部分或完全填充該通道。一些情況下，當(dāng)使用敞開通道時，該流體可以保持在通道內(nèi)，例如，使用表面張力(即，凹形或凸形彎液面)。
通道可以是任何尺寸，例如，垂直于流體流動的最大尺寸小于約5mm或2mm，或者小于約1mm，或者小于約500微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約60微米、小于約50微米、小于約40微米、小于約30微米、小于約25微米、小于約10微米、小于約3微米、小于約1微米、小于約300nm、小于約100nm、小于約30nm或者小于約10nm。在一些情況下，可以這樣選擇通道尺寸，使得流體可以自由流過制品或基質(zhì)。也可以選擇通道尺寸，例如，允許通道中流體的特定體積或線性流速。當(dāng)然，通道數(shù)量和通道形狀可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何方法進(jìn)行改變。在一些情況下，可以使用一條以上的通道或毛細(xì)管。例如，可以使用兩條或更多條通道，其中，它們被布置為在彼此內(nèi)部，布置為彼此鄰接，布置為彼此交叉等等。
在一組實施方案中，該流體液滴可以含有細(xì)胞或其它實體，例如蛋白質(zhì)、病毒、大分子、顆粒等。文中使用的“細(xì)胞”具有生物學(xué)中使用的普通意義。細(xì)胞可以是任何細(xì)胞或細(xì)胞類型。例如，細(xì)胞可以是細(xì)菌或其它單細(xì)胞生物體、植物細(xì)胞或動物細(xì)胞。如果細(xì)胞是單細(xì)胞生物體，則該細(xì)胞例如可以是原生動物、錐蟲、變形蟲、酵母細(xì)胞、藻類等。如果細(xì)胞是動物細(xì)胞，則該細(xì)胞例如可以是無脊椎動物細(xì)胞(例如，果蠅的細(xì)胞)、魚細(xì)胞(例如，斑馬魚(zebrafish)細(xì)胞)、兩棲動物細(xì)胞(例如，青蛙細(xì)胞)、爬行動物細(xì)胞、鳥類細(xì)胞或者哺乳動物細(xì)胞例如靈長類動物細(xì)胞、牛細(xì)胞、馬細(xì)胞、豬細(xì)胞、山羊細(xì)胞、狗細(xì)胞、貓細(xì)胞，或者嚙齒類動物例如大鼠或小鼠的細(xì)胞。如果細(xì)胞來自多細(xì)胞生物體，則該細(xì)胞可以來自該生物體的任何部分。例如，如果細(xì)胞來自動物，則該細(xì)胞可以是心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞、肝細(xì)胞(heptaocyte)、軟骨細(xì)胞(chondracyte)、神經(jīng)細(xì)胞、骨細(xì)胞、肌細(xì)胞、血細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞(例如，T-細(xì)胞、B-細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜伊紅粒細(xì)胞)、干細(xì)胞等。一些情況下，細(xì)胞可以是遺傳工程細(xì)胞。在某些實施方案中，細(xì)胞可以是中國倉鼠卵巢(“CHO”)細(xì)胞或3T3細(xì)胞。
材料根據(jù)本發(fā)明的某些方面，可以使用多種材料和方法來形成本發(fā)明系統(tǒng)和裝置的任何上述組件。在一些情況下，所選擇的多種材料可用于多種方法。例如，本發(fā)明的多種組件可以由固體材料形成，其中，可以通過顯微機(jī)械加工、膜沉積工藝?yán)缧亢突瘜W(xué)氣相沉積、激光制造、光刻技術(shù)、包括濕法化學(xué)或等離子體工藝的蝕刻方法等形成通道。例如參見Scientific American，24844-55，1983(Angell等人)。在一個實施方案中，流體系統(tǒng)的至少一部分是通過蝕刻硅片中的特征圖案(feature)而由硅形成的。用于從硅精確而有效地制造本發(fā)明的各種流體系統(tǒng)和裝置的技術(shù)是已知的。在另一實施方案中，本發(fā)明系統(tǒng)和裝置的各種組件可以由聚合物形成，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)等等。
不同組件可以由不同材料制得。例如，包括底壁和側(cè)壁的基底部分可以由不透明材料例如硅或PDMS制得，頂部可以由透明或至少部分透明的材料例如玻璃或透明的聚合物制得，用來觀察和/或控制流體過程。組件可以被涂覆，從而將所期望的化學(xué)官能暴露于接觸通道內(nèi)壁的流體中，其中基底支撐材料不具有精確的、所期望的官能。例如可以如前所述制造組件，通道內(nèi)壁涂有另一種材料。用于制備本發(fā)明系統(tǒng)和裝置各種組件的材料，例如用于涂覆流體通道內(nèi)壁的材料，可以理想地選自那些不會負(fù)面影響流過流體系統(tǒng)的流體或者被其負(fù)面影響的材料，例如，在將用于裝置內(nèi)的流體存在下是化學(xué)惰性的材料。
在一個實施方案中，本發(fā)明的多種組件由聚合物材料和/或柔性材料和/或彈性材料制得，并可以方便地由可硬化的流體形成，便于通過模塑(例如復(fù)制成型、注射成型、澆鑄成型等)而制造?？捎不牧黧w基本上可以是任何流體，該流體可以被誘導(dǎo)而固化、或者自發(fā)固化為能夠容納和/或輸送計劃用于流體網(wǎng)絡(luò)并與該流體網(wǎng)絡(luò)一起使用的流體的固體。在一個實施方案中，可固化的流體含有聚合物液體或液體聚合物前體(即“預(yù)聚物”)。合適的聚合物液體可以包括例如熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者加熱到其熔點以上的這些聚合物的混合物。作為另一實例，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，當(dāng)除去溶劑時該溶液形成固體聚合物材料，例如通過蒸發(fā)。這樣的聚合物材料是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的，其可以從例如熔融態(tài)或通過溶劑蒸發(fā)而固化。其中有很多是彈性體的多種聚合物材料是合適的，并且也適合用于形成塑模或主模(mold master)，適合用于主模之一或兩者都由彈性體材料組成的實施方案。這些聚合物實例的非限定性清單包括普通類型的硅氧烷聚合物、環(huán)氧聚合物和丙烯酸酯聚合物。環(huán)氧聚合物的特征在于存在通常稱為環(huán)氧基、1，2-環(huán)氧化物或環(huán)氧乙烷的三元環(huán)醚基團(tuán)。例如，除了基于芳族胺、三嗪和環(huán)脂主鏈的化合物，可以使用雙酚A的二環(huán)氧甘油醚。另一實例包括眾所周知的酚醛清漆聚合物。根據(jù)本發(fā)明，適合使用的硅氧烷彈性體非限定性實例包括由包括氯硅烷例如甲基氯硅烷、乙基氯硅烷、苯基氯硅烷等的前體形成的那些。
在一組實施方案中優(yōu)選硅氧烷聚合物，例如硅氧烷彈性體聚二甲基硅氧烷。PDMS聚合物的非限定性實例包括由Dow Chemical Co.，Midland，MI以商標(biāo)Sylgard出售的那些，特別是Sylgard 182、Sylgard 184和Sylgard 186。包括PDMS的硅氧烷聚合物有幾點有利的性質(zhì)，使本發(fā)明微流體結(jié)構(gòu)的制造簡單化。例如，這種材料不昂貴、易于得到，并且通過熱固化可以從預(yù)聚物液體固化。例如，一般可如下固化PDMS將該預(yù)聚物液體暴露在例如約65℃到約75℃溫度下，暴露時間例如約為一小時。而且，硅氧烷聚合物例如PDMS可以是彈性的，因此可以用于形成具有較高縱橫比、在本發(fā)明某些實施方案中必需的非常小的部件。在這點上，柔性的(例如彈性的)塑?；蛑髂Ｊ怯欣摹?br> 從硅氧烷聚合物例如PDMS形成本發(fā)明的結(jié)構(gòu)例如微流體結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點在于這種聚合物被氧化的能力，例如通過暴露于含有氧的等離子體例如空氣等離子體中，使得被氧化的結(jié)構(gòu)在其表面上含有化學(xué)基團(tuán)，該基團(tuán)能夠與其它氧化的硅氧烷聚合物表面或者與多種其它聚合物和非聚合物材料氧化的表面進(jìn)行交聯(lián)。因此，可以制造組件，然后氧化，并基本上不可逆地密封到其它硅氧烷聚合物表面上，或者密封到與氧化的硅氧烷聚合物表面反應(yīng)的其它基質(zhì)的表面上，不需要單獨的膠粘劑或其它密封措施。在多數(shù)情況下，通過使氧化的硅氧烷表面與其它表面接觸，可以簡單地完成密封，而不需要施加輔助壓力以形成密封。也就是說，預(yù)氧化的硅氧烷表面作為合適的配合表面的接觸膠粘劑。特別地，除了對自身是可以不可逆密封的，氧化的硅氧烷例如氧化的PDMS還可以不可逆密封除本身外的多種氧化的材料，包括例如玻璃、硅、硅氧化物、石英、硅氮化物、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃化炭黑和環(huán)氧聚合物，其以簡單方式被氧化為PDMS表面(例如通過暴露于含有氧的等離子體中)?，F(xiàn)有技術(shù)中，例如題為“Rapid Prototyping of Microfluidic Systems andPolydimethylsiloxane”，Anal.Chem.，70474-480，1998(Duffy等人)的文章中，描述了可用于本發(fā)明的氧化和密封方法以及整體模塑技術(shù)，所述文章通過引用并入本文。
從氧化的硅氧烷聚合物形成本發(fā)明的微流體結(jié)構(gòu)(或者內(nèi)部的、接觸流體的表面)的另一優(yōu)點在于，這些表面與典型的彈性體聚合物表面相比是明顯更親水的(其中，親水性內(nèi)表面是理想的)。因此，與由典型的、未氧化的彈性體聚合物或者其它疏水性材料組成的結(jié)構(gòu)相比，這樣的親水性通道表面可以因此更易于被水溶液填充并潤濕。
在一個實施方案中，底壁由不同于一個或多個側(cè)壁或頂壁或者其它組件的材料形成。例如，底壁的內(nèi)表面可以含有硅片或微芯片或者其它基質(zhì)的表面。如上所述，其它組件可以被密封到這種作為替代方案的基質(zhì)上。當(dāng)希望將含有硅氧烷聚合物(例如PDMS)的組件密封到不同材料的基質(zhì)(底壁)上時，該基質(zhì)可以選自氧化的硅氧烷聚合物可以不可逆地密封上去的材料(例如已被氧化的玻璃、硅、硅氧化物、石英、硅氮化物、聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧聚合物和玻璃化炭黑表面)。作為替代方案，可以使用其它密封技術(shù)，這對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是明顯的，包括但不限于使用單獨的膠粘劑、熱結(jié)合、溶劑結(jié)合、超聲波焊接等。
以下實施例用于說明本發(fā)明的某些實施方案，但不能例舉本發(fā)明的全部范圍。
實施例1圖15A表示具有以上所述一些特征的流體系統(tǒng)的實例。該實例中，流體液滴被引入流體系統(tǒng)800(圖15A示意性表示。流體系統(tǒng)800含有入口區(qū)801(標(biāo)為″a″)、分叉區(qū)802(″b″)、含有柱的區(qū)803(″c″)和收集區(qū)804(″d″)。入口區(qū)801產(chǎn)生一系列包含在液體815內(nèi)的液滴810。液滴的平均直徑約20微米。該實施例中液體是水，并且流體液滴含有十六烷，有約3wt％SPAN80(表面活性劑)。液滴串表示在圖15B中，其是圖15A示意性所示的入口區(qū)801的放大圖。
在圖15C中，一系列分叉(顯微照片左側(cè)所示)將流體液滴分入一系列通道。由于沒有有目的地將液滴導(dǎo)向任何特定通道，所以液滴隨機(jī)分布在通道內(nèi)。然后液滴被載運到含有一系列柱818的區(qū)。該區(qū)的放大圖表示在圖15D中?？梢钥吹?，由于存在表面活性劑，單個的液滴保持它們各自的身份而不融合。在圖15E中，液滴在收集區(qū)804被收集。
實施例2在該實施例中，說明用微流體裝置精確操作流體流。該技術(shù)使得利用微量反應(yīng)試劑的高通量反應(yīng)器得以實現(xiàn)。當(dāng)這些反應(yīng)器的規(guī)模縮小時，由于表面吸附和擴(kuò)散的污染作用會限制可以使用的最小量。將反應(yīng)試劑限制在處于不能混溶的載體流體中的液滴中可以克服這些局限，但要求新的流體處理技術(shù)?；趲щ姷囊旱魏碗妶鎏岢隽似脚_技術(shù)的實例，這些帶電的液滴和電場使得能夠進(jìn)行電尋址液滴的產(chǎn)生、高效的液滴合并、精確的液滴破裂和再帶電以及可控制的液滴分選。
在該實施例中，提出了一般性和實用的平臺技術(shù)，用于在微流體裝置中操作和控制單個的液滴。通過結(jié)合液滴上的靜電電荷和裝置上的電場，分別表示了產(chǎn)生、再結(jié)合、分裂和分選液滴的模式，提供了對各微反應(yīng)器的精確控制，同時保持高純度并實現(xiàn)了很高的通量。通過結(jié)合由于在電場E中使水性流體帶電而產(chǎn)生的力，與只依賴粘力克服表面張力的其它方法相比，來它們各個時間的更精確控制來產(chǎn)生更小的液滴；這提供了實用的液滴產(chǎn)生模式，可以產(chǎn)生體積小至毫微微升的微反應(yīng)器。不同液滴上相反符號電荷的結(jié)合允許液滴可控制地并可靠地發(fā)生合并，克服了由于表面張力和潤滑作用產(chǎn)生的穩(wěn)定化力；這提供了實用的液滴合并模式，可以精確混合反應(yīng)物的等分部分。通過結(jié)合電場誘導(dǎo)的拉伸力，大的液滴可以可控地被分成用于進(jìn)一步分析的較小的等分部分，在一些情況下，可以同時使中性液滴再帶有電荷，用于進(jìn)一步處理；這提供了實用的分裂或充電模式，可以對相同材料進(jìn)行多次檢驗。通過結(jié)合由電場在帶電液滴上產(chǎn)生的力，單個的液滴可以被引導(dǎo)進(jìn)入選定的通道；這提供了實用的液滴分選模式，允許選擇理想的反應(yīng)產(chǎn)物。這些模式可用于高速操作和控制各液滴，并且可以用作基于液滴的微流體裝置的技術(shù)。而且，因為所有控制是通過切換電場實現(xiàn)的，沒有活動的部件，并且高至106Hz的頻率也可以；這推動了很高通量的組合性技術(shù)。
使用軟光刻法在透明聚合物材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)中形成通道圖案。玻璃片形成通道頂部。通過在靠近通道的玻璃片表面上形成氧化銦錫(ITO)電極圖案來引入電場，并使用氧等離子體將玻片密封到PDMS上。以PDMS制得的裝置的優(yōu)點在于，強(qiáng)烈疏水性確保油載體相潤濕它們的表面，并且水滴不接觸通道壁的壁，便于生物分子的分離，并消除了由于表面相互作用導(dǎo)致的交叉污染。
使用集流幾何(flow-focusing geometry)形成液滴。水流從一條通道通過狹窄的緊縮處而注入；反向傳送的油流流體動力地集中該水流，當(dāng)其通過該緊縮處時減小其尺寸?？梢砸孕纬删鶆虻挠桶旱畏€(wěn)態(tài)流的流動方式運行該液滴發(fā)生器。通過油和水的相對流速控制水滴的大?。徽沉朔砻鎻埩?，形成均勻液滴。如果水的流速太高，則較長的流體射流通過孔并分裂為液滴，進(jìn)一步向下流；這些液滴的大小不太均勻。如果水的流速太低，則在孔中分裂的液滴變得不規(guī)則，產(chǎn)生寬范圍的液滴尺寸。
然后結(jié)合電場產(chǎn)生可電尋址的乳化系統(tǒng)。為達(dá)到該目的，向水流施加高電壓，并使油水界面帶電。水流起到導(dǎo)體作用，而油是絕緣體；電化學(xué)反應(yīng)使流體界面充電，如同電容器。在急射處，界面上的電荷保留在液滴上。此外，液滴體積Vd，和頻率f可以改變至少三個數(shù)量級，而不會改變油或水的注入速率。在該實施例中，液滴大小和頻率不是無關(guān)的；而是它們的乘積由分散相的注入速率決定Qd＝fVd。液滴大小隨電場強(qiáng)度增加而減小。在低電場強(qiáng)度時，液滴大小由連續(xù)相的流速決定。不過，在高電場強(qiáng)度時，液滴大小由電場決定，并隨著E而迅速減小。
對于三種不同流速，液滴大小與外加電壓的相關(guān)性如下。在低外加電壓時，電場的作用可以忽略，液滴形成受表面張力和粘性流動之間競爭的驅(qū)動。相反，在高電場強(qiáng)度時，在生長的液滴上存在明顯的附加力，F(xiàn)＝qE，其中q是液滴上的電荷。由于液滴界面起到電容器作用，q正比于外加電壓V。這導(dǎo)致與力是V2關(guān)系，這說明了液滴大小隨所加電場的增加而減小。對于更高的電場，水流的帶電界面被帶電的液滴所排斥。
在一個實施方案中，油和水流在30微米的孔處會合。在玻璃上的氧化銦錫(ITO)電極上施加的電壓V產(chǎn)生電場E，從而為水油界面進(jìn)行電容性充電。發(fā)現(xiàn)，液滴大小在低電場強(qiáng)度時與電荷無關(guān)，但在高場時則減小。液滴大小是電壓的函數(shù)，表示在連續(xù)相油的三種不同的流速(Qc＝80nL/s、110nL/s和140nL/s)下流動占優(yōu)勢的和場占優(yōu)勢的急射之間的交迭(crossover)。水的注入速率恒定為Qd＝20nL/s。
場誘導(dǎo)的液滴形成所產(chǎn)生的電子控制在該實施例中提供額外的益處允許在形成循環(huán)內(nèi)調(diào)整液滴相中斷。只在需要液滴的時刻，將場增加到臨界的中斷場以上即可實現(xiàn)。這提供了一種在特定位置精確地協(xié)調(diào)各液滴的產(chǎn)生和到達(dá)的便利手段。
在某些基于液滴的反應(yīng)限制性系統(tǒng)中的重要組件是混合器，其混合兩種或更多種反應(yīng)試劑以引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。一個混合器實例利用靜電電荷；使各液滴上帶有相反符號的電荷，施加電場使得它們合并。作為實例，闡述了一種帶有兩個獨立噴嘴的裝置，所述噴嘴產(chǎn)生具有不同組成和相反電荷的液滴。在兩流會合處液滴匯集在一起。在形成時，用于給液滴充電的電極還提供電場，以促使液滴流過流線路，發(fā)生合并。在沒有電場的情況下，兩個噴嘴結(jié)構(gòu)的輕微改變導(dǎo)致它們液滴形成的頻率和相方面的輕微差別。因此即使注入速率是相同的，液滴的大小也不同。而且，液滴沒有在確實相同的時間到達(dá)會合點。結(jié)果，液滴沒有合并。相反，當(dāng)施加電場時，液滴形成通常是同時發(fā)生的，這確保相同大小的液滴對同時到達(dá)會合點。而且，液滴帶相反電荷，導(dǎo)致它們穿過流線路并彼此接觸，從而使其合并。液滴形成的同步性是由電場介導(dǎo)的兩個液滴耦合中斷引起的；隨著兩個液滴前沿之間的分離而變化的電場數(shù)值發(fā)生改變，并且液滴中斷的頻率是由電場鎖定的模式。該實施例中，假定因為表面活性劑層的穩(wěn)定化作用，要求最小電荷應(yīng)該導(dǎo)致液滴合并；E場取決于彼此接觸而實際合并的液滴的百分?jǐn)?shù)。
在一個實施方案中，通過向兩個水流施加電壓，可以產(chǎn)生具有相反符號靜電電荷的液滴。在另一實施方案中，在不存在電場的情況下，在兩個噴嘴處液滴形成的頻率和時機(jī)可以是無關(guān)的，并且各噴嘴以不同頻率產(chǎn)生不同大小的液滴；兩個噴嘴處的注入速率是相同的。兩個流會合后，來自上和下噴嘴的液滴停留在該流的各自半個部分中。由于表面活性劑，沒有發(fā)生合并，即使在填充通道寬度的大堵塞情況下。而在另一實施方案中，在噴嘴的500微米間隙施以200V的外加電壓，從兩個噴嘴同時中斷的液滴基本上是一致的；對于注入速率不等的水流，甚至體積差別高達(dá)2倍，也可以同時形成液滴。當(dāng)存在表面活性劑、失水山梨糖醇(sorbiton)單油酸酯3％時，彼此相遇并合并的液滴分?jǐn)?shù)在臨界場以上線性增加。
使用帶相反電荷的液滴和電場以合并和混合反應(yīng)試劑是極其實用的，來自兩流的幾乎100％的液滴與來自相反流的它們的對子(partner)合并。不過，它們合并后，所得的液滴基本上不帶靜電荷。不過，在形成過程中使液滴帶電很方便，必要時，在任何實用的基于液滴的微流體系統(tǒng)中，可以使用其它方法使混合的液滴重新帶電，用于進(jìn)一步處理。例如可通過下列方法實現(xiàn)在電場存在下，使用拉伸流以使中性液滴分裂，該電場使液滴極化從而形成兩個帶相反電荷的子液滴。在一個實施方案中，中性液滴進(jìn)入分叉處，并分裂成帶電的子液滴。在一些情況下，在電場中可以觀察到帶電液滴的不對稱伸長。豎直的虛線顯示電極的邊緣，其中，液滴回復(fù)到它們的對稱球形。電場還使得可以精確控制液滴分裂，提供了實用的液滴分裂模式的基礎(chǔ)，使得可以將含有物分成兩份或更多份等分部分的相同反應(yīng)試劑，有利于對相同微反應(yīng)器的含有物進(jìn)行多次檢驗。
在另一實施方案中，中性液滴可以通過在電場存在下使其破裂而重新帶電。未帶電的液滴(q＝0)在電場(ES不等于0)中被極化，前提是ES足夠大，在分叉處的拉伸流動中，液滴破裂為兩個帶相反電荷的子液滴。在電場ES中帶電的液滴被拉伸，但接觸電極時回復(fù)到球形。
可用于微流體液滴反應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造的另一組件是液滴分選器。必須檢查各自的含有物，選定的液滴可以被分選為離散流(discreet stream)。如該實施例所示，在微流體裝置中的這種分選可以通過使用機(jī)械閥而實現(xiàn)。利用對液滴的靜電充電可以提供一種可選方法，該方法可以被精確控制，可以在高頻率下進(jìn)行切換，并且不需要移動部件?；陔姾膳c外部電場的線性耦合，液滴上的靜電電荷使得能夠進(jìn)行逐滴的分選。將載體流體均等地分開的T-會合處分叉也隨機(jī)地將液滴群相等地分成兩個流。不過，施加于分叉處的小電場可以準(zhǔn)確地指示該液滴進(jìn)入哪個通道；場的方向變換會改變液滴分選的方向?？梢宰饔迷谝旱紊系拇蟮牧透叩那袚Q頻率能夠制成快速且實用的分選機(jī)，而沒有移動部件；因此，處理速率主要受液滴產(chǎn)生速率的限制。
在一個實施方案中，當(dāng)沒有施加電場時(ES＝0)，帶電的液滴交替地進(jìn)入右和左通道。當(dāng)電場施加在右側(cè)時，液滴進(jìn)入分叉的右支路；當(dāng)電場反向時，它們進(jìn)入左支路。分叉之后，液滴間的距離減小到以前的一半，說明該油流是均勻分開的。在一些情況下，可以觀察到電場中高度帶電的液滴的形狀發(fā)生變形。
微流體裝置中靜電電荷帶給液滴的提高的官能性能夠擴(kuò)大微流體的應(yīng)用領(lǐng)域。用于操作液滴的技術(shù)的工具箱(toolkit)將使得用于輸送和使少量分子反應(yīng)的系統(tǒng)能夠進(jìn)行模塊集成。高通量篩選、組合化學(xué)以及在庫中搜索稀有生物官能都可以潛在地得益于在微通道中對液滴進(jìn)行的靜電操作。例如，基于液滴的微流體技術(shù)也可以用于開發(fā)芯片規(guī)模的熒光激活的細(xì)胞分選器(FACS)，該細(xì)胞分選器具有超出熒光的提高的激活官能性，并且在液滴形成和分選步驟之間包括多個基于反應(yīng)試劑的檢驗。而且，通過使用直徑幾微米的毫微微升的液滴，甚至單個生物分子也顯示出＞＞1nM的濃度，足以用于有效的化學(xué)活性和單個分子檢驗。
基于液滴的微流體裝置的多種用途是由以下需要所推動的將分子、細(xì)胞或顆粒的不同種群或庫封裝入微反應(yīng)器，然后對含有物進(jìn)行檢驗，也許通過添加反應(yīng)試劑進(jìn)行，最后，在特殊情形的研究中，需要選擇性從收集物中除去特定的微反應(yīng)器。這要求103/秒的處理速率，以在合理時間內(nèi)通過最小庫進(jìn)行分選，而對于較大的庫，105/秒的處理速率是理想的。如文中所述，這些速率是可行的。而且，因為該微流體裝置可以使用沖壓技術(shù)進(jìn)行制備，例如，如文中所討論的，因此可以制造平行流動的流或者流體系統(tǒng)，進(jìn)一步提高總的通量。綜上所述，液滴和高通量操作的優(yōu)點在于為廣泛使用提供了明顯的機(jī)會。
雖然文中描述并說明了本發(fā)明的幾個實施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于設(shè)想多種其它手段和/或結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)該功能和/或獲得文中描述的結(jié)果和/或一個或多個優(yōu)點，這樣的變化和/或改進(jìn)都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解，文中描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造都是示例性的，并且實際的參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取決于具體應(yīng)用或本發(fā)明教導(dǎo)所用于的領(lǐng)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員僅僅使用常規(guī)實驗方法即能了解，或者能夠弄清楚文中描述的本發(fā)明具體實施方案的等價方案。因此，應(yīng)該理解，上述實施方案僅是通過實施例給出的，并且在所附權(quán)利要求及其等價物范圍內(nèi)，可以不象特別描述和權(quán)利要求的那樣實施本發(fā)明。本發(fā)明是指文中描述的每個單個特征、系統(tǒng)、制品、材料，箱和/或方法。此外，兩個或更多個這些特征、系統(tǒng)、制品、材料、箱和/或方法的任何組合也包括在本發(fā)明范圍內(nèi)，如果這些特征、系統(tǒng)、制品、材料、箱和/或方法相互不矛盾的話。
如文中定義和使用的所有定義應(yīng)該被理解為包括字典的定義、通過參考并入的文獻(xiàn)中的定義和/或所定義術(shù)語的通常意義。
在說明書和權(quán)利要求中使用的不定冠詞″a″和″an″，除非明確的相反性指明，應(yīng)該理解為是指“至少一個”。
在說明書和權(quán)利要求中使用的用語“和/或”應(yīng)該理解為是指這樣結(jié)合的各元素的“任一或都”，即，各元素有時一起出現(xiàn)，有時獨立地出現(xiàn)。用″和/或″列舉的多個元素應(yīng)該以相同的方式理解，即，這樣結(jié)合元素的″一種或多種″。由″和/或″從句特別指明的元素以外的其它元素可以任選地存在，不論是否涉及特定指明的那些元素。因此，作為非限定性實例，當(dāng)與開放式措辭例如″含有″結(jié)合使用時，在一個實施方案中，提法″A和/或B″可以只指A(任選包括B以外的元素)；在另一實施方案中，只指B(任選包括A以外的元素)；在又一實施方案中，指A和B(任選包括其它元素)等。
在說明書和權(quán)利要求中使用的″或″應(yīng)該理解為與以上定義的″和/或″有相同意義。例如，當(dāng)分開列舉中的條目時，″或″或者″和/或″應(yīng)該解釋為是包含性的，即，包括元素的數(shù)目或清單中的至少一個，但也可以包括一個以上，并且任選地包括其它未列舉的條目。只有明確相反性指明的措辭，例如“只有之一”或者“剛好之一”，或者當(dāng)用于權(quán)利要求中時，“由…構(gòu)成”是指包括元素的數(shù)目或清單中的剛好一個元素。通常，當(dāng)前面有排除性措辭例如“任一”、“之一”、“只有之一”或者“剛好之一”時，文中使用的術(shù)語“或”只解釋為是指排除性的選擇(即“一個或另一個，而不是都”)?！爸饕伞瓨?gòu)成”當(dāng)用于權(quán)利要求中時，應(yīng)該具有如專利法領(lǐng)域使用的普通意義。
當(dāng)用于本文說明書和權(quán)利要求中時，涉及一個或多個元素的用語“至少一個”應(yīng)該理解為是指從在元素列舉中的一個或多個元素中選出的至少一個元素，但不必包括該元素列舉范圍內(nèi)具體列舉的至少每一個以及每一個元素，并且不排除元素列舉中元素的任何組合。該定義也允許可以任選存在除元素列舉范圍內(nèi)具體指出的用語“至少一個”所指元素外的元素，不論是否涉及或不涉及特定指明的那些元素。因此，作為非限定性實例，“A和B中至少一個”(或者，等價的為“A或B中至少一個”或者等價地“A和/或B中至少一個”)在一個實施方案中是指至少一個，任選包括一個以上的A，而B不存在(并且任選包括B以外的元素)；在另一實施方案中，是指至少一個，任選包括一個以上的B，而A不存在(并且任選包括A以外的元素)；在又一實施方案中，是指至少一個，任選包括一個以上的A，和至少一個，任選包括一個以上的B(并且任選包括其它元素)等。
還應(yīng)該理解，除非明確的相反性指明，在這里要求保護(hù)的、包括一個以上步驟或做法的方法中，方法的步驟或做法的次序不必限于所述方法的步驟或做法的次序。
在權(quán)利要求中以及在上述說明書中，所有的過渡性用語例如“包含”“包括”、“帶有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容有”、“由…組成”等應(yīng)理解為是開放的，即，是指包括但不限于。只有過渡性用語“由…構(gòu)成”和“主要由…構(gòu)成”應(yīng)該分別是封閉的或半封閉的過渡性用語，如美國專利局專利審查程序手冊、第2111.03節(jié)中所提出的。
權(quán)利要求
1.一種在微流體系統(tǒng)中以受控方式結(jié)合至少兩個物種的方法，該方法包括以下步驟提供一串在微流體系統(tǒng)中流動的液滴；從該串液滴中選擇第一液滴，并使第一液滴與該串液滴中的至少一些其它液滴分離，其中，該第一液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸，并含有第一種化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種；提供從該串液滴分離的第二液滴，其中，該第二液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸，并含有第二種化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種；選擇性推動第一液滴和/或第二液滴朝向可以發(fā)生合并的位置，并允許第一液滴和第二液滴合并為一個組合液滴；和確定涉及至少是第一液滴中第一物種和第二液滴中第二物種的反應(yīng)。
2.一種在微流體系統(tǒng)中以受控方式分選液滴的方法，該方法包括以下步驟提供一串在微流體系統(tǒng)中流動的液滴；和從該串液滴中選擇第一液滴，并使第一液滴與該串液滴的至少一些其它液滴分離，其中，該第一液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，該方法還包括從該串液滴選擇第二液滴，并使第二液滴與該串液滴中的至少一些其它液滴分離，其中，該第二液滴具有小于約100微米的最大橫截面尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中第一液滴含有除限定該液滴的流體之外的化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中第一液滴不含有除限定該液滴的流體之外的化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，該方法包括通過測定多個液滴中每一個液滴所含的特定化學(xué)、生物或生物化學(xué)物種的量、或者確定不含這些物種，并且假定所述液滴含有將該液滴導(dǎo)向第一通道的物種的第一量或者不含有所述物種，以及假定所述液滴含有將該液滴導(dǎo)向第二通道的物種的第二量，來分選在微流體系統(tǒng)中流動的多個液滴。
7.一種為微流體系統(tǒng)中的一種或多種液滴賦予電荷的方法，該方法包括在微流體系統(tǒng)中提供液滴；賦予該液滴偶極矩；和在偶極矩存在的同時，將該液滴分成至少兩個子液滴，所述子液滴中的至少一個帶有由賦予初級液滴的偶極矩所產(chǎn)生的電荷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中該液滴沒有凈電荷，該方法包括將該液滴分成兩個子液滴，一個子液滴帶凈負(fù)電荷，另一個帶凈正電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，該方法包括，在通道交叉處將該液滴分成至少兩個子液滴。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，該方法包括，在通道內(nèi)的障礙物處，將該液滴分成至少兩個子液滴。
11.一種在微流體系統(tǒng)中結(jié)合至少兩個液滴的方法，該方法包括在微流體系統(tǒng)中提供至少兩個液滴；將該液滴暴露在電場中，從而在液滴中誘導(dǎo)偶極矩；和至少部分地通過由于誘導(dǎo)的偶極矩引起的液滴-液滴吸引，將至少兩個液滴合并為單個液滴。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，該方法包括，在不存在場誘導(dǎo)的偶極矩時液滴不會合并的條件下合并該液滴。
13.一種方法，包括在被第二液體流體包圍的第一流體上產(chǎn)生至少約10-16C的電荷。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中電荷至少約10-15C。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中電荷至少約10-14C。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中電荷至少約10-13C。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中電荷至少約10-12C。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體是親水性的。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括測定第一流體的特征。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述特征包括熒光性。
24.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中產(chǎn)生步驟包括向第一流體施加至少約0.01V/微米的電場。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中產(chǎn)生步驟包括向第一流體施加至少約0.1V/微米的電場。
26.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中產(chǎn)生步驟包括向第一流體施加至少約1V/微米的電場。
27.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體包含至少一個細(xì)胞。
30.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第一流體包含液滴。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約200微米。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約100微米。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約75微米。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約50微米。
35.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約25微米。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑小于約10微米。
37.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約1微米。
38.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約2微米。
39.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約5微米。
40.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約10微米。
41.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約15微米。
42.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中該液滴的平均直徑至少約20微米。
43.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中所述液滴中至少一些液滴包含細(xì)胞。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
45.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，還包括基于第一流體的特征分選該液滴的至少一部分。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中所述特征包括熒光性。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括，以至少約10液滴/s的速率分選該液滴。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括，以至少約100液滴/s的速率分選該液滴。
49.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括，以至少約1000液滴/s的速率分選該液滴。
50.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括，以至少約10000液滴/s的速率分選該液滴。
51.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括，以至少約100000液滴/s的速率分選該液滴。
52.一種制品，包含帶有至少約10-16C的電荷、被第二液體流體包圍的第一流體液滴。
53.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中電荷至少約10-15C。
54.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中電荷至少約10-14C。
55.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中電荷至少約10-13C。
56.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中電荷至少約10-12C。
57.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約200微米。
58.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約100微米。
59.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約75微米。
60.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約50微米。
61.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約25微米。
62.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑小于約10微米。
63.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約1微米。
64.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約2微米。
65.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約5微米。
66.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約10微米。
67.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約15微米。
68.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中液滴的直徑至少約20微米。
69.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第一流體是親水性的。
70.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第二液體流體是疏水性的。
71.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
72.根據(jù)權(quán)利要求71的制品，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
73.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第一流體包含在通道中。
74.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第一流體包含在微流體通道中。
75.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中第一流體包含細(xì)胞。
76.根據(jù)權(quán)利要求52的制品，其中所述液滴中的至少一些液滴包含細(xì)胞。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的制品，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
78.一種裝置，包括微流體通道；和構(gòu)造和布置來在微流體通道內(nèi)產(chǎn)生至少約0.01V/微米的電場的電場發(fā)生器。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的裝置，其中電場為至少約0.1V/微米。
80.根據(jù)權(quán)利要求78的裝置，其中電場為至少約1V/微米。
81.根據(jù)權(quán)利要求78的裝置，其中該電場發(fā)生器包含至少一個電極。
82.根據(jù)權(quán)利要求78的裝置，還包括至少兩個與微流體通道相交的排出通道。
83.根據(jù)權(quán)利要求78的裝置，還包括構(gòu)造和布置來在微流體通道內(nèi)產(chǎn)生第二電場的第二電場發(fā)生器。
84.一種方法，包括在被第二液體流體包圍的第一流體上施加至少約10-9N的電場力。
85.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中電場力至少約10-8N。
86.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中電場力至少約10-7N。
87.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中電場力至少約10-6N。
88.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中電場力至少約10-5N。
89.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體是親水性的。
90.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
91.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
92.根據(jù)權(quán)利要求91的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
93.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，還包括測定第一流體的特征.。
94.根據(jù)權(quán)利要求93的方法，其中所述特征包括熒光性。
95.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
96.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
97.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體包含細(xì)胞。
98.根據(jù)權(quán)利要求84的方法，其中第一流體包含液滴。
99.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約200微米。
100.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約100微米。
101.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約75微米。
102.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約50微米。
103.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約25微米。
104.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑小于約10微米。
105.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約1微米。
106.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約2微米。
107.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約5微米。
108.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約10微米。
109.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約15微米。
110.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中液滴的平均直徑至少約20微米。
111.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，其中所述液體中的至少一些液滴包含細(xì)胞。
112.根據(jù)權(quán)利要求111的方法，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
113.根據(jù)權(quán)利要求98的方法，還包括基于第一流體的特征分選所述液滴的至少一部分。
114.根據(jù)權(quán)利要求113的方法，其中所述特征包括熒光性。
115.根據(jù)權(quán)利要求113的方法，包括以至少約10液滴/s的速率分選液滴。
116.根據(jù)權(quán)利要求113的方法，包括以至少約100液滴/s的速率分選液滴。
117.根據(jù)權(quán)利要求113的方法，包括以至少約1000液滴/s的速率分選液滴。
118.根據(jù)權(quán)利要求113的方法，包括以至少約10000液滴/s的速率分選液滴。
119.在包含第一液滴和第二液滴的第一流體中，第一流體被第二液體流體所包圍，該方法包括以至少約10液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
120.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約100液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
121.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約300液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
122.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約1000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
123.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約3000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
124.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約10000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
125.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約30000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
126.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括以至少約100000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
127.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第一流體是親水性的。
128.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
129.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
130.根據(jù)權(quán)利要求129的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
131.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括測定第一流體的特征。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的方法，其中所述特征包括熒光性。
133.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
134.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
135.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中第一流體包含細(xì)胞。
136.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約200微米。
137.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約100微米。
138.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約75微米。
139.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約50微米。
140.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約25微米。
141.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑小于約10微米。
142.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約1微米。
143.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約2微米。
144.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約5微米。
145.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約10微米。
146.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約15微米。
147.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中液滴的平均直徑至少約20微米。
148.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，其中所述液滴中至少一些液滴包含細(xì)胞。
149.根據(jù)權(quán)利要求148的方法，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
150.根據(jù)權(quán)利要求119的方法，包括區(qū)別第一和第二液滴。
151.一種制品，包括包含被第二液體流體包圍的第一流體的液滴，其中該液滴的至少約90％均由其中相同數(shù)量的物種實體組成。
152.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的至少約95％由其中相同數(shù)量的物種實體組成。
153.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的至少約97％由其中相同數(shù)量的物種實體組成。
154.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的至少約99％由其中相同數(shù)量的物種實體組成。
155.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約200微米。
156.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約100微米。
157.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約75微米。
158.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約50微米。
159.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約25微米。
160.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑小于約10微米。
161.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑至少約1微米。
162.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑至少約2微米。
163.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑至少約5微米。
164.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑至少約10微米。
165.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴的平均直徑至少約15微米。
166.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中第一流體是親水性的。
167.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中第二液體流體是疏水性的。
168.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
169.根據(jù)權(quán)利要求168的制品，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
170.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中第一流體包含在通道中。
171.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中第一流體包含在微流體通道中。
172.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該實體是細(xì)胞。
173.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該實體是分子。
174.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴分別由其中少于10種的實體組成。
175.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴分別由其中少于5種的實體組成。
176.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴分別由其中少于3種的實體組成。
177.根據(jù)權(quán)利要求151的制品，其中該液滴分別由其中1種實體組成。
178.一種方法，包括提供被第二液體流體包圍的第一流體的液滴，該液滴具有一定比值的含有第一物種的液滴與不含第一物種的液滴；和分選該液滴，從而將含有第一物種的液滴與不含第一物種的液滴的比值增加至少約2倍。
179.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約10倍。
180.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約30倍。
181.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約100倍。
182.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約300倍。
183.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1000倍。
184.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約104倍。
185.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約105倍。
186.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約106倍。
187.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約107倍。
188.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約108倍。
189.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約109倍。
190.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1010倍。
191.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1011倍。
192.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1012倍。
193.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1013倍。
194.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1014倍。
195.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中該比值增加至少約1015倍。
196.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第一流體是親水性的。
197.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
198.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
199.根據(jù)權(quán)利要求198的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
200.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，包括測定第一流體的特征。
201.根據(jù)權(quán)利要求200的方法，其中所述特征包括熒光性。
202.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
203.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
204.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中第一流體含有細(xì)胞。
205.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約200微米。
206.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約100微米。
207.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約75微米。
208.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約50微米。
209.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約25微米。
210.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑小于約10微米。
211.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約1微米。
212.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約2微米。
213.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約5微米。
214.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約10微米。
215.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約15微米。
216.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中液滴的平均直徑至少約20微米。
217.根據(jù)權(quán)利要求178的方法，其中所述液滴中至少一些液滴含有細(xì)胞。
218.根據(jù)權(quán)利要求217的方法，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
219.在含有第一液滴和第二液滴的第一流體中，第一流體被第二液體流體所包圍，該方法包括基本上不改變第二液體流體的流速，分選第一和第二液滴。
220.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約10液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
221.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約100液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
222.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約300液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
223.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約1000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
224.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約3000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
225.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約10000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
226.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括以至少約30000液滴/s的速率分選第一和第二液滴。
227.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第一流體是親水性的。
228.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
229.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
230.根據(jù)權(quán)利要求229的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
231.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括測定第一流體的特征。
232.根據(jù)權(quán)利要求231的方法，其中所述特征包括熒光性。
233.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
234.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
235.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中第一流體包含細(xì)胞。
236.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約200微米。
237.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約100微米。
238.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約75微米。
239.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約50微米。
240.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約25微米。
241.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑小于約10微米。
242.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約1微米。
243.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約2微米。
244.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約5微米。
245.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約10微米。
246.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約15微米。
247.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中液滴的平均直徑至少約20微米。
248.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，其中所述液滴中至少一些液滴含有細(xì)胞。
249.根據(jù)權(quán)利要求248的方法，其中至少一個細(xì)胞被封裝。
250.根據(jù)權(quán)利要求219的方法，包括區(qū)別第一和第二液滴。
251.一種方法，包括利用電場，將被第二液體流體包圍的第一流體液滴分成兩個液滴。
252.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中兩個液滴具有基本上相同的質(zhì)量。
253.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中兩個液滴具有基本上相同的體積。
254.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中電場具有至少約0.01V/微米的量值。
255.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中電場具有至少約0.1V/微米的量值。
256.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中電場具有至少約1V/微米的量值。
257.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中第一流體是親水性的。
258.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中第二液體流體是疏水性的。
259.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中第一流體是導(dǎo)電性的。
260.根據(jù)權(quán)利要求259的方法，其中第二液體流體的電導(dǎo)率小于第一流體的電導(dǎo)率。
261.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中第一流體位于通道內(nèi)。
262.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中第一流體位于微流體通道內(nèi)。
263.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約200微米。
264.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約100微米。
265.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約75微米。
266.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約50微米。
267.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約25微米。
268.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑小于約10微米。
269.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑至少約1微米。
270.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑至少約2微米。
271.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑至少約5微米。
272.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑至少約10微米。
273.根據(jù)權(quán)利要求251的方法，其中液滴的直徑至少約15微米。
全文摘要
本發(fā)明的多個方面涉及例如在微流體系統(tǒng)中控制和操作流體物種。一個方面，本發(fā)明涉及用于形成被流體包圍的流體液滴的系統(tǒng)和方法，例如使用電場、機(jī)械改變、添加干涉流體等。在一些情況下，液滴中可以各自具有基本上均勻數(shù)量的實體。例如，該液滴的95％或更多可以各自含有特定物種相同數(shù)量的實體。另一方面，本發(fā)明涉及用于將流體液滴分成兩個液滴的系統(tǒng)和方法，例如，通過電荷和/或偶極與電場的相互作用進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明另一方面，本發(fā)明還涉及用于融合液滴的系統(tǒng)和方法，例如，通過電荷和/或偶極相互作用。在一些情況下，液滴的融合可以引發(fā)或決定反應(yīng)。在本發(fā)明相關(guān)方面，還提供用于使液滴內(nèi)發(fā)生流體混合的系統(tǒng)和方法。在另一方面，本發(fā)明涉及用于分選液滴的系統(tǒng)和方法，例如通過使液滴移動到流體系統(tǒng)內(nèi)的確定區(qū)域進(jìn)行分選。實例包括使用電學(xué)相互作用(例如，電荷、偶極等)或者力學(xué)系統(tǒng)(例如，流體位移)來分選液滴。在一些情況下，可以以較高速率分選流體液滴，例如，以約10液滴/秒或更高的速率。本發(fā)明另一方面提供測定液滴或其組分的能力，例如，使用熒光和/或其它光學(xué)技術(shù)(例如，顯微鏡)，或者電感技術(shù)，例如電介質(zhì)檢測。
文檔編號G01N15/14GK1842368SQ200480024742
公開日2006年10月4日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者達(dá)倫·R·林克, 大衛(wèi)·A·韋茨, 格拉德·克里斯托巴爾－阿茲卡特, 成正東, 安根鎬 申請人:哈佛大學(xué)