用于组合液滴的高生产量的生产的系统和设备及使用方法技术方案

本发明专利技术涉及包括微流体芯片的微流体系统以及执行化学测定的方法，其中，样本被处理成多个子液滴并且所述子液滴利用不同的试剂进行培养。这些液滴的性质可被检测以提供测定数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年1月24日提交的美国临时专利申请号61/931,516的优先权，该临时专利申请的内容通过引用被全部并入本文。美国政府的联邦资金本专利技术是在国立卫生研究院(NIH)的健康与人类服务部授予的R01CA155305号基金的政府支持下完成的。美国政府在本专利技术中有某些权利。背景
本专利技术当前要求的实施例的领域涉及微流体系统、设备以及方法，并且更具体地涉及提供组合液滴的高生产量的生产的微流体系统、设备以及方法。相关技术的讨论随着液滴可以作为在生物和化学应用中的微型反应器，近期对数字微流体的研究已经迅速成长。液滴微流体平台吹嘘具有短时间内产生许多反应的能力。然而，大部分的液滴平台将样本数字化成离散的液滴，并且局限于根据同类的试样条件1的单一样本的分析。这样的平台是不能解决需要大量的样本和试样库的下一代应用的需要。示例包括用于作物改良和对于常见疾病相关基因的鉴定所需的基因分型的单核苷酸多态性SNP分析。因此，仍然是需要改进的微流体系统、设备和方法。概述本专利技术的一些实施例包括微流体系统，微流体系统包括微流体芯片，微流体芯片包括芯片主体、第一样本源、第二样本源和清洗液源，芯片主体界定液滴形成部分、液滴拆分部分、试剂注入部分，其中，液滴形成部分包括样本输入通道，液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分，以及，试剂注入部分被流体地连接到所述液滴拆分部分；第一样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；第二样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；以及清洗液源被选择性地连接到所述样本输入通道。本专利技术的附加的实施例包括微流体芯片，微流体芯片包括芯片主体，芯片主体界定液滴形成部分、液滴拆分部分、试剂注入部分，液滴形成部分包括：主通道、样本输入通道、输入通道阀门、清洗通道、清洗通道阀门，其中，样本输入通道具有流体地连接到所述主通道的第一端以及配置为接收样本和清洗液的第二端，输入通道阀门在所述输入通道中以选择性地允许以及阻止流体从所述样本输入通道流到所述主通道，清洗通道在所述输入通道阀门和所述样本输入通道的所述第二端之间的位置处被流体地连接到所述样本输入通道，以及清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述输入通道到所述清洗通道的流体流动，其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述输入通道阀门是打开的，并且所述清洗通道阀门是关闭的以提供在惰性流体中悬浮的在所述主通道中具有基本上预定的体积的样本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述输入通道阀门是关闭的，并且所述清洗通道阀门是打开的，使得清洗液通过所述清洗液穿过所述样本输入通道以及从所述清洗通道流出的流动清洗所述样本输入通道；液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分的所述主通道以从所述主通道接收所述样本液滴，并且将所述样本液滴拆分成多个子液滴以从多个次级通道中的相应的一个通道中的所述液滴拆分部分输出；以及试剂注入部分被流体地连接到所述多个次级通道的每一个通道，并且具有对应的被布置的多个试剂注入通道，当所述子液滴在所述试剂注入部分中时，使得多个试剂中的每个试剂基本同时被注入到所述多个子液滴的相应的一个液滴以在来自所述试剂注入部分的多个输出通道中的对应的一个通道中提供多个样本-试剂液滴的输出。本专利技术的一些附加的实施例包括执行化学测定的方法，包括：提供来自穿过所述流体设备的输入通道的第一样本的在流体设备的主通道中的第一液滴；清洗所述流体设备的所述输入通道以从所述输入通道基本除去所述第一样本的所有的残余；继所述清洗之后，立即提供来自穿过所述流体设备的所述输入通道的第二样本的在所述流体设备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体分开；把所述第一液滴分成第一多个子液滴；把所述第二液滴分成第二多个子液滴；将第一多个试剂添加到所述第一多个子液滴的对应的一个子液滴；将第二多个试剂添加到所述第二多个子液滴的对应的一个子液滴；检测所述第一多个子液滴和第二多个子液滴中的每一个子液滴的物理性质以提供测定数据；以及基于所述测定数据确定所述第一样本和第二样本的性质。附图简述图1是根据本专利技术的实施例的原理图。图2是同使用串行操作的流体设备相比的本专利技术的实施例的原理图。图3是并行的液滴分裂和融合平台的原理图。图4示出示例微流体设备的设计和结构。图5示出又一个示例微流体设备的设计和结构。图6是样本液滴生成和通道清洗的原理图。图7示出示例样本设备的分裂和培养区的一部分的显微照片以及依赖于阀门开启时间和回压的样本液滴体积的曲线图。图8示出表示设备多路复用能力的微流体设备的荧光显微照片。图9示出液滴分叉的均匀性。图10示出均匀的试剂液滴。图11示出融合的样本-试剂液滴。图12示出对融合的液滴的基于图像的并行检测。图13示出耦合到微流体设备的用于自动加载的设备。图14示出耦合到微流体设备的用于阻抗检测的设备。详细描述以下详细讨论本专利技术的一些实施例。在描述实施例时，为清晰起见使用了具体的术语。然而，本专利技术不旨在局限于所选的具体的术语。相关领域的技术人员将认识到可以使用其它等价组件以及开发未脱离本专利技术的广义概念的其它方法。在包括背景和详细描述部分的说明书中任何地方所引用的所有参考文献通过引用被并入，好像每篇已经被单独并入一样。根据组合产生纳升的液滴的需要，本专利技术的一些实施例提供并行的基于液滴的平台。通过并行拆分和融合模块，生产量可提高两个数量级。利用根据本专利技术的实施例的32Hz的液滴生产，在单个设备(支持75万不同混合物的4次复制)上这种并行的设计的计划的生产量几乎是每天3百万试样样本的液滴。这转化为每分钟复制4次的240个单一的试样样本混合物。如图1所示，本专利技术的实施例可包括微流体芯片101，微流体芯片101具有液滴形成部分102、液滴拆分部分103、试剂注入部分104，液滴拆分部分103连接到液滴形成部分，试剂注入部分104流体地连接到液滴拆分部分。如图2所示，本专利技术的实施例可以是允许并行处理样本液滴的微流体芯片。图2将传统线性设计的微流体芯片(上图)和允许并行操作来处理以及检测样本液滴(下图)的本专利技术的实施例进行比较。如图2的下图所示，样本液滴在注入试剂前经历分叉步骤。在这个实施例中，分叉导致至少4个子样本液滴的形成。接着，这些子液滴每个被注入四种试剂(R1、R2、R3、R4)中的一种以形成加试剂的样本液滴(S+R1、S+R2、S+R3、S+R4)。最后，这些样本加试剂的液滴进行并行检测。这与传统方法(上图)形成对照，在传统方法中，样本液滴和试剂(R4、R3、R2和R1)一起培养，以线性的方式创建样本加试剂的液滴(S+R4、S+R3、S+R2和S+R1)。图3详细说明图2中描述的实施例。在这个实施例中，本专利技术完成一系列的步骤：步骤1：液滴平台(或微流体芯片)有能力从多孔板接受无限数量的样本。随后，无限数量的样本可被加载并处理；在这种情况下，至少7个样本是以S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7表示的。从图3可见，当它们各自的样本液滴(S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7)通过通道移动时，样本1-样本7可按照先后顺序被处理。液滴平台可制成能够从具有定制的串行样本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体系统，包括：微流体芯片，所述微流体芯片包括芯片主体，所述芯片主体界定：液滴形成部分，所述液滴形成部分包括样本输入通道，液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分，以及试剂注入部分，所述试剂注入部分被流体地连接到所述液滴拆分部分；第一样本源，所述第一样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；第二样本源，所述第二样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；以及清洗液源，所述清洗液源被选择性地连接到所述样本输入通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.24 US 61/931,5161.一种微流体系统，包括：微流体芯片，所述微流体芯片包括芯片主体，所述芯片主体界定：液滴形成部分，所述液滴形成部分包括样本输入通道，液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分，以及试剂注入部分，所述试剂注入部分被流体地连接到所述液滴拆分部分；第一样本源，所述第一样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；第二样本源，所述第二样本源被选择性地连接到所述样本输入通道；以及清洗液源，所述清洗液源被选择性地连接到所述样本输入通道。2.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，自动的样本加载系统被流体地连接到所述微流体芯片。3.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，阻抗检测系统被流体地连接到所述微流体芯片。4.根据权利要求1所述的微流体系统，其中，样本检测系统被流体地连接到所述微流体芯片。5.一种微流体芯片，所述微流体芯片包括芯片主体，所述芯片主体界定：液滴形成部分，包括：主通道，样本输入通道，所述样本输入通道具有流体地连接到所述主通道的第一端以及配置为接收样本和清洗液的第二端，输入通道阀门，所述输入通道阀门在所述输入通道中以选择性地允许以及阻止从所述样本输入通道到所述主通道的流体流动，清洗通道，所述清洗通道在所述输入通道阀门和所述样本输入通道的所述第二端之间的位置处流体地连接到所述样本输入通道，以及清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述输入通道到所述清洗通道的流体流动，其中，所述液滴形成部分具有第一配置，其中，所述输入通道阀门是打开的并且所述清洗通道阀门是关闭的以在所述主通道中提供在惰性流体中悬浮的具有基本上预定的体积的样本液滴，并且，其中，所述液滴形成部分具有第二配置，其中，所述输入通道阀门是关闭的并且所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述样本输入通道以及从所述清洗通道流出，来由所述清洗液清洗所述样本输入通道；液滴拆分部分，所述液滴拆分部分被流体地连接到所述液滴形成部分的所述主通道以从所述主通道接收所述样本液滴，并且将所述样本液滴拆分成多个子液滴以在多个次级通道中的相应的一个通道中从所述液滴拆分部分输出；以及试剂注入部分，所述试剂注入部分被流体地连接到所述多个次级通道的每一个通道，并且具有对应的多个试剂注入通道，所述对应的多个试剂注入通道被布置为使得当所述子液滴在所述试剂注入部分中时，多个试剂中的每个试剂基本能够同时被注入到所述多个子液滴的相应的一个子液滴，以在来自所述试剂注入部分的多个输出通道中的对应的一个通道中提供多个样本-试剂液滴的输出。6.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴形成部分包括卸压通道，以当所述样本液滴正被形成时可控地调节所述样本液滴上的压
\t力。7.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分包括卸压通道，以当所述多个试剂中的每个正被注入到所述多个子液滴中的对应的一个子液滴时可控地调节所述多个子液滴上的压力。8.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴拆分部分是多级液滴拆分器。9.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括样本-试剂液滴拆分部分，所述样本-试剂液滴拆分部分被流体地连接到来自所述试剂注入部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道，以接收所述多个样本-试剂液滴，并且将所述样本-试剂液滴中的每一个液滴拆分成多个子样本-试剂液滴，以在多个输出通道中的相应的一个通道中从所述样本-试剂液滴拆分部分输出。10.根据权利要求9所述的微流体芯片，其中，所述样本-试剂液滴拆分部分是多级液滴拆分器。11.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括培养部分，所述培养部分被流体地连接到来自所述样本-试剂液滴拆分部分的所述多个输出通道中的每一个输出通道，使得所述样本-试剂液滴中的每一个样本-试剂液滴流进相应的一个培养通道，以便保持其可辨别的样本和试剂信息。12.根据权利要求11所述的微流体芯片，其中，所述培养通道是等长度的。13.根据权利要求5所述的微流体芯片，还包括具有检测通道的部分，其中，所述检测通道至少部分是透明的以用于光学测量。14.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述试剂注入部分还包括：试剂注入阀门，所述试剂注入阀门在所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中以选择性地允许以及阻止从所述试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述多个次级通道的流体流动，清洗通道，所述清洗通道被流体地连接到所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道，以及清洗通道阀门，所述清洗通道阀门在所述清洗通道中以选择性地允许以及阻止从所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道到所述清洗通道的流体流动，其中，所述试剂注入部分具有第一配置，其中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是打开的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是关闭的，以在所述多个次级通道中提供试剂，并且，其中，所述试剂注入部分具有第二配置，其中，在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述试剂注入阀门是关闭的并且在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道阀门是打开的，使得通过清洗液流动穿过所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道并且从在所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道中的所述清洗通道出去，来由所述清洗液清洗所述多个试剂注入通道中的每一个试剂注入通道。15.根据权利要求5所述的微流体芯片，其中，所述液滴形成部分还包括：第二样本输入通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽辉·王，图沙尔·迪尼安德奥·莱恩，海伦娜·克莱尔·泽克，
申请(专利权)人：约翰霍普金斯大学，
类型：发明
国别省市：美国;US