分裂液滴的系统和方法技术方案

本发明专利技术通常涉及流体和微流体，且特别地涉及在流体系统中产生液滴。在一些方面，本发明专利技术通常涉及用于将母体液滴分裂为两个或更多个液滴的系统和方法，例如通过推动母体液滴朝向障碍物以分裂母体液滴。在一些情况下，母体液滴分为各自导向分离的通道的至少第一和第二液滴。在一些情况下，可构造和排列通道使得第一和第二液滴的液滴速度基本上与母体液滴的速度相同。在一些情况下，这样的液滴可重复分裂，例如使母体液滴分成2个子液滴，然后各液滴再次分裂等，例如使得一个母体液滴可最后分裂成22、23、24、25、26个等。在一些情况下，子液滴可基本上为单分散的。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请号为201280007426.9、申请日为2012年2月6日、专利技术名称为“分裂液滴的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。相关申请本申请要求Abate等人在2011年2月7日申请的题目为“SystemsandMethodsforSplittingDroplets”的美国临时专利申请序列号61/440,198的权益，将其内容通过引用并入本文。政府资助导致本专利技术各方面的研究至少部分由NSF，授予号DMR-0602684和MRSEC，授予号DMR-0820484资助。美国政府拥有本专利技术中的某些权利。专利
本专利技术通常涉及流体和微流体，且特别地，涉及在流体系统中产生液滴。
技术介绍
出于流体输送、产品制造、分析等目的，操作流体以形成所需构造的流体流、不连续的流体流、液滴、颗粒、分散体等是相对充分研究的技术。例如，已经使用通常称作流动聚焦的技术生产直径小于100微米的高度单分散液滴。在该技术中，迫使流体离开毛细管进入液体浴中，其中该管设置在小孔(orifice)之上，并且穿过该孔的外部液体的收缩流动使气体聚焦进入细喷嘴，其随后借助毛细不稳定性破裂为等尺寸的液滴。类似的排列可用于在空气中产生液滴。例如还可以通过将流体液滴分裂为两个液滴来操作流体液滴。实例包括通过引导液滴朝向障碍物而分裂液滴，例如公开在2004年12月28日由Stone等人申请的题目为“MethodandApparatusforFluidDispersion”的美国专利申请序列号11/024,228中，现为2010年5月4日授权的美国专利号7,708,949，或2006年2月23日由Link等人申请的题目为“ElectronicControlofFluidicSpecies”的美国专利申请序列号11/360,845，2007年1月4日公开为美国专利申请公开号2007/0003442(各自通过引入以其全部并入本文中)。然而，这样的技术没有用于例如由单个初始(或“母体”)液滴生产大量液滴。在这样的系统中，典型地需要更大量的通道，因此导致相应地需要更大量的流体以填充这些通道；更大量的所需流体限制了这样的系统在单个装置中重复(例如，使得母体液滴可分裂3次、4次、5次等)。此外，由于下游通道数目的增加，穿过这样的系统的流体流速通常不恒定，且因此在这样的系统中的流体流动不易控制。因此，需要用于分裂液滴的装置和方法的改进。
技术实现思路
本专利技术通常涉及流体和微流体，且特别地，涉及在流体系统中产生液滴。在一些情况下，本专利技术的主题包括相关产品、特别问题的替代的解决方法、和/或一种或多种系统和/或制品的多种不同用途。在一方面，本专利技术通常涉及将母体液滴分裂为两个或更多个液滴的方法。根据一组实施方案，该方法包括以下操作(act)：在入口微流体通道中提供以初始速度流动的母体液滴；使所述母体液滴分裂为至少第一液滴和第二液滴；和推动所述第一液滴进入第一微流体通道和所述第二液滴进入第二微流体通道，其中所述第一液滴在第一微流体通道内以第一速度流动且所述第二液滴在第二微流体通道内以第二速度流动。所述第一速度和第二速度可以相同或不同。在一些实施方案中，初始、第一和第二速度的最快和最慢之间的速度差不大于所述初始速度的约40％在另一组实施方案中，该方法是将母体液滴分裂为两个或更多个液滴的方法。在一些实施方案中，该方法包括以下操作：提供在入口微流体通道中以初始毛细管数流动的母体液滴，使所述母体液滴分裂为至少第一液滴和第二液滴，和推动所述第一液滴进入第一微流体通道和所述第二液滴进入第二微流体通道，其中所述第一液滴在第一微流体通道内以第一毛细管数流动且所述第二液滴在第二微流体通道内以第二毛细管数流动。所述第一毛细管数和所述第二毛细管数可以相同或不同。在一些情况下，初始、第一和第二毛细管数的最大和最小之间的毛细管数差不大于所述初始毛细管数的约20％。在又一组实施方案中，该方法是分裂双重乳液液滴的方法。根据某些实施方案，该方法包括以下操作：在微流体通道内提供朝向障碍物流动的母体双重乳液液滴，其中该双重乳液液滴包含由外部流体包围的内部流体，并且经由障碍物的影响将该母体双重乳液液滴分裂为至少第一双重乳液液滴和第二双重乳液液滴。在再一组实施方案中，该方法是产生相对均匀液滴的方法。在一些实施方案中，该方法包括将母体液滴分开多次以产生至少24个子液滴的操作。在某些情况下，该子液滴的体积变异系数不大于约20％。根据又一组实施方案，该方法是产生相对均匀液滴的方法。在一些情况下，该方法包括将母体液滴分开多次以产生至少24个子液滴的操作。在某些情况下，子液滴的体积分布使得至少约90％的子液滴的直径为至多约20％不同于子液滴的平均直径。在另一方面，本专利技术通常涉及用于分裂液滴的微流体装置。根据一组实施方案，该装置包括在具有至少两个子微流体通道的交叉点终止的入口微流体通道，其中所述入口微流体通道具有横截面积且所述至少两个子微流体通道各自具有横截面积。至少在一些情况下，所述入口微流体通道和所述至少两个子微流体通道的横截面积的和之间的横截面积差可能不大于所述入口微流体通道的横截面积的约40％。在一些实施方案中，该装置包括在具有至少两个子微流体通道的交叉点终止的入口微流体通道，其中该入口微流体通道具有高度和宽度，且各子微流体通道具有高度和宽度，且其中该入口微流体通道和各子微流体通道的高度基本上相等，以及该入口微流体通道的宽度基本上等于该子微流体通道的宽度的和。在某些方面，本专利技术通常涉及用于产生微流体液滴的装置。在某些实施方案中，该装置包括能够产生包含在入口通道内的多个母体液滴的液滴制造器，和接受来自入口通道的液滴的通道网络。在一些实施方案中，多个母体液滴具有每个液滴至少约0.01mm3的平均体积。在某些情况下，通道的网络包含至少4代。在一些实施方案中，一些或所有的代包含在具有至少两个子通道的交叉点终止的入口通道。在另一方面，本专利技术包括进行本文所述的一个或多个实施方案的方法，例如用于在微流体系统中分裂液滴的装置。仍在另一方面，本专利技术包括使用本文所述的一个或多个实施方案的方法，例如用于在微流体系统中分裂液滴的装置。当结合附图考虑时，本专利技术的其它优点和新颖特征从以下本专利技术的各种非限制性实施方案的详细描述将变得显而易见。在其中本说明书和通过引用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将母体液滴分裂为两个或更多个液滴的方法，所述方法包括：在入口微流体通道中提供以初始速度流动的母体液滴；使所述母体液滴分裂为至少第一液滴和第二液滴；推动所述第一液滴进入第一微流体通道和所述第二液滴进入第二微流体通道，所述第一液滴在第一微流体通道内以第一速度流动且所述第二液滴在第二微流体通道内以第二速度流动，其中所述第一速度和第二速度可以相同或不同，和其中初始、第一和第二速度的最快和最慢之间的速度差不大于所述初始速度的约40％。

【技术特征摘要】
2011.02.07 US 61/440,1981.一种将母体液滴分裂为两个或更多个液滴的方法，所述方法包
括：
在入口微流体通道中提供以初始速度流动的母体液滴；
使所述母体液滴分裂为至少第一液滴和第二液滴；
推动所述第一液滴进入第一微流体通道和所述第二液滴进入第二
微流体通道，所述第一液滴在第一微流体通道内以第一速度流动且所
述第二液滴在第二微流体通道内以第二速度流动，其中所述第一速度
和第二速度可以相同或不同，和
其中初始、第一和第二速度的最快和最慢之间的速度差不大于所
述初始速度的约40％。
2.一种用于分裂液滴的微流体装置，包括：
在具有至少两个子微流体通道的交叉点终止的入口微流体通道，
所述入口微流体通道具有横截面积且所述至少两个子微流体通道各自
具有横截面积；

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·阿巴特，D·A·韦茨，
申请(专利权)人：哈佛学院院长等，
类型：发明
国别省市：美国;US