微流体液滴发生器制造技术

本发明专利技术公开了产生单分散液滴的新型方法，以及新型微流体液滴发生器。在一些实例中，该方法包括使水溶液流过微通道并流入所述微流体液滴发生器的样品储器，其中所述水溶液的单分散液滴在所述微通道的储器端与所述样品储器的侧壁的相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成。在一些实例中，水溶液是水凝胶前体溶液，并且所述水凝胶前体溶液的单分散液滴在所述微通道的储器端与所述样品储器的侧壁的相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成。在一些实例中，水凝胶前体溶液的单分散液滴在适合凝胶化的条件下温育以形成水凝胶珠。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体液滴发生器相关申请的交叉引用本申请要求2019年2月4日提交的美国临时专利申请62/800,981的权益，其内容出于所有目的全文通过引入并入本文。
技术介绍
为了产生水性液滴，典型的方法利用微流体液滴发生器，该微流体液滴发生器包括多个注射泵或压缩空气或真空源，以通过装置的至少两个入口并经过交叉通道驱动至少两种不同的液体，一种是基于水(分散相)，一种是基于油(连续相)。这样的方法既昂贵又复杂。
技术实现思路
本专利技术提供了产生单分散液滴的方法。该方法包括提供微流体液滴发生器，其包括主体，该主体具有单个入口，该单个入口与微通道流体连接，该微通道与样品储器流体连接。样品储器包括底板和侧壁，并且容纳在水中不混溶的储器流体。微通道包括入口端和储器端。微通道的储器端与样品储器的侧壁在浸没在储器流体下方的位置相交。在一些实例中，微通道的纵轴基本平行于地面，并且基本垂直于样品储器的侧壁。该方法进一步包括通过在入口处在水溶液上施加压力，使水溶液流入入口、经过微通道并流入样品储器。该水溶液的单分散液滴在微通道的储器端与样品储器的侧壁相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成。在一些实例中，通过手动或电动空气置换微型吸液管在入口处在水溶液上施加压力。在一些实例中，当在入口处对水溶液施加压力时，例如，当用手动或电动空气置换微型吸液管施加压力时，微通道的流体阻力阻止水溶液喷射到在微通道的储器端处的样品储器中。在一些实例中，水溶液包含遗传物质(例如基因组DNA或包含基因组DNA的单细胞)，并且遗传物质被包裹在在微通道的储器端与样品储器的侧壁的相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成的水溶液的单分散液滴内。在一些实例中，该方法进一步包括产生水凝胶珠。在这样的实例中，水溶液是水凝胶前体溶液，水溶液的单分散液滴是水凝胶前体溶液的单分散液滴，并且该方法进一步包括在适合凝胶化的条件下温育水凝胶前体溶液的单分散液滴以形成水凝胶珠。在一些这样的实例中，水凝胶前体溶液包含水凝胶聚合物和交联剂，并且不包含用于水凝胶聚合物和交联剂的凝胶化催化剂，并且在适合凝胶化的条件下温育水凝胶前体溶液的单分散液滴包括温育水凝胶前体溶液的单分散液滴与凝胶化催化剂，以引发水凝胶聚合物和交联剂的凝胶化以形成水凝胶珠。在一些这样的实例中，样品储器流体包含凝胶化催化剂，并且水凝胶前体溶液的单分散液滴在样品储器中发生凝胶化以形成水凝胶珠。在一些实例中，水凝胶前体溶液包含遗传物质(例如基因组DNA或包含基因组DNA的单细胞)，并且遗传物质被包裹在由水凝胶前体溶液形成的水凝胶珠内。在一些实例中，其中该方法包括产生水凝胶珠，该方法进一步包括将水凝胶珠的外表面连接至转座子复合物。本文还提供了一种微流体液滴发生器，其可用于例如所公开的产生单分散水性液滴的方法。应当理解，前述概念和下文更详细讨论的额外概念的所有组合(前提是这些概念不相互不一致)被认为是本文公开的专利技术主题的一部分。本公开的前述和其他特征和优点将从以下参照附图进行的几个实例的详细描述中变得更加明显。附图说明图1是所公开的用于产生单分散液滴的方法的实例的示意图。图2是示出所公开的用于产生单分散液滴的方法的实例的流程图。图3是所公开的用于产生水性液滴的方法的实例的示意图，其中该方法进一步包括产生水凝胶珠。图4是示出所公开的用于产生水性液滴的方法的实例的流程图，其中该方法进一步包括产生水凝胶珠。图5是本文提供的微流体液滴发生器的透视图。图6是本文提供的微流体液滴发生器的透视图。图7是图5所示微流体液滴发生器的截面图。显示了经过微流体液滴发生器的流的方向。图8是图5所示微流体液滴发生器的截面图。图9是图8中圈出的区域的放大视图的示意图。如所描绘的，吸液管尖端的边缘接触入口表面以形成紧密密封。图10是设计用于与产生本文所述单分散液滴的方法一起使用的微流体液滴发生器的截面视图的示意图。图11是图10中圈出的区域的放大视图的示意图。如所描绘的，吸液管尖端的外表面接触入口的上唇以形成紧密密封。图12是设计用于与本文提供的方法一起使用的微流体液滴发生器的截面视图的示意图。图13是图12中所示的微流体液滴发生器的截面视图的示意图，描绘有连接到喷嘴形入口的管。图14是设计用于与本文提供的方法一起使用的微流体液滴发生器的截面视图的示意图。图15是说明当水溶液从微通道的储器端流入样品储器中容纳的储器流体时，通过阶梯乳化形成微流体液滴的示意图。图16A和16B是设计用于本文提供的方法的微流体液滴发生器的照片。图16A示出了具有单个微流体通道的微流体液滴发生器，图16B示出了具有多个微流体通道的微流体液滴发生器。图17是使用本专利技术提供的用于产生水性液滴的方法的实施方式产生的水凝胶珠的显微照片，其中该方法进一步包括产生水凝胶珠。图18是显示使用两种不同的流速和三种不同的储器流体实施本文提供的方法产生的水凝胶前体溶液的液滴和相应的水凝胶珠的直径的图表。图19是显示使用两种不同的流速和三种不同的储器流体实施本文提供的方法产生的水凝胶前体溶液的液滴和相应的水凝胶珠的直径的图表。具体实施方式在一个实例中，本专利技术提供了产生单分散水性液滴和水凝胶珠的新型方法，其预料不到地简单且易于使用。使用所公开的方法，可以使用具有单个入口和沿着一个或多个微通道的单个流的新型微流体液滴发生器来产生单分散水性液滴。如本文中更详细讨论的，在一些实例中，水溶液是水凝胶前体溶液，并且该方法用于产生水凝胶前体溶液的单分散液滴。在所公开的方法中，水溶液(分散相)在入口处被装载到微流体液滴发生器中，流经一个或多个微通道，并离开到容纳在水中不混溶的储器流体(连续相)的样品储器中。所公开的方法利用阶梯乳化(其依赖于微通道中的高度变化以从微通道中夹断液滴)以产生水溶液的单分散液滴。本文中使用的“单分散水性液滴”是水性流体的孤立部分，其被在水中不混溶的第二流体完全包围。在某些情况下，单分散水性液滴可以是球形或基本上球形；然而，在其他情况下，单分散水性液滴可以是非球形的，例如，取决于外部环境，单分散水性液滴可以具有“斑点”或其他不规则形状的外观。不同于具有用于水(分散)相和油(连续)相的多个入口和流，并且通常具有多个注射泵或压缩空气或真空源以驱动不同相流经交叉通道化微流体装置的传统微流体液滴发生器，本文在一个实例中提供的方法利用了仅具有一个入口和沿着一个或多个微通道的单个流的微流体液滴发生器。图1描述了所公开的方法的实施方式。如所描述的，水溶液312被装载到吸液管尖端310中，其被插入到本文所公开的微流体液滴发生器300的入口301中。使用连接至吸液管尖端310的手动或电动微型吸液管将压力311施加至吸液管尖端310中的水溶液312，以诱导水溶液312经过入口301和微通道302流入样品储器。样品储器容纳在水中不混溶的储器流体303。该水溶液的单分散液滴304在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：/n提供微流体液滴发生器，其包括：/n主体，其具有与微通道流体连接的单个入口，所述微通道与样品储器流体连接，其中：/n所述样品储器包括底板和侧壁，并且容纳在水中不混溶的储器流体；/n所述微通道包括入口端和储器端；和/n所述微通道的所述储器端在浸没在所述储器流体下方的位置处与所述样品储器的所述侧壁相交；和/n通过在所述入口处施加压力使水溶液流入所述入口、经过所述微通道并流入所述样品储器，其中所述水溶液的单分散液滴在所述微通道的所述储器端与所述样品储器的所述侧壁的相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190204 US 62/800,9811.一种方法，其包括：
提供微流体液滴发生器，其包括：
主体，其具有与微通道流体连接的单个入口，所述微通道与样品储器流体连接，其中：
所述样品储器包括底板和侧壁，并且容纳在水中不混溶的储器流体；
所述微通道包括入口端和储器端；和
所述微通道的所述储器端在浸没在所述储器流体下方的位置处与所述样品储器的所述侧壁相交；和
通过在所述入口处施加压力使水溶液流入所述入口、经过所述微通道并流入所述样品储器，其中所述水溶液的单分散液滴在所述微通道的所述储器端与所述样品储器的所述侧壁的相交处在高度的阶梯变化处通过阶梯乳化形成。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述入口处的压力是通过手动或电动空气置换微型吸液管施加。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述入口处的压力为至多约2000Pa的不变或变化的压力。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水溶液在所述微通道的所述储器端处的流速为约0.5μL/min至约5μL/min。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微通道和所述样品储器是单个微通道和单个样品储器。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微通道与邻近所述容器的所述底板的所述容器的所述侧壁相交。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水溶液经过所述微通道的所述储器端的流动轴平行于所述样品容器的所述底板并垂直于所述样品容器的所述侧壁。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微通道的所述储器端的横截面积为约100μm2至约10000μm2。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微通道从所述储器端至所述入口端的长度为至少约100μm。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当在所述入口处施加所述压力时，所述微通道的流体阻力阻止所述水溶液在所述微通道的所述储器端处喷射到所述样品容器中。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述储器流体包含：
油、粘性水溶液或其组合，和
表面活性剂。


12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述油为矿物油、硅油、氟化油或其两者或更多者的组合；
所述粘性水溶液是包含聚乙二醇(PEG)、聚乙烯基吡咯烷酮、普朗尼克右旋糖酐、或蔗糖或其两者或更多者的组合的溶液。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述储器流体包含：
1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟-N-(九氟丁基)-N-(1,1,2,2-四氟乙基)-1-丁胺；
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·K·库拉纳，F·玛莎耶克海，H·K·P·谭，
申请(专利权)人：伊鲁米纳公司，
类型：发明
国别省市：美国;US