[发明专利]分选微流体装置中的颗粒

说明书

微流体装置包括具有第一、第二和第三微流体通道的颗粒分选区域，分隔第一微流体通道与第二微流体通道的岛的第一阵列，和分隔第一微流体通道与第三微流体通道的岛的第二阵列，其中岛阵列和微流体通道如此布置，使得第一流体被从第一微流体通道抽取到第二微流体通道，而第二流体被从第三微流体通道抽取到第一微流体通道，因此颗粒被从第一流体样本转移到第一微流体通道内的第二流体样本中。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2014年11月3日提交的62/074,213号美国临时专利申请和2014年11月3日提交的62/074,315号美国临时专利申请的权益，每个申请都通过引用被整体结合到本文中。

技术领域

本公开涉及跨越微流体流线的颗粒分选。

背景技术

颗粒分离和过滤已经用在不同行业和不同领域的许多应用中。这些应用的例子包括化工工艺和发酵过滤、水净化/废水处理、分选和过滤血液成分、浓缩胶体溶液以及净化和浓缩环境样本。已经开发了各种宏观尺度的技术用在这些应用中，包括诸如离心和基于过滤技术的方法。通常这些技术需要庞大、笨重且昂贵的系统，并且具有复杂的活动部件。

在某些情况下，微观尺度的技术相对于宏观尺度的技术提供的优点在于，尺度的降低允许使用独特的流体动力效应进行颗粒分选和过滤，从而消除对具有复杂活动部件的大型系统的需要。此外，微观尺度技术使得能够以比较大的宏观尺度系统低得多的成本进行分选和过滤的便携式装置成为可能。但是，典型的微观尺度分选和过滤装置可能会受到在规定时段内可以处理的流体量的限制(即低产能)，相比于其宏观尺度的同类产品来说，这可能将此类装置置于不利地位。

发明内容

本公开至少部分基于如下发现：如果小心地控制微流体装置的几何结构和尺寸，就可以将流体抽取和惯性升力结合起来，以便在流体内或流体之间分选和/或移动颗粒。尤其是，通过流体抽取和惯性升力，此处公开的微流体装置可用于向和跨越装置的不同流体通道输送流体，不伴随颗粒移动，以便颗粒可以间接转移到另一流体。作为替代或者另外地，此处公开的技术可被用于某些实施方式，从而不仅操纵流体跨越微通道的转移，而且还通过让颗粒跨越流体流线移动来操纵悬浮于流体样本内的颗粒的位置。

例如，包含颗粒第一流体可以引入第一微流体通道，第一微流体通道具有将该通道与两个相邻的微体流通道分开的刚性岛状结构阵列。流体通过第一阵列中岛状结构之间的缺口被从第一微流体通道抽取到其中一个相邻的微流体通道，使得颗粒被抽到更靠近岛状结构。当颗粒更靠近岛状结构时，颗粒受到背离流体抽取方向的惯性升力，使得颗粒留在第一通道内。同时，第二流体通过第二阵列中岛状结构之间的缺口从另一个相邻的微流体通道进入第一微流体通道。当流体从另一个相邻通道进入第一通道时，第一通道内的颗粒越过流体流线，导致颗粒从第一流体位移到第二流体。如果在第一阵列的每个缺口处从第一通道中抽取的第一流体的量等于在第二阵列的每个缺口处进入第一通道中的第二流体的量，那么可以保持恒定的颗粒浓度。

除了使颗粒在流体之间移动之外，流体抽取和惯性升力的结合允许多种不同的操纵流体和颗粒的方式。例如，在某些实施方式中，不同种类的颗粒可以分入不同的通道，例如大颗粒可以与小颗粒分开，以实现微观尺度的颗粒分选和/或从流体中过滤颗粒。备选地，在某些实施方式中，流体抽取和惯性升力的结合可用于混合不同种类的颗粒。在某些情况下，流体之间的颗粒分离和位移(或者流体之间的颗粒混合和位移)可以一起进行。在其他例子中，流体抽取和惯性升力的结合可用于将颗粒聚集到微流体通道中期望的位置。这些和其他应用可以扩展到大量的微流体通道，以在低装置制造成本的系统中实现高处理量的流体分选/过滤。