[发明专利]用于产生液滴的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于在第二流体中生产一个或多个第一流体的液滴的装置，其中第二流体与第一流体不混溶。所述装置包括旋转元件和驱动装置。旋转元件具有流体腔室、流体通道和过渡区域。过渡区域具有第一变宽区域和第二变宽区域。驱动装置被设计为旋转旋转元件，使得将第一流体离心供应至流体腔室，并且由于第二变宽区域，产生离心‑流体动力引导的压力和提升力，使液滴在第一流体中分离，从而产生嵌入第二流体中的第一流体的液滴。

本发明涉及用于在第二流体中产生第一流体的液滴的设备和方法，具体地，涉及用于在离心微流体中产生液滴的设备和方法。

在旋转系统中，离心微流体处理的流体在毫微微升(femtoliter)至毫升的范围内。这种系统主要为用于或代替离心转子的聚合物一次性使用盒(cartridge)，用于实现实验室流程的自动化。标准实验室流程，如在微流体盒中的移液、离心、混合或等分操作，可以在这里实施。为此，盒包含用于引导流体的通道和用于收集流体的腔室。盒经受的旋转频率的预定序列，即所谓的频率协议，使得盒中的流体可以通过离心力流动。

离心微流体主要应用于实验室分析和移动诊断。这样的盒可被实施为离心微流盘，其为在特殊处理装置中使用的“磁盘实验室(Lab-on-a-disk)”和“实验室磁盘(LabDisk)”和“CD实验室(Lab-on-CD)”等已知的术语。不同的格式，如微流体离心管，例如，已知的术语“实验室管(LabTube)”，可用于现有标准实验室装置的转子。

在离心微流盒中进行的基本操作为将流体体积等分成不同的子体积，即所谓的等分试样。处理该流程的鲁棒性(robustness)和易用性，对于在可能的产物中使用这种基本操作至关重要。此外，所述基本操作是单片实现的，使得无需额外部件或材料而造成因材料成本或额外的安装连接技术(组装)显著增加盒的成本。

不同的应用，如数字PCR(聚合酶链式反应)、单细胞方法、通过荧光噬菌体计数细菌和在微米范围内制造颗粒，需要产生大量的等分试样。需要产生数百达至超过百万等分量的数量。

对许多应用来说，产生小尺寸(几微升至皮升或者毫微微升)的等分试样是重要的。当为了进行理想的实验而产生一定量的等分试样时，这是特别重要的，但受限于初始体积，例如，在数字PCR中。通常，试剂的成本高，样品材料的纯化昂贵或少量的探针材料成为了这种应用的限制。

因此，需要一种用于离心微流体系统的基本操作，其特别可以等分体积以形成许多(数百达至百万)小体积(几微升至毫微微升)的等分试样。在压力驱动的微流体和离心微流体平台上产生液滴的多种技术是已知的。

众所周知，在油中产生水溶液的液滴的压力驱动方法利用微通道系统以使油中的水溶液乳化。因此，水相流过通道进入灌装有油的腔室。它取代了油，并逐步流到高地(plateau)。这个高地被多个壁划分成通道。水相通过这些通道流入高地后面。从那里，该相流至下游腔室，并通过在至腔室的边缘处液滴分离而产生乳化液。例如，在[6]、[9]至[20]和[22]中描述了这种方法。

[8]描述了一种通过变化的腔室高度在流体中的气泡的压力驱动产生和输送的方法。这种方法允许使用微通道系统在液相中产生气相的气泡。这里的气相通过通道进入灌装有水相的腔室。腔室具有斜面，使得其平坦端位于通道的口部并且具有与通道相同的高度。通过压力驱动，气相流至通道的口部，其中气泡被推入第二相。由膨胀(expanding)腔室产生的，由膨胀腔室高度和毛细力驱动的，具有限定尺寸的气泡从流体舌部分离并且沿流动方向移动至腔室中。

[1]和[2]描述了一种用于在流体中通过变化的腔室高度压力驱动产生和输送流体液滴的方法。该方法允许使用微通道系统在第二液相中产生第一液相的液滴。因此，第一相流过通道进入灌装有第二相的腔室。腔室具有斜面，使得其平坦端位于通道的口部并且具有与通道相同的高度。通过泵浦驱动，第一相流至通道的口部，其中流体舌部被推入第二相。由膨胀腔室产生的，由膨胀腔室高度和毛细力驱动的，具有限定尺寸的液滴从流体舌部分离并且沿流动方向移动至腔室中。