[发明专利]分裂液滴的系统和方法

说明书

本申请是基于申请号为201280007426.9、申请日为2012年2月6 日、发明名称为“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“Systems andMethodsforSplittingDroplets”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

导致本发明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。美国政府拥有本发明中的某 些权利。

发明领域

本发明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。

背景技术

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“MethodandApparatusforFluid Dispersion”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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明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％。